WO2006009281A1 - プラズマ処理装置および方法、並びにフラットパネルディスプレイ装置の製造方法 - Google Patents

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WO2006009281A1
WO2006009281A1 PCT/JP2005/013587 JP2005013587W WO2006009281A1 WO 2006009281 A1 WO2006009281 A1 WO 2006009281A1 JP 2005013587 W JP2005013587 W JP 2005013587W WO 2006009281 A1 WO2006009281 A1 WO 2006009281A1
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WO
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waveguide
plasma processing
microwave
radiation
processing apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/013587
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English (en)
French (fr)
Inventor
Naohisa Goto
Tadahiro Ohmi
Tetsuya Goto
Tamotsu Morimoto
Original Assignee
National University Corporation Tohoku University
Tokyo Electron Limited
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Publication date
Application filed by National University Corporation Tohoku University, Tokyo Electron Limited filed Critical National University Corporation Tohoku University
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and method, and more particularly to a plasma processing apparatus and method for processing a target object such as a flat panel display using plasma generated by microwaves.
  • microwave plasma processing apparatus In the manufacture of flat panel display devices such as LCD (liquid crystal display), plasma processing devices are widely used to perform processes such as etching, ashing, and CVD (Chemical Vapor D mark osition).
  • a microwave plasma processing apparatus that generates plasma by ionizing or exciting a gas in a processing container by supplying microwaves into the processing container.
  • a microwave plasma processing apparatus that uses a planar antenna having a circular radiation surface such as a radial line slot antenna as a means for supplying microwaves has been put into practical use.
  • a planar antenna having a circular radiation surface such as a radial line slot antenna as a means for supplying microwaves has been put into practical use.
  • FIG. 29 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a conventional plasma processing apparatus using a waveguide slot antenna array.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of a part of the configuration including the waveguide slot antenna array. In these figures, some of the components are shown as functional blocks.
  • the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. 29 includes a mounting table 902 on which an LCD substrate 903 and the like are mounted as an object to be processed, a bottomed cylindrical processing container 901 having a square shape in which the mounting table 902 is accommodated, An exhaust port 906 for evacuation provided at the peripheral edge of the bottom surface of the processing vessel 901, a gas introduction port 907 for introducing gas into the processing vessel 901, and a dielectric plate 908 for closing the upper opening of the processing vessel 901; And a waveguide slot antenna array 910 disposed above the dielectric plate 908.
  • the waveguide slot antenna array 910 has a microwave The output side of the distributor 930 is connected, and the microwave oscillator 942 is connected to the input side of the microwave distributor 930 via a microwave waveguide 941.
  • the waveguide slot antenna array 910 includes a plurality of waveguide slot antennas 910A, 910B, 910C, and 910D forces.
  • the waveguide slot antennas 910A to 910D are antennas in which a plurality of radiating slots 911 are formed on the H surface (wide side wall parallel to the magnetic field) of a radiating waveguide made of a rectangular waveguide. One end of the radiating waveguide is open and the other end is short-circuited.
  • Such waveguide slot antennas 910A to 910D are orthogonal to the axial direction of the radiation waveguide with the H surface of the radiation waveguide in which the slot 911 is formed facing the mounting table 902. Arranged in the width direction.
  • the microwave distributor 930 includes an introduction part 931 having the same width as the microwave waveguide 41, a branch part 932 bifurcated from the tip of the introduction part 931 and extending in an oblique direction, and a branching part 932
  • the parallel part 933 extending in parallel to the axial direction of the waveguide slot antennas 910A to 910D from the respective ends of the waveguide slot antennas, and the total width of the waveguide slot antennas 910A to 910D
  • a divided portion 934 having the same width.
  • a stub 935 is provided at the center of the boundary between the introduction section 931 and the branch section 932.
  • the dividing portion 934 is partitioned at the center in the width direction by a partition plate 936 extending in the axial direction of the radiating waveguide.
  • the microwave when the microwave oscillator 42 is driven, the microwave is introduced into the introduction portion 931 of the microwave distributor 930 through the microwave waveguide 41.
  • the phase of the microwave introduced into the introduction part 931 is adjusted by the stub 935, divided into two parts by the branch part 932, reaches the division part 934 via the parallel part 933, and each of the waveguide slot antennas 910A to 910D.
  • the microwaves introduced into the radiation waveguide are gradually radiated from the plurality of slots 911 formed on the H surface while propagating through the tube, and are transmitted through the dielectric plate 908 and supplied into the processing vessel 901.
  • the Electrons are accelerated by the microwave electric field supplied into the processing container 901, and the gas in the processing container 901 is ionized, excited, and dissociated, and reactive species are generated.
  • the surface of the LCD substrate 903 on the mounting table 902 is subjected to processing such as etching.
  • the inside of the processing container 901 having a square shape in a plan view can be expanded.
  • Plasma can be generated by supplying microwaves to the range.
  • the microwave distributor 930 is symmetrical with respect to the center line C parallel to the axial direction of the waveguide for radiating the waveguide slot antennas 910A to 910D, a plurality of waveguide slot antennas 910A to 910 D are provided.
  • the method of increasing the cross-sectional size of the waveguide for radiating the waveguide slot antenna is to increase the aperture area. Conceivable. However, if the long side of the cross section of the radiating waveguide exceeds the guide wavelength, the TE mode is excited in addition to the TE mode, and the microwave control
  • the waveguide slot antennas are arranged apart from each other and the surface waves are excited in the dielectric plate 908 by the microwaves radiated from each waveguide slot antenna, the surface waves are stationary. Because of the wave mode, the electric field distribution is non-uniform, and the distribution of plasma excited by the electric field is also non-uniform. In addition, since the electric field component in the direction perpendicular to the plasma surface is large, the microwave is absorbed into the plasma and the electron temperature immediately increases, causing substrate damage and metal contamination due to sputtering of the processing vessel 901.
  • the electric field strength in the processing container 901 is stronger as it is closer to the slot 911 that supplies the microwave, and the electric field strength is stronger, plasma generation is promoted. It tends to be higher in the vicinity.
  • the interval between the slots 911 arranged in the axial direction of the radiating waveguide of the waveguide slot antennas 910A to 910D may be reduced.
  • the slots 911 are not arranged at a predetermined interval based on the guide wavelength of the radiating waveguide, the microwave radiation direction changes, and therefore there is a problem that the interval between the slots 911 cannot be reduced excessively. .
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to complicate the device configuration when increasing the opening area of an antenna array composed of a plurality of waveguide slot antennas. In addition to suppressing the increase in size, the design freedom of the device configuration is increased.
  • Another object is to suppress the manufacturing cost of the plasma processing apparatus. Another object is to make the plasma density distribution in the processing vessel uniform. Means for solving the problem
  • a plasma processing apparatus of the present invention has a mounting table on which an object to be processed is mounted, a processing container that houses the mounting table, and a slot in the radiation waveguide.
  • a plurality of formed waveguide slot antennas are aligned in the width direction perpendicular to the axial direction of the radiation waveguide, and are arranged opposite to the mounting table, and the radiation waveguide
  • a distributor for distributing the microwaves to each of the ends of the The distributor includes a power supply waveguide extending in the width direction of the waveguide slot antenna, the radiation waveguide formed on a wall surface of the power supply waveguide, and the power supply waveguide. And an opening that communicates with each other.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the configuration of a microwave supply device used in the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a radiation slot.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a microwave supply device used in a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a microwave supply device used in a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a configuration example when a plurality of microwave supply devices are used in combination in a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. The surface where the slot for radiation
  • FIG. 6B is a diagram showing a configuration example in the case where a plurality of mic mouth wave supply devices are used in combination in the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • VIb_VIl shows the cross-sectional configuration in the line direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing another configuration example when a plurality of microwave supply apparatuses are used in combination.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a main part configuration of a microwave supply device used in a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view taken along the line IX-IX ′ in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the arrangement of radiation blocks inside a box.
  • FIG. 12A is a diagram showing lines of magnetic force in the tube of the microwave waveguide.
  • Fig. 12B shows the magnetic field lines in the radiation block to which the microwave waveguide is connected.
  • FIG. 13A is a diagram showing a planar shape of a first example of a partition member that can be used for an antenna member.
  • FIG. 13B is a diagram showing a planar shape of a second example of the partition member that can be used for the antenna member.
  • FIG. 13C is a diagram showing a planar shape of a third example of the partition member that can be used for the antenna member.
  • FIG. 13D is a diagram showing a planar shape of a fourth example of the partition member that can be used for the antenna member.
  • FIG. 13E is a diagram showing a planar shape of a fifth example of the partition member that can be used for the antenna member.
  • FIG. 13F is a diagram showing a planar shape of a sixth example of the partition member that can be used for the antenna member.
  • FIG. 14 is a view showing another arrangement example of the slots for radiation.
  • FIG. 15A is a diagram showing a design example of the radiating slot shown in FIG.
  • FIG. 15B is a diagram showing another design example of the radiation slot shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing the microwave radiation characteristics of the radiation slot.
  • FIG. 17 is a view showing still another arrangement example of the slots for radiation.
  • FIG. 18 is a diagram showing another arrangement example of the radiation blocks inside the box.
  • FIG. 19 is a diagram showing another arrangement example of the radiation blocks inside the box.
  • FIG. 20 is a diagram showing another arrangement example of the radiation blocks inside the box.
  • FIG. 21 is a diagram showing another arrangement example of the radiation blocks inside the box.
  • FIG. 22 is a plan view showing a configuration example when a plurality of microwave supply devices are used in combination.
  • Fig. 23 is a diagram showing the dimensions of the antenna member of the microwave supply device.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line XXIV—XXIV ′ in FIG.
  • FIG. 25A is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of the microwave supply device used in the plasma processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 25B is a longitudinal sectional view showing another example of the main configuration of the microwave supply device used in the plasma processing apparatus according to the seventh example of the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view taken along line XXVI—XXV in FIGS. 25A and 25B.
  • FIG. 27A is a diagram showing lines of magnetic force in the tube of the microwave waveguide.
  • FIG. 27B is a diagram showing lines of magnetic force in the radiation block to which the microwave waveguide is connected.
  • FIG. 28 is a plan view showing a configuration example when a plurality of microwave supply devices are used in combination.
  • FIG. 29 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a conventional plasma processing apparatus using a waveguide slot antenna array.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of a partial configuration including a waveguide slot antenna array.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a part of the configuration of the plasma processing apparatus shown in FIG. In these drawings, some components are shown as functional blocks.
  • the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 has a bottomed cylindrical processing container 1 having a square shape in plan view.
  • Processing vessel 1 is made of a metal such as A1.
  • a mounting table 2 is disposed at the center of the bottom surface of the processing container 1.
  • a high frequency power source 5 is connected to the mounting table 2 via a matching box 4.
  • An exhaust port 6 for evacuation is provided on the peripheral edge of the bottom surface of the processing vessel 1, and a gas introduction port 7 for introducing gas into the processing vessel 1 is provided on the side wall of the processing vessel 1.
  • a plasma gas such as Ar and a reaction gas such as CF are introduced.
  • the upper opening of the processing vessel 1 is generated in the processing vessel 1 while introducing microwaves from there.
  • the dielectric plate 8 made of quartz glass or the like is closed so as not to leak the plasma to the outside.
  • An O-ring is interposed between the upper surface of the side wall of the processing container 1 and the dielectric plate 8 to ensure airtightness in the processing container 1.
  • a waveguide slot antenna array 10 is disposed above the dielectric plate 8.
  • the outer peripheries of the dielectric plate 8 and the antenna array 10 are covered with a shield material 9 disposed in a ring shape on the side wall of the processing container 1, and the microwaves supplied from the antenna array 10 into the processing container 1 are received. Leaked to the outside, it becomes a structure.
  • a microwave supply device 50 is composed of the waveguide slot antenna array 10, the microwave distributor 30, the microwave waveguide 41, and the microwave oscillator 42.
  • the microwave supply device 50 supplies microwaves into the processing container 1 from the outside via the dielectric plate 8.
  • the waveguide slot antenna array 10 includes a plurality of waveguide slot antennas 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, and 10H forces.
  • Waveguide slot antennas 10A to 10H are antennas in which a plurality of radiation slots 11 are formed on the H surface of a radiation waveguide made of a rectangular waveguide.
  • a feeding slot (opening) 12 is formed at one end of the radiating waveguide, and the other end is short-circuited.
  • the waveguide slot antenna 1 OA ⁇ : 10H has the radiation waveguide axis line with the H surface of the radiation waveguide having the radiation slot 11 formed facing the mounting table 2. They are aligned in the width direction D2, which is perpendicular to the direction D1 (microwave travel direction).
  • Waveguide slot antenna 10A A slow wave material 21 made of a dielectric is disposed in a tube of a radiation waveguide of 10H. If the relative permittivity of the slow wave material 21 is ⁇ r (> 1) and the guide wavelength when the inside of the radiating waveguide is hollow is g , the guide wavelength when the slow wave material 21 is placed; lg becomes Note that the end portion of the slow wave member 21 on the side where the power feeding slot 12 is provided has a gradient 21A so that the thickness gradually changes.
  • a microwave absorber 22 is also arranged in the vicinity of the other end short-circuited in the tube of the radiation waveguide.
  • the microwave absorber 22 is not always necessary.
  • a cross slot that radiates circularly polarized waves is used.
  • Black The slot has a configuration in which two slots in a pair intersect each other at the center, and the magnitude of the electric field radiated from each slot is equal, the phase is 90 ° different, and the polarization direction is orthogonal
  • the relative permittivity ⁇ r in the radiating waveguide is 3.6
  • the lengths of the two slots are 2.94 cm and 3.19 cm, respectively, and the two slots intersect each other at a substantially right angle.
  • the length of the two slots is 2.80 cm and 3.83 cm, respectively, and the two slots cross each other at an angle of approximately 107 °, and are approximately 36 with respect to the axis of the radiation waveguide. Placed at 5 ° tilt.
  • the plurality of radiating slots 11 composed of such cross slots are arranged on one side with respect to the central axis of the radiating waveguide at a substantially natural number times interval.
  • the microwave distributor 30 has a plurality of power supply slots (openings) 12 formed on the E surface (the narrow side wall parallel to the electric field) of the power supply waveguide made of a rectangular waveguide.
  • the feeding waveguide has the same length as the sum of the widths of the waveguide slot antennas 10A to 10H (the length in the width direction D2).
  • an opening 31 is formed at the center of the E surface opposite to the E surface where the power feeding slot 12 is formed.
  • a microwave oscillator 42 with an oscillation frequency of, for example, 2.45 GHz is connected to the opening 31 via a microwave waveguide 41 made of a rectangular waveguide.
  • Inside the microwave waveguide 41 there is an iris (impedance matching device) near the connection with the feeding waveguide (for example, the central axial force of the feeding waveguide is about 1/4 of the wavelength inside the tube).
  • 43 is provided inside the microwave waveguide 41.
  • the iris 43 is a wall that protrudes vertically from the left and right side walls of the microwave waveguide 41. By adjusting the width of the pipeline of the microwave waveguide 41, the iris 43 is connected to the power supply side and the load side of the microwave waveguide 41. It is possible to match the impedance of each other.
  • the power feeding slot 12 extends from the E surface where the opening 31 is formed.
  • a guide wall 32 projecting vertically toward the center in the width direction D2 extends between the upper and lower H surfaces.
  • the protruding length of the guide wall 32 is about 1Z5, which is the width of the feeding waveguide.
  • no slow wave material is arranged and it is hollow.
  • the width of the radiating waveguide is formed to be approximately g Z2.
  • the power feeding slots 12 are also formed at approximately gZ2 intervals. Therefore, the microwaves are supplied in opposite phases from the feeding waveguide to the neighboring radiating waveguides via the feeding slot 12.
  • the radiating slots 11 of adjacent waveguide slot antennas are arranged so that circularly polarized waves in the same rotational direction are radiated from all the radiating slots 11 of the waveguide slot antennas 10A to 10H. Arranged at a position shifted by approximately g / 2 in the axial direction D1 of the radiating waveguide.
  • the waveguide slot antennas 10A to 10H are rectangular in plan view and arranged in parallel and spaced apart from each other.
  • Two flat plates 13, 14 and the side walls 15, 16, 17, 18 connecting the peripheral edges of these flat plates 13, 14 and the inside of the box, which is also powerful, are separated from the side wall 15 by approximately g / 2.
  • the partition plate 19 is arranged in parallel with the side walls 15, 17 and the area between the partition plate 19 and the side wall 17 is divided into seven partition plates 20 arranged in parallel with the side walls 16, 18. It is formed by partitioning at approximately / 2 intervals.
  • the flat plates 13 and 14, the side walls 15 to 18 and the partition plates 19 and 20 are formed of a conductive plate such as copper.
  • the flat plates 13 and 14 are the H surfaces of all the radiation waveguides and the feeding waveguide
  • the side wall 15 is one E surface of the feeding waveguide
  • the partition plate 19 is the feeding surface.
  • the other E face of the waveguide and one end face of all the radiating waveguides, and the side wall 17 becomes the other end face of all the radiating waveguides, and a part of each of the side walls 16 and 18 Both end surfaces of the power supply waveguide are formed, and the other portions of the side walls 16 and 18 and the partition plate 20 are the E surfaces of the radiation waveguide.
  • An opening 31 is formed in the central portion of the side wall 15, and a plurality of power supply slots 12 are formed in the partition plate 19.
  • a plurality of radiation slots 11 are formed on the flat plate 14 facing the mounting table 2.
  • the microwave when the microwave oscillator 42 is driven, the microwave passes through the microwave waveguide 41 through the opening 31 of the microwave distributor 30 and becomes a microphone. It is introduced into the feeding waveguide of the mouth wave distributor 30. Since the iris 43 is provided in the tube of the microwave waveguide 41 and impedance matching is achieved, the reflection of the microwave at the connection portion between the microwave waveguide 41 and the feeding waveguide is suppressed.
  • the microwave introduced into the tube from the center of the power supply waveguide is bifurcated and propagates toward both end faces of the power supply waveguide. Then, the waveguide slot antennas 10A to 1 OH are guided to the induction wall 32 disposed at an interval of approximately lg Z2 in the microwave traveling direction, and through the feed slot 12 facing the induction wall 32. Evenly distributed to each radiating waveguide.
  • the microwave introduced into the radiation waveguide is gradually radiated from a plurality of radiation slots 11 formed on the H plane while propagating through the tube in which the slow wave material 21 is disposed, and is thus dielectric. It passes through the plate 8 and is supplied into the processing container 1. Further, the microwave remaining without being emitted from the radiation slot 11 is absorbed by the microwave absorber 22.
  • Electrons are accelerated by the microwave electric field supplied into the processing container 1, and the gas in the processing container 1 is ionized, excited, and dissociated to generate reactive species.
  • the surface of the LCD substrate 3 on the mounting table 2 is subjected to processing such as etching.
  • the waveguide slot antennas 10A to 10H a configuration in which a plurality of power supply slots 12 are formed on the E surface of the power supply waveguide extending in the direction D2 in which 10H is aligned.
  • the microwave distributor 30 is used. Even if the number of waveguide slot antennas is increased in order to increase the opening area, this distributor 30 is fed with the same length as the sum of the widths of the radiating waveguides of all the waveguide slot antennas. Therefore, the device configuration is not as complicated and large as the conventional microwave distributor 930. Also, if the number of waveguide slot antennas is other than 2n , it can be handled by simply adjusting the length of the feed waveguide. Therefore, it is possible to suppress the complexity and increase in size of the device configuration when the number of waveguide slot antennas is increased to increase the opening area, and it is possible to increase the degree of design freedom of the device configuration.
  • the waveguide slot antenna 10A ⁇ Microwaves are radiated from the slot surface of 10H in a substantially vertical direction, and the electric field component in the direction perpendicular to the plasma surface is small. It is possible to realize low electron temperature plasma with a small amount.
  • an iris 43 is disposed in the tube of the microwave waveguide 41, and the impedance between the power source side and the load side of the microwave waveguide 41 is matched, so that the microwave waveguide 41 and the feeding conductor are matched. The reflection of the microwave at the connection with the wave tube is suppressed, and the microwave can be efficiently introduced into the power feeding waveguide.
  • an induction wall 32 is provided in the feeding waveguide tube of the microwave distributor 30, and the microwave propagating through the feeding waveguide is guided through the feeding slot 12 to the waveguide slot antenna 10A:
  • microwaves can be efficiently supplied from the power supply waveguide to the radiation waveguide whose axial direction is orthogonal.
  • the relative dielectric constant in the radiation waveguide tube becomes greater than 1.
  • the in-tube wavelength of the radiating waveguide is shortened. Since the radiating slots 11 of the radiating waveguide are arranged at a predetermined interval based on the in-tube wavelength, the interval between the radiating slots 11 is shortened by reducing the in-tube wavelength. For this reason, more radiation slots 11 can be formed in the radiation waveguide having the same length as compared with the case where the inside of the tube is hollow. Therefore, it is possible to supply the processing vessel 1 with a low-power microwave at shorter intervals than in the case where the inside of the tube is hollow, and to uniformize the plasma density distribution.
  • the gradient 21A is formed at the end of the slow wave member 21 on the side where the power supply slot 12 is present, so that air at the boundary between the power supply waveguide and the radiation waveguide is changed into a dielectric.
  • the change in the dielectric constant of the film becomes gradual, and the reflection of microwaves at this boundary is reduced. Therefore, microwaves can be efficiently supplied to the radiation waveguide.
  • the waveguide slot antenna in which the distributor 30 can distribute microwaves There is no change in the number of na, and there is no restriction on the design freedom of the device configuration.
  • a cross slot is formed as the radiating slot 11, and circularly polarized waves are radiated into the processing container 1, so that the waveguide slot antennas 10A to 10H are formed with the radiating slot 11 H surface. Since the electric field rotates in a plane parallel to the plane, a uniform plasma is generated in this plane on a time average. Therefore, by disposing the LCD substrate 3 in parallel with the H surface where the radiating slot 11 is formed, the surface of the LCD substrate 3 can be uniformly treated.
  • a C-shaped slot may be used as the radiation slot 111 that radiates circularly polarized waves.
  • the C-shaped slot has a configuration in which the extension line of one slot intersects the other slot or its extension line, and the electric field radiated from each slot is the same in magnitude and phase. ° Differently arranged so that the polarization directions are orthogonal.
  • microwave distributor 30 an example in which the opening 31 and the feeding slot 12 are formed on the E surface of the feeding waveguide of the microwave distributor 30 is shown, but the H surface of the feeding waveguide is shown.
  • Some microwave distributors have openings and power supply slots. This distributor is used corresponding to a waveguide slot antenna in which a plurality of radiation slots are formed on the E-plane of the radiation waveguide.
  • the plasma processing apparatus uses a microwave distributor that distributes microwaves in the same phase to all the radiation waveguides of the waveguide slot antenna array. .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a microwave supply device including the microwave distributor.
  • constituent elements corresponding to the constituent elements shown in FIG. 2 are indicated by the same reference numerals as in FIG. 2, and some constituent elements are indicated by functional blocks.
  • the microwave distributor 230 of the microwave supply device 250 shown in FIG. 4 is used as a waveguide for radiating the waveguide slot antennas 210A, 210B, 210C, 210D, 210E, 210F, 210G, and 210H.
  • a plurality of openings 212 for supplying microwaves are formed at intervals of approximately g on the E surface (partition plate 219) of a power feeding waveguide made of a rectangular waveguide. Is the in-tube wavelength of the feeding waveguide. Since the width of the radiating waveguide is approximately lg / 2, the opening 212 is formed in the boundary region between two adjacent radiating waveguides. Two matching radiating waveguides are connected to the feeding waveguide.
  • an opening 31 is formed at the center of the E surface opposite to the E surface where the opening 212 is formed.
  • the opening 31 is interposed via the microwave waveguide 41.
  • Microwave oscillator 42 is connected.
  • the opening 31 may be formed at a position opposite to a portion where the opening 212 is not formed in the boundary region between two adjacent radiating waveguides. Further, an opening 31 may be formed on the end face of the power feeding waveguide.
  • a plurality of guide walls 232 projecting vertically from the E surface where the opening 31 is formed toward the center in the width direction D2 of the opening 212 are disposed in the tube of the power feeding waveguide.
  • the distance between the guide walls 23 2 is also abbreviated as g in the opening 212.
  • the inside of the feeding waveguide is hollow, and the length of the feeding waveguide is the same as the total width of the radiating waveguides of the waveguide slot antennas 210A to 210H. That is, the aperture 212 is adjusted so that the microwaves are uniformly supplied to all the radiation waveguides, which is the same as the plasma distributor 30 shown in FIGS.
  • the boundary surface between the two radiating waveguides (partition plate 220) is used.
  • the opening 212 side tip slightly recedes.
  • microwaves are introduced in the same phase from the feeding waveguide of the microwave distributor 230 to each of the radiating waveguides of the waveguide slot antennas 210A to 210H. Therefore, the arrangement of the radiating slots 11 can be made the same in all the waveguide slot antennas 210A to 210H.
  • the plasma processing apparatus uses a microwave supply apparatus in which a distribution of microwave supply power is distributed in the plane in which the slots of the waveguide slot antenna array are formed. is there.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the microwave supply device.
  • constituent elements corresponding to the constituent elements shown in FIG. 2 or FIG. 4 are indicated by the same reference numerals as those in FIG. 2 or FIG. 4, and some constituent elements are indicated by functional blocks.
  • a microwave supply device 350 shown in FIG. 5 is a microwave supply device according to the second embodiment. It is almost the same as 250. However, in the present embodiment, the arrangement and the number power of the radiation slots 11 of the waveguide slot antennas 310A, 310B, 310C, 310D, 310E, 310F, 310G, 310H constituting the antenna array 310
  • the slot antennas 310A to 310H are different depending on the positions in the antenna array 310. More specifically, the radiating slot 11 is not disposed in the central portion 360 of the surface facing the mounting table 2 formed by combining the waveguide slot antennas 310A to 310H, and the region excluding the central portion 360 is excluded. Only the radiation slot 11 is arranged. Here, the portion 360 where the radiation slot 11 is not disposed is opposed to the central portion of the mounting table 2.
  • the plasma density distribution in the processing vessel 1 tends to be higher in the upper space of the central portion of the mounting table 2 when the plasma reaches a steady state. If the slot 11 is not arranged in the portion 360 facing the central portion of the mounting table 2, microwaves are not emitted to the upper space of the central portion of the mounting table 2 where the plasma density is high, so that plasma generation in this space is suppressed. It is. Therefore, the plasma density distribution can be made uniform.
  • the amount of distribution of the microwave distributor 230 depends on the size of the opening 212 that supplies the microwave to the radiation waveguide and the induction wall 232 that guides the microwave to the radiation waveguide through the opening 212. It can be adjusted by the protrusion length.
  • the shape of the portion 360 where the slot 11 is not disposed may be a square shape or a circular shape.
  • FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing a configuration example when a plurality of microwave supply devices are used in combination. More specifically, FIG. 6A shows the surface on which the slot for radiating the waveguide slot antenna array is formed, and FIG. 6B shows the cross-sectional configuration in the VIb_VIl line direction in FIG. 6A. Components corresponding to those shown in FIG. 2 or FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 or FIG.
  • the surface on which the slot 11 for radiation of the waveguide slot antenna array 210 is formed must be continuous. is there. Therefore, as shown in FIG. 6A, the microwave supply devices 250A, 250B, and 250C are placed so as to be opposed to the wall surface 16 of the antenna array 210 by 18 forces. The same applies to the microwave feeders 250D, 250E and 250F. Further, microphone mouth wave supply devices 250A and 250D are placed so that side walls 17 of antenna array 210 face each other. The same applies to the microwave feeders 250B and 250E, 250C and 250F.
  • the microwave supply devices 250A and 250D are arranged so that the radiating slots 11 are aligned on the same straight line. To be left behind. The same applies to the microwave feeders 250B and 250E, 250C and 250F. As a result, the regularity of the slot arrangement is maintained, so that the microwaves can be uniformly supplied into the processing container 1 and uniform plasma can be generated.
  • a plurality of power supplies equivalent to those using a single high-power oscillator are provided. This can be realized using a low power oscillator.
  • the price of a microwave oscillator increases significantly as the output power increases. Therefore, even when a large amount of power must be supplied to the processing container 1, such as when performing plasma processing using a large-diameter processing container 1, by using multiple microwave oscillators 42 with low output and low price, The manufacturing cost of the entire plasma processing apparatus can be reduced.
  • the dielectric plate 8 is reinforced so that the dielectric plate 8 can withstand high vacuum in the processing container 1.
  • a beam is used as a reinforcing member on the lower side of the dielectric plate 8 (in the processing vessel 1).
  • microwaves are not radiated from the vicinity of the side walls 16 to 18 that form the boundary between a plurality of adjacent antenna arrays 210. Therefore, as shown in FIG. 6B, the influence of the beam 81 on the microwave can be reduced by extending the beam 81 as a reinforcing member so as to face the boundary.
  • FIG. 7 is a diagram showing another configuration example when a plurality of microwave supply devices are used in combination.
  • components corresponding to the components shown in FIG. 2 or FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 or FIG.
  • the slot 11 is not disposed in the central portion 460 of the surface of the waveguide slot antenna array 410 on which the radiation slot 11 is formed, and the region excluding the central portion 460 is excluded. Only the radiation slot 11 is arranged.
  • the portion 460 where the radiating slot 11 is not disposed is opposed to the central portion of the mounting table 2.
  • the microwave slot 450A, 450C, 450D, and 450F waveguide slot antenna array 410 is provided with radiation slots 11 throughout, whereas the microwave slot 450B. , 450E waveguide slot antenna array 410 has a radiating slot 11 only in the region excluding the tip region (ie, the radiating slot is shorted in the region of the other end of the radiating waveguide shorted). 11 is not placed,).
  • the radiation slot 11 By arranging the radiation slot 11 in this way, as in the third embodiment, the plasma generation in the upper space of the central portion of the mounting table 2 having a high plasma density is suppressed, and the plasma density distribution is made uniform.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a main configuration of a microwave supply device used in a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view taken along the line IX-IX ′ in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view in the line direction in FIG.
  • a microwave supply device 550 shown in FIGS. 8 to 10 includes a microwave oscillator (not shown), a microwave waveguide 541 composed of a rectangular waveguide that guides the microwave generated by the microphone mouth wave oscillator, and a microwave waveguide.
  • An antenna member 570 for supplying the microwave guided by the wave tube 541 into the processing container 1 is provided.
  • the antenna member 570 has a rectangular parallelepiped box 571 having a low height.
  • box The body 571 is composed of two flat rectangular plates 513 and 514 (see FIG. 9) arranged in parallel and spaced apart from each other, and side walls 515, 516, 517 and 518 connecting the peripheral portions of the flat plates 513 and 514. (See 0100).
  • the flat plates 513 and 514 and the side walls 515 to 518 are formed of a conductor plate such as copper.
  • the interior of the box 571 is divided into three blocks (A, B, C) in the Y direction parallel to the side walls 516, 518, and each block (A, B, C) is further divided into It is divided into four radiation blocks (Al, A2, A3, A4, Bl, B2, B3, B4, CI, C2, C3, C4) in the X direction parallel to the side walls 515, 517. Therefore, the interior of the box 571 is divided into a total of 12 radiation blocks.
  • the radiation blocks of the box 571 are partitioned by partition members 52 3 and 524 formed of a conductive plate such as copper.
  • the partition member 523 is composed of two flat plates connected in a T shape, and the partition member 524 is composed of one flat plate.
  • the partition members 523 and 524 extend between the flat plates 513 and 514 constituting the box of the antenna member 570, and are connected to both of them.
  • each radiation block of the box 571 has a square shape with one side having an approximately length. Further, as shown in FIG. 9, the height of the box 571 is approximately g / 4. Where i g is the in-tube wavelength of the box 571. Therefore, the radiation blocks B1 to B4 communicating with each other act as a rectangular waveguide extending in the X direction, and the radiation blocks A1 to C1, A2 to C2, A3 to C3, and A4 to C4 are respectively Y Acts as a rectangular waveguide extending in the direction
  • a rectangular opening 542 is formed in a flat plate 513 which is an upper surface of the box 571, and a microwave waveguide 541 connected to a microwave oscillator is connected around the opening 542. More specifically, the intermediate position of the two ridge surfaces (wider wall surface) of the microwave waveguide 541 made of a rectangular waveguide lies on the boundary line between the radiation block ⁇ 2 and the radiation block ⁇ 3. In addition, an opening 542 is formed.
  • the flat plate 513 to which the microwave waveguide 541 is connected becomes the bottom surface of the rectangular waveguide composed of the radiation blocks ⁇ 1 to ⁇ 4.
  • microwave guidance The magnetic field lines inside the tube of the wave tube 541 and in the radiation blocks B2 and B3 of the box 571 are as shown by the arrow lines in FIGS. 12A and 12B, respectively, and the microwave guided by the microwave waveguide 541 is It is possible to distribute and supply the radiation block B2 and the radiation block B3 so that the phases are reversed.
  • the microwaves supplied to the radiation blocks B2 and B3 propagate to the radiation blocks Bl and B4, respectively.
  • the microwaves of the radiation blocks B1 to B4 are distributed to the radiation blocks A1 to A4 and the radiation blocks C1 to C4 through the opening 512. Since the length of one side of each radiation block is approximately g / 2, the magnetic field lines in each radiation block are as shown in Fig. 10.
  • a radiating slot 511 is formed on the flat plate 514 that is the lower surface of the box 571.
  • each of the radiating blocks of the box 571 is formed with two slots 511A, 511B and a C-shaped slot having a force.
  • the slot 511A has a short length
  • the magnetic field lines are arranged in the leftward direction
  • the long slot 511B has the magnetic field lines in the downward direction
  • the microwaves radiated from the slots 511A and 511B become circularly polarized waves.
  • the radiated power in each of the slots 511A and 511B is approximately half that in the case of radiating linearly polarized waves.
  • the circularly polarized power is equivalent to that when linearly polarized light is radiated, but the radiation power of each slot 511A, 511B is reduced, and the risk of discharge occurring in each slot 511A, 511B is reduced.
  • the rectangular waveguide and the opening 512 that also serve as the radiation blocks B1 to B4 of the box 571 are radiated in the same manner as the microwave distributor 30 in the first embodiment.
  • Blocks A1 to A4 and C1 to C4 have the function of distributing and supplying microwaves.
  • the radiation blocks A1 to A4 and the radiation blocks C1 to C4 are similar to the waveguide slot antenna array 10 in the first embodiment, and the microwaves introduced from the microwave distributor 30 are transmitted to the radiation slots. It has an action of supplying the inside of the processing container 1 via 511.
  • the antenna member 570 is provided with the waveguide slot antenna array 10 on both sides of the microwave distributor 30 in the first embodiment, and the microwave distributor It can be understood that the radiation slot 511 is formed on the lower surface of the 30 power feeding waveguides (that is, the wall surface facing the mounting table 2).
  • the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the number of waveguide slot antennas is increased to increase the aperture area, it is possible to suppress the complexity and size of the device configuration and increase the design flexibility of the device configuration.
  • it is possible to increase the area by increasing the number of radiating blocks that do not require an increase in the cross-sectional size of the radiating waveguide of the waveguide slot antenna, and microwaves without exciting higher-order modes. Control becomes easy.
  • it is not necessary to excite surface waves in the dielectric plate 8 it is possible to make the plasma distribution uniform and to realize low electron temperature plasma with less metal contamination in the substrate damage processing container 1. You can.
  • the radiation blocks B1 to B4 function as a microwave distributor and also function as a waveguide slot antenna since the radiation slot 511 is formed. Therefore, in the present embodiment, a member having only the action of the microwave distributor 30 is not required, so that the apparatus configuration can be further simplified and miniaturized as compared with the first embodiment.
  • FIGS. 13A to 13F are diagrams showing the planar shapes of partition members that can be used for the antenna member 570.
  • partition member 525C having a T-shape in plan view as shown in FIG. 13C
  • FIG. 13D A partition member 525D having a cross shape in plan view as shown in FIG. 13 and a partition member 525E having an L shape in plan view as shown in FIG. 13E can be used.
  • the partition members 523 and 524 in FIG. 10 are the same type as the partition members 525C and 525A shown in FIGS. 13C and 13A, respectively.
  • FIG. 11 since the boundaries of the radiation blocks A1 to A4 and C1 to C4 may be opened, a columnar partition member 525F as shown in FIG. 13F can also be used. [0065] Next, another example of the radiation slot 511 will be described.
  • FIG. 14 is a diagram showing another arrangement example of the radiation slot 511.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are diagrams showing a design example of the radiation slot 511 shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing the microwave radiation characteristics of the radiation slot.
  • the horizontal axis is the slot length divided by the free space wavelength of microwaves (122 mm for microwaves with a frequency of 2.45 GHz) ⁇ , and the vertical axis is the relative gain [dB] or phase of the radiated electric field from the slot. [deg] is shown.
  • the relative gain of the electric field radiated from the slot is indicated by a solid line, and the phase is indicated by a wavy line.
  • the angle formed by the two slots 511C and 511D is 90 °, and the respective lengths are 0.43 ⁇ and ⁇ . ⁇ ⁇ ⁇ . If the lengths of slots 511C and 511D are 0.443 1 and 0.511, respectively, the phase of the radiated electric field is
  • the microwaves radiated from the slots 511C and 511D can be circularly polarized.
  • FIG. 17 is a diagram showing still another arrangement example of the slots for radiation.
  • the magnetic field lines are arranged in the downward direction in each radiating block, and the radiated microwave is linearly polarized.
  • the polarization may be changed depending on the position of the radiation slot 511 in the antenna member 570. For example, by making the microwave radiated near the side wall of the processing vessel 1 into a linearly polarized wave parallel to the side wall, leakage of the microwave can be reduced. Further, the polarization may be set according to the state of the plasma generated inside the processing container 1. For example, if you raise the electron temperature, you should dare to make it linearly polarized.
  • the inside of the box 571 is divided into a plurality of radiation blocks, and each radiation block is partitioned by a partition member as necessary. Therefore, box 571
  • the number and arrangement of radiation blocks can be freely changed according to the size and shape of the lamp.
  • the relational expression is preferably set so as to satisfy.
  • the length of the portion acting as the waveguide slot antenna array 10 in the first embodiment (radiating blocks A1 to A4, C1 to C4 in FIG. 11) in the Y direction is extended, and the portion in the Y direction is doubled. You can place a number of radiation blocks.
  • Figure 20 shows an example in which the length of the portions AA and CC acting as the waveguide slot antenna array 10 in the Y direction is 2 and two radiation blocks are arranged in the Y direction. .
  • the portion AA that acts as the waveguide slot antenna array 10 may be provided only on one side of the portion B that acts as the microwave distributor 30.
  • the box body 571 is selected according to the diameter and shape of the opening of the processing container 1, and the inside thereof is blocked.
  • the radiation block can be arranged over the entire opening of the processing container 1. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to cover the opening of the processing container 1 with the antenna more easily than configuring the antenna by combining a plurality of radiation waveguides.
  • a plasma processing apparatus is a combination of a plurality of microwave supply apparatuses 550 in the fifth embodiment.
  • FIG. 22 shows an example of the configuration when a plurality of microwave supply devices 550 are used in combination.
  • FIG. FIG. 23 is a diagram showing the dimensions of the antenna member 570 of the microwave supply device 550.
  • 24 is a cross-sectional view taken along the line XXIV-XXIV ′ in FIG. In this figure, constituent elements corresponding to the constituent elements shown in FIG.
  • the processing container 1 having a diameter of 1500mm x I 500mm is used.
  • 3 ⁇ 3 9 antenna members 570 having a box body 571 of 346.4 mm ⁇ 346.4 mm are arranged in the upper part of the opening of the processing container 1.
  • the interior of the box 571 is divided into 16 radiation blocks of 86.6 mm x 86.6 mm.
  • the same operation and effect as in the fourth embodiment can be obtained. That is, a low-power and low-price product can be used as the microwave oscillator of each microwave supply device 550. As a result, the manufacturing cost of the entire plasma processing apparatus can be reduced.
  • the upper opening of the processing container 1 is closed with one dielectric plate 8, and a plurality of antenna members 570 are arranged on the dielectric plate 8.
  • a dielectric plate 8A only the lower part of each antenna member 570 may be formed of a dielectric plate 8A. In this case, since it is not necessary to increase the area of the dielectric plate, the strength of the dielectric plate can be maintained.
  • the dielectric plate 8A disposed only at the lower part of the antenna member 570 is supported by the beam 1A that is passed through the upper opening of the processing container 1.
  • a seal member 1B such as a ring is interposed between the dielectric plate 8A and the beam 1A, and between the base of the beam 1A and the upper surface of the side wall of the processing container 1, thereby improving the airtightness in the processing container 1. Secure.
  • a gas introduction pipe 7A for introducing gas into the processing container 1 may be provided on the beam 1A. Further, a metal shower plate (not shown) may be disposed in the upper space of the mounting table 2 to make the gas introduced from the gas introduction pipe 7A uniform.
  • the lower surface of the antenna member 570 where the radiation slot 511 is formed may be brought into contact with the dielectric member 8A.
  • the temperature of the dielectric plate 8A can be adjusted by controlling the temperature of the antenna member 570.
  • the temperature rise of the dielectric plate 8A due to the plasma heat flow can be suppressed, and damage to the dielectric plate 8A due to thermal expansion can be prevented.
  • a fluorocarbon gas During the process using porous gas, the antenna member 570 is heated to bring the temperature of the dielectric plate 8A to about 150 ° C, thereby preventing deposition on the dielectric plate 8A and reducing the process. It can be stabilized.
  • FIG. 25A and FIG. 25B are longitudinal sectional views showing the main configuration of the microwave supply device used in the plasma processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line XXVI—XXV in FIGS. 25A and 25B.
  • components corresponding to the components shown in FIGS. 8 to 10 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
  • a microwave supply device 650 shown in FIGS.25A, 25B, and 26 includes a microwave oscillator (not shown), a microphone mouth wave waveguide 641 including a coaxial waveguide that guides the microwave generated by the microwave oscillator, and An antenna member 670 for supplying the microwave guided by the microwave waveguide 641 into the processing container 1 is provided.
  • a circular opening 642 is formed in the flat plate 513 that is the upper surface of the box 671 of the antenna member 670.
  • the opening 642 is formed in the central portion of the radiation block inside the box 671, and the outer conductor 641 A of the microwave waveguide 641 is connected around the opening 642.
  • the inner conductor 641B arranged coaxially with the outer conductor 641A extends through the opening 642 to the inside of the box 671.
  • the tip of the inner conductor 641B is connected to the flat plate 514, which is the lower surface of the box 671 as shown in FIG. 25A, and is connected as shown in FIG. 25B.
  • a taper 643 is attached to the tip of the inner conductor 641B to moderate the impedance change from the microwave waveguide 641 to the antenna member 670, and the microwave waveguide 641 and the antenna member 670 Microwave reflection at the connection can be reduced.
  • the magnetic field lines in the microwave waveguide 641 are rotated around the inner conductor 641B as indicated by the arrow in FIG. 27A. Therefore, when the microwave waveguide 641 is connected to the central portion of the radiation block as described above, the magnetic field lines in the radiation block are as shown in FIG. As shown by arrow B in FIG. 26, microwaves can be distributed to all blocks as shown in FIG.
  • a plurality of microphone mouth wave supply devices 650 using a coaxial waveguide may be used in combination as the microwave waveguide 641.
  • the plasma processing apparatus of the present invention can be used for an etching apparatus, a CVD apparatus, an ashing apparatus, and the like.
  • the plasma processing method of the present invention can be used for processing such as etching, ashing, and CVD.
  • these plasma processing apparatuses and methods can also be used for manufacturing flat panel display devices such as LCDs.

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Abstract

　分配器（３０）は、導波管スロットアンテナ（１０Ａ～１０Ｈ）の幅方向（Ｄ２）に延びる給電用導波管と、導波管スロットアンテナ（１０Ａ～１０Ｈ）の放射用導波管と給電用導波管とを連通する給電用導波管の壁面に形成された開口（１２）とを有する。この分配器では、導波管スロットアンテナの放射用導波管の幅の総和と同じ長さの給電用導波管を用いればよいので、アンテナアレーを構成する導波管スロットアンテナの数を増やして開口面積を大きくしても、装置構成が複雑化かつ大型化することはない。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置および方法、並びにフラットパネルディスプレイ装置の 製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマ処理装置および方法に関し、より詳しくはマイクロ波により生成 されたプラズマを利用してフラットパネルディスプレイなどの被処理体を処理するプラ ズマ処理装置および方法に関する。
背景技術
[0002] LCD (liquid crystal desplay)などのフラットパネルディスプレイ装置の製造において 、エッチング、アツシング、また CVD (Chemical Vapour D印 osition)などの処理を行う ために、プラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置の一つに、処理 容器内にマイクロ波を供給することにより、処理容器内のガスを電離または励起させ てプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置がある。マイクロ波プラズマ処理装 置は、マイクロ波の供給手段としてラジアルラインスロットアンテナなど放射面が円形 の平面アンテナを用いたものが実用化に至っている。現在は方形の放射面を有する 平面アンテナを用いたマイクロ波プラズマ処理装置の開発が進められている。その一 つに、複数の導波管スロットアンテナからなるアンテナアレーを用いたものがある。
[0003] 図 29は、導波管スロットアンテナアレーを用いた従来のプラズマ処理装置の全体 構成を示す縦断面図である。また、図 30は、導波管スロットアンテナアレーを含む一 部の構成の横断面図である。なお、これらの図では、一部の構成を機能ブロックで示 している。
図 29に示す従来のプラズマ処理装置は、被処理体として LCD基板 903などを載 置する載置台 902と、載置台 902を収容する平面視方形をした有底筒状の処理容 器 901と、処理容器 901の底面周縁部に設けられた真空排気用の排気口 906と、処 理容器 901内にガスを導入するガス導入口 907と、処理容器 901の上部開口を閉塞 する誘電体板 908と、誘電体板 908の上方に配設された導波管スロットアンテナァレ 一 910とを有している。導波管スロットアンテナアレー 910の導入部にはマイクロ波分 配器 930の出力側が接続され、マイクロ波分配器 930の入力側にはマイクロ波導波 管 941を介してマイクロ波発振器 942が接続されている。
[0004] 図 30に示すように、導波管スロットアンテナアレー 910は、複数の導波管スロットァ ンテナ 910A， 910B, 910C, 910D力 構成されている。導波管スロットアンテナ 91 0A〜910Dは、方形導波管からなる放射用導波管の H面 (磁界に平行な広い方の 側壁）に放射用スロット 911が複数形成されたアンテナである。放射用導波管の一端 は開口し、他端はショートされている。このような導波管スロットアンテナ 910A〜910 Dが、スロット 911が形成された放射用導波管の H面を載置台 902に対向させた状態 で、放射用導波管の軸線方向に直交する幅方向に整列配置されている。
[0005] また、マイクロ波分配器 930は、マイクロ波導波管 41と同じ幅を有する導入部 931 と、導入部 931の先端から二分岐しそれぞれが斜め方向に延びる分岐部 932と、分 岐部 932の各先端から導波管スロットアンテナ 910A〜910Dの放射用導波管の軸 線方向に平行に延びる平行部 933と、導波管スロットアンテナ 910A〜910Dの放射 用導波管の幅の総和と同じ幅を有する分割部 934とを有している。導入部 931と分 岐部 932との境界部中央には、スタブ 935が設けられている。分割部 934は、放射用 導波管の軸線方向に延びる仕切り板 936により、幅方向の中央が仕切られている。
[0006] このような構成のプラズマ処理装置において、マイクロ波発振器 42を駆動すると、 マイクロ波がマイクロ波導波管 41を介してマイクロ波分配器 930の導入部 931に導 入される。導入部 931に導入されたマイクロ波は、スタブ 935により位相が調整され、 分岐部 932で二分割され、平行部 933を介して分割部 934に至り、導波管スロットァ ンテナ 910A〜910Dのそれぞれの放射用導波管に導入される。放射用導波管に導 入されたマイクロ波は、管内を伝播しながら、 H面に複数形成されたスロット 911から 徐々に放射され、誘電体板 908を透過して処理容器 901内に供給される。処理容器 901内に供給されたマイクロ波の電界により電子が加速され、処理容器 901内のガス が電離、励起、解離され、反応活性種が生成される。この反応活性種により、載置台 902上の LCD基板 903の表面にエッチングなどの処理が施される。
[0007] このプラズマ処理装置のように、複数の導波管スロットアンテナ 910A〜910Dから なるアンテナアレー 910を用いることにより、平面視方形の処理容器 901の内部の広 範囲にマイクロ波を供給してプラズマを生成することができる。また、マイクロ波分配 器 930は、導波管スロットアンテナ 910A〜910Dの放射用導波管の軸線方向に平 行な中心線 Cに関して対称であるから、複数の導波管スロットアンテナ 910A〜910 Dにもマイクロ波発振器 42からのマイクロ波を同位相かつ同電力で分配することがで きる（例えば、特開平 11— 111493号公報を参照）。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] フラットパネルディスプレイ装置の製造コストを低減するため、従来より大型の基板 を処理可能なプラズマ処理装置の実現が待望されている。従来より大型の基板を処 理するには、従来より大口径の処理容器が必要であり、この処理容器の口径に合わ せて処理容器内にマイクロ波を供給する平面アンテナの開口面積を大きくしなけれ ばならない。
[0009] 平面アンテナとして上述した複数の導波管スロットアンテナからなるアンテナアレー を用いる場合、開口面積を大きくするには、導波管スロットアンテナの放射用導波管 の断面サイズを大きくする方法が考えられる。しかし、放射用導波管の断面の長辺が 管内波長を超えると、 TE モードに加えて TE モードが励起され、マイクロ波の制御
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が困難になる。
一方、導波管スロットアンテナをそれぞれ離間して配置し、各導波管スロットアンテ ナから放射されるマイクロ波により誘電体板 908内に表面波を励起する方法では、こ の表面波が定在波モードであるため電界分布が不均一で、その電界により励起され るプラズマの分布も不均一になる。また、プラズマ表面に垂直な方向の電界成分が 大きいため、プラズマにマイクロ波が吸収されやすぐ電子温度が増大して基板ダメ ージや、処理容器 901のスパッタによる金属汚染が発生する。
[0010] よって、開口面積を大きくするには、アンテナアレーを構成する導波管スロットアン テナの数を増やすのがよい。しかし、この場合、従来のプラズマ処理装置で用いられ ているマイクロ波分配器 930と同様の方法で各導波管スロットアンテナの放射用導波 管にマイクロ波を分配すると、二分岐を有する分岐部 932が多数必要になり、マイク 口波分配器の構成が複雑化かつ大型化するという問題があった。また、導波管スロッ トアンテナの数が 2n (nは 2以上の整数）以外の場合には、分岐部 932を有するマイ クロ波分配器を用いることができず、装置構成の設計自由度が小さいという問題があ つた。
[0011] また、従来より大口径の処理容器を用いてプラズマ処理を行うには、プラズマが生 成される空間の増加に応じた大きな電力を処理容器に供給する必要がある。しかし、 マイクロ波発振器 42は出力電力が大きくなると価格が格段に高くなるので、マイクロ 波発振器 42の価格によりプラズマ処理装置全体の製造コストが大幅に高くなるという 問題があった。
[0012] また、処理容器 901内の電界強度はマイクロ波を供給するスロット 911に近いほど 強ぐまた電界強度が強いほどプラズマ生成が促進されるので、処理容器 901内の プラズマ密度分布はスロット 911の近傍で高くなる傾向にある。プラズマ密度分布を より均一化するには、導波管スロットアンテナ 910A〜910Dの放射用導波管の軸線 方向に配置されるスロット 911の間隔を小さくすればよい。しかし、放射用導波管の 管内波長に基づく所定間隔でスロット 911を配置しなければ、マイクロ波の放射方向 が変化するため、スロット 911の間隔をむやみに小さくすることはできないという問題 があった。
[0013] 本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、その目的は、複数の 導波管スロットアンテナからなるアンテナアレーの開口面積を大きくするときの装置構 成の複雑化および大型化を抑制するとともに、装置構成の設計自由度を大きくするこ とにある。
また、他の目的は、プラズマ処理装置の製造コストを抑制することにある。 また、他の目的は、処理容器内のプラズマ密度分布を均一化することにある。 課題を解決するための手段
[0014] このような目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体を載置 する載置台と、この載置台を収容する処理容器と、放射用導波管にスロットが形成さ れた複数の導波管スロットアンテナが前記放射用導波管の軸線方向に直交する幅 方向に整列配置されるとともに前記載置台に対向配置されたアンテナアレーと、前記 放射用導波管の一端に接続されそれぞれにマイクロ波を分配する分配器とを備え、 前記分配器は、前記導波管スロットアンテナの前記幅方向に延びる給電用導波管と 、この給電用導波管の壁面に形成された前記放射用導波管と前記給電用導波管と を連通する開口とを備えたことを特徴とする。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は、本発明の第 1の実施例に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦 断面図である。
[図 2]図 2は、図 1に示すプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波供給装置の構成 の横断面図である。
[図 3]図 3は、放射用スロットの構成例を示す横断面図である。
[図 4]図 4は、本発明の第 2の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波 供給装置の構成を示す横断面図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 3の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波 供給装置の構成を示す横断面図である。
[図 6A]図 6Aは、本発明の第 4の実施例に係るプラズマ処理装置において、複数の マイクロ波供給装置を組み合わせて用いる場合の一構成例を示す図であり、導波管 スロットアンテナアレーの放射用スロットが形成される面を示している。
[図 6B]図 6Bは、本発明の第 4の実施例に係るプラズマ処理装置において、複数のマ イク口波供給装置を組み合わせて用いる場合の一構成例を示す図であり、図 6Aに おける VIb_VIl 線方向の断面構成を示している。
[図 7]図 7は、複数のマイクロ波供給装置を組み合わせて用いる場合の他の構成例を 示す図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 5の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波 供給装置の要部構成を示す斜視図である。
[図 9]図 9は、図 8における IX— IX' 線方向の縦断面図である。
[図 10]図 10は、図 9における X— X' 線方向の横断面図である。
[図 11]図 11は、箱体内部の放射用ブロックの配置例を示す図である。
[図 12A]図 12Aは、マイクロ波導波管の管内における磁力線を示す図である。
[図 12B]図 12Bは、マイクロ波導波管が接続された放射用ブロックにおける磁力線を 示す図である。
[図 13A]図 13Aは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 1例の平面形状を示 す図である。
[図 13B]図 13Bは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 2例の平面形状を示 す図である。
園 13C]図 13Cは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 3例の平面形状を示 す図である。
[図 13D]図 13Dは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 4例の平面形状を示 す図である。
[図 13E]図 13Eは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 5例の平面形状を示 す図である。
[図 13F]図 13Fは、アンテナ部材に使用可能な仕切り部材の第 6例の平面形状を示 す図である。
[図 14]図 14は、放射用スロットの他の配置例を示す図である。
[図 15A]図 15Aは、図 14に示した放射用スロットの一設計例を示す図である。
[図 15B]図 15Bは、図 14に示した放射用スロットの他の設計例を示す図である。
[図 16]図 16は、放射用スロットのマイクロ波放射特性を示す図である。
[図 17]図 17は、放射用スロットの更に他の配置例を示す図である。
園 18]図 18は、箱体内部の放射用ブロックの他の配置例を示す図である。
園 19]図 19は、箱体内部の放射用ブロックの他の配置例を示す図である。
園 20]図 20は、箱体内部の放射用ブロックの他の配置例を示す図である。
園 21]図 21は、箱体内部の放射用ブロックの他の配置例を示す図である。
園 22]図 22は、マイクロ波供給装置を複数組み合わせて用いる場合の一構成例を 示す平面図である。
園 23]図 23は、マイクロ波供給装置のアンテナ部材の寸法を示す図である。
[図 24]図 24は、図 22における XXIV— XXIV' 線方向の断面図である。
園 25A]図 25Aは、本発明の第 7の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイ クロ波供給装置の要部構成の一例を示す縦断面図である。 [図 25B]図 25Bは、本発明の第 7の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイ クロ波供給装置の要部構成の他の例を示す縦断面図である。
[図 26]図 26は、図 25Aおよび図 25Bにおける XXVI— XXV 線方向の横断面図で ある。
[図 27A]図 27Aは、マイクロ波導波管の管内における磁力線を示す図である。
[図 27B]図 27Bは、マイクロ波導波管が接続された放射用ブロックにおける磁力線を 示す図である。
[図 28]図 28は、マイクロ波供給装置を複数組み合わせて用いる場合の一構成例を 示す平面図である。
[図 29]図 29は、導波管スロットアンテナアレーを用いた従来のプラズマ処理装置の 全体構成を示す縦断面図である。
[図 30]図 30は、導波管スロットアンテナアレーを含む一部の構成の横断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
(第 1の実施例）
図 1は、本発明の第 1の実施例に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す縦断面 図である。また、図 2は、図 1に示すプラズマ処理装置の一部の構成の横断面図であ る。なお、これらの図では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。
図 1に示すプラズマ処理装置は、平面視方形をした有底筒状の処理容器 1を有し ている。処理容器 1は A1などの金属で形成される。処理容器 1の底面中央部には載 置台 2が配設されている。載置台 2の上面には、被処理体として LCD基板 3などが配 置される。載置台 2には、マッチングボックス 4を介して高周波電源 5が接続されてい る。
[0017] 処理容器 1の底面周縁部には、真空排気用の排気口 6が設けられ、処理容器 1の 側壁には、処理容器 1内にガスを導入するガス導入口 7が設けられている。例えばプ ラズマ処理装置がエッチング装置として用いられる場合には、 Arなどのプラズマガス と、 CF などの反応ガスとが導入される。
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処理容器 1の上部開口は、そこからマイクロ波を導入しつつ、処理容器 1内で生成 されるプラズマを外部に漏らさないように、石英ガラスなどからなる誘電体板 8で閉塞 されている。なお、処理容器 1の側壁上面と誘電体板 8との間に Oリングを介在させ、 処理容器 1内の気密性を確保してレ、る。
[0018] 誘電体板 8の上方には、導波管スロットアンテナアレー 10が配設されている。誘電 体板 8およびアンテナアレー 10の外周は、処理容器 1の側壁上に環状に配設された シールド材 9によつて覆われ、アンテナアレー 10から処理容器 1内に供給されるマイ クロ波が外部に漏れなレ、構造になってレ、る。
導波管スロットアンテナアレー 10と、マイクロ波分配器 30と、マイクロ波導波管 41と 、マイクロ波発振器 42とから、マイクロ波供給装置 50が構成される。マイクロ波供給 装置 50は、誘電体板 8を介して外部から処理容器 1内にマイクロ波を供給する。
[0019] 図 2に示すように、導波管スロットアンテナアレー 10は、複数の導波管スロットアンテ ナ 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H力ら構成されている。導波管ス ロットアンテナ 10A〜： 10Hは、方形導波管からなる放射用導波管の H面に放射用ス ロット 11が複数形成されたアンテナである。放射用導波管の一端には給電用スロット (開口） 12が形成され、他端はショートされている。このような導波管スロットアンテナ 1 OA〜： 10Hが、放射用スロット 11が形成された放射用導波管の H面を載置台 2に対 向させた状態で、放射用導波管の軸線方向 D1 (マイクロ波の進行方向）に直交する 幅方向 D2に整列配置されている。
[0020] 導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hの放射用導波管の管内には、誘電体からなる 遅波材 21が配置されている。遅波材 21の比誘電率を ε r ( > 1)、放射用導波管の 管内が中空のときの管内波長をえ gとすると、遅波材 21が配置されたときの管内波 長; l gは、 となる。なお、給電用スロット 12がある側の遅波材 21の端部は、厚みが徐々に変化し てゆくように勾配 21Aが形成されている。
放射用導波管の管内にはまた、ショートされた他端の近傍にマイクロ波吸収材 22 が配置されている。なお、マイクロ波吸収材 22は必ずしも必要ではない。
[0021] 放射用スロット 11としては、円偏波を放射するクロススロットが用いられている。クロ ススロットは、対をなす 2個のスロットが互いの中心で交差する構成をしており、それぞ れのスロットから放射される電界の大きさが等しく位相が 90° 異なり偏波方向が直交 するように配置される。例えば、放射用導波管内の比誘電率 ε rが 3. 6の場合、 2個 のスロットの長さをそれぞれ 2. 94cm, 3. 19cmとし、その 2個のスロットを互いに略 直角に交差させ、放射用導波管の軸線に対して略 45°傾斜するように配置される。ま たは、 2個のスロットの長さをそれぞれ 2. 80cm, 3. 83cmとし、その 2個のスロットを 互いに略 107°の角度で交差させ、放射用導波管の軸線に対して略 36. 5°傾斜す るように配置されてもょレ、。このようなクロススロットからなる複数の放射用スロット 11は 、本実施例では放射用導波管の中心軸に対して一方の側に、略 の自然数倍の 間隔で配置される。
[0022] また、マイクロ波分配器 30は、方形導波管からなる給電用導波管の E面（電界に平 行な狭い方の側壁）に給電用スロット（開口） 12が複数形成されたものである。給電 用導波管は、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hの放射用導波管の幅（幅方向 D2 の長さ）の総和と同じ長さを有している。給電用導波管の E面に複数形成された給電 用スロット 12と放射用導波管の一端にそれぞれ形成された給電用スロット 12とが重 なるように配置することにより、給電用スロット 12で給電用導波管と放射用導波管とが 連通する。なお、給電用スロット 12は、すべての放射用導波管にマイクロ波が均等に 供給されるように調整されてレ、る。
[0023] 給電用導波管には、給電用スロット 12が形成された E面に対向する E面の中央部 に開口 31が形成されている。この開口 31には、矩形導波管からなるマイクロ波導波 管 41を介して、発振周波数が例えば 2. 45GHzのマイクロ波発振器 42が接続され ている。マイクロ波導波管 41の管内には、給電用導波管との接続部付近 (例えば、 給電用導波管の中心軸線力 管内波長の 1/4程度離間した位置）にアイリス (イン ピーダンス整合器) 43が設けられている。アイリス 43は、マイクロ波導波管 41の左右 の側壁から垂直に突出する壁からなり、マイクロ波導波管 41の管路の幅を調整する ことにより、マイクロ波導波管 41の電源側と負荷側とのインピーダンスを整合させるこ とがでさる。
また、給電用導波管の管内には、開口 31が形成された E面から給電用スロット 12 の幅方向 D2の中心に向かって垂直に突出する誘導壁 32が、上下の H面の間に延 在している。誘導壁 32の突出長は給電用導波管の幅の 1Z5程度とする。給電用導 波管の管内には、遅波材は配置されておらず、中空となっている。
[0024] なお、給電用導波管の管内波長を gとすると、放射用導波管の幅は略 g Z2に 形成される。このため、給電用スロット 12もまた略 g Z2間隔で形成される。したが つて、隣り合う放射用導波管には、給電用スロット 12を介して給電用導波管からマイ クロ波が逆位相で供給されることになる。このため、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10 Hのすベての放射用スロット 11から同じ回転方向の円偏波が放射されるように、隣り 合う導波管スロットアンテナの放射用スロット 11が放射用導波管の軸線方向 D1に略 え g/2だけずれた位置に配置される。
[0025] 本実施例では、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hの放射用導波管およびマイクロ 波分配器 30の給電用導波管は、互いに離間して平行に配置された平面視方形の 2 枚の平板 13, 14とこれらの平板 13, 14の周縁部を接続する側壁 15, 16, 17, 18と 力もなる箱体の内部を、側壁 15から略え g /2だけ離間した位置に側壁 15, 17と平 行に配設された仕切り板 19で仕切り、仕切り板 19と側壁 17とに挟まれた領域を、側 壁 16, 18と平行に配設された 7つの仕切り板 20で略 /2間隔で仕切ることによ つて形成される。なお、平板 13, 14、側壁 15〜： 18および仕切り板 19, 20は、銅など の導体板で形成される。
[0026] この場合、平板 13, 14がそれぞれすべての放射用導波管および給電用導波管の H面となり、側壁 15が給電用導波管の一方の E面となり、仕切り板 19が給電用導波 管の他方の E面かつすベての放射用導波管の一端面となり、側壁 17がすべての放 射用導波管の他端面となり、側壁 16， 18のそれぞれの一部が給電用導波管の両端 面となり、側壁 16, 18のそれぞれの他部および仕切り板 20が放射用導波管の E面と なる。そして、側壁 15の中央部に開口 31が形成され、仕切り板 19に給電用スロット 1 2が複数形成される。また、載置台 2に対向する平板 14に放射用スロット 11が複数形 成される。
[0027] 以上のような構成のプラズマ処理装置において、マイクロ波発振器 42を駆動すると 、マイクロ波がマイクロ波導波管 41を介してマイクロ波分配器 30の開口 31からマイク 口波分配器 30の給電用導波管の管内に導入される。マイクロ波導波管 41の管内に はアイリス 43が設けられ、インピーダンス整合がとれているので、マイクロ波導波管 4 1と給電用導波管との接続部でのマイクロ波の反射は抑制される。
給電用導波管の中央部から管内に導入されたマイクロ波は二分岐し、給電用導波 管の両端面に向かって伝播してゆく。そして、マイクロ波の進行方向に略 l g Z2の 間隔で配設された誘導壁 32に誘導され、その誘導壁 32に対向する給電用スロット 1 2を介して導波管スロットアンテナ 10A〜 1 OHのそれぞれの放射用導波管に均等に 分配される。
[0028] 放射用導波管に導入されたマイクロ波は、遅波材 21が配置された管内を伝播しな がら、 H面に複数形成された放射用スロット 11から徐々に放射され、誘電体板 8を透 過して処理容器 1内に供給される。また、放射用スロット 11から放射されずに残った マイクロ波はマイクロ波吸収材 22に吸収される。
処理容器 1内に供給されたマイクロ波の電界により電子が加速され、処理容器 1内 のガスが電離、励起、解離され、反応活性種が生成される。この反応活性種により、 載置台 2上の LCD基板 3の表面にエッチングなどの処理が施される。
[0029] 以上のように、本実施例では、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hが整列配置され る方向 D2に延びる給電用導波管の E面に給電用スロット 12が複数形成された構成 のマイクロ波分配器 30を用いる。この分配器 30は、開口面積を大きくするために導 波管スロットアンテナの数を増やしたとしても、すべての導波管スロットアンテナの放 射用導波管の幅の総和と同じ長さの給電用導波管を用いればよいだけなので、従来 のマイクロ波分配器 930ほど装置構成が複雑化かつ大型化することはない。また、導 波管スロットアンテナの数が 2n以外の場合にも、給電用導波管の長さを調整するだ けで対応できる。よって、導波管スロットアンテナの数を増やして開口面積を大きくす るときの装置構成の複雑化および大型化を抑制することができるとともに、装置構成 の設計自由度を大きくすることができる。
[0030] なお、本実施例では、開口面積を大きくするために導波管スロットアンテナの放射 用導波管の断面サイズを大きくする必要がないので、放射用導波管として単一モー ドのマイクロ波導波管を用いることができ、マイクロ波の制御が容易になる。 また、誘電体板 8内に表面波を励起する必要がないので、プラズマの分布を均一 化することができる。さらに、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hのスロット面から略垂 直方向にマイクロ波が放射され、プラズマ表面に垂直な方向の電界成分が小さいの で、基板ダメージや処理容器 1内の金属汚染が少なレ、低電子温度プラズマを実現す ること力 Sできる。
[0031] また、マイクロ波導波管 41の管内にアイリス 43を配設し、マイクロ波導波管 41の電 源側と負荷側とのインピーダンスを整合させることにより、マイクロ波導波管 41と給電 用導波管との接続部でのマイクロ波の反射が抑制され、マイクロ波を給電用導波管 へ効率よく導入することができる。
また、マイクロ波分配器 30の給電用導波管の管内に誘導壁 32を配設し、給電用導 波管を伝播するマイクロ波を給電用スロット 12を介して導波管スロットアンテナ 10A 〜： 10Hの放射用導波管へ誘導することにより、給電用導波管から軸線方向が直交 する放射用導波管へマイクロ波を効率よく供給することができる。
[0032] また、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hの放射用導波管の管内に遅波材 21を配 置することにより、放射用導波管の管内の比誘電率が 1より大きくなり、放射用導波管 の管内波長が短くなる。放射用導波管の放射用スロット 11は管内波長に基づく所定 間隔で配置されるので、管内波長が短くなることにより、放射用スロット 11の間隔も短 くなる。このため、同じ長さの放射用導波管に、管内を中空とした場合より多くの放射 用スロット 11を形成することができる。したがって、処理容器 1内に、管内を中空とした 場合より小電力のマイクロ波を短い間隔で供給し、プラズマ密度の分布を均一化する こと力 Sできる。
[0033] なお、給電用スロット 12がある側の遅波材 21の端部に勾配 21Aを形成することに より、給電用導波管と放射用導波管との境界における空気から誘電体への誘電率の 変化が緩やかになり、この境界でのマイクロ波の反射が低減される。したがって、放 射用導波管へマイクロ波を効率よく供給することができる。
ここで、マイクロ波分配器 30の給電用導波管の管内には遅波材を配置せず、中空 のままにしておくことにより、給電用導波管の口径を小さくし、供給電力を小さくする 必要がない。したがって、分配器 30がマイクロ波を分配可能な導波管スロットアンテ ナの数は変わらず、装置構成の設計自由度を制約することはない。
[0034] また、放射用スロット 11としてクロススロットを形成し、処理容器 1内に円偏波を放射 することにより、導波管スロットアンテナ 10A〜： 10Hの放射用スロット 11が形成された H面に平行な面内で電界が回転するので、この面内では時間平均で均一なプラズマ が生成される。したがって、放射用スロット 11が形成された H面と平行に LCD基板 3 を配置することにより、 LCD基板 3の表面に均一な処理を施すことができる。
なお、図 3に示すマイクロ波供給装置 150のように、円偏波を放射する放射用スロッ ト 111として、ハの字型スロットを用いてもよい。ハの字型スロットは、一方のスロットの 延長線が、他方のスロット上またはその延長線上で交差する構成をしており、それぞ れのスロットから放射される電界の大きさが等しく位相が 90° 異なり偏波方向が直交 するように配置される。
[0035] また、本実施例では、マイクロ波分配器 30の給電用導波管の E面に開口 31および 給電用スロット 12が形成された例を示したが、給電用導波管の H面に開口および給 電用スロットが形成されるマイクロ波分配器もある。この分配器は、放射用導波管の E 面に放射用スロットが複数形成された導波管スロットアンテナに対応して用いられる。
[0036] (第 2の実施例）
本発明の第 2の実施例に係るプラズマ処理装置は、導波管スロットアンテナアレー のすベての放射用導波管にマイクロ波を同位相で分配するマイクロ波分配器を用い たものである。
図 4は、このマイクロ波分配器を含むマイクロ波供給装置の横断面図である。この図 では、図 2に示した構成要素に相当する構成要素を図 2と同一符号で示し、また一部 の構成要素を機能ブロックで示してレ、る。
[0037] 図 4に示すマイクロ波供給装置 250が有するマイクロ波分配器 230は、導波管スロ ッ卜アンテナ 210A, 210B, 210C, 210D, 210E, 210F, 210G, 210Hの放射用 導波管にマイクロ波を供給する開口 212が方形導波管からなる給電用導波管の E面 (仕切り板 219)に略 gの間隔で複数形成されたものである。なお、 は給電用 導波管の管内波長である。放射用導波管の幅は略 l g /2であるので、開口 212を それぞれ隣り合う 2つの放射用導波管の境界領域に形成し、 1つの開口 212で隣り 合う 2つの放射用導波管を給電用導波管に連通させる。
[0038] 給電用導波管には、開口 212が形成された E面に対向する E面の中央部に、開口 31が形成されており、この開口 31にはマイクロ波導波管 41を介してマイクロ波発振 器 42が接続されている。なお、隣り合う 2つの放射用導波管の境界領域であって開 口 212が形成されていない部分の対向位置に開口 31を形成してもよい。また、給電 用導波管の端面に開口 31を形成してもよい。
また、給電用導波管の管内には、開口 31が形成された E面から開口 212の幅方向 D2の中心に向かって垂直に突出する誘導壁 232が複数配設されている。誘導壁 23 2の間隔も、開口 212と同じく略え gとなる。
[0039] なお、給電用導波管の管内が中空であること、給電用導波管の長さが導波管スロッ トアンテナ 210A〜210Hの放射用導波管の幅の総和と同じであること、開口 212が すべての放射用導波管にマイクロ波が均等に供給されるように調整されていることは 、図 1および図 2に示したプラズマ分配器 30と同じである。
一方、導波管スロットアンテナ 210A〜210Hにおいては、隣り合う 2つの放射用導 波管にマイクロ波を導入しやすくするために、 2つの放射用導波管の境界となる £面（ 仕切り板 220)の開口 212側の先端がやや後退してレ、る。
[0040] このように構成することにより、マイクロ波分配器 230の給電用導波管から導波管ス ロットアンテナ 210A〜210Hの放射用導波管のそれぞれへマイクロ波が同位相で 導入されるので、放射用スロット 11の配置をすベての導波管スロットアンテナ 210A 〜210Hで同じにすることができる。
[0041] (第 3の実施例）
本発明の第 3の実施例に係るプラズマ処理装置は、導波管スロットアンテナアレー のスロットが形成された面内でマイクロ波の供給電力に分布をもたせたマイクロ波供 給装置を用いたものである。
図 5は、このマイクロ波供給装置の横断面図である。この図では、図 2または図 4に 示した構成要素に相当する構成要素を図 2または図 4と同一符号で示し、また一部 の構成要素を機能ブロックで示してレ、る。
[0042] 図 5に示すマイクロ波供給装置 350は、第 2の実施例におけるマイクロ波供給装置 250と概ね同じである。ただし、本実施例においては、アンテナアレー 310を構成す る導波管スロットアンテナ 310A, 310B, 310C, 310D, 310E, 310F, 310G, 31 0Hの放射用スロット 11の配置および数力 その導波管スロットアンテナ 310A〜310 Hがアンテナアレー 310内で配置される位置により異なっている。より具体的には、導 波管スロットアンテナ 310A〜310Hを組み合わせることにより形成される載置台 2と 対向する面の中央部分 360には放射用スロット 11が配置されず、中央部分 360を除 く領域のみに放射用スロット 11が配置される。ここで、放射用スロット 11が配置されな レ、部分 360は、載置台 2の中央部分に対向してレ、る。
[0043] 処理容器 1内におけるプラズマ密度の分布は、プラズマが定常状態になると、載置 台 2の中央部分の上部空間で高くなる傾向にある。載置台 2の中央部分に対向する 部分 360にスロット 11を配置しなければ、プラズマ密度が高い載置台 2の中央部分 の上部空間にマイクロ波が放射されないので、この空間でのプラズマ生成が抑制さ れる。したがって、プラズマ密度の分布を均一化することができる。
[0044] 上述したように、導波管スロットアンテナ毎に放射用スロット 11の数が異なる場合、 すべての導波管スロットアンテナの放射用導波管に均等に電力を分配すると、放射 用スロット 11の数が少ない放射用導波管において、放射用スロット 11から放射され ず最終的にマイクロ波吸収材 22に吸収される電力が増える。このため、マイクロ波分 配器 230の分配量を調整し、放射用スロット 11の数が少ない放射用導波管ほど小さ い電力を供給する。これにより、放射用スロット 11から放射されない電力の損失を低 減し、効率よくプラズマを生成することができる。ここで、マイクロ波分配器 230の分配 量は、放射用導波管にマイクロ波を供給する開口 212の大きさや、マイクロ波を開口 212を介して放射用導波管に誘導する誘導壁 232の突出長などにより調整すること ができる。
なお、スロット 11が配置されない部分 360の形状は、四角形状でも円形状でもよい
[0045] (第 4の実施例）
本発明の第 4の実施例に係るプラズマ処理装置は、複数のマイクロ波供給装置を 組み合わせて用レ、るものである。 図 6Aおよび図 6Bは、複数のマイクロ波供給装置を組み合わせて用いる場合の一 構成例を示す図である。より詳しくは、図 6Aは導波管スロットアンテナアレーの放射 用スロットが形成される面を示し、図 6Bは図 6Aにおける VIb_VIl 線方向の断面構 成を示している。なお、図 2または図 4に示した構成要素に相当する構成要素を図 2 または図 4と同一符号で示している。
[0046] 複数のマイクロ波供給装置 250A, 250B, 250C, 250D, 250E, 250Fを組み合 わせて用いる場合、導波管スロットアンテナアレー 210の放射用スロット 11が形成さ れる面を連続させる必要がある。したがって、図 6Aに示すように、マイクロ波供給装 置 250Aと 250Bと 250Cは、アンテナアレー 210の仴 lj壁 16と 18力 S対向するように酉己 置される。マイクロ波供給装置 250Dと 250Eと 250Fについても同じである。また、マ イク口波供給装置 250Aと 250Dは、アンテナアレー 210の側壁 17同士が対向するよ うに酉己置される。マイクロ波供給装置 250Bと 250E、 250Cと 250Fにつレヽても同じで ある。
[0047] 放射用スロット 11が放射用導波管の軸線方向 D1に一列に形成されている場合に は、マイクロ波供給装置 250Aと 250Dは、それぞれの放射用スロット 11が同一直線 上に並ぶように酉己置される。マイクロ波供給装置 250Bと 250E、 250Cと 250Fにつ いても同じである。これにより、スロット配置の規則性が維持されるので、処理容器 1 内にマイクロ波を均一に供給し、均一なプラズマを生成することができる。
[0048] 本実施例のように複数のマイクロ波供給装置 250A〜250Fを用いて処理容器 1内 に電力供給することにより、 1個の高出力発振器を用いたときと同等の電力供給を複 数の低出力発振器を用いて実現することができる。マイクロ波発振器は、出力電力が 大きくなるほど価格が格段に高くなる。したがって、大口径の処理容器 1を用いてブラ ズマ処理を行うときなど、処理容器 1に大電力を供給しなければならない場合でも、 低出力で価格が安いマイクロ波発振器 42を複数用いることにより、プラズマ処理装置 全体の製造コストを低減することができる。
[0049] 一方、アンテナの大型化に合わせて誘電体板 8の面積を大きくする際には、誘電体 板 8が処理容器 1内の高真空に耐えられるように、誘電体板 8を補強する必要がある 。誘電体板 8を補強するには、補強部材として梁を誘電体板 8の下側（処理容器 1の 内部側）に渡し、誘電体板 8を下側から支える方法がある。本実施例では、隣り合う複 数のアンテナアレー 210の境界をなす側壁 16〜： 18の付近からはマイクロ波が放射さ れない。このため、図 6Bに示すように、この境界に対向するように補強部材として梁 8 1を延在させることにより、マイクロ波に対する梁 81の影響を小さくすることができる。
[0050] 図 7は、複数のマイクロ波供給装置を組み合わせて用いる場合の他の構成例を示 す図である。この図では、図 2または図 4に示した構成要素に相当する構成要素を図 2または図 4と同一符号で示している。
この構成例では、第 3の実施例と同様に、導波管スロットアンテナアレー 410の放射 用スロット 11が形成される面の中央部分 460にはスロット 11が配置されず、中央部分 460を除く領域のみに放射用スロット 11が配置される。ここで、放射用スロット 11が配 置されなレ、部分 460は、載置台 2の中央部分に対向してレ、る。
[0051] より具体的には、マイクロ波供給装置 450A, 450C, 450D, 450Fの導波管スロッ トアンテナアレー 410には全域に放射用スロット 11が配置されるのに対し、マイクロ波 供給装置 450B, 450Eの導波管スロットアンテナアレー 410には先端領域を除く領 域のみに放射用スロット 11が配置される（すなわち、放射用導波管のショートされた 他端側の領域には放射用スロット 11は配置されなレ、）。
このように放射用スロット 11を配置することにより、第 3の実施例と同様に、プラズマ 密度が高い載置台 2の中央部分の上部空間でのプラズマ生成を抑制し、プラズマ密 度の分布を均一化することができる。
[0052] (第 5の実施例）
図 8は、本発明の第 5の実施例に係るプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波供 給装置の要部構成を示す斜視図である。図 9は、図 8における IX— IX' 線方向の縦 断面図である。図 10は、図 9における 線方向の横断面図である。
図 8〜図 10に示すマイクロ波供給装置 550は、図示しないマイクロ波発振器と、マ イク口波発振器で生成されたマイクロ波を導く方形導波管からなるマイクロ波導波管 5 41と、マイクロ波導波管 541により導かれたマイクロ波を処理容器 1内に供給するァ ンテナ部材 570とを有してレ、る。
[0053] ここで、アンテナ部材 570は、高さが低い直方体状をした箱体 571を有している。箱 体 571は、互いに離間して略平行に配置された平面視方形の 2枚の平板 513, 514 (図 9参照）と、平板 513, 514の周縁部を接続する側壁 515, 516, 517, 518 (01 0参照）とから構成されている。平板 513， 514および側壁 515〜518は、銅などの導 体板で形成される。
図 11に示すように、箱体 571の内部は、側壁 516, 518に平行な Y方向に 3つのブ ロック（A, B, C)に分割され、さらに各ブロック（A， B， C)は、側壁 515， 517に平行 な X方向に 4つの放射用ブロック（Al， A2, A3, A4、 Bl , B2, B3, B4、 CI , C2, C3, C4)に分割されている。よって、箱体 571の内部は合計 12の放射用ブロックに 分割されている。
[0054] 箱体 571の各放射用ブロックの間は、銅などの導体板で形成された仕切り部材 52 3, 524で仕切られている。ただし、放射用ブロック B1〜B4のそれぞれの境界は完 全に開口し、放射用ブロック Aiと Biと Ciとのそれぞれの境界は一部開口してレ、る (i = 1, 2, 3, 4)。この結果、図 10に示すように、仕切り部材 523は 2枚の平板を T字型に 接続したものからなり、仕切り部材 524は 1枚の平板からなる。なお、仕切り部材 523 , 524は、アンテナ部材 570の箱体を構成する平板 513と 514との間に延在し、その 両方に接続されている。
[0055] 図 11に示すように、箱体 571の各放射用ブロックは、一辺の長さが略 の正方 形をしている。また、図 9に示すように、箱体 571の高さは略 g/4である。ここで、 ；i g は箱体 571の管内波長である。したがって、相互に連通している放射用ブロック B1 〜B4は X方向に延びる方形導波管として作用し、同じく放射用ブロック A1〜C1 , A 2〜C2， A3〜C3, A4〜C4はそれぞれ Y方向に延びる方形導波管として作用する
[0056] 箱体 571の上面となる平板 513には、長方形の開口 542が形成され、この開口 54 2の周囲にマイクロ波発振器に繋がるマイクロ波導波管 541が接続されている。より 具体的に言えば、放射用ブロック Β2と放射用ブロック Β3との境界線上に、方形導波 管からなるマイクロ波導波管 541の 2つの Η面（広い方の壁面）の中間位置がくるよう に、開口 542が形成されている。ここで、マイクロ波導波管 541が接続される平板 51 3は、放射用ブロック Β1〜Β4からなる方形導波管の Η面となる。よって、マイクロ波導 波管 541の管内および箱体 571の放射用ブロック B2, B3における磁力線は、それ ぞれ図 12Aおよび図 12Bの矢線で示すようになり、マイクロ波導波管 541により導か れたマイクロ波を、放射用ブロック B2と放射用ブロック B3とで位相が逆になるように 分配供給することができる。
[0057] 放射用ブロック B2, B3に供給されたマイクロ波は、それぞれ放射用ブロック Bl， B 4に伝播する。また、放射用ブロック B1〜B4のマイクロ波は、開口 512を介して放射 用ブロック A1〜A4および放射用ブロック C1〜C4に分配される。各放射用ブロック の一辺の長さは略え g/2であるから、各放射用ブロックにおける磁力線は図 10に示 すようになる。
[0058] 図 10に示すように、箱体 571の下面となる平板 514には、放射用スロット 511が形 成されている。この例では、箱体 571の各放射用ブロックに、 2つのスロット 511A, 5 11B力 なるハの字型スロットが形成されてレ、る。長さが短レ、スロット 511Aは磁力線 が左方向に向力 位置に配置され、長さが長いスロット 511Bは磁力線が下方向に向 力 位置に配置されており、 2つのスロット 511A, 511Bはその延長線上で直交する 。したがって、放射電界の位相をスロット 511Aで + 45°、スロット 511Bで— 45。 とす ることにより、スロット 511A, 511Bから放射されるマイクロ波は円偏波となる。
[0059] なお、各スロット 511A, 511Bの放射電力は、直線偏波を放射する場合の略 1/2 とする。これにより、円偏波の電力は直線偏波を放射する場合と同等になるが、各ス ロット 511A, 511Bの放射電力が小さくなるので、各スロット 511A, 511Bで放電が 起こる危険が減少する。
[0060] このような構成のアンテナ部材 570において、箱体 571の放射用ブロック B1〜B4 力もなる方形導波管および開口 512は、第 1の実施例におけるマイクロ波分配器 30 と同様に、放射用ブロック A1〜A4, C1〜C4にマイクロ波を分配供給する作用を有 する。また、放射用ブロック A1〜A4および放射用ブロック C1〜C4は、第 1の実施例 における導波管スロットアンテナアレー 10と同様に、マイクロ波分配器 30から導入さ れたマイクロ波を放射用スロット 511を介して処理容器 1の内部に供給する作用を有 する。したがって、アンテナ部材 570は、第 1の実施例におけるマイクロ波分配器 30 の両側に導波管スロットアンテナアレー 10をそれぞれ設け、さらにマイクロ波分配器 30の給電用導波管の下面（すなわち、載置台 2に対向する壁面）に放射用スロット 5 11を形成したもとの捉えることができる。
[0061] したがって、本実施例では、第 1の実施例と同様の作用効果を得ることができる。す なわち、導波管スロットアンテナの数を増やして開口面積を大きくするときの装置構 成の複雑化および大型化を抑制することができるとともに、装置構成の設計自由度を 大きくすることができる。また、導波管スロットアンテナの放射用導波管の断面サイズ を大きくする必要がなぐ放射用ブロックの数を増やすことで大面積化が可能であり、 高次モードを励起させることなぐマイクロ波の制御が容易になる。さらに、誘電体板 8 内に表面波を励起する必要がないので、プラズマの分布を均一化し、また基板ダメ ージゃ処理容器 1内の金属汚染が少なレ、低電子温度プラズマを実現することができ る。
[0062] また、放射用ブロック B1〜B4はマイクロ波分配器として作用するとともに、放射用ス ロット 511が形成されているので導波管スロットアンテナとしても作用する。したがって 、本実施例ではマイクロ波分配器 30のみの作用を有する部材が不要となるので、第 1の実施例よりも更に装置構成の簡単化および小型化が可能となる。
[0063] 次に、アンテナ部材 570の変形例について説明する。
まず、仕切り部材について説明する。
図 13A〜図 13Fは、アンテナ部材 570に使用可能な仕切り部材の平面形状を示 す図である。この図において、点線は箱体 571の各放射用ブロックの境界線を表して いる。
[0064] 仕切り部材としては、図 13Aおよび図 13Bに示すような 1枚の平板からなる仕切り 部材 525A, 525Bの他、図 13Cに示すような平面視 T字型をした仕切り部材 525C 、図 13Dに示すような平面視十字型をした仕切り部材 525D、図 13Eに示すような平 面視 L字型をした仕切り部材 525Eを用いることができる。図 10における仕切り部材 5 23, 524は、それぞれ図 13Cおよび図 13Aに示した仕切り咅材 525C, 525Aと同 型である。
また、図 11において、放射用ブロック A1〜A4, C1〜C4のそれぞれの境界は開 口してもよいので、図 13Fに示すような柱状の仕切り部材 525Fを用いることもできる [0065] 次いで、放射用スロット 511の他の例について説明する。
図 14は、放射用スロット 511の他の配置例を示す図である。この図に示す放射用ス ロット 511もまた、 2つのスロット 511C， 51 IDからなる八の字型スロットである。ただし 、スロット 511C, 511Dは、放射用ブロック Ai, Bi， Ci (i= l , 2， 3， 4)力らなる方形 導波管の軸線に対して略 45° の角度をなしている。
[0066] 図 15Aおよび図 15Bは、図 14に示した放射用スロット 511の設計例を示す図であ る。また、図 16は、放射用スロットのマイクロ波放射特性を示す図である。横軸はスロ ットの長さをマイクロ波の自由空間波長（周波数が 2. 45GHzのマイクロ波で 122mm ) λ で割った値、縦軸はスロットからの放射電界の相対利得 [dB]または位相 [deg] を示している。図 16には、スロットからの放射電界の相対利得が実線で、位相が波線 でそれぞれ示されている。
図 15Aおよび図 15Bに示す例では、 2つのスロット 511C, 511Dのなす角度を 90 ° とし、それぞれの長さを 0. 43 λ , Ο. δ Ι λ とする。スロット 511C, 511Dのそれぞ れの長さを 0. 43 1 , 0. 51 1 とすると、図 16から分かるように、放射電界の位相が
+ 45。 , —45° となる。よって、スロット 511C, 511Dから放射されるマイクロ波を円 偏波にすることができる。
[0067] 図 17は、放射用スロットの更に他の配置例を示す図である。この図に示す放射用ス ロット 511Eは各放射用ブロックにおいて磁力線が下方向に向力 位置に配置されて おり、放射されるマイクロ波は直線偏波となる。
なお、アンテナ部材 570における放射用スロット 511の位置により偏波を変えてもよ レ、。例えば、処理容器 1の側壁付近に放射されるマイクロ波をその側壁に平行な直 線偏波にすることにより、マイクロ波の漏洩を低減することができる。また、処理容器 1 の内部で生成されるプラズマの状態に応じて、偏波を設定してもよい。例えば、電子 温度を上げたレ、場合には、敢えて直線偏波にするとよレ、。
[0068] 次いで、放射用ブロックの配置のバリエーションについて説明する。
本実施例では、箱体 571の内部を複数の放射用ブロックに分割し、各放射用ブロッ クの間を必要に応じて仕切り部材で仕切る構成をとつている。したがって、箱体 571 の大きさや形状などによって、放射用ブロックの数や配置を自在に変更することがで きる。
例えば、図 18に示すような X方向の長さが; l g、Y方向の長さが 3 X g/2の箱体 5 71Cについては、箱体 571Cの内部を 2 X 3 = 6個の放射用ブロックに分割すること ができる。
[0069] また、図 19に示すような X方向および Y方向の両方の長さが 3 X ;i g/2の箱体 571 Dについても、アンテナ部材 570の使用態様によっては、箱体 571Dの内部を 2 X 3 =6個の放射用ブロックに分割してもよレ、。この際、 1つの放射用ブロックの X方向、 Y 方向の辺の長さをそれぞれ ax, ayとすれば、
Figure imgf000024_0001
の関係式を好ましくは満たすように設定する。
[0070] また、第 1の実施例における導波管スロットアンテナアレー 10として作用する部分（ 図 11では放射用ブロック A1〜A4, C1〜C4)の Y方向の長さを延ばし、 Y方向に複 数の放射用ブロックを配置してもよレ、。図 20には、導波管スロットアンテナアレー 10と して作用する部分 AA, CCの Y方向の長さを とし、 Y方向にそれぞれ 2個の放射 用ブロックを配置した例を示してレ、る。
また、図 21に示すように、導波管スロットアンテナアレー 10として作用する部分 AA を、マイクロ波分配器 30として作用する部分 Bの片側のみに設けてもよい。
[0071] このように、放射用ブロックの数や配置は自由度が大きいので、処理容器 1の開口 部の口径および形状に合わせて箱体 571を選び、その内部をブロック化することによ り、処理容器 1の開口部の全域に放射用ブロックを配置することができる。よって、本 実施例によれば、複数の放射用導波管を組み合わせてアンテナを構成するよりも容 易に、処理容器 1の開口部をアンテナで覆うことが可能となる。
[0072] (第 6の実施例）
本発明の第 6の実施例に係るプラズマ処理装置は、第 5の実施例におけるマイクロ 波供給装置 550を複数組み合わせて用レ、るものである。
図 22は、マイクロ波供給装置 550を複数組み合わせて用いる場合の一構成例を示 す平面図である。図 23は、マイクロ波供給装置 550のアンテナ部材 570の寸法を示 す図である。図 24は、図 22における XXIV—XXIV' 線方向の断面図である。この図 では、図 1に示した構成要素に相当する構成要素を図 1と同一符号で示している。
[0073] 図 22に示すように、 LCD基板 3の寸法が l lOOmm X 1300mmの場合には、例え ば、 口径が 1500mm X I 500mmの処理容器 1を用いる。また、処理容器 1の開口上 部に、 346. 4mm X 346. 4mmの箱体 571を有するアンテナ部材 570をマトリックス 状に 3 X 3 = 9個配置する。なお、図 23に示すように、この箱体 571の内部は 86. 6m m X 86. 6mmの放射用ブロックに 16分割されている。
このように、マイクロ波供給装置 550を複数用いることにより、上述した第 4の実施例 と同様の作用効果が得られる。すなわち、各マイクロ波供給装置 550のマイクロ波発 振器として低出力で価格の安レ、ものを用いることができ、結果としてプラズマ処理装 置全体の製造コストを低減することができる。
[0074] 本実施例でも第 4の実施例同様に、処理容器 1の上部開口を 1枚の誘電体板 8で 閉塞し、その誘電体板 8の上に複数のアンテナ部材 570を配置してもよいが、図 24 に示すように各アンテナ部材 570の下部のみを誘電体板 8Aで構成してもよい。この 場合には、誘電体板の面積を大きくする必要がないので、誘電体板の強度を維持で きる。アンテナ部材 570の下部のみに配置された誘電体板 8Aは、処理容器 1の上部 開口に梁渡された梁 1Aにより支持される。誘電体板 8Aと梁 1Aとの間、および、梁 1 Aの基部と処理容器 1の側壁上面との間には、〇リングなどのシール部材 1Bを介在 させ、処理容器 1内の気密性を確保する。
また、処理容器 1内にガスを導入するガス導入管 7Aを梁 1Aに設けてもよい。さらに 、載置台 2の上部空間に金属性のシャワープレート（図示せず）を配置し、ガス導入 管 7Aから導入されたガスを均一化するようにしてもよい。
[0075] また、アンテナ部材 570の放射用スロット 511が形成された下面を、誘電体部材 8A に接触させてもよい。この場合、アンテナ部材 570の温度制御を行うことにより、誘電 体板 8Aの温度を調整することができる。アンテナ部材 570を冷却して誘電体板 8Aを 冷却することにより、プラズマ熱流による誘電体板 8Aの温度上昇を抑え、熱膨張によ る誘電体板 8Aの破損を防ぐことができる。また、例えばフロロカーボンガスのようなデ ポ性のガスを用いたプロセスを行う際に、アンテナ部材 570を加熱して誘電体板 8A の温度を 150°C程度にすることにより、誘電体板 8Aへのデポジションを防ぎ、プロセ スを安定させることができる。
[0076] (第 7の実施例）
第 5の実施例では、マイクロ波供給装置 550のマイクロ波導波管 541として方形導 波管を用いた例を示したが、これに限定されるものではなぐ例えば同軸導波管を用 レ、てもよい。この同軸導波管を用いる例を、本発明の第 7の実施例として説明する。 図 25Aおよび図 25Bは、本発明の第 7の実施例に係るプラズマ処理装置に用いら れるマイクロ波供給装置の要部構成を示す縦断面図である。図 26は、図 25Aおよび 図 25Bにおける XXVI— XXV 線方向の横断面図である。これら図では、図 8〜図 10に示した構成要素に相当する構成要素を図 8〜図 10と同一符号で示している。 図 25Aおよび図 25B,図 26に示すマイクロ波供給装置 650は、図示しないマイクロ 波発振器と、マイクロ波発振器で生成されたマイクロ波を導く同軸導波管からなるマ イク口波導波管 641と、マイクロ波導波管 641により導かれたマイクロ波を処理容器 1 内に供給するアンテナ部材 670とを有してレ、る。
[0077] アンテナ部材 670の箱体 671の上面となる平板 513には、円形の開口 642が形成 されている。開口 642は箱体 671内部のある放射用ブロックの中央部分に形成され、 開口 642の周囲にマイクロ波導波管 641の外部導体 641Aが接続さている。外部導 体 641Aと同軸に配置された内部導体 641Bは、開口 642を通って箱体 671内部に まで延びている。内部導体 641Bの先端は、図 25Aに示すように箱体 671の下面と なる平板 514に接続されてレ、てもよレ、し、図 25Bに示すように接続されてレ、てレ、なく てもよレ、。前者の場合には、内部導体 641Bの先端にテーパー 643を付けることによ り、マイクロ波導波管 641からアンテナ部材 670へのインピーダンス変化を緩やかに し、マイクロ波導波管 641とアンテナ部材 670との接続部でのマイクロ波の反射を小 さくすることができる。
[0078] マイクロ波導波管 641の管内における磁力線は、図 27Aの矢線で示すように内部 導体 641Bを中心に回転している。よって、上述したように放射用ブロックの中央部に マイクロ波導波管 641を接続することにより、その放射用ブロックでの磁力線は図 27 Bの矢線で示すようになり、図 26に示すように全ブロックへマイクロ波を分配すること ができる。
第 6の実施例と同様に、このマイクロ波導波管 641として同軸導波管を用いたマイク 口波供給装置 650を複数組み合わせて用いてもよい。その一構成例を図 28に示す。 この図では、処理容器 1の開口上部に、マイクロ波供給装置 650のアンテナ部材 67 0をマトリックス状に 3 X 3 = 9個配置している。
[0079] 以上、本発明の種々の実施例について説明した力 上述した実施例に含まれる技 術思想を相互に組み合わせたものも本発明に含まれる。
産業上の利用可能性
[0080] 本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置、 CVD装置、アツシング装置などに 利用することができる。また、本発明のプラズマ処理方法は、例えばエッチング、アツ シング、 CVDなどの処理に利用することができる。さらに、これらのプラズマ処理装置 および方法は、 LCDなどのフラットパネルディスプレイ装置の製造にも利用すること ができる。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理体を載置する載置台と、
この載置台を収容する処理容器と、
放射用導波管にスロットが形成された複数の導波管スロットアンテナが前記放射用 導波管の軸線方向に直交する幅方向に整列配置されるとともに前記載置台に対向 配置されたアンテナアレーと、
前記放射用導波管の一端に接続されそれぞれにマイクロ波を分配する分配器とを 備え、
前記分配器は、
前記導波管スロットアンテナの前記幅方向に延びる給電用導波管と、
この給電用導波管の壁面に形成された前記放射用導波管と前記給電用導波管と を連通する開口と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
[2] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記給電用導波管の前記載置台に対向する壁面に形成されたスロットを更に備え たことを特徴とするプラズマ処理装置。
[3] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記分配器は、前記開口に対向する前記給電用導波管の壁面から前記開口に向 かって突出し、前記給電用導波管を伝播するマイクロ波を前記放射用導波管へ誘導 する誘導壁を更に備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
[4] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記アンテナアレーは、前記給電用導波管の両側にそれぞれに設けられているこ とを特徴とするプラズマ処理装置。
[5] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記放射用導波管の管内のみに配置された誘電体からなる遅波材を備えたことを 特徴とするプラズマ処理装置。
[6] 請求項 5に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記遅波材は、前記放射用導波管の前記一端の側の端部に勾配を備えたことを 特徴とするプラズマ処理装置。
[7] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記放射用導波管の幅は、前記給電用導波管の管内波長の略 1Z2であり、 前記開口は、前記給電用導波管の管内波長と略同一の間隔で配置され、それぞ れ隣り合う 2つの放射用導波管を前記給電用導波管に連通させることを特徴とするプ ラズマ処理装置。
[8] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
互いに略平行に配置された 2枚の導体板と、
前記 2枚の導体板の間に延在し、前記 2枚の導体板によって形成された空間を仕 切る導体からなる仕切り部材とを備え、
前記放射用導波管および前記給電用導波管は、前記 2枚の導体板と前記仕切り 部材とから形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
[9] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
マイクロ波を発生するマイクロ波発振器と、
このマイクロ波発振器から出力される前記マイクロ波を前記給電用導波管に導くマ イク口波導波管と、
このマイクロ波導波管に設けられ、電源側と負荷側とのインピーダンスを整合させる インピータ"ンス整合器と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
[10] 請求項 9に記載されたプラズマ処理装置において、
前記インピーダンス整合器は、前記給電用導波管と前記マイクロ波導波管との接 続部付近に設けられ、前記マイクロ波導波管の管路を狭めるアイリスからなることを特 徴とするプラズマ処理装置。
[11] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記アンテナアレーと前記分配器とこの分配器に前記マイクロ波を供給するマイク 口波発振器とを含むマイクロ波供給装置を複数備えたことを特徴とするプラズマ処理 装置。
[12] 請求項 11に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、 2つのマイクロ波供給装置は、それぞれが有する放射用導波管の他端が対向する とともに、それぞれが有する前記放射用導波管に形成された前記スロットが同一直線 上に並ぶように配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
[13] 請求項 11に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
複数のアンテナアレーは、前記処理容器の外部に配置され、
前記処理容器の前記アンテナアレー側端部を閉塞する誘電体板と、
隣り合う複数のアンテナアレーの境界に対向するように延在し前記誘電体板を支え る補強部材と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
[14] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記放射用導波管に形成される前記スロットの数は、その放射用導波管が前記ァ ンテナアレー内で配置される位置により異なることを特徴とするプラズマ処理装置。
[15] 請求項 14に記載されたプラズマ処理装置において、
前記スロットは、すべての放射用導波管を組み合わせることにより形成される前記 載置台と対向する面の中央部分を除く領域のみに形成されることを特徴とするプラズ マ処理装置。
[16] 請求項 14に記載されたプラズマ処理装置において、
前記分配器は、前記スロットの数が少ない放射用導波管ほど小さい電力を供給す ることを特徴とするプラズマ処理装置。
[17] 請求項 1に記載されたプラズマ処理装置にぉレ、て、
前記導波管スロットアンテナは、前記スロットより前記処理容器の内部に円偏波を供 給することを特徴とするプラズマ処理装置。
[18] 請求項 2に記載されたプラズマ処理装置において、
前記導波管スロットアンテナおよび前記分配器は、前記スロットより前記処理容器の 内部に円偏波を供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
[19] 分配器を構成する給電用導波管にマイクロ波を供給する第 1のステップと、
放射用導波管にスロットが形成された複数の導波管スロットアンテナが前記放射用 導波管の軸線方向に直交する幅方向に整列配置されたアンテナアレーに対し、前 記給電用導波管の側壁に形成され前記放射用導波管と前記給電用導波管とを連通 する開口を介して前記放射用導波管から前記放射用導波管のそれぞれに前記マイ クロ波を供給する第 2のステップと、
前記放射用導波管に形成された前記スロットを介して前記マイクロ波を処理容器内 に供給する第 3のステップと、
前記処理容器内に供給された前記マイクロ波によって生成されたプラズマを利用し て前記処理容器内に収容された載置台上の被処理体を処理する第 4のステップと を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
[20] 請求項 19項に記載されたプラズマ処理方法において、
前記放射用導波管の管内のみに誘電体からなる遅波材が配置されていることを特 徴とするプラズマ処理方法。
[21] 請求項 19に記載されたプラズマ処理方法において、
前記放射用導波管および前記給電用導波管は、
互いに略平行に配置された 2枚の導体板と、
前記 2枚の導体板の間に延在し、前記 2枚の導体板によって形成された空間を仕 切る導体からなる仕切り部材とからなることを特徴とするプラズマ処理方法。
[22] 請求項 19に記載されたプラズマ処理方法において、
前記第 1〜第 3のステップは、前記アンテナアレーと前記分配器とこの分配器に前 記マイクロ波を供給するマイクロ波発振器とを含むマイクロ波供給装置を複数用いる ことを特徴とするプラズマ処理方法。
[23] 請求項 19に記載されたプラズマ処理方法において、
前記スロットは、すべての放射用導波管を組み合わせることにより形成される前記 載置台と対向する面の中央部分を除く領域のみに形成されることを特徴とするプラズ マ処理方法。
[24] 請求項 19に記載されたプラズマ処理方法において、
前記アンテナアレーは、前記処理容器の外部に配置され、
前記処理容器の前記アンテナアレー側端部は、誘電体板で閉塞され、 この誘電体板に前記アンテナアレーを接触させた状態で前記アンテナアレーの温 度を制御するステップを更に備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
分配器を構成する給電用導波管にマイクロ波を供給する第 1のステップと、 放射用導波管にスロットが形成された複数の導波管スロットアンテナが前記放射用 導波管の軸線方向に直交する幅方向に整列配置されたアンテナアレーに対し、前 記給電用導波管の側壁に形成され前記放射用導波管と前記給電用導波管とを連通 する開口を介して前記放射用導波管から前記放射用導波管のそれぞれに前記マイ クロ波を供給する第 2のステップと、
前記放射用導波管に形成された前記スロットを介して前記マイクロ波を処理容器内 に供給する第 3のステップと、
前記処理容器内に供給された前記マイクロ波によって生成されたプラズマを利用し て前記処理容器内に収容された載置台上の被処理体にエッチング、アツシングおよ び CVDのうちの少なくとも一つの処理を行う第 4のステップと
を備えたことを特徴とするフラットパネルディスプレイ装置の製造方法。
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