WO2007020810A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2007020810A1
WO2007020810A1 PCT/JP2006/315464 JP2006315464W WO2007020810A1 WO 2007020810 A1 WO2007020810 A1 WO 2007020810A1 JP 2006315464 W JP2006315464 W JP 2006315464W WO 2007020810 A1 WO2007020810 A1 WO 2007020810A1
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WO
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waveguide
plasma processing
plasma
processing apparatus
dielectric
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Application number
PCT/JP2006/315464
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Original Assignee
Tohoku University
Tokyo Electron Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University, Tokyo Electron Limited filed Critical Tohoku University
Priority to DE112006002151T priority Critical patent/DE112006002151T5/de
Priority to US11/990,309 priority patent/US20090065480A1/en
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • 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
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus capable of uniformly processing a large area substrate.
  • Plasma treatment is a method in which a specific gas is turned into plasma to generate highly active ions and radicals (free radicals), and these ions and radicals are used to etch, form a film,
  • This refers to a cleaning method for performing processing such as cleaning and ashing.
  • a plasma processing apparatus refers to an apparatus used for performing a plasma processing method.
  • the energy that turns gas into plasma is often given by electromagnetic waves.
  • parallel plate plasma processing equipment using inductive coupling plasma processing equipment that uses several megahertz power and high frequency of several tens of MHz is used as an energy medium for converting gas into plasma.
  • a standing wave is generated by interference between the reflected wave generated by the reflection by the slot and the reflection at the short-circuit portion of the end face of the waveguide and the incident wave.
  • the slots are equally spaced at the antinodes of the standing wave.
  • the antinode pitch of the standing wave is “g / 2j” where “n” is a natural number and “ ⁇ gj is the in-tube wavelength in the waveguide. Therefore, if the pitch between slots is set to“ n X gZ2 ” Uniform plasma can be generated.
  • the actual in-tube wavelength does not completely match the design value due to the size and dielectric constant of each part of the waveguide, the impedance variation of the contact portion, the frequency variation, etc., and varies from device to device. Is common.
  • the waveguide is long and the number of slots per waveguide is large. Therefore, deviation from the optimum value of the in-tube wavelength greatly affects the plasma uniformity. Therefore, even if the conditions for use are limited, it is difficult to always generate a uniform plasma.
  • the characteristics vary from device to device. Substrates such as semiconductors, solar cells, and flat panel displays are increasing in area, and plasma processing apparatuses are also becoming larger. It is clear that these problems related to plasma uniformity will become increasingly apparent in the future.
  • the dielectric plate expands (may exceed 400 ° C).
  • the dielectric plate expands and contacts an adjacent member, the expansion is suppressed and an excessive stress is applied to the dielectric plate, so that the dielectric plate may be broken. For this reason, a desired gap is required between the dielectric plate and the adjacent member.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-63793
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-63793 since gas is introduced from the periphery of the substrate to be processed, the center of the substrate to be processed is A gas retaining portion is generated in the portion. For this reason, there is a problem that uniform processing cannot be performed and it can be used only for limited applications.
  • the dielectric plate is a shower plate having a number of gas discharge holes, and gas is uniformly discharged over the entire surface of the substrate to be processed. can do.
  • the dielectric plate is exposed to strong microwaves during plasma processing, unintended plasma may be generated inside the gas discharge holes opened in the dielectric plate.
  • the diameter of the gas discharge hole can be reduced. In actual use conditions, for example, the diameter should be 0.1 mm or less.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-141941
  • Patent Document 2 JP-A-9-63793
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-49442
  • a problem to be solved is that uniform processing cannot be performed when a substrate to be processed has a large area.
  • a container in which plasma is excited inside and a microwave supply system that supplies a microwave necessary for exciting the plasma in the container.
  • a plasma processing apparatus comprising a stem, a waveguide connected to the microwave supply system and having a plurality of slots opened, and a dielectric plate for propagating the microwaves emitted from the slots to the plasma.
  • a plasma processing apparatus comprising means for adjusting the wavelength of a microwave propagating in the waveguide from the outside of the waveguide (claim 1).
  • a part of the conductor wall constituting the waveguide may be moved from the outside of the waveguide (claim 2).
  • the waveguide is a rectangular waveguide, and may be configured to move at least a part of the E-surface (narrow wall surface) tube wall of the waveguide from the outside of the waveguide. Section 3).
  • a plurality of rods inserted into the waveguide may be provided, and an external force of the waveguide may be configured to move each of the rods (claim 4).
  • a first dielectric member may be provided in the waveguide, and the first dielectric member may be moved from the outside of the waveguide (claim 5).
  • the wavelength may be adjusted by changing the frequency of the microwave supplied by the microwave supply system (Claim 6).
  • a container in which plasma is excited inside a gas supply system for supplying gas into the container, and a microwave necessary for exciting the plasma in the container are provided.
  • a microwave supply system to be supplied one or more waveguides connected to the microwave supply system and having a plurality of slots opened therein, and a plurality of dielectrics for propagating the microwaves emitted from the slots to the plasma
  • a plasma processing apparatus including a body plate and a mounting table that is accommodated in the container and on which a substrate to be processed is placed, wherein a plurality of the dielectric plates are provided for each waveguide.
  • a plasma processing apparatus is provided in which a partition member having at least a part of a conductive force is provided between the matching dielectric plates (claim 7).
  • a plurality of the waveguides may be provided. At least a part of the airtight holding portion between the inside and the outside of the container may be provided between the surface of the dielectric plate on the slot side and the container (Claim 9). .
  • the pitch in the traveling direction of the microwave propagating in the waveguide between the dielectric plates and the pitch in the traveling direction between the slots may be set substantially equal to each other (claim 10). How to proceed between the slots
  • the direction pitch may be set to be approximately equal to a natural number multiple of “1Z2” of the microwave wavelength propagating in the waveguide (claim 11).
  • the pitch in the traveling direction between the slots may be set to be approximately equal to “1Z2” times the wavelength (claim 12).
  • a second dielectric member may be provided in at least a part of the inside of the slot (claim 13).
  • a plurality of the second dielectric members having different dielectric constants may be provided in at least a part of the slot (claim 14).
  • a third dielectric member may be provided in at least a part of the inside of the waveguide (claim 15).
  • the waveguide may be a rectangular waveguide, and the slot may be opened in an H surface (wide wall surface) of the waveguide (claim 16).
  • the waveguide may be a rectangular waveguide, and the slot may be opened in the E surface (narrow wall surface) of the waveguide (claim 17).
  • a function of adjusting the wavelength of the microwave propagating through the waveguide may be provided (claim 18).
  • a part of the tube wall of the waveguide may be configured to move from the outside of the waveguide (claim 19).
  • a plurality of rods inserted into the waveguide may be provided, and each of the rods may be moved from the outside of the waveguide (claim 20).
  • a first dielectric member may be provided in the waveguide, and the first dielectric member may be moved from the outside of the waveguide (claim 21).
  • the thickness of the dielectric plate may be set according to the distance from the slot facing the dielectric plate (claim 22).
  • An interval between the partition member and the mounting table may be set to be shorter than an interval between the dielectric plate and the mounting table (claim 23).
  • the partition member may have a gas release function for releasing the gas introduced from the gas supply system into the container (Claim 24).
  • the partition member may include a plurality of gas discharge holes for discharging gas into the container (claim 25).
  • the partition member may include a gas flow path for guiding the gas introduced from the gas supply system cover to the plurality of gas discharge holes (claim
  • a means for adjusting the in-tube wavelength to the external force of the waveguide is provided.
  • the in-tube wavelength can always be kept at the optimum value even if the usage conditions such as gas type, pressure, and microwave power change. For this reason, it is possible to always generate a uniform plasma under a very wide range of use conditions. For example, it is possible to flexibly cope with processing performed while continuously changing usage conditions.
  • the in-tube wavelength can be set to an optimum value, so that a uniform plasma can be easily obtained even if the plasma processing apparatus is enlarged.
  • a plurality of waveguides are provided, and a plurality of dielectric plates are provided for each waveguide, so that the dielectric plates are remarkably miniaturized, and the heat of the dielectric plates is reduced. Since the influence of expansion is reduced, the gap between the dielectric plate and the adjacent member can be set small. For this reason, even if the substrate to be processed has a large area, there is no problem of generating plasma unintentionally in the gap between the dielectric plate and the adjacent member! /.
  • the pitch between the gas discharge holes can be set small. Therefore, the gas is supplied uniformly over the entire surface of the substrate to be processed, and uniform processing without unevenness is possible.
  • the partition member since the partition member has a conductive force and is grounded, a microwave electric field is applied to the inside of the gas discharge hole, so that there is no problem of generating plasma!
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention. (Example 1)
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a BB cross section in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing an electron density distribution on a substrate in a direction perpendicular to the waveguide axis.
  • FIG. 5 is a diagram showing the dependency of the electron density distribution on the substrate in the waveguide axis direction on the plunger position h.
  • FIG. 6 is a graph showing the frequency f dependence of the electron density distribution on the substrate in the waveguide axis direction.
  • FIG. 7 is a view showing a cross section of a gas discharge portion provided with a gas hole bolt.
  • FIG. 8 is a view showing a cross section of a gas discharge part provided with a porous member.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. (Example 2)
  • FIG. 10 is a diagram showing the dependence of the electron density distribution on the substrate in the waveguide axis direction on the dielectric thickness in the slot.
  • Solid line When the thickness of the dielectrics 202 and 203 in the slot is set to 5 mm in all slots.
  • Dashed line The thickness of the dielectrics 202 and 203 in the slot is set to 4 mm and 6 mm only in the slots at both ends, respectively. When set to 5mm in other slots.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. (Example 3)
  • FIG. 12 is a view showing an AA cross section in FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. (Example 4)
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. (Example 5)
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • the vacuum vessel 101 has an aluminum force, for example, and is in a grounded state.
  • a substrate 107 and a mounting table 108 for the substrate 107 are provided inside the vacuum vessel 101.
  • the substrate 107 is, for example, a glass substrate.
  • a base 109 is provided between the mounting table 108 and the vacuum vessel 101 so that the mounting table 108 can be moved up and down while maintaining airtightness by a lifting mechanism not shown in the drawing.
  • An exhaust port 110 for exhausting the gas inside the vacuum vessel 101 by a vacuum pump or the like provided outside the vacuum vessel 101 is provided at the lower part of the vacuum vessel 101!
  • Two rectangular waveguides 102 are arranged in parallel with each other, that is, the H plane (the wide wall surface of the rectangular waveguide) is arranged in parallel with the substrate 107.
  • the microwave supply system 113 can generate, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz and a maximum power of 2 kW, including a magnetron, an isolator, an incident Z reflection power meter, and an automatic matching device.
  • a plurality of slots 103 are opened at equal intervals in two rows.
  • the inside of the waveguide 102 and the slot 103 is hollow.
  • a rectangular parallelepiped dielectric plate 104 is disposed across two rows of slots 103 for each waveguide 102.
  • the dielectric plate 104 may be made of mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like that has a quartz force.
  • a 0-ring 105 is disposed so as to surround the slot 103, and the airtightness of the vacuum vessel 101 is maintained.
  • the inside of the O-ring 105, the slot 103, and the inside of the waveguide 102 are filled with air.
  • Microwaves generated by the microwave supply system 113 are introduced into the two waveguides 102 through the branches, and then propagate in the waveguide 102 in the TE mode. Propagating through waveguide 102
  • a part of the microwave is supplied to the dielectric plate 104 through each slot 103 and spreads over the entire dielectric plate 104. Electrons in the plasma are accelerated by the microwave electric field in the vicinity of the dielectric plate 104, and plasma is generated and maintained.
  • the thickness distribution of the dielectric plate 104 is optimized. As shown in FIG. 1, in the periphery of the slot 103 where the plasma density tends to be high, the portion away from the slot 103 where the thickness of the dielectric plate 104 is thick is thin. A sleeve-like flat portion is provided on the outer peripheral portion of the dielectric plate 104 so that the high density plasma is not in direct contact with the partition member 106.
  • the dielectric plate 104 forms a microwave waveguide surrounded by a metal wall on the upper surface and side surfaces and a plasma on the lower surface, respectively.
  • a plurality of dielectric plates 104 are provided, and the pitch between the dielectric plates 104 is set equal to the pitch between the slots 103. Therefore, the width of the dielectric plate 104 is extremely narrow, and the microwave propagating through the dielectric plate 104 propagates in a mode similar to a single-mode rectangular waveguide.
  • the microwave electric field mainly passes through the dielectric plate 104 so that the plasma is not excited so much. The plasma is excited actively.
  • the plasma density distribution in the dielectric plate 104 can be made uniform.
  • FIG. 4 shows the result of measuring the electron density distribution on the substrate 107 in the direction perpendicular to the waveguide axis.
  • the broken line is the result when a dielectric plate with a uniform thickness is used, and the solid line is the result when an dielectric plate with an optimized thickness distribution is used.
  • “Ar” was used as the gas.
  • the pressure was set to lOOPa
  • the electron density around the slot 103 is high, and the plasma distribution in the direction perpendicular to the waveguide axis is extremely nonuniform.
  • a dielectric plate with an optimized thickness distribution is used, a substantially uniform distribution is obtained.
  • optimization of the thickness distribution of the dielectric plate 104 is extremely effective for obtaining a uniform plasma.
  • the thickness of the dielectric plate 104 does not affect even if the force is not monotonously decreased with respect to the distance from the slot 103.
  • the thickness of the dielectric plate 104 may be changed stepwise by arranging flat portions side by side.
  • a raised portion may be provided at the step portion where the thickness of the dielectric plate 104 changes. ,.
  • the dielectric plate 104 is held at the same time as being surrounded by a partition member 106 having an aluminum force, for example. Since the partition member 106 is a conductor and is electrically grounded, the propagation of microwaves between adjacent dielectric plates 104 is suppressed. Furthermore, by setting the interval between the partition member 106 and the mounting table 108 to be shorter than the interval between the dielectric plate 104 and the mounting table 108 and raising the partition portion, it is possible to more reliably reduce the distance between the dielectric plates 104. Wave transmission Carrying is suppressed. For this reason, since the propagation method of the microwave in the dielectric plate 104 is determined independently for each dielectric plate, a plasma that is easy to control and excellent in uniformity and stability can be obtained.
  • the in-tube wavelength g of the rectangular waveguide having a slot is expressed by the following equation (1).
  • a is the width of the H-plane of the waveguide.
  • ⁇ is the relative dielectric constant in the waveguide, and is “1” because it is hollow in this embodiment.
  • 0 is the wavelength in free space, and is equal to “cZf” when the speed of light in vacuum is set to the frequency f of microwaves.
  • the microwave frequency is 2.45 GHz
  • the wavelength ⁇ in free space is 122 mm.
  • K is a wave
  • the length reduction rate is “1” if there is no slot, and a real number determined by the impedance of the slot if there is a slot.
  • the wavelength shortening rate ⁇ is a function of the dielectric constant, shape and position of the slot 103, the dielectric constant and shape of the dielectric plate 104, the dielectric constant of the plasma (including the complex part), and the like.
  • the dielectric constant of plasma is determined by the density of electrons in the plasma, the electron temperature, the type of gas, the pressure, and the like.
  • the wavelength shortening rate ⁇ changes and the in-tube wavelength g also changes. If the wavelength in the tube deviates from the optimum value power, the intensity of the microwaves emitted from each slot 103 becomes uneven, and the plasma becomes uniform. Sexuality deteriorates. For this reason, it is desirable to have a function of adjusting the guide wavelength so that the guide wavelength is kept constant even when various conditions change.
  • the actual in-tube wavelength does not completely match the design value due to the size and dielectric constant of each part of the waveguide, the variation in the impedance of the contact part, the frequency variation, etc., and varies from device to device. Is common. In particular, in a large plasma processing apparatus, the waveguide is long and the number of slots per waveguide is large. Therefore, deviation from the optimum value of the in-tube wavelength greatly affects the plasma uniformity. Even if the conditions for use are limited and the dielectric constant of the plasma is constant, it is desirable to have a function for correcting the wavelength shift in the tube.
  • the in-tube wavelength ⁇ g is a function of the width a of the H plane, the relative permittivity ⁇ and r in the waveguide, and the frequency f of the microwave. I understand. In other words, the guide wavelength ⁇ g can be adjusted by changing these values.
  • a plunger 111 that moves up and down along the inside of the E surface of the waveguide 102 (the narrow wall surface of the rectangular waveguide).
  • the in-tube wavelength ⁇ g can be adjusted by moving the plunger 111 up and down to effectively change the width a of the H surface of the waveguide 102. For example, when the plunger 111 is moved upward, the width “a” of the H surface is effectively widened and the in-tube wavelength g is shortened.
  • a shield spiral 112 is provided between the plunger 111 and the waveguide 102, and no discharge is generated between them, and a microwave current flowing along the wall surface is applied to the sliding portion. It is configured to flow reliably even if it hits.
  • the microwave propagating in the waveguide 102 propagates while releasing energy from the slot 103, it gradually attenuates as it approaches the end face. For this reason, if “gZ2” is completely matched with the pitch between the slots 103, the intensity of the microphone mouth wave emitted from the slot 103 may become weak on the end face side depending on conditions. In such a case, adjust the position of the plunger 111, and adjust the position of “Eg / 2j to be slightly larger than the pitch between the slots 103 or to be slightly smaller. The microphone reduces the intensity of the microwave emitted from the slot 103 on the mouth wave introduction side, and as a result, good uniformity can be obtained as a whole. By providing the function of adjusting the length, it is possible to always generate a uniform plasma under a very wide range of usage conditions.
  • FIG. 1 which is the distance between the slot 103 existing surface of the waveguide 102 and the tip of the plunger 111
  • the plasma distribution is changed.
  • Figure 5 shows the electron density distribution on the substrate in the direction of the waveguide axis.
  • the pitch between the slots 103 was set to 71.0 mm.
  • the introduced gas is “Ar”, the gas flow rate is 700 sccm, and the pressure is lOOPa.
  • the electron density on the substrate is higher on the end face side which is lower on the microwave introduction side.
  • the plasma distribution in the waveguide axis direction changes depending on the plunger position h, and that the uniform wavelength plasma can be obtained by changing the plunger position h to optimize the in-tube wavelength ⁇ g.
  • Table 1 shows the results of examining how the optimum value of the plunger position h changes when the introduced gas and pressure are changed.
  • “Ar” gas with a flow rate of 700 sccm and a pressure of lOOPa the most uniform plasma was obtained when the plunger position h was 17.7 mm and the “gZ2” force was 70.1 mm as described above.
  • the wavelength shortening rate K decreased and the in-tube wavelength g shortened, resulting in poor plasma uniformity.
  • the plunger position h is reduced to 15.lmm and the width a of the H-plane is effectively reduced to obtain a uniform plasma again. It was.
  • the partition member 106 is provided with a plurality of gas discharge holes 115 for discharging gas into the vacuum vessel 101.
  • Each gas discharge hole 115 is connected to the gas flow path 114.
  • six gas flow paths 114 are arranged in parallel with the waveguide 102. The gas supplied from the gas supply system 116 is branched into six paths, and then guided to each gas flow path 114 to be uniformly discharged from a plurality of gas discharge holes 115.
  • a plurality of dielectric plates 104 are provided for each waveguide 102, and the pitch between the dielectric plates 104 is set equal to the pitch between the slots 103.
  • the gap between the dielectric plate 104 and the adjacent member can be set small. For this reason, even if the substrate has a large area, uniform and stable plasma can be generated efficiently without generating plasma in the gap between the dielectric plate and the adjacent member.
  • the partition member 106 by providing the partition member 106 with a plurality of gas discharge holes 115, the pitch between the gas discharge holes can be set small.
  • the gas is supplied almost uniformly over the entire surface of the substrate 107, and uniform processing with less unevenness can be performed even if the distance between the dielectric plate 104 and the substrate 107 is narrowed. Further, since the partition member 106 also has a conductor force and is grounded, there is no problem that plasma is generated by applying a microwave electric field inside the gas discharge hole.
  • the hermetic holding portion between the surface of the dielectric plate 104 on the slot 103 side and the vacuum vessel 101, the area where the dielectric plate 104 is in contact with the atmosphere is reduced, and the dielectric plate is caused by atmospheric pressure. Since the force received by 104 is reduced, the required strength of the dielectric plate 104 holding portion is reduced. Therefore, the width of the partition member 106 having the function of holding the dielectric plate 104 can be reduced. As a result, a decrease in plasma density around the partition member 106 can be suppressed and plasma uniformity can be improved.
  • this device is extremely versatile and can perform high-performance processing at a uniform, high-speed.
  • the plasma processing apparatus of the present invention has a plasma excitation frequency higher than that of a parallel plate plasma processing apparatus or an inductively coupled plasma processing apparatus that uses a high frequency for plasma excitation. It is done.
  • the electron temperature is about 3 eV to: LOeV
  • the electron density is about 10 1 G to about ⁇ ⁇ ⁇ 3
  • the electron temperature is 0.3 eV to 3 eV
  • electron density is 10 11 ⁇ 10 13 cm_ 3 about. For this reason, it has the feature that it can perform excellent processing at high speed without damaging the substrate.
  • the plasma processing apparatus of the present invention was applied to a part of the processing of the organic EL display manufacturing process.
  • the applied treatment is the formation of a silicon nitride film by plasma chemical vapor deposition.
  • the gas supply system 116 supplies a mixed gas of “Ar, SiH, and NH” and the gas flow
  • the flow rate of each gas was set to 400 sccm, 30 sccm, and 120 sccm, respectively.
  • a glass substrate was used as the substrate 107.
  • the substrate temperature was set to 30 ° C.
  • the silicon nitride film is used as a gate insulating film, an interlayer insulating film, or a protective film, and is required to have a high withstand voltage, a reduced leakage current, and a high film forming speed.
  • Withstand voltage of the silicon nitride film formed using a conventional parallel plate plasma processing apparatus, for example 5.4MVZcm the leakage current is 2.4 X 10 _6 AZcm_ 2
  • the deposition rate was l lOnm / min.
  • the dielectric strength of the thin film formed using the plasma processing apparatus of the present invention was, for example, 11.8 MVZcm, leakage current 1.6 ⁇ 10 _8 AZcm — 2 , and the film formation rate was 280 nmZmin.
  • a silicon nitride film having excellent characteristics as compared with the conventional plasma processing apparatus can be formed at high speed.
  • the uniformity has been greatly improved.
  • dielectric plate 104 is rectangular, but it may be cylindrical or polygonal. The thickness of the dielectric plate 104 may be uniform.
  • the partition member 106 and the vacuum vessel 101 may be a single body or may be covered with an insulator or the like. There is no need to provide a step in the partition.
  • the waveguide 102 may be a ridge waveguide, a circular waveguide, or the like. There may be other than two waveguides 102, and the number of slots 103 per waveguide may be other than twelve, and the number of gas flow paths 114 may be other than six. A plurality of gas supply systems 116, gas flow paths 114, and gas discharge holes 115 may be provided so that different gases are supplied.
  • the waveguide 102 may be a single row of forces in which slots 103 are arranged in two rows at an “eg / 2” pitch. Also, one column and the other column may be arranged alternately.
  • a movable plunger 111 is provided, and the wavelength in the tube is adjusted by changing the position of the plunger.
  • the guide wavelength may be adjusted.
  • the movable plunger 111 is not necessary.
  • FIG. 6 shows the substrate on the substrate in the waveguide axial direction.
  • the electron density distribution is shown.
  • the plunger position h was fixed at 17.7 mm.
  • the pitch between slots 103 was set to 71.0 mm.
  • the introduced gas is “Ar”, the gas flow rate is 700 sccm, and the pressure is lOOPa.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another form of the gas discharge part.
  • a gas discharge hole 118 is opened in the gas hole bolt 117.
  • the partition member 106 is fixed to the vacuum vessel 101 by a plurality of gas hole bolts 117.
  • Each gas discharge hole 118 is connected to a gas flow path 114, and the gas introduced into the gas flow path 114 is discharged from the plurality of gas discharge holes 118 into the vacuum vessel 101. Since the gas hole bolt 117 has both a function of holding the partition member 106 and the dielectric plate 104 and a function of releasing gas, the structure can be simplified.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing still another form of the gas discharge part.
  • the partition member 106 is provided with a porous member 119 having an alumina force, for example.
  • the gas guided to the porous member 119 by the gas flow path 114 passes through the porous member 119 and is released into the vacuum vessel 101. It is possible to release gas more uniformly than to release gas from the gas discharge hole.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. Here, only differences from the first embodiment will be described.
  • a rectangular parallelepiped dielectric plate 104 is disposed for each slot 103 on the surface of the waveguide 102 on the mounting table 108 side.
  • the dielectric plate 104 may be arranged across the plurality of waveguides 102.
  • the in-waveguide dielectric 201 may be force quartz made of fluorine resin having a relative dielectric constant of 2.1, such as quartz, mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, and silicon nitride.
  • quartz, mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, and silicon nitride are reduced.
  • the relative permittivity of the dielectric in the waveguide is “”, the size of the waveguide cross section and the wavelength g in the tube are “1 ⁇ 1/2 ” times that of the hollow case.
  • the in-waveguide dielectric 201 inside the waveguide 102, the cross-sectional dimension of the waveguide 102 is reduced, and the device can be miniaturized. Further, since the pitch between the slots 103 is reduced, the pitch between the gas discharge holes is reduced, and the gas can be discharged more uniformly.
  • plate-shaped in-slot dielectrics 202 and 203 are provided inside the slot 103.
  • the in-slot dielectrics 202 and 203 have different dielectric constants.
  • the in-slot dielectric 202 is made of fluorine resin having a relative dielectric constant of 2.1
  • the in-slot dielectric 203 is made of quartz force having a relative dielectric constant of 3.8.
  • the in-slot dielectrics 202 and 203 may be mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like.
  • the intensity of the microwave emitted from the slot 103 changes. Further, the distribution of plasma can be controlled by changing the intensity of the microwave emitted from the slot 103 force by the dielectric constant of the dielectric in the slot. In reality, since it is difficult to continuously change the dielectric constant, in this embodiment, two dielectrics having different dielectric constants are inserted into the slot, and the thicknesses thereof are changed by changing their thicknesses. The effective dielectric constant is changed to control the intensity of the microwave emitted from the slot 103.
  • the plasma density in the plasma processing apparatus tends to be low at the periphery of the substrate. For this reason, uniform plasma can be easily obtained by setting the intensity of the microwaves emitted from the peripheral slots to be higher than the others.
  • the thicknesses of the in-slot dielectrics 202 and 203 are set to 4 respectively. In other slots, the in-slot dielectrics 202 and 203 were set to 5 mm.
  • FIG. 10 shows the results of the investigation.
  • the introduced gas is “Ar”, the gas flow rate is 700 sccm, and the pressure is 10 OPa.
  • the thicknesses of the in-slot dielectrics 202 and 203 are set to 5 mm in all the slots 103 (solid line), it can be seen that the electron density decreases at both ends of the substrate.
  • the thickness of the in-slot dielectrics 202 and 203 is set to 4 mm and 6 mm (broken lines) only in the slots 103 at both ends, the decrease in the electron density at both ends of the substrate is suppressed, and almost uniform. It can be seen that this is a distribution.
  • the intensity of the microwaves emitted from the slots 103 at both ends is made stronger than the others because the thickness of the dielectric 203 in the slots at the slots 103 at both ends is made larger than that of the dielectric 202 at the ends. .
  • the thicknesses of the in-slot dielectrics 202 and 203 it is possible to optimize the plasma distribution along the waveguide axis.
  • the in-slot dielectric is divided into two parts in the left-right direction in FIG. In FIG. 9, it may be divided in the vertical direction or in the direction perpendicular to the paper surface.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Here, only differences from the first embodiment will be described.
  • the single rectangular waveguide 301 is arranged so that the E plane (the narrow wall surface of the rectangular waveguide) is parallel to the substrate 107.
  • One end of the waveguide 301 is a short-circuited surface, and the microwave supply system 113 is connected to the other end.
  • elongated plasma can be generated, it is suitable for performing plasma treatment on an elongated member or performing plasma treatment while moving a large area substrate in a direction perpendicular to the waveguide axis.
  • a plurality of slots 103 are opened at equal intervals on the surface of the waveguide 301 on the mounting table 108 side. Yes.
  • a rectangular parallelepiped dielectric plate 104 is arranged for each slot 103 on the surface of the waveguide 301 on the mounting table 108 side.
  • a plunger 302 that constitutes the E surface of the waveguide 301 and moves up and down is provided.
  • a support rod 304 having a stainless steel force, for example, is fixed to the plunger 302.
  • the external force of the waveguide 301 can also adjust the wavelength in the tube by moving the plunger 302 up and down together with the support rod 304 to change the width of the H surface of the waveguide 301.
  • the width of the H surface becomes wider and the in-tube wavelength becomes shorter (see the above formula (1)).
  • a plurality of plungers 302 may be arranged side by side in the waveguide axis direction. In this case, it is possible to adjust the guide wavelength more precisely by changing the width of the H surface for each plunger 302.
  • by providing the function of adjusting the guide wavelength it is possible to always generate uniform plasma under a very wide range of use conditions.
  • the plunger 302 is provided with a choke dielectric 303.
  • the choke dielectric 303 may be an alumina force having a relative dielectric constant of 9.4, such as fluorine resin, quartz, mullite, sapphire, ittria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like, or may be hollow.
  • the length of part d in Fig. 11 is the wavelength of microwaves in choke dielectric 303, which is ⁇ 1Z4 '', that is, ⁇ E / (4 X
  • ⁇ is the relative dielectric constant of the choke dielectric 303.
  • Such a structure is called a choke structure and is used for a waveguide sliding portion such as a waveguide flange or a matching unit.
  • the choke dielectric 303 part operates as a microwave waveguide whose end face is short-circuited, and a standing wave is generated by interference between an incident wave and a reflected wave.
  • the ridge in Fig. 11 is a short-circuited surface, the electric field in the choke dielectric 303 is “zero”, and the current flowing through the wall is the maximum. Yes.
  • the part C which is “1Z4” away from the part B, the electric field in the choke dielectric 303 is maximum, and the current flowing through the wall surface is “zero”.
  • the portion D away from the portion B by “1Z2” wavelength is equivalently a short-circuited surface, the electric field in the choke dielectric 303 is “zero”, and the current flowing through the wall surface is maximum.
  • the D portion is equivalently a short-circuited surface, the distribution of electromagnetic waves in the waveguide 301 does not change whether or not the choke structure is present.
  • the current flowing through the wall surface at section C is “zero”, microwave leakage and discharge do not occur even if there is a slight gap in the sliding section, and the microwave can be reliably transmitted. it can.
  • a shield spiral 305 is provided between the support rod 304 and the vacuum vessel 101 so that microwave leakage to the outside of the apparatus can be surely prevented!
  • the partition member 106 includes a plurality of gas discharge holes 307 for discharging gas into the vacuum vessel 101 and a gas flow path for guiding gas to the plurality of gas discharge holes 307. 3 06 is provided.
  • the gas flow path 306 is connected to a gas supply system.
  • the waveguide 301 has a single force.
  • a plurality of waveguides 301 may be arranged side by side, and the dielectric plate 104 is arranged across the plurality of waveguides 301. May be.
  • the number of slots 103 may be other than six, and the number of gas flow paths 306 may be other than seven.
  • a plurality of gas supply systems, gas flow paths 306, and gas discharge holes 307 may be provided to supply different gases.
  • the thickness of the dielectric plate 104 may have a distribution according to the distance from the slot 103.
  • the insides of the waveguide 301 and the slot 103 are hollow, but a dielectric may be inserted as described in the second embodiment.
  • a shield spiral or a leaf spring may be provided between the plunger 302 and the waveguide 301 instead of the choke structure. Further, the shield noise 305 may not be provided.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
  • the single rectangular waveguide 401 is arranged so that the E plane is parallel to the substrate 107.
  • One end of the waveguide 401 is a short-circuited surface, and the microwave supply system 113 is connected to the other end.
  • wavelength adjusting rods 402 are inserted from a plurality of holes opened in the upper surface of the waveguide 401, respectively.
  • the wavelength adjusting rods 402 may be forces arranged at equal intervals at intervals of “eGZ2”.
  • the wavelength adjusting rod 402 may be made of gold-plated copper, such as aluminum, fluorine resin, quartz, mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like.
  • the waveguide 401 has a single force.
  • a plurality of waveguides 401 may be arranged side by side, and the dielectric plate 104 is arranged across the plurality of waveguides 401. May be.
  • a ferrodielectric material in which the inside of the waveguide 301 and the slot 103 is hollow may be inserted.
  • the gap between the wavelength adjusting rod 402 and the waveguide 401 may be provided with a choke structure, a shield spiral, a leaf spring, or the like.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a fifth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
  • the single rectangular waveguide 501 is arranged so that the E plane is parallel to the substrate 107.
  • One end of the waveguide 501 is a short-circuited surface, and the microwave supply system 113 is connected to the other end.
  • a plurality of slots 103 are opened at equal intervals on the surface of the waveguide 501 on the mounting table 108 side.
  • An in-slot dielectric 504 is inserted into the slot 103 so that the intensity of the microwave emitted from the force of the slot 103 is appropriately set.
  • the in-slot dielectric 504 may be an alumina force, such as fluorine resin, quartz, mullite, sapphire, yttria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like, or hollow.
  • a waveguide-internal waveguide dielectric 502 having a rectangular parallelepiped shape smaller than the inner dimension of the waveguide 501 is inserted into the waveguide 501.
  • the in-waveguide dielectric 502 is made of fluorine resin, but may be quartz, mullite, alumina, sapphire, yttria, aluminum nitride, silicon nitride, or the like.
  • a support rod 503 made of, for example, fluorine resin is fixed to the in-waveguide dielectric 502.
  • the external force of the waveguide 501 can also move the dielectric 502 in the waveguide up and down together with the support rod 503.
  • the in-tube wavelength g can be adjusted.
  • the in-tube wavelength ⁇ g is shortened when a dielectric is placed inside the hollow waveguide.
  • the size of the dielectric is smaller than the inner dimension of the waveguide, placing the dielectric in a stronger portion of the electric field in the waveguide will reduce the guide wavelength g.
  • the electric field applied between the opposing H planes of the rectangular waveguide becomes weaker as it approaches the strongest E plane on the center line of the H plane. Accordingly, if the dielectric 502 in the waveguide is arranged on the center line of the H plane, the guide wavelength g is the shortest, and the center line force is increased or decreased as it moves up or down.
  • the guide wavelength is adjusted by the position of the guide dielectric 502, the microwave can be reliably propagated without using a shield spiral or choke structure.
  • the waveguide 501 has a single force.
  • a plurality of waveguides 501 may be arranged side by side, and the dielectric plate 104 is arranged across the plurality of waveguides 501. May be.

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Abstract

　被処理基板が大面積化しても均一処理を可能とするプラズマ処理装置は、導波管１０２に導入されたマイクロ波を、スロット１０３を通して誘電体板１０４に伝搬させ、真空容器１０１中に供給されたガスをプラズマ化させて基板１０７表面にプラズマ処理を施す装置であって、複数の導波管１０２を並列配置し、各導波管１０２毎に複数の誘電体板１０４を設け、隣り合う誘電体板１０４間に導体からなり接地された仕切り部材１０６を配置する。プランジャ１１１を上下に動かして、導波管１０２の管内波長を最適値に調整する。また、誘電体板と隣接する部材との隙間で意図しないプラズマが発生することがなく、安定したプラズマを効率よく発生させることができる。結果として、高速かつ均一なエッチング、成膜、クリーニング、アッシング等の処理を可能とする。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に大面積基板を均一に処理することが可 能なプラズマ処理装置に関する。
背景技術
[0002] プラズマ処理法とは、特定のガスをプラズマ化して活性の強いイオンとラジカル (遊 離基）とを発生させ、このイオンとラジカルとを用いて被処理基板表面にエッチング、 成膜、クリーニング、アツシング等の処理を施すカ卩ェ方法をいう。プラズマ処理装置と は、プラズマ処理法の実施に用いられる装置をいう。ガスをプラズマ化するエネルギ 一は、電磁波で与えられることが多い。半導体、太陽電池およびフラットパネルデイス プレイなどの製造工程では、ガスをプラズマ化するエネルギーの媒体として、数 MHz 力も数 10MHzの高周波を用いた平行平板プラズマ処理装置や、誘導結合プラズマ 処理装置が用いられて 、る。 2.45GHzのマイクロ波と 875ガウスの直流磁場とを併 用し、プラズマ中の電子のサイクロトロン運動とマイクロ波の共鳴現象とを用いてガス を効率的にプラズマ化する電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置も知られている。
[0003] 近年、共鳴現象を用いなくてもマイクロ波の印加のみで高密度プラズマを効率的に 生成し得ることが判明し、そのプラズマを用いたプラズマ処理法やプラズマ処理装置 が注目されている。この種のプラズマ装置としては、矩形導波管に導入されたマイク 口波を導波管の開口部 (スロットと呼ばれる）を通して誘電体板に伝搬させ、真空容器 内に導入されたガスをプラズマ化する装置力 特許文献 1 (特開 2005— 141941号 )により知られている。このような手法によりマイクロ波で励起されたプラズマは、高周 波で励起されたプラズマと比較してプラズマ密度が高く電子温度が低いため、高速 でかつ基板に損傷を与えない優れた処理が行える特長がある。
[0004] 導波管の内部には、スロットによる反射や導波管端面の短絡部における反射により 生じた反射波と入射波とが干渉して定在波が発生する。均一なプラズマを励起する ためには、全てのスロットから均一に効率よくマイクロ波を放出する必要があるため、 スロットは定在波の腹の位置に等間隔に配置される。定在波の腹のピッチは、「n」を 自然数とし「 λ gjを導波管内の管内波長として「え g/2jとなる。従って、スロット間の ピッチを「n X gZ2」に設定すれば、均一なプラズマを発生させることができる。
[0005] ところが、真空容器に導入するガスの種類や圧力、マイクロ波電力等を変えると、管 内波長が変化する。管内波長が最適値からずれると、各々のスロットから放出される マイクロ波の強度が不均等になり、プラズマの均一性が悪ィ匕してしまう。このため、均 一なプラズマが得られる条件が限定されてしまうという問題がある。
[0006] また、実際の管内波長は、導波路の各部寸法や誘電率、接触部のインピーダンス のばらつき、周波数のばらつき等により、設計値と完全には一致しないし、装置毎に ばらついてしまうのが一般的である。特に大型のプラズマ処理装置では、導波管が 長く導波管毎のスロット数が多いため、管内波長の最適値からのずれがプラズマの 均一性に大きな影響を与える。従って、使用される条件が限定されていたとしても、 常に均一なプラズマを発生させることは難しぐ特に装置毎に特性がばらついてしま うという問題がある。半導体、太陽電池、およびフラットパネルディスプレイなどの基板 は大面積ィ匕する一方であり、プラズマ処理装置も大型化している。プラズマの均一性 にかかわるこれらの問題力 今後ますます顕在化することは明らかである。
[0007] プラズマ処理中には、プラズマ中のイオンの入射により誘電体板の温度が上昇して
(400°Cを超えることもある)誘電体板が膨張する。誘電体板が膨張して隣接する部 材と接触すると、膨張が抑えられて誘電体板に過大な応力がかかるので、誘電体板 が割れてしまうことがある。このため、誘電体板と隣接する部材との間には、所望の隙 間が必要である。誘電体板が大きいほど膨張分が増加するため、大きな誘電体板に 対しては、その隙間を大きく設定しなければならない。
[0008] 一方、この隙間がある程度以上大きくなると (例えば O.lmm以上）、隙間において 意図しな!、プラズマが発生してしまうと!、う問題が生じる。隙間にお 、てプラズマが発 生すると、マイクロ波のエネルギーが無駄に使われるためプラズマ生成効率が低下 するばかりでなぐプラズマの均一性や安定性が著しく損なわれる。基板の大面積ィ匕 に伴い、誘電体板も大面積化する。誘電体板と隣接する部材との間の隙間でプラズ マが発生する問題が、ますます顕在化することは明らかである。 [0009] プラズマ処理においては、真空容器内のガスの流れが処理の均一性に影響を与え るため、真空容器内へのガスの導入方法が重要である。特に成膜処理においては、 プラズマ処理に必要なガスを被処理基板全面にわたって均一に放出しないと均一な 成膜が行えない。
[0010] ところが、例えば、特許文献 2 (特開平 9— 63793号）に記載のプラズマ処理装置で は、被処理基板の周囲からガスを導入する構成になっているため、被処理基板の中 央部においてガスの停留部が生じてしまう。このため、均一な処理が行えず、限られ た用途にしか使用できないという問題がある。
[0011] 一方、特許文献 3 (特開 2001—49442号）に記載の装置では、誘電体板が多数の ガス放出穴を備えるシャワープレートとなっており、被処理基板全面にわたって均一 にガスを放出することができる。ところが、誘電体板はプラズマ処理中に強いマイクロ 波に晒されるため、誘電体板に開口されたガス放出穴の内部で意図しないプラズマ が発生してしまうことがある。ガス放出穴の内部でのプラズマの発生を抑制するには、 ガス放出穴の直径を小さくすればよい。実使用条件では、例えば直径を 0.1mm以下 にすればよい。しかし、セラミックや石英といった硬い材料力もなる誘電体板に、この ように小さな穴を均一に多数開口するには高度な技術が必要であり、コストと時間とを 要する。また、プラズマ処理中に膜が付着してガス放出穴が塞がれてしまうという問 題ち生じる。
[0012] 特許文献 1 :特開 2005— 141941号公報
特許文献 2：特開平 9— 63793号公報
特許文献 3：特開 2001—49442号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] 解決しょうとする課題は、被処理基板が大面積ィ匕した際、均一な処理ができないこ とである。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明では、上記課題を解決するため、内部にプラズマが励起される容器と、当該 容器内にプラズマを励起させるために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波供給シ ステムと、当該マイクロ波供給システムに接続され、複数のスロットが開口された導波 路と、当該スロットから放出されたマイクロ波をプラズマに伝搬させる誘電体板とを備 えたプラズマ処理装置であって、当該導波路内を伝搬するマイクロ波の波長を、当該 導波路の外部から調節する手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置が 提供される (請求項 1)。
[0015] 好ましくは、前記導波路を構成する導体壁の一部を、当該導波路の外部から移動 させるよう構成されていてもよい (請求項 2)。前記導波路は矩形導波管であり、当該 導波管の E面 (狭壁面)管壁の少なくとも一部を、当該導波管の外部から移動させる よう構成されて ヽてもよ ヽ (請求項 3)。前記導波路内に挿入された複数のロッドを備 え、当該導波路の外部力も各々の当該ロッドを移動させるよう構成されていてもよい（ 請求項 4)。前記導波路内に第 1の誘電体部材を備え、当該導波路の外部から当該 第 1の誘電体部材を移動させるよう構成されていてもよい（請求項 5)。前記マイクロ波 供給システムが供給するマイクロ波の周波数を変えることにより、前記波長が調整さ れるよう構成されて 、てもよ 、（請求項 6)。
[0016] また、本発明によれば、内部にプラズマが励起される容器と、当該容器内にガスを 供給するガス供給システムと、当該容器内にプラズマを励起させるために必要なマイ クロ波を供給するマイクロ波供給システムと、当該マイクロ波供給システムに接続され 、複数のスロットが開口された 1または 2以上の導波管と、当該スロットから放出された マイクロ波をプラズマに伝搬させる複数の誘電体板と、当該容器内に収容され被処 理基板が置かれる載置台とを備えたプラズマ処理装置であって、当該導波管毎に複 数の当該誘電体板が設けられており、隣り合う当該誘電体板の間には少なくとも一部 が導体力 なる仕切り部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置が提 供される (請求項 7)。
[0017] 好ましくは、複数の前記導波管を設けてもよい (請求項 8)。前記容器内部と外部と の間にある気密保持部の少なくとも一部は、前記誘電体板の前記スロット側の面と当 該容器との間に設けられて 、てもよ 、 (請求項 9)。前記誘電体板間の前記導波管内 を伝搬するマイクロ波の進行方向のピッチと、前記スロット間の当該進行方向のピッ チとが、概ね等しく設定されていてもよい (請求項 10)。前記スロット間の前記進行方 向のピッチが、前記導波管内を伝搬するマイクロ波波長の「1Z2」の自然数倍と概ね 等しく設定されて 、てもよ 、（請求項 11)。前記スロット間の前記進行方向のピッチが 、前記波長の「1Z2」倍と概ね等しく設定されていてもよい (請求項 12)。前記スロット の内部の少なくとも一部に、第 2の誘電体部材が設けられて 、てもよ 、 (請求項 13)。 前記スロットの少なくとも一部に、誘電率の異なる複数の前記第 2の誘電体部材が設 けられていてもよい (請求項 14)。前記導波管の内部の少なくとも一部に、第 3の誘電 体部材が設けられていてもよい (請求項 15)。前記導波管は矩形導波管であり、前記 スロットは当該導波管の H面 (広壁面）に開口されていてもよい（請求項 16)。前記導 波管は矩形導波管であり、前記スロットは当該導波管の E面 (狭壁面）に開口されて いてもよい (請求項 17)。前記導波管内を伝搬するマイクロ波の波長を、当該導波管 の外部力 調節するする機能を備えて 、てもよ 、 (請求項 18)。前記導波管の管壁 の一部を、当該導波管の外部から移動させるよう構成されていてもよい (請求項 19) 。前記導波管内に挿入された複数のロッドを備え、当該導波管の外部から各々の当 該ロッドを移動させるよう構成されていてもよい (請求項 20)。前記導波管内に第 1の 誘電体部材を備え、当該導波管の外部から当該第 1の誘電体部材を移動させるよう 構成されていてもよい (請求項 21)。前記誘電体板の厚さが、当該誘電体板に対面 する前記スロットからの距離に応じて設定されて 、てもよ ヽ（請求項 22)。前記仕切り 部材と前記載置台との間隔は、前記誘電体板と当該載置台との間隔よりも短く設定さ れていてもよい (請求項 23)。前記仕切り部材は、前記ガス供給システムから導入さ れたガスを前記容器内に放出するためのガス放出機能を備えていてもよい (請求項 2 4)。前記仕切り部材は、前記容器内にガスを放出するための複数のガス放出穴を備 えていてもよい（請求項 25)。前記仕切り部材は、前記ガス供給システムカゝら導入さ れたガスを複数の前記ガス放出穴に導くためのガス流路を備えて 、てもよ 、（請求項 26)。
[0018] また、これらのプラズマ処理装置を使用して処理を行い、製品を製造する方法が提 供される (請求項 27)。
発明の効果
[0019] 本発明によれば、管内波長を導波路の外部力 調整する手段を設け、その手段に より導波路の管内波長を調整することにより、ガスの種類や圧力、マイクロ波電力等 の使用条件が変わっても管内波長を常に最適値に保つことができる。このため、極め て広範囲な使用条件において常に均一なプラズマを発生させることができる。例えば 、使用条件を連続的に変えながら行う処理にも柔軟に対応することが可能になる。さ らに、プラズマ処理装置の製造上の様々なばらつきがあっても、管内波長を最適値 に設定することができるため、プラズマ処理装置が大型化しても容易に均一なプラズ マが得られる。
[0020] さらに、本発明によれば、複数の導波管を備え、各導波管毎に複数の誘電体板を 設けたことにより、誘電体板が著しく小型化され、誘電体板の熱膨張の影響が小さく なるため、誘電体板と隣接する部材との間の隙間を小さく設定することができる。この ため、被処理基板が大面積化しても、誘電体板と隣接する部材との間の隙間で意図 しな 、プラズマが発生する問題が生じな!/、。
[0021] また、仕切り部材に複数のガス放出穴を設けることにより、ガス放出穴間のピッチを 小さく設定することができる。このため、被処理基板全面にわたって均一にガスが供 給され、むらのない均一な処理が可能になる。また、仕切り部材は導体力もなりかつ 接地されているため、ガス放出穴の内部にマイクロ波電界が印加されるので、意図し な!、プラズマが発生する問題が生じな!/、。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明のプラズマ処理装置における実施の一形態を断面で示す図である。（実 施例 1)
[図 2]図 1における A— A断面を示す図である。
[図 3]図 1における B— B断面を示す図である。
[図 4]導波管軸に垂直方向における基板上の電子密度分布を示す図である。
[図 5]導波管軸方向における基板上の電子密度分布のプランジャ位置 h依存性を示 す図である。
[図 6]導波管軸方向における基板上の電子密度分布の周波数 f依存性を示す図であ る。
[図 7]ガス穴付ボルトを備えたガス放出部の断面を示す図である。 [図 8]多孔質部材を備えたガス放出部の断面を示す図である。
[図 9]本発明のプラズマ処理装置における実施の一形態を断面で示す図である。（実 施例 2)
[図 10]導波管軸方向における基板上の電子密度分布のスロット内誘電体厚さ依存性 を示す図である。（実線：全てのスロットにおいてスロット内誘電体 202, 203の厚さを 5mmに設定した場合。破線：両端のスロットにおいてのみ、スロット内誘電体 202, 2 03の厚さをそれぞれ 4mm、および 6mmに、他のスロットにおいては 5mmに設定し た場合。 )
[図 11]本発明のプラズマ処理装置における実施の一形態を断面で示す図である。（ 実施例 3)
[図 12]図 11における A— A断面を示す図である。
[図 13]本発明のプラズマ処理装置における実施の一形態を断面で示す図である。（ 実施例 4)
[図 14]本発明のプラズマ処理装置における実施の一形態を断面で示す図である。（ 実施例 5)
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、図面を参照して本発明のプラズマ処理装置を説明するが、本発明はこれら の実施例に限定されるものではない。
実施例 1
[0024] 図 1は本発明のプラズマ処理装置における第 1の実施例を示す断面図である。図 2 は図 1における A— A断面図、また、図 3は図 1における B— B断面図である。
[0025] 真空容器 101は、例えばアルミニウム力もなり、かつ接地された状態になっている。
真空容器 101の内部には、基板 107と、基板 107の載置台 108とが備えられている。 基板 107は、例えばガラス基板である。載置台 108と真空容器 101との間にはべ口 ーズ 109が設けられており、図面には記載されていない昇降機構により気密を保持し たまま載置台 108を昇降できるようになつている。真空容器 101の下部には、真空容 器 101の外部に設けられた真空ポンプ等により真空容器 101内部のガスを排気する ための排気口 110が設けられて!/、る。 [0026] 2本の矩形の導波管 102が互いに平行に、すなわち、 H面 (矩形導波管の広壁面） が基板 107と平行に配置されている。導波管 102の一端は短絡面になっており、もう 一端には導波管および分岐を介してマイクロ波供給システム 113が接続されている。 マイクロ波供給システム 113は、例えば、マグネトロン、アイソレーター、入射 Z反射 電力計および自動整合器力 なり、周波数 2.45GHz、最大電力 2kWのマイクロ波を 発生させることができる。
[0027] 導波管 102の載置台 108側の面には、複数のスロット 103が 2列に等間隔に開口さ れている。導波管 102およびスロット 103の内部は中空になっている。導波管 102の 載置台 108側の面には、各導波管 102毎に 2列のスロット 103に跨って直方体形状 の誘電体板 104が配置されている。誘電体板 104は石英力もなる力 ムライト、アルミ ナ、サファイア、イットリア、窒化アルミ、窒化シリコン等であってもよい。
[0028] スロット 103を取り囲むように 0 (ォー）リング 105が配置されており、真空容器 101 の気密が保持されている。 Oリング 105の内側、スロット 103、および導波管 102の内 部は大気で満たされて 、る。
[0029] マイクロ波供給システム 113で発生したマイクロ波は、分岐を通して 2本の導波管 1 02に導入された後、導波管 102中を TE モードで伝搬する。導波管 102中を伝搬
10
するマイクロ波の一部は、各々のスロット 103を通して誘電体板 104に供給され、誘 電体板 104全体に拡がる。誘電体板 104近傍のマイクロ波電界によりプラズマ中の 電子が加速され、プラズマが生成、維持される。
[0030] 誘電体板 104中をマイクロ波が伝搬するものの、スロット 103の周辺において電界 強度が強くなりやすぐスロット 103の周辺においてプラズマ密度が高くなる傾向があ る。この導波管軸に垂直方向のプラズマ密度のむらを抑制するために、誘電体板 10 4の厚さの分布が最適化されている。図 1のように、プラズマ密度が高くなりやすいス ロット 103の周辺では、誘電体板 104の厚さが厚ぐスロット 103から離れた部分では 薄くなつている。誘電体板 104の外周部には、仕切り部材 106に高密度プラズマが 直接接しな 、ようにスリーブ状の平坦部が設けられて 、る。
[0031] 誘電体板 104は、上面および側面を金属壁に、下面をプラズマに、それぞれ取り囲 まれたマイクロ波の導波路を形成している。本実施の形態では、各導波管 102毎に 複数の誘電体板 104を設け、誘電体板 104間のピッチをスロット 103間のピッチと等 しく設定した。そのため、誘電体板 104の幅が著しく狭くなつており、誘電体板 104中 を伝搬するマイクロ波は、単一モードの矩形導波管に似たモードで伝搬する。このよ うな状態では、誘電体板 104の厚さが厚 ヽ部分ではマイクロ波電界が主に誘電体板 104中を通るためプラズマが余り励起されないのに対し、薄い部分ではプラズマ中も 通るようになりプラズマが盛んに励起される。このように、誘電体板 104の厚さの分布 を最適化することにより、誘電体板 104内のプラズマ密度の分布を均一化することが できる。
[0032] 図 4に、導波管軸に垂直方向の基板 107上の電子密度分布を測定した結果を示 す。破線は厚さが一様な誘電体板を用いた場合、実線は厚さの分布を最適化した誘 電体板を用いた場合の結果である。ガスは「Ar」を用いた。圧力は lOOPaに設定した
[0033] 厚さが一様な誘電体板を用いた場合には、スロット 103周辺の電子密度が高くなつ ており、導波管軸に垂直方向のプラズマ分布は著しく不均一である。一方、厚さの分 布を最適化した誘電体板を用いた場合には、ほぼ均一な分布が得られている。この ように、誘電体板 104の厚さ分布の最適化は、均一なプラズマを得るためには極めて 有効である。
[0034] 本実施の形態では、誘電体板 104の厚さは、スロット 103からの距離に対して単調 減少の関係になっている力 単調減少でなくても力まわない。また、誘電体板 104の 厚さを導波管軸に垂直な方向に連続的に変化させているが、平坦部を並べて配列し て段階的に変化させてもよい。さらに、導波管軸に垂直な方向にプラズマの濃淡部 が移動することを防いでプラズマの安定性を高めるために、誘電体板 104の厚さが 変わるステップ部に隆起部を設けてもょ 、。
[0035] 誘電体板 104は、例えばアルミニウム力もなる仕切り部材 106で周囲を取り囲まれ ると同時に保持されている。仕切り部材 106は導体であるとともに電気的に接地され ているため、隣り合う誘電体板 104間のマイクロ波の伝搬が抑制される。さらに、仕切 り部材 106と載置台 108との間隔を、誘電体板 104と載置台 108との間隔より短く設 定して仕切り部を隆起させることにより、より確実に誘電体板 104間のマイクロ波の伝 搬が抑制される。このため、誘電体板 104内におけるマイクロ波の伝搬の仕方が各 誘電体板毎に独立に決定されるため、制御しやすく均一性と安定性とに優れたブラ ズマが得られる。
[0036] 導波管 102の内部には、スロット 103による反射や端面での反射により生じた反射 波と入射波とが干渉して定在波が発生する。各々のスロット 103から放出されるマイク 口波の強度を均等にするためには、 H面に沿って流れる壁面電流がほぼ極大となる 位置にスロット 103を配置すればよい。すなわち、スロット 103間の導波管軸方向のピ ツチ、および導波管 102の端面から直近のスロットまでの距離を、およそ「n X gZ2 」（nは自然数、 gは管内波長）とすればよい。本実施例では「n= l」に設定されてい るが、「1」以外の自然数であってもよい。
[0037] スロットを備えた矩形導波管の管内波長え gは、次式（1)で表される。
[0038] [数 1]
Figure imgf000012_0001
[0039] ここで、 「a」は導波管の H面の幅である。「 ε 」は導波管内の比誘電率であり、本実 施の形態では中空なので「1」である。「え」
0 は自由空間中の波長であり、真空中の光 速度 マイクロ波の周波数 fとした場合の「cZf」に等しい。本実施の形態では、マイ クロ波の周波数が 2.45GHzであり自由空間中の波長 λ は 122mmとなる。「K」は波
0
長短縮率であり、スロットがなければ「1」で、スロットがあればスロットのインピーダンス によって決まる実数である。波長短縮率 Κは、スロット 103の誘電率、形状、位置、誘 電体板 104の誘電率、形状、プラズマの誘電率 (複素部も含む)等の関数である。こ のうち、プラズマの誘電率は、プラズマ中の電子の密度や電子温度、ガスの種類、圧 力等によって決まる。
[0040] 従って、真空容器 101に供給するガスの種類や圧力、マイクロ波電力等を変えると 、波長短縮率 κが変化して管内波長え gも変化する。管内波長が最適値力 ずれると 、各々のスロット 103から放出されるマイクロ波の強度が不均等になり、プラズマの均 一性が悪化する。このため、種々の条件が変化しても管内波長が一定に保たれるよう 、管内波長を調整する機能を備えていることが望ましい。
[0041] 実際の管内波長は、導波路の各部寸法や誘電率、接触部のインピーダンスのばら つき、および周波数のばらつき等により、設計値と完全には一致しないし、装置毎に ばらついてしまうのが一般的である。特に大型のプラズマ処理装置では、導波管が 長く導波管毎のスロット数が多いため、管内波長の最適値からのずれがプラズマの 均一性に大きな影響を与える。使用される条件が限定されていてプラズマの誘電率 が一定の場合であっても、管内波長のずれを補正する機能を備えていることが望まし い。
[0042] 上記式（1)によれば、管内波長 λ gは、 H面の幅 a、導波管内の比誘電率 ε およ r、 びマイクロ波の周波数 fの関数となっていることが分かる。すなわち、これらの値を変 ィ匕させることにより、管内波長 λ gを調整することができる。
[0043] 本実施の形態では、導波管 102の E面 (矩形導波管の狭壁面）内側に沿って上下 に移動するプランジャ 111が設けられて 、る。プランジャ 111を上下に移動させて導 波管 102の H面の幅 aを実効的に変化させることにより、管内波長 λ gを調整すること ができるようになつている。例えば、プランジャ 111を上方向に移動させると、 H面の 幅 aが実効的に広くなり、管内波長え gが短くなる。
[0044] プランジャ 111と導波管 102との間には、シールドスパイラル 112が設けられており 、これらの間で放電が発生せず、壁面を沿って流れるマイクロ波電流が摺動部にお Vヽても確実に流れるよう構成されて 、る。
[0045] 導波管 102中を伝搬するマイクロ波は、スロット 103からエネルギーを放出しながら 伝搬するため、端面に近づくに従い次第に減衰する。このため、「え gZ2」をスロット 1 03間のピッチに完全に一致させると、条件によっては、スロット 103から放出されるマ イク口波の強度が端面側において弱くなつてしまう場合がある。このような場合には、 プランジャ 111の位置を調整して、「え g/2jがスロット 103間のピッチよりも僅かに大 きくなるように設定する力 あるいは僅かに小さくなるように設定することにより、マイク 口波導入側のスロット 103から放出されるマイクロ波の強度を低下させる。この結果、 全体として良好な均一性を得ることができる。このように、本実施の形態では、管内波 長を調整する機能を備えることにより、極めて広範囲な使用条件において常に均一 なプラズマを発生させることができる。
[0046] 本発明のプラズマ処理装置を用いて、導波管 102のスロット 103存在面とプランジ ャ 111の先端との間隔であるプランジャ位置 h (図 1参照）を変えたときに、プラズマの 分布がどのように変化するかを調べた。図 5に、導波管軸方向の基板上の電子密度 分布を示す。スロット 103間のピッチは、 71.0 mmに設定した。導入したガスは「Ar」 で、ガス流量は 700sccm、圧力は lOOPaである。
[0047] プランジャ位置 hを 12. lmmに設定すると (破線参照）、「 λ g/2jはスロット 103間 のピッチと等しい 71.0mmとなる。このとき、基板上の電子密度はマイクロ波導入側で 高ぐ端面側で低くなつている。次に、プランジャ位置 hを 17.7mmに設定すると（実 線参照）、「え gZ2」はスロット 103間のピッチよりも若干短い 70.1mmとなる。このとき 、基板上の電子密度はほぼ均一になっている。次に、プランジャ位置 hを 24.2mmに 設定すると（一点鎖線）、「え gZ2」は更に短くなり、 69.2mmとなる。このとき、基板上 の電子密度はマイクロ波導入側で低ぐ端面側で高くなつている。このように、プラン ジャ位置 hにより導波管軸方向のプラズマの分布が変化し、またプランジャ位置 hを 変えて管内波長 λ gを最適化することにより、均一なプラズマが得られることが分かる
[0048] 導入ガスや圧力を変えたときにプランジャ位置 hの最適値がどのように変化するか を調べた結果を表 1に示す。「Ar」ガスで、流量 700sccm、圧力 lOOPaの場合、前記 のようにプランジャ位置 hが 17.7mmで、「え gZ2」力 70.1mmのときに最も均一なプ ラズマが得られた。次に、プランジャ位置 hは変えずに圧力を lOPaに下げると、波長 短縮率 Kが減少して管内波長え gが短くなり、プラズマの均一性が悪ィ匕した。管内波 長 λ gを最適値である 70. lmmに戻すために、プランジャ位置 hを 15. lmmまで減少 させて H面の幅 aを実効的に減少させることにより、再び均一なプラズマが得られた。
[0049] [表 1] 条件
ブランジャ位置 h ガス種： 流量 ガス圧力 の最適値
Ar： 7 0 0 sccm 1 0 0 P a 1 7 . 7 mm
Ar： 1 0 0 sccm 1 0 P a 1 5 . 1 mm
Ar： 6 0 0 sccm 1 0 P a 2 4 . 9 mm u 2 ： o 0 sccm
Ar： 6 0 0 sccm 1 0 P a 2 7 . 4 mm
S iH 4 : 1 0 0 sccm
[0050] 「Ar」と「0」との混合ガス、および「Ar」と「SiH」との混合ガスでも同様の実験を行
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つた結果、均一なプラズマを得るためのプランジャ位置 hの最適値は、条件により異 なることが明らかになった。これは、条件によりプラズマの誘電率が異なるためである 。このように、使用条件が変わってもプランジャ位置 hを変えて波長え gを調整すること により、常に均一なプラズマを得ることができることが実証された。
[0051] 図 3のように、仕切り部材 106には、真空容器 101の内部にガスを放出するための 複数のガス放出穴 115が設けられている。各ガス放出穴 115は、ガス流路 114につ ながっている。本実施の形態では、 6本のガス流路 114が導波管 102と平行に配置さ れている。ガス供給システム 116から供給されたガスは、六つの経路に分岐された後 にそれぞれのガス流路 114に導かれ、複数のガス放出穴 115から均一に放出される
[0052] 本実施の形態によれば、各導波管 102毎に複数の誘電体板 104を設け、誘電体 板 104間のピッチをスロット 103間のピッチと等しく設定したことにより、誘電体板が著 しく小型化され、誘電体板の熱膨張の影響が小さくなるため、誘電体板 104と隣接す る部材との間の隙間を小さく設定することができる。このため、基板が大面積化しても 、誘電体板と隣接する部材との間の隙間でプラズマが発生することがなぐ均一で安 定なプラズマを効率よく生成することができる。 [0053] また、仕切り部材 106に複数のガス放出穴 115を設けることにより、ガス放出穴間の ピッチを小さく設定することができる。結果として、基板 107全面にわたってほぼ均一 にガスが供給され、誘電体板 104と基板 107の間隔を狭くしてもむらの少ない均一な 処理が行える。また、仕切り部材 106は導体力もなり、かつ接地されているため、ガス 放出穴の内部にマイクロ波電界が印加されてプラズマが発生するという問題は生じな い。
[0054] さらに、気密保持部を誘電体板 104のスロット 103側の面と真空容器 101との間に 設けることにより、誘電体板 104が大気と接する面積が減少して大気圧により誘電体 板 104が受ける力が小さくなるので、誘電体板 104保持部の必要強度が低下する。 このため、誘電体板 104の保持機能を有する仕切り部材 106の幅を狭くすることがで きる。結果として、仕切り部材 106周辺のプラズマ密度の低下が抑えられ、プラズマ の均一性を向上させることができる。
[0055] このように、基板が大面積ィ匕してプラズマ生成領域が拡がっても、広範囲な使用条 件において均一で安定したプラズマを効率よく発生させることができる。さらに、ブラ ズマ処理に必要なガスが基板全面にわたってほぼ均一に供給されるため、誘電体板 104と基板 107との距離を狭くしても均一な処理が行える。結果として、本装置は極 めて汎用性に富み、均一かつ高速で高性能な処理を行うことができる。
[0056] 本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ励起に高周波を用いた平行平板プラズマ 処理装置や誘導結合プラズマ処理装置と比較してプラズマ励起周波数が高いため、 電子温度が低く密度が高いプラズマが得られる。例えば、従来の平行プラズマ処理 装置では、電子温度が 3eV〜： LOeV程度、電子密度が 101G〜： ίΟ^π 3程度である 力 本発明のプラズマ処理装置では、電子温度が 0.3eV〜3eV、電子密度が 1011 〜1013cm_3程度である。このため、高速かつ基板に損傷を与えない優れた処理が 行える特長がある。
[0057] 本発明のプラズマ処理装置を、有機 ELディスプレイ製造工程の一部の処理に適用 した。適用した処理は、プラズマ化学気層反応法によるシリコン窒化膜の成膜である 。ガス供給システム 116から、「Ar、 SiH、および NH」の混合ガスを供給し、ガス流
4 3
路 114を通してガス放出穴 115から真空容器 101内に導入するとともに、真空ポンプ を用いて排気口 110から排気した。各ガスの流量は、それぞれ 400sccm、 30sccm 、および 120sccmに設定した。基板 107としてガラス基板を用いた。基板温度は 30 o°cに設定した。
[0058] シリコン窒化膜は、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、または保護膜として用いられ、絶縁 耐圧の高耐圧化、リーク電流の低減、および成膜速度の高速ィ匕が求められている。 従来の平行平板プラズマ処理装置を用いて形成したシリコン窒化膜の絶縁耐圧は、 例えば 5.4MVZcm、リーク電流は 2.4 X 10_6AZcm_2であり、成膜速度は l lOnm /minであった。一方、本発明のプラズマ処理装置を用いて形成した薄膜の絶縁耐 圧は、例えば 11.8MVZcm、リーク電流 1.6 X 10_8AZcm_2であり、成膜速度は 2 80nmZminであった。このように、従来のプラズマ処理装置と比較して優れた特性 のシリコン窒化膜を高速に形成することができる。さらに、均一性も大幅に改善された
[0059] 本実施の形態では、誘電体板 104は矩形であるが、円柱形や多角形であってもよ い。誘電体板 104の厚さは一様であってもよい。仕切り部材 106と真空容器 101は一 体であってもよぐまた、絶縁物等で覆われていてもよい。仕切り部には段差を設けな くてもよい。導波管 102はリッジ導波管や円形導波管等であってもよい。導波管 102 は 2本以外であってもよぐ導波管あたりのスロット 103の数は 12個以外であってもよ ぐガス流路 114は 6本以外であってもよい。ガス供給システム 116、ガス流路 114、 およびガス放出穴 115を複数系統備え、それぞれ異なるガスが供給されるように構成 してもよい。導波管 102には、スロット 103が「え g/2」ピッチで 2列に配列されている 力 1列であってもよい。また、一方の列と他方の列とが互い違いに配列されてもよい
[0060] 本実施の形態では、可動のプランジャ 111を設け、プランジャの位置を変えることに より管内波長を調節しているが、マイクロ波供給システム 113で発生するマイクロ波の 周波数 fを変えることにより管内波長を調節するようにしてもよい。この場合には、可動 のプランジャ 111は不要である。
[0061] 本発明のプラズマ処理装置を用いて、マイクロ波の周波数 fを変えたときに、プラズ マの分布がどのように変化するかを調べた。図 6に、導波管軸方向の基板上におけ る電子密度分布を示す。プランジャ位置 hは、 17.7mmに固定にした。スロット 103間 のピッチは、 71.0mmに設定した。導入したガスは「Ar」で、ガス流量は 700sccm、 圧力は lOOPaである。
[0062] マイクロ波供給システム 113で発生するマイクロ波の周波数を標準周波数より 0.02 GHz低 、2.43GHzに設定すると (破線参照）、「 λ g/2jは 70.8mmとなる。このとき 、基板上の電子密度はマイクロ波導入側で高ぐ端面側で低くなつている。次に、標 準周波数である 2.45GHzに設定すると（実線参照）、「え gZ2」は若干短くなり、 70. lmmとなる。このとき、基板上の電子密度はほぼ均一になっている。次に、標準周波 数より 0.02GHzだけ高 、2.47GHzに設定すると（一点鎖線）、「 λ g/2jは更に短く なり、 69.4mmとなる。このとき、基板上の電子密度はマイクロ波導入側で低ぐ端面 側で高くなつている。このように、マイクロ波の周波数により導波管軸方向におけるプ ラズマの分布が変化し、また周波数を変えて管内波長え gを最適化することにより、均 一なプラズマが得られることが分かる。
[0063] 図 7は、ガス放出部の別の形態を示した断面図である。ガス穴付ボルト 117には、 ガス放出穴 118が開口されている。仕切り部材 106は、複数のガス穴付ボルト 117に より真空容器 101に固定される。各々のガス放出穴 118はガス流路 114につながつ ており、ガス流路 114に導入されたガスは、複数のガス放出穴 118から真空容器 101 の内部に放出される。ガス穴付ボルト 117が、仕切り部材 106および誘電体板 104を 保持する機能と、ガスを放出する機能とを兼ねるため、構造を単純化することができ る。
[0064] 図 8は、ガス放出部のさらに別の形態を示した縦断面図である。仕切り部材 106に は、例えばアルミナ力もなる多孔質部材 119が備えられている。ガス流路 114により 多孔質部材 119まで導かれたガスは、多孔質部材 119中を通り抜けて真空容器 101 の内部に放出される。ガス放出穴からガスを放出するよりも、より均一に放出すること が可能である。
実施例 2
[0065] 図 9は本発明のプラズマ処理装置における第 2の実施例を示す断面図である。ここ では、第 1の実施例との相違点についてのみ説明する。 [0066] 導波管 102の載置台 108側の面には、各スロット 103毎に直方体形状の誘電体板 104が配置されている。なお、誘電体板 104を複数の導波管 102に跨って配列する 構成であってもよい。
[0067] 導波管 102の内部には、導波管内誘電体 201が設けられている。導波管内誘電体 201は比誘電率 2.1のフッ素榭脂からなる力 石英、ムライト、アルミナ、サファイア、 イットリア、窒化アルミ、窒化シリコン等であってもよい。このように、導波管の内部に誘 電体を挿入すると、導波管断面の寸法および管内波長え gが縮小される。導波管内 誘電体の比誘電率を 」とすると、導波管断面の寸法および管内波長 gは、中空 の場合と比較して「1Ζ ε 1/2」倍となる。導波管 102の内部に導波管内誘電体 201 を設けることにより、導波管 102の断面寸法が小さくなり装置を小型化することができ る。さらに、スロット 103間のピッチが小さくなるため、ガス放出穴間のピッチが小さくな り、より均一にガスを放出することができる。
[0068] スロット 103の内部には、平板状のスロット内誘電体 202, 203が設けられている。
スロット内誘電体 202, 203は誘電率が異なり、例えば、スロット内誘電体 202は比誘 電率 2.1のフッ素榭脂からなり、スロット内誘電体 203は比誘電率 3.8の石英力 なる 。スロット内誘電体 202, 203は、ムライト、アルミナ、サファイア、イットリア、窒化アル ミ、窒化シリコン等であってもよい。
[0069] このように、スロット 103の内部に誘電体を挿入すると、スロット 103から放出される マイクロ波の強度が変化する。また、スロット内誘電体の誘電率により、スロット 103力 ら放出されるマイクロ波の強度を変えてプラズマの分布を制御することができる。現実 的には、誘電率を連続的に変えることは困難なため、本実施の形態では、誘電率の 異なる二つの誘電体をスロットに挿入し、それらの厚さを変えることによりスロット 103 内の実効的な誘電率を変えてスロット 103から放出されるマイクロ波の強度を制御し ている。
[0070] プラズマ処理装置内のプラズマ密度は、基板の周辺部において低くなる傾向があ る。このため、周辺部のスロットから放出されるマイクロ波の強度が他よりも大きくなる ように設定すれば、均一なプラズマが得られやすい。本実施の形態では、導波管 10 2の両端のスロット 103においては、スロット内誘電体 202, 203の厚さをそれぞれ 4 mmおよび 6mmに、それ以外のスロットでは、スロット内誘電体 202, 203両者共 5m mに設定した。
[0071] 本発明のプラズマ処理装置を用いて、スロット内誘電体 202, 203の厚さを変えたと きに、導波管軸方向における基板上の電子密度の分布がどのように変化するかを調 ベた結果を図 10に示す。導入したガスは「Ar」で、ガス流量は 700sccm、圧力は 10 OPaである。
[0072] 全てのスロット 103においてスロット内誘電体 202, 203の厚さを 5mmに設定した 場合 (実線）には、基板の両端において電子密度が低下していることが分かる。一方 、両端のスロット 103においてのみ、スロット内誘電体 202, 203の厚さをそれぞれ 4 mmおよび 6mmに設定した場合 (破線）には、基板の両端において電子密度の低下 が抑えられ、ほぼ均一な分布になっていることが分かる。これは、両端のスロット 103 においてスロット内誘電体 203の厚さをスロット内誘電体 202よりも厚くしたことにより、 両端のスロット 103から放出されるマイクロ波の強度が他よりも強くなつたためである。 このように、スロット内誘電体 202, 203それぞれの厚さを変えることにより、導波管軸 方向のプラズマの分布を細力べ最適化することができる。
[0073] 本実施の形態では、スロット内誘電体を図 9において左右方向に 2分割にしている 力 2分割以外であってもよい。また、図 9において上下方向に分割してもよいし、紙 面に垂直方向に分割してもよ 、。
実施例 3
[0074] 図 11は、本発明のプラズマ処理装置における第 3の実施例を示す断面図である。
図 12は図 11における A— A断面図である。ここでは、第 1の実施例との相違点につ いてのみ説明する。
[0075] 単一の矩形導波管 301は、 E面 (矩形導波管の狭壁面）が基板 107と平行になるよ うに配置されている。導波管 301の一端は短絡面になっており、もう一端にはマイクロ 波供給システム 113が接続されている。本実施の形態では、細長いプラズマを発生 させることができるため、細長い部材にプラズマ処理を行う場合や、大面積基板を導 波管軸に垂直方向に移動させながらプラズマ処理を行う場合に適して 、る。
[0076] 導波管 301の載置台 108側の面には、複数のスロット 103が等間隔に開口されて いる。導波管 301の載置台 108側の面には、各スロット 103毎に直方体形状の誘電 体板 104が配置されている。スロット 103間の導波管軸方向のピッチ、および導波管 301の端面力も直近のスロットまでの距離は、およそ「n X gZ2」（nは自然数)とす ればよい。本実施例では、「n= l」に設定されている力 「1」以外の自然数であって ちょい。
[0077] 本実施の形態では、導波管 301の E面を構成し、上下に移動するプランジャ 302が 設けられている。プランジャ 302には、例えばステンレス力もなる支持棒 304が固定さ れている。導波管 301の外部力も支持棒 304とともにプランジャ 302を上下に移動さ せて導波管 301の H面の幅を変化させることにより、管内波長を調整することができ る。例えば、プランジャ 302を上方向に移動させると、 H面の幅が広くなり管内波長は 短くなる（上記式（1)参照)。また、複数のプランジャ 302を導波管軸方向に並べて配 列してもよい。この場合、各プランジャ 302毎に H面の幅を変化させることにより、より 精密に管内波長を調整することが可能である。本実施の形態では、管内波長を調整 する機能を備えることにより、極めて広範囲な使用条件において常に均一なプラズマ を生成することができる。
[0078] プランジャ 302には、チョーク誘電体 303が設けられている。チョーク誘電体 303は 比誘電率 9.4のアルミナ力 なる力 フッ素榭脂、石英、ムライト、サファイア、イツトリ ァ、窒化アルミ、窒化シリコン等力、あるいは中空であってもよい。図 11の d部の長さ は、チョーク誘電体 303中におけるマイクロ波の波長の「1Z4」すなわち「え / (4 X
0 ε 1/2)」に設定されている。ここで、 「え 」は、マイクロ波供給システム 113が発生す r 0
るマイクロ波の自由空間中の波長であり、「 ε 」は、チョーク誘電体 303の比誘電率 である。
[0079] このような構造は、チョーク構造と呼ばれ、導波管のフランジゃ、整合器等の導波管 摺動部等に用いられている。
[0080] 次に、チョーク構造の動作原理を説明する。
[0081] チョーク誘電体 303部は、終端面を短絡されたマイクロ波の導波路として動作し、 入射波と反射波との干渉により定在波が発生している。図 11の Β部は短絡面となつ ており、チョーク誘電体 303内の電界は「ゼロ」で、壁面に流れる電流は最大となって いる。一方、 B部から「1Z4」波長離れた C部においては、チョーク誘電体 303内の電 界は最大、壁面に流れる電流は「ゼロ」となっている。また、 B部から「1Z2」波長離れ た D部は等価的に短絡面となっており、チョーク誘電体 303内の電界は「ゼロ」で、壁 面に流れる電流は最大となって 、る。
[0082] D部が等価的に短絡面となっていることから、チョーク構造があってもなくても導波 管 301内の電磁波の分布は変わらない。また、 C部において壁面に流れる電流が「 ゼロ」になっているため、摺動部に多少隙間があってもマイクロ波の漏洩や放電等が 発生せず、マイクロ波を確実に伝搬させることができる。
[0083] 支持棒 304と真空容器 101との間には、シールドスパイラル 305が設けられており、 装置外部へのマイクロ波の漏洩を確実に防止できるようになって!/、る。
[0084] 図 12のように、仕切り部材 106には、真空容器 101の内部にガスを放出するための 複数のガス放出穴 307、および複数のガス放出穴 307にガスを導くためのガス流路 3 06が設けられている。ガス流路 306は、ガス供給システムに接続されている。
[0085] 本実施の形態では、導波管 301は単一である力 複数の導波管 301を並べて配列 してもよく、また誘電体板 104を複数の導波管 301に跨って配列してもよい。スロット 1 03の数は 6個以外であってもよぐガス流路 306は 7本以外であってもよい。ガス供給 システム、ガス流路 306、およびガス放出穴 307を複数系統備え、それぞれ異なるガ スが供給されるように構成してもよい。誘電体板 104の厚さはスロット 103からの距離 に応じて分布を持たせてもよい。導波管 301、およびスロット 103の内部は中空となつ ているが、第 2の実施の形態で説明したように誘電体を挿入してもよい。プランジャ 30 2と導波管 301との間にはチョーク構造の代わりにシールドスパイラルや板ばね等を 設けてもよい。また、シールドスノ ィラル 305は設けなくてもよい。
実施例 4
[0086] 図 13は、本発明のプラズマ処理装置における第 4の実施例を示す断面図である。
ここでは、第 3の実施例との相違点についてのみ説明する。
[0087] 単一の矩形導波管 401は、 E面が基板 107と平行になるように配置されている。導 波管 401の一端は短絡面になっており、もう一端にはマイクロ波供給システム 113が 接続されている。 [0088] 導波管 401内には、導波管 401の上面に開口された複数の穴から、それぞれ波長 調整ロッド 402が挿入されている。波長調整ロッド 402は、「え gZ2」間隔で等間隔に 配列されている力 これ以外の間隔であってもよい。波長調整ロッド 402は金メッキを 施した銅力もなる力 アルミニウム、フッ素榭脂、石英、ムライト、アルミナ、サファイア 、イットリア、窒化アルミ、窒化シリコン等であってもよい。導波管 401の外部から各々 の波長調整ロッド 402を上下に移動させて、導波管 401に挿入される長さを変えるこ とにより、管内波長え gを調整することができる。
[0089] 本実施の形態では、導波管 401は単一である力 複数の導波管 401を並べて配列 してもよく、また誘電体板 104を複数の導波管 401に跨って配列してもよい。導波管 3 01およびスロット 103の内部は中空となっている力 誘電体を挿入してもよい。波長 調整ロッド 402と導波管 401との間〖こは、チョーク構造、シールドスパイラルや板ばね 等を設けてもよい。
実施例 5
[0090] 図 14は、本発明のプラズマ処理装置における第 5の実施例を示す断面図である。
ここでは、第 3の実施例との相違点についてのみ説明する。
[0091] 単一の矩形導波管 501は、 E面が基板 107と平行になるように配置されている。導 波管 501の一端は短絡面になっており、もう一端にはマイクロ波供給システム 113が 接続されている。
[0092] 導波管 501の載置台 108側の面には、複数のスロット 103が等間隔に開口されて いる。スロット 103の内部にはスロット内誘電体 504が挿入されており、スロット 103力 ら放出されるマイクロ波の強度が適切になされるよう構成されている。スロット内誘電 体 504はアルミナ力もなる力 フッ素榭脂、石英、ムライト、サファイア、イットリア、窒 化アルミ、窒化シリコン等力、あるいは中空であってもよい。
[0093] 導波管 501内には、導波管 501の内寸より小さな直方体形状の導波管内誘電体 5 02が挿入されている。導波管内誘電体 502はフッ素榭脂からなるが、石英、ムライト 、アルミナ、サファイア、イットリア、窒化アルミ、窒化シリコン等であってもよい。導波 管内誘電体 502には、例えばフッ素榭脂からなる支持棒 503が固定されている。導 波管 501の外部力も支持棒 503とともに導波管内誘電体 502を上下に移動させるこ とにより、管内波長え gを調整することができる。
[0094] 上記式（1)によれば、中空の導波管の内部に誘電体を設置すると、管内波長 λ gが 短くなることが分かる。誘電体の大きさが導波管の内寸よりも小さい場合には、導波 管内の電界のより強い部分に誘電体を設置すると、管内波長え gがより短くなる。矩 形導波管の対面する H面間にかかる電界は、 H面の中心線上で最も強ぐ E面に近 づくにつれて弱くなる。従って、導波管内誘電体 502を H面の中心線上に配置すると 管内波長え gが最も短くなり、中心線力も上または下に移動させるとともに長くなる。こ のように、導波管内誘電体 502の位置により管内波長を調整するようにすれば、シー ルドスパイラルやチョーク構造等を用いなくてもマイクロ波を確実に伝搬させることが できる。
[0095] 本実施の形態では、導波管 501は単一である力 複数の導波管 501を並べて配列 してもよぐまた誘電体板 104を複数の導波管 501に跨って配列してもよい。
産業上の利用可能性
[0096] 導波管に導入されたマイクロ波を誘電体板にスロットを通して伝搬させ、真空容器 中に供給されたガスをプラズマ化させて基板表面にプラズマ処理を施す際、並列配 置される各導波管毎に複数誘電体板を設け、隣り合う誘電体板間に導体からなり接 地された仕切り部材を配置し、プランジャを上下に動力して、導波管の管内波長を最 適値に調整することによって、誘電体板と隣接する部材との隙間で意図しないプラズ マが発生することがな 、ので、安定したプラズマを効率よく発生させることが必要な用 途に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 内部にプラズマが励起される容器と、当該容器内にプラズマを励起させるために必 要なマイクロ波を供給するマイクロ波供給システムと、当該マイクロ波供給システムに 接続され、複数のスロットが開口された導波路と、当該スロットから放出されたマイクロ 波をプラズマに伝搬させる誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、
当該導波路内を伝搬するマイクロ波の波長を、当該導波路の外部から調節する手 段を備えて ヽることを特徴とするプラズマ処理装置。
[2] 前記導波路を構成する導体壁の一部を、当該導波路の外部力も移動させるよう構 成されて!/ヽることを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ処理装置。
[3] 前記導波路は矩形導波管であり、当該導波管の E面 (狭壁面)管壁の少なくとも一 部を、当該導波管の外部から移動させるよう構成されていることを特徴とする、請求 項 2に記載のプラズマ処理装置。
[4] 前記導波路内に挿入された複数のロッドを備え、当該導波路の外部から各々の当 該ロッドを移動させるよう構成されて 、ることを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ 処理装置。
[5] 前記導波路内に第 1の誘電体部材を備え、当該導波路の外部から当該第 1の誘電 体部材を移動させるよう構成されて 、ることを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ 処理装置。
[6] 前記マイクロ波供給システムが供給するマイクロ波の周波数を変えることにより、前 記波長が調整されるよう構成されて ヽることを特徴とする、請求項 1に記載のプラズマ 処理装置。
[7] 内部にプラズマが励起される容器と、当該容器内にガスを供給するガス供給システ ムと、当該容器内にプラズマを励起させるために必要なマイクロ波を供給するマイクロ 波供給システムと、当該マイクロ波供給システムに接続され、複数のスロットが開口さ れた 1または 2以上の導波管と、当該スロットから放出されたマイクロ波をプラズマに 伝搬させる複数の誘電体板と、当該容器内に収容され被処理基板が置かれる載置 台とを備えたプラズマ処理装置であって、
当該導波管毎に複数の当該誘電体板が設けられており、隣り合う当該誘電体板の 間には少なくとも一部が導体力もなる仕切り部材が設けられていることを特徴とするプ ラズマ処理装置。
[8] 複数の前記導波管を備えていることを特徴とする、請求項 7に記載のプラズマ処理 装置。
[9] 前記容器の内部と外部との間にある気密保持部の少なくとも一部は、前記誘電体 板の前記スロット側の面と当該容器との間に設けられていることを特徴とする、請求項
7または 8に記載のプラズマ処理装置。
[10] 前記誘電体板間の前記導波管内を伝搬するマイクロ波の進行方向のピッチと前記 スロット間の当該進行方向のピッチとが、概ね等しいことを特徴とする、請求項 7乃至
9の一つに記載のプラズマ処理装置。
[11] 前記スロット間の前記進行方向のピッチが、前記導波管内を伝搬するマイクロ波波 長の「1Z2」の自然数倍と概ね等しいことを特徴とする、請求項 7乃至 10の一つに記 載のプラズマ処理装置。
[12] 前記スロット間の前記進行方向のピッチが、前記波長の「1Z2」倍と概ね等しいこと を特徴とする、請求項 11に記載のプラズマ処理装置。
[13] 前記スロットの内部の少なくとも一部に、第 2の誘電体部材が設けられていることを 特徴とする、請求項 7乃至 12の一つに記載のプラズマ処理装置。
[14] 前記スロットの少なくとも一部に、誘電率の異なる複数の前記第 2の誘電体部材が 設けられていることを特徴とする、請求項 13に記載のプラズマ処理装置。
[15] 前記導波管の内部の少なくとも一部に、第 3の誘電体部材が設けられていることを 特徴とする、請求項 7乃至 14の一つに記載のプラズマ処理装置。
[16] 前記導波管は矩形導波管であり、前記スロットは当該導波管の H面 (広壁面）に開 口されていることを特徴とする、請求項 7乃至 15の一つに記載のプラズマ処理装置。
[17] 前記導波管は矩形導波管であり、前記スロットは当該導波管の E面 (狭壁面）に開 口されていることを特徴とする、請求項 7乃至 15の一つに記載のプラズマ処理装置。
[18] 前記導波管内を伝搬するマイクロ波の波長を、当該導波管の外部から調節する機 能を備えていることを特徴とする、請求項 7乃至 17の一つに記載のプラズマ処理装 置。
[19] 前記導波管の管壁の一部を、当該導波管の外部から移動させるよう構成されてい ることを特徴とする、請求項 18に記載のプラズマ処理装置。
[20] 前記導波管内に挿入された複数のロッドを備え、当該導波管の外部から各々の当 該ロッドを移動させるよう構成されていることを特徴とする、請求項 18に記載のプラズ マ処理装置。
[21] 前記導波管内に第 1の誘電体部材を備え、当該導波管の外部から当該第 1の誘電 体部材を移動させるよう構成されていることを特徴とする、請求項 18に記載のプラズ マ処理装置。
[22] 前記誘電体板の厚さが、当該誘電体板に対面する前記スロットからの距離に応じて 設定されていることを特徴とする、請求項 7乃至 21の一つに記載のプラズマ処理装 置。
[23] 前記仕切り部材と前記載置台との間隔は、前記誘電体板と当該載置台との間隔よ りも短く設定されていることを特徴とする、請求項 7乃至 22の一つに記載のプラズマ 処理装置。
[24] 前記仕切り部材は、前記ガス供給システムカゝら導入されたガスを前記容器内に放 出するためのガス放出機能を備えていることを特徴とする、請求項 7乃至 23の一つ に記載のプラズマ処理装置。
[25] 前記仕切り部材は、前記容器内にガスを放出するための複数のガス放出穴を備え て 、ることを特徴とする、請求項 24に記載のプラズマ処理装置。
[26] 前記仕切り部材は、前記ガス供給システムカゝら導入されたガスを複数の前記ガス放 出穴に導くためのガス流路を備えていることを特徴とする、請求項 7乃至 25の一つに 記載のプラズマ処理装置。
[27] 請求項 1乃至 26のいずれか一つに記載されたプラズマ処理装置を使用して処理を 行い、製品を製造することを特徴とする製品の製造方法。
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