WO2010067670A1 - Plasma processing apparatus - Google Patents

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昌樹 平山
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国立大学法人東北大学
東京エレクトロン株式会社
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    • H05H1/461—Microwave discharges

Definitions

  • a side cover may be provided around the metal electrode, and the filling dielectric may be provided in a groove between the metal electrode and the side cover.
  • the metal electrode is fixed to a ceiling surface in the processing container by a plurality of first screws and a plurality of second screws different from the plurality of first screws, and the plurality of first screws are the metal
  • the metal electrode is fixed at a position that is point-symmetric with respect to the center of the electrode, and the plurality of second screws are disposed at positions that are point-symmetric with respect to the center of the metal electrode, and The metal electrode is fixed at a position different from the position of the screw.
  • the inner conductor 610a is inserted into the outer conductor 610b of the first coaxial waveguide formed by digging the lid 300.
  • the inner conductors 620a to 640a of the second to fourth coaxial waveguides are inserted into the outer conductors 620b to 640b of the second to fourth coaxial waveguides formed by digging the lid 300, and the upper portions thereof Is covered with a lid cover 660.
  • the inner conductor of each coaxial tube is made of copper with good thermal conductivity.
  • the metal electrode 310 and the configuration around it will be described in more detail.
  • the first is that the aspect ratio of the cell region Cel is optimized.
  • the second point is that a filling dielectric 315 is embedded in a groove between the metal electrode 310 and the metal cover 320 or the like.
  • the third point is that the type and shape of the screw for fixing the metal electrode 310, the fixing position, etc. are optimized.
  • the filling dielectric 315 is embedded in the groove portion Gap.
  • the space between the metal electrode 310 and the metal cover 320 or the side cover 350 becomes flat.
  • there is no space where the cleaning gas is difficult to enter cleaning efficiency is increased, and maintenance is facilitated.
  • there is no space for generating unstable plasma with undefined density so that abnormal discharge can be prevented and uniform plasma can be generated stably.
  • a convex portion 300 c that is the same as or similar to the metal electrode 310 is provided on the ceiling surface of the processing container (lid body 300) where the dielectric plate 305 is not provided, and the convex portion 300 c
  • a filling dielectric 315 is provided between the metal electrode 310.
  • the dielectric plate 305 and the filling dielectric 315 may be integrated.

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Abstract

A microwave plasma processing apparatus (10) has: a processing container (100); a microwave source (900) which outputs microwaves; a dielectric plate (305) which is arranged adjacent to the ceiling surface in the processing container and discharges the microwaves outputted from the microwave source (900) into the processing container; and a rhombic metal electrode (310), which is arranged adjacent to the dielectric plate (305) on a surface on the plasma side of the dielectric plate (305) and exposes a part of the dielectric plate (305) in the processing container from the periphery.  The metal electrode (310) and the dielectric plate (305) have, as a cell region (Cel), a minimum rectangular region which is a virtual region partitioning the ceiling surface of the processing container (100), is defined by two straight lines parallel to the two diagonal lines (D1, D2) of the metal electrode (310), respectively, and includes the metal electrode (310) and the dielectric plate (305).  The ratio of the length of the long side of the cell region (Cel) to the length of the short side is 1.2 or less.

Description

プラズマ処理装置Plasma processing equipment
　本発明は、電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing a target object by exciting a gas with electromagnetic waves.
　電磁波を用いて生成されるプラズマのうち、マイクロ波プラズマは、誘電体板を介してマイクロ波を減圧状態の処理室内に導入することにより発生される（たとえば、引用文献１参照）。マイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマの電子密度ｎｅが、カットオフ密度ｎｃよりも高い場合、マイクロ波は、プラズマ内に入り込むことができず、誘電体板とプラズマとの間を伝搬する。伝搬中、マイクロ波の一部は、エバネッセント波としてプラズマに吸収され、プラズマの維持に使われる。このようにして、誘電体板とプラズマとの間を伝搬するマイクロ波は、たとえば、誘電体表面波と言われている。 Among plasmas generated using electromagnetic waves, microwave plasma is generated by introducing microwaves into a processing chamber in a reduced pressure state through a dielectric plate (see, for example, cited document 1). In the microwave plasma processing apparatus, plasma electron density n e is higher than the cut-off density n c, the microwave can not enter into the plasma propagates between the dielectric plate and the plasma. During propagation, part of the microwave is absorbed by the plasma as an evanescent wave and used to maintain the plasma. Thus, the microwave propagating between the dielectric plate and the plasma is called, for example, a dielectric surface wave.
特開２００６－３１０７９４号公報JP 2006-310794 A
　低周波数の電磁波をプラズマ処理装置に供給した場合、誘電体板とプラズマとの間を伝搬する誘電体表面波だけでなく、処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波（以下、金属表面波（導体表面波）という）が発生する。金属表面波は、プラズマの電子密度がカットオフ密度ｎｃの２倍より低いと伝搬することができない。カットオフ密度ｎｃは電磁波の周波数の二乗に比例するので、金属表面波は周波数が低く、電子密度が高くないと伝搬することができない。さらに、金属表面波は、周波数が低いほど減衰しにくい特徴がある。 When low-frequency electromagnetic waves are supplied to the plasma processing equipment, not only the dielectric surface wave that propagates between the dielectric plate and the plasma, but also the surface wave that propagates between the metal surface on the inner surface of the processing vessel and the plasma , Metal surface wave (conductor surface wave) is generated. MSW, the electron density of the plasma can not propagate lower than twice the cutoff density n c. Since the cut-off density n c is proportional to the square of the frequency of the electromagnetic wave, MSW low frequencies, can not propagate the electron density is not high. Furthermore, the metal surface wave has a characteristic that it is more difficult to attenuate as the frequency is lower.
　プラズマの生成に一般的に用いられている２４５０ＭＨｚの周波数においては、カットオフ密度ｎｃの値が７．５×１０１０ｃｍ－３となり、電子密度が１．５×１０１１ｃｍ－３以上でないと金属表面波が伝搬しない。たとえば、表面付近の電子密度が１×１０１１ｃｍ－３程度の低密度プラズマでは、金属表面波は全く伝搬しない。電子密度がもっと高い場合でも、減衰が大きいため金属表面波の伝搬があまり問題にならないことが多い。一方、たとえば９１５ＭＨｚの周波数では、表面付近の電子密度が１×１０１１ｃｍ－３程度の低密度プラズマでも金属表面波が処理室の内面を長く伝搬する。 At a frequency of 2450MHz, which is generally used in the generation of the plasma, not the value of the cut-off density n c is 7.5 × 10 10 cm -3, and the electron density of 1.5 × 10 11 cm -3 or more And metal surface waves do not propagate. For example, in a low density plasma having an electron density of about 1 × 10 11 cm −3 near the surface, no metal surface wave propagates. Even when the electron density is higher, the propagation of metal surface waves is often not a problem because of the large attenuation. On the other hand, at a frequency of 915 MHz, for example, a metal surface wave propagates long on the inner surface of the processing chamber even in a low-density plasma whose electron density near the surface is about 1 × 10 11 cm −3 .
　よって、低周波の電磁波を利用してプラズマ処理を実行する場合には、誘電体表面波だけでなく金属表面波の伝搬を制御するための装置設計が必要となる。たとえば、金属電極表面と金属電極の近傍に位置する相似形の金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布が異なり、且つそれぞれ分布に大きな偏りがあると、処理容器の天井面にて電界エネルギーの分布に偏りが生じる。また、金属電極と金属カバーとの間に段差や溝が存在する場合には、その近辺でガスが流れにくく停留しやすい状態が生じ、不安定なプラズマが生成される。さらに、誘電体板や金属電極をねじにより処理容器の天井面に固定する際、マイクロ波の伝送経路に管理できない隙間が生じ、プラズマ側からのマイクロ波の反射が大きくなってマイクロ波のエネルギーの供給効率が悪くなる場合も考えられる。これらは、プラズマの均一性及び安定性に影響を与えるため、金属電極及びその周辺の形状、サイズ、配置位置及びその周辺の設計を最適化することにより、均一なプラズマを安定して生成することが求められる。 Therefore, when performing plasma processing using low-frequency electromagnetic waves, it is necessary to design an apparatus for controlling the propagation of not only dielectric surface waves but also metal surface waves. For example, if the distribution of standing waves of the metal surface wave formed on the metal electrode surface and the similar metal cover surface located in the vicinity of the metal electrode is different and the distribution is largely biased, the ceiling surface of the processing vessel In this case, the electric field energy distribution is biased. Further, when there is a step or a groove between the metal electrode and the metal cover, a state in which the gas does not easily flow and remains in the vicinity is generated, and unstable plasma is generated. Furthermore, when the dielectric plate or metal electrode is fixed to the ceiling surface of the processing vessel with a screw, a gap that cannot be managed is generated in the microwave transmission path, and the reflection of the microwave from the plasma side increases, and the energy of the microwave is increased. There may be a case where the supply efficiency deteriorates. Since these affect the uniformity and stability of the plasma, it is possible to stably generate a uniform plasma by optimizing the shape, size, location and design of the metal electrode and its surroundings. Is required.
　そこで、本発明は、表面波の伝搬を制御するために金属電極及びその周辺の構成を適正化したプラズマ処理装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a plasma processing apparatus in which the metal electrode and its peripheral configuration are optimized in order to control the propagation of surface waves.
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる菱形状の金属電極と、を有するプラズマ処理装置が提供される。前記金属電極と前記誘電体板とは、前記処理容器の天井面を区切る仮想領域であって前記金属電極の２本の対角線にそれぞれ平行な２本ずつの直線から画定され、前記金属電極と前記誘電体板とを含む最小の矩形領域をセル領域として、前記セル領域の短辺の長さに対する長辺の長さの比が１．２以下になるように前記金属電極及び前記誘電体板の形状が特定されている。 In order to solve the above-described problems, according to an aspect of the present invention, a processing container that excites a gas to plasma-treat a target object and an electromagnetic wave that is provided outside the processing container and outputs an electromagnetic wave A source plate, a dielectric plate provided adjacent to a ceiling surface in the processing vessel, and emitting an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source into the processing vessel, and a surface on the plasma side of the dielectric plate There is provided a plasma processing apparatus having a diamond-shaped metal electrode provided adjacent to a dielectric plate and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing vessel. The metal electrode and the dielectric plate are virtual regions that divide the ceiling surface of the processing container and are defined by two straight lines parallel to two diagonal lines of the metal electrode, and the metal electrode and the dielectric plate The smallest rectangular region including the dielectric plate is defined as a cell region, and the ratio of the long side to the short side of the cell region is 1.2 or less so that the metal electrode and the dielectric plate The shape is specified.
　これによれば、電磁波源から出力された電磁波は、処理容器内の天井面に隣接して設けられた菱形状の金属電極の周縁から誘電体板を透過して処理容器内に放出される。金属電極と誘電体板とは、前記処理容器の天井面を区切る仮想領域であって、前記金属電極の２本の対角線にそれぞれ平行な２本ずつの直線から画定され、前記金属電極と前記誘電体板とを含む最小の矩形領域をセル領域（図２参照）として、前記セル領域の短辺の長さに対する長辺の長さの比が１．２以下になるようにその記金属電極及び誘電体板の形状が特定されている。 According to this, the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source is transmitted through the dielectric plate from the peripheral edge of the diamond-shaped metal electrode provided adjacent to the ceiling surface in the processing container, and is released into the processing container. The metal electrode and the dielectric plate are virtual regions that divide the ceiling surface of the processing container, and are defined by two straight lines parallel to two diagonal lines of the metal electrode, and the metal electrode and the dielectric plate The smallest rectangular region including the body plate is defined as a cell region (see FIG. 2), and the metal electrode and the metal electrode are arranged so that the ratio of the long side length to the short side length of the cell region is 1.2 or less. The shape of the dielectric plate is specified.
　均一なプラズマを生成するためには、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布が同一で、且つそれぞれの分布に大きな偏りがないことが望ましい。セルが正方形の場合には、金属電極表面と金属カバー表面に同一パターンの定在波が形成される。金属電極と金属カバーの周囲の対応する位置から、それぞれ同一位相、同一強度の金属表面波が供給されるためである。 In order to generate a uniform plasma, it is desirable that the distribution of standing waves of the metal surface wave formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover is the same, and that there is no large deviation in each distribution. When the cell is square, standing waves having the same pattern are formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover. This is because metal surface waves having the same phase and the same intensity are supplied from corresponding positions around the metal electrode and the metal cover.
　一方、セルが長方形の場合には、金属電極表面と金属カバー表面には、異なるパターンの定在波が形成される。金属電極と金属カバーの周囲の対応する位置から供給される金属表面波の位相、強度が一致しないためである。このように、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の対称性が悪いと、均一性の制御が難しく、均一なプラズマを励起することが困難である。実用に耐え得る均一なプラズマを生成するには、金属電極表面と金属カバー表面の対応する位置における金属表面波の電界強度比の平均値が、１．５以下、より好ましくは１．１以下になっていることが望ましい。 On the other hand, when the cell is rectangular, standing waves having different patterns are formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover. This is because the phase and intensity of the metal surface wave supplied from the corresponding positions around the metal electrode and the metal cover do not match. Thus, when the symmetry of the standing wave of the metal surface wave formed on the metal electrode surface and the metal cover surface is poor, it is difficult to control the uniformity and it is difficult to excite uniform plasma. In order to generate a uniform plasma that can withstand practical use, the average value of the electric field intensity ratio of the metal surface wave at the corresponding position on the metal electrode surface and the metal cover surface is 1.5 or less, more preferably 1.1 or less. It is desirable that
　図４に、セルの縦横比と対応する位置における金属表面波の電界強度比の関係を示す。これは、電磁界のシミュレーションにより計算した結果である。これによれば、電界強度比を１．５以下にするにはセルの縦横比を１．２以下にすればよい。これにより、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布を同一又は近似させることができ、且つそれぞれの分布に偏りがない状態を維持することができる。この結果、均一なプラズマを生成することができる。 FIG. 4 shows the relationship between the aspect ratio of the cell and the electric field strength ratio of the metal surface wave at the corresponding position. This is a result of calculation by electromagnetic field simulation. According to this, in order to make the electric field strength ratio 1.5 or less, the cell aspect ratio should be 1.2 or less. Thereby, the distribution of the standing wave of the metal surface wave formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover can be made the same or approximate, and a state where each distribution is not biased can be maintained. As a result, uniform plasma can be generated.
　電界強度比を１．１以下にするために、セルの縦横比を１．１以下にするとより好ましい。これによれば、さらに、金属電極と金属カバーとの金属表面波の定在波の分布を同一又は近似させることができ、且つそれぞれの分布の偏りを小さくし、より均一なプラズマを生成することができる。 In order to make the electric field strength ratio 1.1 or less, it is more preferable that the cell aspect ratio is 1.1 or less. According to this, furthermore, the distribution of the standing wave of the metal surface wave between the metal electrode and the metal cover can be made the same or approximate, and the unevenness of each distribution can be reduced to generate a more uniform plasma. Can do.
　上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、前記処理容器の天井面の前記誘電体板が設けられていない部分に設けられ、前記金属電極と同一又は相似形の金属カバーと、を有するプラズマ処理装置が提供される。前記金属電極と前記金属カバーとの間の溝には充填用誘電体が設けられている。 In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, a processing container that excites a gas inside to plasma-process a target object, and is provided outside the processing container and outputs an electromagnetic wave. An electromagnetic wave source, a dielectric plate provided adjacent to a ceiling surface in the processing container, and emitting an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source into the processing container, and a plasma side surface of the dielectric plate A metal electrode that is provided adjacent to the dielectric plate and exposes a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing vessel, and a portion on the ceiling surface of the processing vessel where the dielectric plate is not provided A plasma processing apparatus having a metal cover that is the same as or similar to the metal electrode is provided. A filling dielectric is provided in the groove between the metal electrode and the metal cover.
　これによれば、電磁波源から出力された電磁波は、処理容器内の天井面に隣接して設けられ、金属電極の周縁から誘電体板を透過して処理容器内に放出される。誘電体板が設けられていない処理容器の天井面には、金属電極と同一又は相似形の金属カバーが設けられ、金属電極と金属カバーとの間には、充填用誘電体が設けられている。 According to this, the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source is provided adjacent to the ceiling surface in the processing container, and is transmitted into the processing container through the dielectric plate from the periphery of the metal electrode. A metal cover having the same or similar shape as the metal electrode is provided on the ceiling surface of the processing vessel not provided with the dielectric plate, and a filling dielectric is provided between the metal electrode and the metal cover. .
　金属電極と金属カバーとの間の溝（隙間）では、ガスが流れにくく停留しやすい。例えばプラズマクリーニングの工程では、隙間の内部にクリーニングガスが入り込みにくく、隙間の内面に付着した膜を除去しにくい。また、溝部分では、３方向を壁で囲まれているためプラズマの電子密度が下がりやすく、安定した密度の定まったプラズマを維持することが難しい。金属電極と金属カバーとの間に露出した誘電体板から金属表面波が供給されるため、この部分で安定した密度の定まったプラズマが維持されていないと、プラズマ全体が不安定で不均一になってしまう。これに対して、本発明では、金属電極と金属カバーとの間の溝を誘電体で埋めることにより、これらの問題を解決することができる。 In the groove (gap) between the metal electrode and the metal cover, it is difficult for gas to flow and it is easy to stop. For example, in the plasma cleaning process, it is difficult for the cleaning gas to enter the gap, and it is difficult to remove the film adhering to the inner surface of the gap. In addition, since the groove portion is surrounded by walls in three directions, the electron density of the plasma tends to decrease, and it is difficult to maintain a plasma with a stable density. Since the metal surface wave is supplied from the dielectric plate exposed between the metal electrode and the metal cover, if the plasma with a stable density is not maintained in this part, the entire plasma becomes unstable and non-uniform. turn into. In contrast, in the present invention, these problems can be solved by filling the groove between the metal electrode and the metal cover with a dielectric.
　上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、前記処理容器の天井面の前記誘電体板が設けられていない部分に設けられ、前記金属電極と同一又は相似形の凸部と、を有するプラズマ処理装置が提供される。前記金属電極と前記凸部との間の溝には充填用誘電体が設けられている。 In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, a processing container that excites a gas inside to plasma-process a target object, and is provided outside the processing container and outputs an electromagnetic wave. An electromagnetic wave source, a dielectric plate provided adjacent to a ceiling surface in the processing container, and emitting an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source into the processing container, and a plasma side surface of the dielectric plate A metal electrode that is provided adjacent to the dielectric plate and exposes a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing vessel, and a portion on the ceiling surface of the processing vessel where the dielectric plate is not provided And a plasma processing apparatus having a convex part that is the same as or similar to the metal electrode. A filling dielectric is provided in the groove between the metal electrode and the convex portion.
　これによっても、金属電極と凸部との間を誘電体で埋めることによりガスが流れにくく停留しやすい空間をなくすことによって、均一なプラズマを安定して生成することができる。 Also by this, uniform plasma can be generated stably by eliminating the space where gas does not flow easily and is retained by filling the space between the metal electrode and the convex portion with a dielectric.
　前記金属電極の周囲にはサイドカバーが設けられ、前記充填用誘電体は、前記金属電極と前記サイドカバーとの間の溝に設けられていてもよい。 A side cover may be provided around the metal electrode, and the filling dielectric may be provided in a groove between the metal electrode and the side cover.
　前記充填用誘電体は、前記金属電極と前記凸部との間の溝に埋没するか、前記溝を平坦化するか、又は前記溝から突出するかのいずれかの状態に配設されてもよい。 The filling dielectric may be disposed so as to be buried in a groove between the metal electrode and the convex portion, flatten the groove, or protrude from the groove. Good.
　前記充填用誘電体は、前記金属電極の外周を囲むように配設され、前記溝から突出した部分を有していてもよい。 The filling dielectric may be disposed so as to surround the outer periphery of the metal electrode and have a portion protruding from the groove.
　前記充填用誘電体は、前記金属電極の各辺の少なくとも中央近傍にて前記溝から突出していてもよい。 The filling dielectric may protrude from the groove at least near the center of each side of the metal electrode.
　前記充填用誘電体の突出部分では、前記金属電極の各辺の中央近傍の突出が前記金属電極の頂点近傍の突出より大きくてもよい。 In the protruding portion of the filling dielectric, the protrusion near the center of each side of the metal electrode may be larger than the protrusion near the vertex of the metal electrode.
　前記充填用誘電体の突出は、前記金属電極の中心に対して点対称に形成されていてもよい。 The protrusion of the filling dielectric may be formed point-symmetrically with respect to the center of the metal electrode.
　前記充填用誘電体は、前記誘電体板と同じ材質から形成されていてもよい。 The filling dielectric may be made of the same material as the dielectric plate.
　上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、を有するプラズマ処理装置が提供される。前記金属電極は、複数の第１のねじ及び前記複数の第１のねじと異なる複数の第２のねじにより前記処理容器内の天井面に固定され、前記複数の第１のねじは、前記金属電極の中心に対し互いに点対称な位置にて前記金属電極を固定し、前記複数の第２のねじは、前記金属電極の中心に対し互いに点対称な位置に配置され、かつ前記複数の第１のねじの位置と異なる位置にて前記金属電極を固定する。 In order to solve the above-described problems, according to another aspect of the present invention, a processing container that excites a gas inside to plasma-process a target object, and is provided outside the processing container and outputs an electromagnetic wave. An electromagnetic wave source, a dielectric plate provided adjacent to a ceiling surface in the processing container, and emitting an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source into the processing container, and a plasma side surface of the dielectric plate There is provided a plasma processing apparatus having a metal electrode provided adjacent to the dielectric plate and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing container. The metal electrode is fixed to a ceiling surface in the processing container by a plurality of first screws and a plurality of second screws different from the plurality of first screws, and the plurality of first screws are the metal The metal electrode is fixed at a position that is point-symmetric with respect to the center of the electrode, and the plurality of second screws are disposed at positions that are point-symmetric with respect to the center of the metal electrode, and The metal electrode is fixed at a position different from the position of the screw.
　これによれば、電磁波源から出力された電磁波は、処理容器内の天井面に隣接して設けられ、金属電極の周縁から誘電体板を透過して処理容器内に放出される。金属電極は、複数の第１のねじ及び第１のねじと異なる種類の複数の第２のねじにより処理容器内の天井面に固定される。 According to this, the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source is provided adjacent to the ceiling surface in the processing container, and is transmitted into the processing container through the dielectric plate from the periphery of the metal electrode. The metal electrode is fixed to the ceiling surface in the processing container by a plurality of first screws and a plurality of second screws of a different type from the first screws.
　固定の際、金属電極は、誘電体を挟んだ状態で、金属電極の中心からの距離が等しくかつ等間隔な位置にて複数の第１のねじにより処理容器に固定されるとともに、前記金属電極の中心からの距離が等しくかつ４本の第１のねじの位置と異なる位置にて複数の第２のねじにより処理容器に固定される。 At the time of fixing, the metal electrode is fixed to the processing container by a plurality of first screws at a position where the distance from the center of the metal electrode is equal and equally spaced, with the dielectric sandwiched therebetween, and the metal electrode Are fixed to the processing container by a plurality of second screws at a position equal to the center of the first screw and at a position different from the positions of the four first screws.
　このようにして、金属電極は、金属電極の中心に対して点対称に設けられた２種類のねじにより電気的及び機械的な偏りがない状態で固定される。これにより、マイクロ波の伝送経路である誘電体に隙間が生じず、マイクロ波の波長と伝搬速度が変化しないため、設計値に対して実際のインピーダンスの変化に差異がなく、プラズマ側からのマイクロ波の反射を低減し、マイクロ波のエネルギーの供給効率が向上させることができる。特に、ねじの径や位置により金属電極の電界強度分布の偏りを低減して、均一なプラズマを安定して生成することができる。また、プラズマ側の熱を複数のねじを通して蓋体３００側に逃がすことができる。 In this way, the metal electrode is fixed without electrical and mechanical bias by two types of screws provided symmetrically with respect to the center of the metal electrode. As a result, there is no gap in the dielectric that is the microwave transmission path, and the microwave wavelength and propagation speed do not change, so there is no difference in the actual impedance change from the design value, and the microwave from the plasma side Wave reflection can be reduced, and microwave energy supply efficiency can be improved. In particular, the unevenness of the electric field strength distribution of the metal electrode can be reduced depending on the diameter and position of the screw, and uniform plasma can be stably generated. Further, the heat on the plasma side can be released to the lid body 300 side through a plurality of screws.
　前記複数の第１のねじの径は前記複数の第２のねじの径より小さくてもよい。 The diameter of the plurality of first screws may be smaller than the diameter of the plurality of second screws.
　前記複数の第１のねじは４本であり、前記金属電極の対角線上に位置していてもよい。 The plurality of first screws may be four and may be located on a diagonal line of the metal electrode.
　前記複数の第２のねじは４本であり、前記４本の第１のねじより前記金属電極の中心側に位置していてもよい。 The plurality of second screws may be four, and may be located closer to the center of the metal electrode than the four first screws.
　前記金属電極が正方形である場合、前記４本の第２のねじは、前記等間隔に設けられた４本の第１のねじのうち隣接する２つの第１のねじから等間隔の位置にそれぞれ設けられていてもよい。 When the metal electrode is a square, the four second screws are arranged at equal intervals from two adjacent first screws among the four first screws provided at the equal intervals. It may be provided.
　前記誘電体板は、前記金属電極の外周にて略帯状に前記処理容器内の天井面に露出していてもよい。 The dielectric plate may be exposed on the ceiling surface in the processing container in a substantially band shape on the outer periphery of the metal electrode.
　前記誘電体板及び前記金属電極は、前記誘電体板が前記金属電極と前記処理容器の天井面とに挟まれた状態にてそれぞれ複数設けられ、隣り合う各金属電極の頂点同士が最も近づくように前記天井面に規則的に配置されていてもよい。 A plurality of the dielectric plates and the metal electrodes are provided in a state where the dielectric plates are sandwiched between the metal electrode and the ceiling surface of the processing container, so that apexes of adjacent metal electrodes are closest to each other. May be regularly arranged on the ceiling surface.
　以上に説明したように、本発明によれば、金属電極及びその周辺の構成を適正化して表面波の伝搬を制御することができる。 As described above, according to the present invention, the propagation of the surface wave can be controlled by optimizing the configuration of the metal electrode and its periphery.
第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図（図２の２－Ｏ－Ｏ’－２断面図）である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view (2-O-O′-2 sectional view of FIG. 2) of the microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment. 図１の１－１断面図である。FIG. 1 is a sectional view taken along the line 1-1 in FIG. 金属電極及び金属カバーの表面に形成される金属表面波の定在波パターンを示したシミュレーション結果である。It is the simulation result which showed the standing wave pattern of the metal surface wave formed in the surface of a metal electrode and a metal cover. 金属電極及び金属カバーの表面に形成される金属表面波の定在波パターンを示したシミュレーション結果である。It is the simulation result which showed the standing wave pattern of the metal surface wave formed in the surface of a metal electrode and a metal cover. セルの縦横比と対応する位置における金属表面波の電界強度比の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the electric field strength ratio of the metal surface wave in the position corresponding to the aspect ratio of a cell. 金属電極及び金属カバーの間に充填用誘電体がない場合の電界強度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating electric field strength distribution in case there is no dielectric for filling between a metal electrode and a metal cover. 金属電極及び金属カバーの間に充填用誘電体がある場合の電界強度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating electric field strength distribution in case there exists a filling dielectric material between a metal electrode and a metal cover. 金属電極及び金属カバーの間に充填用誘電体がある場合の電界強度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating electric field strength distribution in case there exists a filling dielectric material between a metal electrode and a metal cover. 金属電極及び金属カバーの間に充填用誘電体がある場合の電界強度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating electric field strength distribution in case there exists a filling dielectric material between a metal electrode and a metal cover. 天井面に設けられた金属電極及び周辺を示した図である。It is the figure which showed the metal electrode provided in the ceiling surface, and its periphery. 図７の下面図である。FIG. 8 is a bottom view of FIG. 7. 図８の３－３断面図である。It is 3-3 sectional drawing of FIG.
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the constituent elements having the same configuration and function, and redundant description is omitted.
（プラズマ処理装置の構成）
　まず、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置（ＭＳＥＰ：Ｍｅｔａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅｗａｖｅ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｐｌａｓｍａ）の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は本装置の縦断面図を模式的に示す。図１は、図２の２－Ｏ－Ｏ’－２断面を示している。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面であり、図１の１－１断面を示している。 (Configuration of plasma processing equipment)
First, the configuration of a microwave plasma processing apparatus (MSEP: Metal Surface Excitation Plasma) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a longitudinal sectional view of the apparatus. FIG. 1 shows a 2-OO′-2 cross section of FIG. FIG. 2 is a ceiling surface of the microwave plasma processing apparatus 10 and shows a cross section 1-1 of FIG.
（マイクロ波プラズマ処理装置の概略）
　図１に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、ガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。蓋体３００は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとから構成されている。容器本体２００と下部蓋体３００ｂとの接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と下部蓋体３００ｂとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの接触面にもＯリング２１０及びＯリング２１５が設けられていて、これにより上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとが密閉されている。容器本体２００及び蓋体３００は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。 (Outline of microwave plasma processing equipment)
As shown in FIG. 1, the microwave plasma processing apparatus 10 includes a processing container 100 for plasma processing a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate G”). The processing container 100 includes a container body 200 and a lid body 300. The container body 200 has a bottomed cubic shape with an upper portion opened, and the opening is closed by a lid 300. The lid body 300 includes an upper lid body 300a and a lower lid body 300b. An O-ring 205 is provided on a contact surface between the container main body 200 and the lower lid body 300b, whereby the container main body 200 and the lower lid body 300b are hermetically sealed to define a processing chamber. An O-ring 210 and an O-ring 215 are also provided on the contact surface between the upper lid body 300a and the lower lid body 300b, whereby the upper lid body 300a and the lower lid body 300b are sealed. The container body 200 and the lid body 300 are made of a metal such as an aluminum alloy, for example, and are electrically grounded.
　処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムから形成されている。サセプタ１０５は、支持体１１０に支持されていて、その周囲には処理室のガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１１５が設けられている。また、処理容器１００の底部にはガス排出管１２０が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いて処理容器１００内のガスを排出する。 In the processing container 100, a susceptor 105 (stage) for placing the substrate G is provided. Susceptor 105 is made of, for example, aluminum nitride. The susceptor 105 is supported by a support 110, and a baffle plate 115 for controlling the gas flow in the processing chamber to a preferable state is provided around the susceptor 105. A gas exhaust pipe 120 is provided at the bottom of the processing container 100, and the gas in the processing container 100 is exhausted using a vacuum pump (not shown) provided outside the processing container 100.
　図１及び図２を見ると、処理容器１００の天井面には、金属電極３１０及び金属カバー３２０が規則的に配置されている。８つの金属電極３１０は、隣り合う各金属電極３１０の頂点同士が最も近づくように処理容器内の天井面に規則的に配置される。３つの金属カバー３２０は、金属電極３１０が設けられていない部分にそれぞれ設けられ、金属カバー３２０の頂点が隣り合う金属電極３１０の頂点に最も近づくように処理容器内の天井面に規則的に配置される。８つの金属電極３１０の外周には、金属電極３１０及び金属カバー３２０を覆うサイドカバー３５０が設けられている。 1 and 2, the metal electrode 310 and the metal cover 320 are regularly arranged on the ceiling surface of the processing container 100. The eight metal electrodes 310 are regularly arranged on the ceiling surface in the processing container so that the apexes of the adjacent metal electrodes 310 are closest to each other. The three metal covers 320 are respectively provided on portions where the metal electrode 310 is not provided, and are regularly arranged on the ceiling surface in the processing container so that the vertex of the metal cover 320 is closest to the vertex of the adjacent metal electrode 310. Is done. A side cover 350 that covers the metal electrode 310 and the metal cover 320 is provided on the outer periphery of the eight metal electrodes 310.
　金属電極３１０は、誘電体板３０５のプラズマ側の面（下面）にて誘電体板３０５に隣接して設けられ、周縁から誘電体板３０５の一部を処理容器１００の内部に露出させる菱形状の平板である。ここで、菱形状とは、４辺の長さが互いに相等しい４辺形であり、正方形も含まれる。 The metal electrode 310 is provided adjacent to the dielectric plate 305 on the plasma-side surface (lower surface) of the dielectric plate 305 and exposes a part of the dielectric plate 305 from the periphery to the inside of the processing vessel 100. It is a flat plate. Here, the rhombus is a quadrilateral whose four sides are equal in length, and includes a square.
　誘電体板３０５は、金属電極３１０より一回り大きく、金属電極３１０の頂点近傍にて角がとれた８角形の平板である。誘電体板３０５は、処理容器内の天井面と金属電極３１０とに挟まれた状態にて天井面に隣接して設けられ、金属電極３１０の外周にて略帯状に処理容器内の天井面に露出する。誘電体板３０５は、マイクロ波源９００から出力されたマイクロ波を前記帯状部分から処理容器内に放出する。 The dielectric plate 305 is an octagonal flat plate that is slightly larger than the metal electrode 310 and has a corner near the apex of the metal electrode 310. The dielectric plate 305 is provided adjacent to the ceiling surface in a state sandwiched between the ceiling surface in the processing container and the metal electrode 310, and is substantially strip-shaped on the ceiling surface in the processing container on the outer periphery of the metal electrode 310. Exposed. The dielectric plate 305 emits the microwave output from the microwave source 900 from the band-shaped portion into the processing container.
　誘電体板３０５及び金属電極３１０は、基板Ｇや処理容器１００に対して概ね４５°傾いた位置に等ピッチで８枚配置される。ピッチは、一つの誘電体板３０５の対角線の長さが、隣り合う誘電体板３０５の中心間の距離の０．９倍以上になるように定められている。これにより、誘電体板３０５のわずかに削られた角部同士は隣接して配置される。 The eight dielectric plates 305 and the metal electrodes 310 are arranged at an equal pitch at a position substantially inclined by 45 ° with respect to the substrate G and the processing container 100. The pitch is determined so that the diagonal length of one dielectric plate 305 is 0.9 times or more the distance between the centers of adjacent dielectric plates 305. Thereby, the slightly cut corners of the dielectric plate 305 are arranged adjacent to each other.
　金属カバー３２０は、処理容器１００の天井面のうち、誘電体板３０５が設けられていない部分に設けられ、金属電極３１０と同一又は相似形である。金属電極３１０と金属カバー３２０は、誘電体板３０５の厚さ分、金属カバー３２０の方が厚い。金属電極３１０と金属カバー３２０との間の溝は、充填用誘電体３１５により充填されている。かかる形状によれば、天井面の高さがほぼ等しくなると同時に、誘電体板３０５が露出した部分の凹みが埋められ、金属電極３１０及びその周辺がほぼ同じパターンの繰り返しになる。 The metal cover 320 is provided on a portion of the ceiling surface of the processing container 100 where the dielectric plate 305 is not provided, and is the same as or similar to the metal electrode 310. The metal cover 310 and the metal cover 320 are thicker by the thickness of the dielectric plate 305. A groove between the metal electrode 310 and the metal cover 320 is filled with a filling dielectric 315. According to such a shape, the height of the ceiling surface becomes substantially equal, and at the same time, the dent of the portion where the dielectric plate 305 is exposed is filled, and the metal electrode 310 and the periphery thereof are repeated in substantially the same pattern.
　誘電体板３０５はアルミナにより形成され、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０はアルミニウム合金により形成されている。なお、本実施形態では、８枚の誘電体板３０５及び金属電極３１０が２列に４段配置されるが、これに限られず、誘電体板３０５及び金属電極３１０の枚数を増やすことも減らすこともできる。 The dielectric plate 305 is made of alumina, and the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350 are made of an aluminum alloy. In this embodiment, the eight dielectric plates 305 and the metal electrodes 310 are arranged in four rows in two rows. However, the present invention is not limited to this, and the increase in the number of the dielectric plates 305 and the metal electrodes 310 is also reduced. You can also.
　図２を参照すると、誘電体板３０５及び金属電極３１０は、第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０により蓋体３００に固定されている。金属カバー３２０及びサイドカバー３５０も同様に第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０により蓋体３００に固定されている。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間には主ガス流路３３０が設けられている。主ガス流路３３０は、複数の第１のねじ３８０内に設けられた第１のガス流路３２５ａにガスを分流する。第１のガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。細管３３５は、セラミックスや金属からなる。金属電極３１０と誘電体板３０５との間には第２のガス流路３１０ａ１が設けられている。金属カバー３２０と蓋体３００との間及びサイドカバー３５０と蓋体３００との間にも第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２が設けられている。第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０の先端面は、プラズマの分布を乱さないように、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の下面と面一になっている。金属電極３１０に開口された第１のガス放出穴３４５ａ、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０に開口された第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２は均等なピッチで下方に向かって開口している。なお、第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０は、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０と一体になっていてもよい。 Referring to FIG. 2, the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 are fixed to the lid body 300 by a first screw 380 and a second screw 390. Similarly, the metal cover 320 and the side cover 350 are fixed to the lid 300 by the first screw 380 and the second screw 390. A main gas flow path 330 is provided between the upper lid body 300a and the lower lid body 300b. The main gas flow path 330 divides the gas into the first gas flow paths 325 a provided in the plurality of first screws 380. A narrow tube 335 that narrows the flow path is fitted into the inlet of the first gas flow path 325a. The thin tube 335 is made of ceramics or metal. A second gas flow path 310a1 is provided between the metal electrode 310 and the dielectric plate 305. Second gas flow paths 320 a 1 and 320 a 2 are also provided between the metal cover 320 and the lid 300 and between the side cover 350 and the lid 300. The tip surfaces of the first screw 380 and the second screw 390 are flush with the lower surfaces of the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350 so as not to disturb the plasma distribution. The first gas discharge holes 345a opened in the metal electrode 310 and the second gas discharge holes 345b1 and 345b2 opened in the metal cover 320 and the side cover 350 are opened downward at an equal pitch. The first screw 380 and the second screw 390 may be integrated with the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350.
　ガス供給源９０５から出力されたガスは、主ガス流路３３０から第１のガス流路３２５ａ（枝ガス流路）を通過し、金属電極３１０内の第２のガス流路３１０ａ１及び金属カバー３２０及びサイドカバー３５０内の第２のガス流路３２０ａ１，３２０ａ２を通って第１のガス放出穴３４５ａ及び第２のガス放出穴３４５ｂ１、３４５ｂ２から処理室内に供給される。第１の同軸管６１０の外周近傍の下部蓋体３００ｂと誘電体板３０５との接触面にはＯリング２２０が設けられていて、第１の同軸管６１０内の大気が処理容器１００の内部に入らないようになっている。 The gas output from the gas supply source 905 passes through the first gas flow path 325a (branch gas flow path) from the main gas flow path 330, and the second gas flow path 310a1 and the metal cover 320 in the metal electrode 310. The first gas discharge hole 345a and the second gas discharge holes 345b1 and 345b2 are supplied to the processing chamber through the second gas flow paths 320a1 and 320a2 in the side cover 350. An O-ring 220 is provided on the contact surface between the lower lid 300 b and the dielectric plate 305 in the vicinity of the outer periphery of the first coaxial waveguide 610, and the atmosphere in the first coaxial waveguide 610 is placed inside the processing container 100. It is designed not to enter.
　このようにして天井部の金属面にガスシャワープレートを形成することにより、従来生じていた、プラズマ中のイオンによる誘電体板表面のエッチング及び処理容器内壁への反応生成物の堆積を抑制し、コンタミやパーティクルの低減を図ることができる。また、誘電体と異なり金属は加工が容易であるため、コストを大幅に低減することができる。 In this way, by forming the gas shower plate on the metal surface of the ceiling portion, it has been possible to suppress the etching of the dielectric plate surface caused by ions in the plasma and the deposition of reaction products on the inner wall of the processing vessel, It is possible to reduce contamination and particles. Further, unlike a dielectric, a metal can be easily processed, so that the cost can be greatly reduced.
　蓋体３００を掘り込んで形成された第１の同軸管の外部導体６１０ｂには、内部導体６１０ａが挿入されている。同様にして蓋体３００を掘り込んで形成された第２～第４の同軸管の外部導体６２０ｂ～６４０ｂには、第２～第４の同軸管の内部導体６２０ａ～６４０ａが挿入され、その上部は蓋体カバー６６０で覆われている。各同軸管の内部導体は熱伝導のよい銅で形成されている。 The inner conductor 610a is inserted into the outer conductor 610b of the first coaxial waveguide formed by digging the lid 300. Similarly, the inner conductors 620a to 640a of the second to fourth coaxial waveguides are inserted into the outer conductors 620b to 640b of the second to fourth coaxial waveguides formed by digging the lid 300, and the upper portions thereof Is covered with a lid cover 660. The inner conductor of each coaxial tube is made of copper with good thermal conductivity.
　マイクロ波は、マイクロ波源９００から供給され、第４の同軸管（内外導体６４０ａ、６４０ｂ）から第３の同軸管（内外導体６３０ａ、６３０ｂ）を介して第１の同軸管（内外導体６１０ａ、６１０ｂ）及び第２の同軸管（内外導体６２０ａ、６２０ｂ）に伝送される。誘電体板３０５の表面は、第１の同軸管６１０から誘電体板３０５にマイクロ波が入射する部分と誘電体板３０５からマイクロ波が放出される部分を除いて金属膜３０５ａにて被覆されている。これにより、誘電体板３０５とそれに隣接する部材間に生じた空隙によってもマイクロ波の伝搬が乱されず、安定してマイクロ波を処理容器内に導くことができる。 Microwaves are supplied from the microwave source 900 and are supplied from the fourth coaxial waveguide (inner / outer conductors 640a and 640b) through the third coaxial waveguide (inner and outer conductors 630a and 630b) to the first coaxial waveguide (inner and outer conductors 610a and 610b). ) And the second coaxial waveguide (inner and outer conductors 620a and 620b). The surface of the dielectric plate 305 is covered with a metal film 305a except for a portion where the microwave is incident on the dielectric plate 305 from the first coaxial waveguide 610 and a portion where the microwave is emitted from the dielectric plate 305. Yes. Accordingly, the propagation of the microwave is not disturbed by the gap generated between the dielectric plate 305 and the adjacent member, and the microwave can be stably guided into the processing container.
　誘電体板３０５から放出されたマイクロ波は、表面波となって電力を等分しながら金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の表面を伝搬する。処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波を、以下、金属表面波（Ｍｅｔａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖｅ）という。これにより、天井面全体に、金属表面波が伝搬し、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０の天井面下方にて、均一なプラズマが安定的に生成される。 The microwave emitted from the dielectric plate 305 propagates through the surfaces of the metal electrode 310, the metal cover 320, and the side cover 350 while equally dividing power as a surface wave. Hereinafter, the surface wave propagating between the metal surface on the inner surface of the processing vessel and the plasma is referred to as a metal surface wave. Thereby, a metal surface wave propagates to the entire ceiling surface, and uniform plasma is stably generated below the ceiling surface of the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment.
　サイドカバー３５０には、８枚の誘電体板３０５の全体を囲むように８角形の溝３４０が形成されていて、天井面を伝搬する金属表面波が、溝３４０より外側に伝搬することを抑制する。複数の溝３４０を平行に多重に形成してもよい。溝３４０の替わりに凸部を設けてもよい。溝３４０や凸部は伝搬障害部の一例である。 The side cover 350 is formed with an octagonal groove 340 so as to surround the entire eight dielectric plates 305, and metal surface waves propagating on the ceiling surface are prevented from propagating outside the groove 340. To do. A plurality of grooves 340 may be formed in multiple in parallel. A convex portion may be provided instead of the groove 340. The groove 340 and the convex part are examples of the propagation obstacle part.
　一枚の金属電極３１０を中心として、隣接する金属カバー３２０の中心点を頂点に持つ領域を、以下、セル領域Ｃｅｌ（図２参照）という。天井面では、セル領域Ｃｅｌを一単位として同一パターンの構成が８セル分規則正しく配置されている。 A region having the center point of the adjacent metal cover 320 around the metal electrode 310 as a center is hereinafter referred to as a cell region Cel (see FIG. 2). On the ceiling surface, the same pattern configuration is regularly arranged for eight cells with the cell region Cel as a unit.
　冷媒供給源９１０は、蓋体内部の冷媒配管９１０ａに接続されていて、冷媒供給源９１０から供給された冷媒が蓋体内部の冷媒配管９１０ａ内を循環して再び冷媒供給源９１０に戻ることにより、処理容器１００を所望の温度に保つようになっている。第４の同軸管の内部導体６４０ａの内部には、その長手方向に冷媒配管９１０ｂが貫通している。この流路に冷媒を通すことにより、内部導体６４０ａの加熱を抑止するようになっている。 The refrigerant supply source 910 is connected to the refrigerant pipe 910a inside the lid, and the refrigerant supplied from the refrigerant supply source 910 circulates in the refrigerant pipe 910a inside the lid and returns to the refrigerant supply source 910 again. The processing container 100 is kept at a desired temperature. A refrigerant pipe 910b passes through the inner conductor 640a of the fourth coaxial waveguide in the longitudinal direction. Heating of the internal conductor 640a is suppressed by passing the coolant through this flow path.
　誘電体板３０５と蓋体３００との間、或いは誘電体板３０５と金属電極３１０との間には隙間がないことが望ましい。制御されない隙間があると、誘電体板３０５を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、プラズマの均一性や同軸管から見た負荷インピーダンスに影響を与えるからである。また、大きい隙間（０．２ｍｍ以上）があると、隙間で放電してしまう可能性もある。そのため、ナット４３５を締めたときに、誘電体板３０５と下部蓋体３００ｂとの間、及び誘電体板３０５と金属電極３１０との間が密着するようになっている。 It is desirable that there is no gap between the dielectric plate 305 and the lid 300 or between the dielectric plate 305 and the metal electrode 310. This is because if there is an uncontrolled gap, the wavelength of the microwave propagating through the dielectric plate 305 becomes unstable, which affects the plasma uniformity and the load impedance viewed from the coaxial tube. In addition, if there is a large gap (0.2 mm or more), there is a possibility of discharging in the gap. Therefore, when the nut 435 is tightened, the dielectric plate 305 and the lower lid 300b and the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 are in close contact with each other.
　ナット４３５を締める際、過剰なトルクで締めると、誘電体板３０５にストレスがかかって割れてしまう可能性がある。また、ナット４３５を締める際には割れなくても、プラズマを発生させて各部の温度が上昇したときに、ストレスがかかって割れる危険性がある。このため、第１のねじ３８０を介して常に適度な力（Ｏリング２２０を潰して誘電体板３０５と下部蓋体３００ｂとを密着させる力よりも多少大きな力）で金属電極３１０を吊り上げることができるように、ナット４３５と下部蓋体３００ｂとの間には、最適なバネ力をもつウェーブワッシャー４３０ｂが挿入されている。ナット４３５を締める際に、ウェーブワッシャー４３０ｂがフラットになるまで締め切らずに、変形量が一定になるようになっている。 When tightening the nut 435 with excessive torque, the dielectric plate 305 may be stressed and cracked. In addition, even when the nut 435 is tightened, there is a risk of cracking due to stress when plasma is generated and the temperature of each part rises without cracking. For this reason, the metal electrode 310 can always be lifted through the first screw 380 with an appropriate force (a force slightly larger than the force that closes the dielectric plate 305 and the lower lid 300b by crushing the O-ring 220). A wave washer 430b having an optimal spring force is inserted between the nut 435 and the lower lid 300b so as to be able to do so. When the nut 435 is tightened, the deformation amount is constant without being tightened until the wave washer 430b becomes flat.
　ナット４３５とウェーブワッシャー４３０ｂとの間には、ワッシャー４３０ａが設けられているが、あってもなくてもよい。さらに、ウェーブワッシャー４３０ｂと下部蓋体３００ｂとの間には、ワッシャー４３０ｃが設けられている。通常、第１のねじ３８０と蓋体３００との間には隙間があり、主ガス流路３３０内のガスがこの隙間を通して第１のガス流路３１０ａに流れてしまう。この制御されないガス流量が多いと、第１のガス放出穴３４５ａからのガス放出が不均一になってしまう問題がある。このため、ワッシャー４３０ｃと第１のねじ３８０との間の隙間を小さくするとともに、ワッシャー４３０ｃの厚さを厚くして、第１のねじ３８０の外側を通って流れるガスの流量を抑えている。 A washer 430a is provided between the nut 435 and the wave washer 430b, but it may or may not be present. Further, a washer 430c is provided between the wave washer 430b and the lower lid 300b. Usually, there is a gap between the first screw 380 and the lid 300, and the gas in the main gas flow path 330 flows to the first gas flow path 310a through this gap. When this uncontrolled gas flow rate is large, there is a problem that the gas discharge from the first gas discharge hole 345a becomes non-uniform. Therefore, the gap between the washer 430c and the first screw 380 is reduced, and the thickness of the washer 430c is increased to suppress the flow rate of the gas flowing through the outside of the first screw 380.
　次に、以上に説明したマイクロ波プラズマ処理装置１０において金属表面波の伝搬を制御するために、金属電極３１０及びその周辺の構成を適正化した点について更に詳しく説明する。その一つ目は、セル領域Ｃｅｌの縦横比を適正化した点である。二つ目は、金属電極３１０と金属カバー３２０等との間の溝に充填用誘電体３１５を埋め込んだ点である。三つ目は、金属電極３１０を固定するねじの種類や形状、固定位置等を適正化した点である。 Next, in order to control the propagation of the metal surface wave in the microwave plasma processing apparatus 10 described above, the metal electrode 310 and the configuration around it will be described in more detail. The first is that the aspect ratio of the cell region Cel is optimized. The second point is that a filling dielectric 315 is embedded in a groove between the metal electrode 310 and the metal cover 320 or the like. The third point is that the type and shape of the screw for fixing the metal electrode 310, the fixing position, etc. are optimized.
＜セルの縦横比＞
　最初に、セル領域Ｃｅｌの縦横比を適正化した点について説明する。セル領域Ｃｅｌは、図２に示したように、処理容器１００の天井面を区切る仮想領域であって、金属電極３１０の２本の対角線Ｄ１，Ｄ２にそれぞれ平行な２本ずつの直線から画定され、金属電極３１０と誘電体板３０５とを含む最小の矩形領域をいう。 <Aspect ratio of cell>
First, the point that the aspect ratio of the cell region Cel is optimized will be described. As shown in FIG. 2, the cell region Cel is a virtual region that divides the ceiling surface of the processing container 100, and is defined by two straight lines parallel to the two diagonal lines D <b> 1 and D <b> 2 of the metal electrode 310. A minimum rectangular region including the metal electrode 310 and the dielectric plate 305.
　均一なプラズマを生成するためには、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布が同一で、且つそれぞれ分布に大きな偏りがないことが望ましい。このため、セル領域Ｃｅｌの短辺の長さに対する長辺の長さの比は、１．２以下になるように金属電極３１０及び誘電体板３０５の形状が特定されている。 In order to generate a uniform plasma, it is desirable that the distribution of standing waves of the metal surface wave formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover is the same, and that there is no significant bias in the distribution. Therefore, the shapes of the metal electrode 310 and the dielectric plate 305 are specified so that the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the cell region Cel is 1.2 or less.
　セルが正方形の場合には、金属電極表面と金属カバー表面に同一パターンの定在波が形成される。金属電極と金属カバーの周囲の対応する位置から、それぞれ同一位相、同一強度の金属表面波が供給されるためである。図３Ａ，図３Ｂは、金属電極３１０の表面および金属カバー３２０の表面に形成される金属表面波の定在波パターンを示したシミュレーション結果である。白い部分が電界が強い部分、黒い部分が電界が弱い部分である。金属電極３１０の右上１／４の部分と、金属カバー３２０の左下１／４の部分、及びその間の誘電体板３０５部分のみが示されている。 When the cell is square, standing waves with the same pattern are formed on the metal electrode surface and the metal cover surface. This is because metal surface waves having the same phase and the same intensity are supplied from corresponding positions around the metal electrode and the metal cover. FIGS. 3A and 3B are simulation results showing standing wave patterns of metal surface waves formed on the surface of the metal electrode 310 and the surface of the metal cover 320. The white part is the part where the electric field is strong, and the black part is the part where the electric field is weak. Only the upper right 1/4 portion of the metal electrode 310, the lower left 1/4 portion of the metal cover 320, and the dielectric plate 305 portion therebetween are shown.
　金属電極表面では、図３ＡのＡ１，Ｂ１，Ｃ１の位置に定在波の腹が存在する。一方、これらと対応する金属カバー表面の位置、Ａ２，Ｂ２，Ｃ２に、金属電極表面上と同じ強度の定在波の腹が見られる。 On the surface of the metal electrode, there are antinodes of standing waves at positions A1, B1, and C1 in FIG. 3A. On the other hand, antinodes of standing waves having the same intensity as those on the surface of the metal electrode are seen at the positions of the metal cover surface corresponding to these, A2, B2, and C2.
　一方、セルが長方形の場合には、図３Ｂに示したように、金属電極表面と金属カバー表面には、異なるパターンの定在波が形成される。金属電極３１０と金属カバー３２０の周囲の対応する位置から供給される金属表面波の位相、強度が一致しないためである。 On the other hand, when the cell is rectangular, as shown in FIG. 3B, standing waves having different patterns are formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover. This is because the phases and intensities of the metal surface waves supplied from corresponding positions around the metal electrode 310 and the metal cover 320 do not match.
　金属電極表面の定在波の腹の位置Ａ１，Ｂ１，Ｃ１と、これらと対応する金属カバー表面の定在波の腹の位置Ａ２，Ｂ２，Ｃ２において、Ａ２における電界はＡ１より弱く、Ｂ２における電界はＢ１より強く、Ｃ２における電界はＣ１より弱いことが分かる。 In the positions A1, B1, and C1 of the standing wave antinodes on the metal electrode surface and the corresponding positions A2, B2, and C2 of the antinodes on the metal cover surface, the electric field at A2 is weaker than A1, and at B2. It can be seen that the electric field is stronger than B1, and the electric field at C2 is weaker than C1.
　このように、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の対称性が悪いと、均一性の制御が難しく、均一なプラズマを励起することが困難である。実用に耐え得る均一なプラズマを生成するには、金属電極表面と金属カバー表面の対応する位置における金属表面波の電界強度比の平均値が、１．５以下、より好ましくは１．１以下になっていることが望ましい。 Thus, when the symmetry of the standing wave of the metal surface wave formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover is poor, it is difficult to control the uniformity and it is difficult to excite uniform plasma. In order to generate a uniform plasma that can withstand practical use, the average value of the electric field intensity ratio of the metal surface wave at the corresponding position on the metal electrode surface and the metal cover surface is 1.5 or less, more preferably 1.1 or less. It is desirable that
　図４に、セルの縦横比と対応する位置における金属表面波の電界強度比の関係を示す。これは、電磁界のシミュレーションにより計算した結果である。縦軸は、Ａ１（Ａ２）、Ｂ１（Ｂ２）、およびＣ１（Ｃ２）のそれぞれの位置において、金属電極３１０と金属カバー３２０のうち電界強度の極大値が大きい方の値を小さい方の値で割った比を、Ａ，Ｂ，Ｃについて平均化したものである。セルが正方形の場合（縦横比が１の場合）、セルの一辺の長さは２１４ｍｍとした。縦横比が１以外の場合には、セルの面積を一定に保ったまま縦横の比を変えている。 FIG. 4 shows the relationship between the aspect ratio of the cell and the electric field strength ratio of the metal surface wave at the corresponding position. This is a result of calculation by electromagnetic field simulation. The vertical axis represents the value of the metal field 310 and the metal cover 320 having the highest electric field intensity at the position of A1 (A2), B1 (B2), and C1 (C2) as the smaller value. The divided ratio is averaged for A, B, and C. When the cell was a square (when the aspect ratio was 1), the length of one side of the cell was 214 mm. When the aspect ratio is other than 1, the aspect ratio is changed while keeping the cell area constant.
　セルが正方形の場合（縦横比が１の場合）には、対応する位置における金属表面波の電界強度がどこでも等しいので電界強度比は１になっている。セルの縦横比が大きくなると電界強度比は増加していることが分かる。 When the cell is square (when the aspect ratio is 1), the electric field strength ratio is 1 because the electric field strength of the metal surface wave at the corresponding position is the same everywhere. It can be seen that the field strength ratio increases as the aspect ratio of the cell increases.
　図４の結果から、電界強度比を１．５以下にするにはセルの縦横比を１．２以下にすればよいことが分かる。これにより、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布を同一又は近似させることができる。この結果、且つそれぞれの分布に大きな偏りが生じず、均一なプラズマを生成することができる。 4 that the cell aspect ratio is 1.2 or less in order to make the electric field strength ratio 1.5 or less. Thereby, distribution of the standing wave of the metal surface wave formed on the metal electrode surface and the metal cover surface can be made the same or approximate. As a result, each distribution is not greatly biased, and uniform plasma can be generated.
　さらに、電界強度比を１．１以下にするにはセルの縦横比を１．１以下にすればよいことが分かる。これによれば、金属電極表面と金属カバー表面に形成される金属表面波の定在波の分布をより同一又は近似させることができる。この結果、且つそれぞれの分布に大きな偏りが生じず、均一なプラズマを生成することができる。 Furthermore, it can be seen that the cell aspect ratio should be 1.1 or less in order to make the electric field strength ratio 1.1 or less. According to this, the distribution of the standing wave of the metal surface wave formed on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover can be made more identical or approximate. As a result, each distribution is not greatly biased, and uniform plasma can be generated.
＜充填用誘電体の埋め込み＞
　次に、金属電極３１０と金属カバー３２０との間に充填用誘電体３１５を埋め込んだ点について説明する。 <Embedding dielectric for filling>
Next, the point that the filling dielectric 315 is embedded between the metal electrode 310 and the metal cover 320 will be described.
　図５の“ａ”に示した金属電極３１０と金属カバー３２０との間の溝部分Ｇａｐでは、ガスが流れにくく停留しやすい。例えばプラズマクリーニングの工程では、隙間の内部にクリーニングガスが入り込みにくく、隙間の内面に付着した膜が除去しにくいという問題がある。 In the groove part Gap between the metal electrode 310 and the metal cover 320 shown in “a” in FIG. 5, the gas hardly flows and is easily retained. For example, in the plasma cleaning process, there is a problem that the cleaning gas does not easily enter the gap and the film attached to the inner surface of the gap is difficult to remove.
　また、溝状の隙間の部分では、３方向を壁で囲まれているためプラズマの電子密度が下がりやすく、安定した密度の定まったプラズマを維持することが難しい。金属電極３１０と金属カバー３２０やサイドカバー３５０との間の誘電体板３０５から金属表面波が供給されるため、この部分で安定した密度の定まったプラズマが維持されていないと、プラズマ全体が不安定で不均一になってしまうという問題がある。 Also, in the groove-like gap portion, the three directions are surrounded by walls, so that the plasma electron density is likely to decrease, and it is difficult to maintain a plasma with a stable density. Since the metal surface wave is supplied from the dielectric plate 305 between the metal electrode 310 and the metal cover 320 or the side cover 350, the plasma as a whole is not effective unless a stable and stable plasma is maintained in this portion. There is a problem that it becomes stable and non-uniform.
　さらに、誘電体板３０５を透過したマイクロ波は、金属電極表面と金属カバー表面とに分かれて伝搬するが、図５の“ｂ”に示した溝部分Ｇａｐではシース領域Ｓに掛かる電界Ｅの強度に偏りが生じ易く、金属電極３１０の表面を伝搬する金属表面波ＭＳ１と金属カバー３２０やサイドカバー３５０の表面を伝搬する金属表面波ＭＳ２とのエネルギーの分配に差が生じるという問題がある。 Furthermore, the microwave transmitted through the dielectric plate 305 propagates separately on the surface of the metal electrode and the surface of the metal cover, but the intensity of the electric field E applied to the sheath region S in the groove portion Gap shown in “b” of FIG. There is a problem that the energy distribution between the metal surface wave MS1 propagating on the surface of the metal electrode 310 and the metal surface wave MS2 propagating on the surface of the metal cover 320 or the side cover 350 is different.
　これに対して、図１に示したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０では、溝部分Ｇａｐに充填用誘電体３１５が埋め込まれる。これにより、溝はなくなり金属電極３１０と金属カバー３２０やサイドカバー３５０との間は平坦になる。これによれば、クリーニングガスが入り込みにくい空間がなくなり、クリーニングの効率が高まり、メンテナンスが容易になる。また、不安定な密度の定まらないプラズマが発生する空間がなくなり、異常放電を防止し、均一なプラズマを安定して生成することができる。さらに、図６Ａに示したように、充填用誘電体３１５を介してマイクロ波が処理容器内に供給されるため、充填用誘電体３１５から金属電極側のシース領域Ｓ及び金属カバー（又はサイドカバー）側のシース領域に掛かる電界Ｅの強度に偏りが生じにくく、金属電極３１０の表面を伝搬する金属表面波ＭＳ１と金属カバー３２０（又はサイドカバー３５０）の表面を伝搬する金属表面波ＭＳ２とにエネルギーが等分配される。この結果、均一なプラズマが安定的に生成される。 On the other hand, as shown in FIG. 1, in the microwave plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, the filling dielectric 315 is embedded in the groove portion Gap. As a result, there is no groove and the space between the metal electrode 310 and the metal cover 320 or the side cover 350 becomes flat. According to this, there is no space where the cleaning gas is difficult to enter, cleaning efficiency is increased, and maintenance is facilitated. In addition, there is no space for generating unstable plasma with undefined density, so that abnormal discharge can be prevented and uniform plasma can be generated stably. Furthermore, as shown in FIG. 6A, since microwaves are supplied into the processing container via the filling dielectric 315, the sheath region S and the metal cover (or side cover) on the metal electrode side from the filling dielectric 315 are provided. ) Side surface region of the metal electrode 310 and the metal surface wave MS2 propagating on the surface of the metal cover 320 (or the side cover 350) and the metal surface wave MS2 propagating on the surface of the metal cover 320 (or the side cover 350). Energy is equally distributed. As a result, uniform plasma is stably generated.
　充填用誘電体３１５は、図６Ａでは、金属電極３１０とサイドカバー３５０（又は、金属カバー３２０）の間の溝を平坦化するように配設されている。しかしながら、充填用誘電体３１５は、図６Ｂに示したように前記溝から突出していてもよい。また、図６Ｃに示したように前記溝に埋没していてもよい。いずれの場合にも、金属電極周りでのガスの停留を防ぎ、均一なプラズマを安定的に維持するために機能することができる。なお、図６Ｃは、処理容器（蓋体３００）の天井面の誘電体板３０５が設けられていない部分に、金属電極３１０と同一又は相似形の凸部３００ｃが設けられ、その凸部３００ｃと金属電極３１０との間に充填用誘電体３１５が設けられている。なお、誘電体板３０５と充填用誘電体３１５とは、一体になっていてもよい。 In FIG. 6A, the filling dielectric 315 is disposed so as to flatten the groove between the metal electrode 310 and the side cover 350 (or the metal cover 320). However, the filling dielectric 315 may protrude from the groove as shown in FIG. 6B. Moreover, as shown to FIG. 6C, you may be buried in the said groove | channel. In either case, it can function to prevent gas from staying around the metal electrode and stably maintain a uniform plasma. In FIG. 6C, a convex portion 300 c that is the same as or similar to the metal electrode 310 is provided on the ceiling surface of the processing container (lid body 300) where the dielectric plate 305 is not provided, and the convex portion 300 c A filling dielectric 315 is provided between the metal electrode 310. The dielectric plate 305 and the filling dielectric 315 may be integrated.
　図７には、１つの金属電極３１０及びその周辺を示している。金属電極３１０の端部は面取りされ、傾斜が設けられている。充填用誘電体３１５は金属電極３１０の外周を囲むように、金属電極３１０の周縁から露出した誘電体板３０５の下面（プラズマ側の面）に配設された枠状部材である。充填用誘電体３１５の外周は、誘電体板３０５と同じ８角形である。充填用誘電体３１５の金属電極３１０の各辺の中央近傍には突出部分３１５ａが形成されている。充填用誘電体３１５は、金属電極３１０の頂点近傍においてもわずかに突出している（突出部分３１５ｂ）。金属電極３１０の中央近傍の突出部分３１５ａは、金属電極３１０の頂点近傍の突出部分３１５ｂよりプラズマ側に突出している。また、充填用誘電体３１５の突出は、金属電極３１０の中心に対して点対称に形成されている。これにより、金属電極周りの電界強度分布に偏りをなくし、均一なプラズマを生成することができる。 FIG. 7 shows one metal electrode 310 and its periphery. The end of the metal electrode 310 is chamfered and provided with an inclination. The filling dielectric 315 is a frame-like member disposed on the lower surface (plasma side surface) of the dielectric plate 305 exposed from the periphery of the metal electrode 310 so as to surround the outer periphery of the metal electrode 310. The outer periphery of the filling dielectric 315 is the same octagon as the dielectric plate 305. Protruding portions 315 a are formed near the center of each side of the metal electrode 310 of the filling dielectric 315. The filling dielectric 315 slightly protrudes in the vicinity of the apex of the metal electrode 310 (protruding portion 315b). The protruding portion 315 a near the center of the metal electrode 310 protrudes toward the plasma side from the protruding portion 315 b near the vertex of the metal electrode 310. The protrusion of the filling dielectric 315 is formed point-symmetrically with respect to the center of the metal electrode 310. Thereby, the electric field intensity distribution around the metal electrode can be eliminated, and uniform plasma can be generated.
＜金属電極の固定ねじ＞
　最後に、金属電極３１０を固定するねじの種類や形状、固定位置等を適正化した点について説明する。図８には、１つのセル領域Ｃｅｌに含まれる金属電極３１０が示されている。図９は、図８の３－３断面である。 <Metal electrode fixing screw>
Finally, the point which optimized the kind of screw which fixes the metal electrode 310, a shape, a fixing position, etc. is demonstrated. FIG. 8 shows a metal electrode 310 included in one cell region Cel. FIG. 9 is a 3-3 cross section of FIG.
　図９に示した誘電体板３０５及び金属電極３１０は、真空と大気とを遮断する部分に設けられている。このため、Ｏリング２２０の内側では誘電体板３０５及び金属電極３１０には大気側から真空側に向けて大きな圧力が加わっている。さらに、Ｏリング２２０の弾性力によって、誘電体板３０５及び金属電極３１０には下側の大きな力が加わっている。よって、誘電体板３０５蓋体３００との間には隙間が生じやすい。 The dielectric plate 305 and the metal electrode 310 shown in FIG. 9 are provided in a portion that blocks vacuum and the atmosphere. For this reason, a large pressure is applied to the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 from the atmosphere side toward the vacuum side inside the O-ring 220. Furthermore, a large lower force is applied to the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 by the elastic force of the O-ring 220. Therefore, a gap is easily generated between the dielectric plate 305 and the lid 300.
　セルのサイズを大きくすると、装置あたりのセルの数が減りコストを低減できる。ところが、セルのサイズを大きくすると誘電体板３０５の近傍により隙間が生じやすくなるとともに、プラズマからの入熱が増加して金属電極３１０が過熱されてしまう問題がある。 If the cell size is increased, the number of cells per device is reduced and the cost can be reduced. However, when the cell size is increased, there is a problem that a gap is likely to be formed in the vicinity of the dielectric plate 305, and heat input from the plasma is increased so that the metal electrode 310 is overheated.
　マイクロ波は導体を透過することができない。そのため、マイクロ波は、第１の同軸管６１０を伝搬した後、誘電体板３０５を透過し、さらに充填用誘電体３１５を透過して処理室内に導入される。設計時には、隙間のない状態のマイクロ波の伝送効率を考慮してマイクロ波の伝送経路の設計値が予め定められる。しかしながら、実際には、わずかな隙間が生じてしまう。この場合、プロセス中には、隙間によりマイクロ波の波長と伝搬速度が変化するため、設計値に対して実際のインピーダンスの変化に差異が生じ、プラズマ側からのマイクロ波の反射が大きくなってマイクロ波のエネルギーの供給効率が悪くなる。また、プラズマ側からのマイクロ波の反射が大きくなると、図９の第１の同軸管６１０の内部にてマイクロ波の定在波比（定在波のピーク比）が大きくなり、同軸管内にて放電が生じてしまい、第１の同軸管６１０の内部が加熱されたり、異常放電が発生する事態となる場合がある。 ∙ Microwaves cannot penetrate the conductor. For this reason, the microwave propagates through the first coaxial waveguide 610, passes through the dielectric plate 305, further passes through the filling dielectric 315, and is introduced into the processing chamber. At the time of design, the design value of the microwave transmission path is determined in advance in consideration of the transmission efficiency of the microwave without a gap. However, in practice, a slight gap is generated. In this case, during the process, the microwave wavelength and propagation speed change due to the gap, so that the actual impedance change differs from the design value, and the reflection of the microwave from the plasma side increases and the microwave The energy supply efficiency of the wave becomes worse. Further, when the reflection of the microwave from the plasma side is increased, the microwave standing wave ratio (standing wave peak ratio) is increased inside the first coaxial waveguide 610 in FIG. In some cases, discharge occurs and the inside of the first coaxial waveguide 610 is heated or abnormal discharge occurs.
　そこで、本実施形態に係る金属電極３１０では、金属電極３１０及び誘電体板３０５をしっかりと密着させて蓋体３００に固定する。すなわち、図８及び図９に示したように、金属電極３１０は、４本の第１のねじ３８０及び第１のねじ３８０と異なる４本の第２のねじ３９０により蓋体３００内部の天井面にしっかりと固定される。４本の第１のねじ３８０及び４本の第２のねじ３９０は、金属電極３１０の中心に対し軸対称な位置で金属電極３１０を固定する。４本の第１のねじ３８０は、金属電極３１０の対角線Ｄ１，Ｄ２上に位置している。 Therefore, in the metal electrode 310 according to the present embodiment, the metal electrode 310 and the dielectric plate 305 are firmly attached and fixed to the lid 300. That is, as shown in FIG. 8 and FIG. 9, the metal electrode 310 has a ceiling surface inside the lid 300 by four first screws 380 and four second screws 390 different from the first screws 380. It is firmly fixed to. The four first screws 380 and the four second screws 390 fix the metal electrode 310 at an axially symmetric position with respect to the center of the metal electrode 310. The four first screws 380 are located on the diagonal lines D1 and D2 of the metal electrode 310.
　４本の第２のねじ３９０は、金属電極３１０の中心からの距離が等しくかつ４本の第１のねじ３８０の位置と異なる位置にて金属電極３１０を固定する。４本の第２のねじ３９０は、４本の第１のねじ３８０より金属電極３１０の中心側に位置している。４本の第１のねじ３８０の径は４本の第２のねじ３９０の径より小さい。４本の第１のねじ３８０及び４本の第２のねじ３９０は、金属電極の中心に対して対称性を有している。 The four second screws 390 have the same distance from the center of the metal electrode 310 and fix the metal electrode 310 at a position different from the position of the four first screws 380. The four second screws 390 are located closer to the center of the metal electrode 310 than the four first screws 380. The diameters of the four first screws 380 are smaller than the diameters of the four second screws 390. The four first screws 380 and the four second screws 390 are symmetrical with respect to the center of the metal electrode.
　このように、第１のねじ３８０に加えて第２のねじ３９０を設けるとともに、第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０の位置及び径を最適化することにより、金属表面波の分布を適切に調整してより均一なプラズマを生成することが可能になる。さらに、インピーダンスを適切に調整してプラズマ側からのマイクロ波の反射をより小さく抑えることが可能になる。 As described above, the second screw 390 is provided in addition to the first screw 380, and the positions and diameters of the first screw 380 and the second screw 390 are optimized, thereby appropriately distributing the metal surface wave. It is possible to generate a more uniform plasma by adjusting to. Furthermore, the reflection of microwaves from the plasma side can be further suppressed by appropriately adjusting the impedance.
　金属電極３１０が正方形である場合、４本の第２のねじ３９０は、等間隔に設けられた４本の第１のねじ３８０のうち隣接する第１のねじ３８０から等距離にある位置にそれぞれ設けられる。具体的には、図８に示したように、４本の第２のねじ３９０は、金属電極３１０の中心とセル領域Ｃｅｌの頂点とを結んだ直線Ｂ１、Ｂ２上に設けられる。４本の第１のねじ３８０及び４本の第２のねじ３９０は、金属電極の中心に対して点対称となる。 When the metal electrode 310 has a square shape, the four second screws 390 are respectively located at positions equidistant from the adjacent first screws 380 among the four first screws 380 provided at equal intervals. Provided. Specifically, as shown in FIG. 8, the four second screws 390 are provided on straight lines B1 and B2 connecting the center of the metal electrode 310 and the apex of the cell region Cel. The four first screws 380 and the four second screws 390 are point-symmetric with respect to the center of the metal electrode.
　４本の第２のねじ３９０は、図１の４本の第１のねじ３８０のように金属電極３１０のプラズマ面と同一面内にて金属電極３１０から露出していてもよいし、図９のように金属電極３１０のプラズマ面まで露出しない状態で誘電体板３０５及び金属電極３１０を天井面に保持するようにしてもよい。なお、第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０の本数は４本である必要はない。 The four second screws 390 may be exposed from the metal electrode 310 in the same plane as the plasma surface of the metal electrode 310 like the four first screws 380 of FIG. As described above, the dielectric plate 305 and the metal electrode 310 may be held on the ceiling surface without being exposed to the plasma surface of the metal electrode 310. Note that the number of the first screws 380 and the second screws 390 need not be four.
　これにより、マイクロ波の伝搬経路に隙間や溝等を設けないことにより、プラズマ側からのマイクロ波の反射を小さくすることができ、マイクロ波のエネルギーの供給効率を高めることができる。この結果、電子密度が高く、均一なプラズマを安定して生成することができる。また、第１のねじ３８０及び第２のねじ３９０を通して、プラズマ側の熱を蓋体３００側に逃がすことができる。また、本実施形態では、第１及び第２のねじの径および配置位置を適正化したため、金属電極３１０の電界の均一性を図ることができる。 This makes it possible to reduce the reflection of the microwave from the plasma side by not providing a gap or groove in the microwave propagation path, and to increase the supply efficiency of the microwave energy. As a result, the electron density is high and uniform plasma can be generated stably. Further, heat on the plasma side can be released to the lid 300 side through the first screw 380 and the second screw 390. In the present embodiment, since the diameters and arrangement positions of the first and second screws are optimized, the electric field of the metal electrode 310 can be made uniform.
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
　たとえば、金属電極３１０は、菱形状以外の多角形であってもよい。 For example, the metal electrode 310 may be a polygon other than a diamond shape.
　また、以上に説明した各実施形態では、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波源９００を挙げたが、８９６ＭＨｚ、９２２ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。また、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波を発生する電磁波源の一例であり、１００ＭＨｚ以上の電磁波を出力する電磁波源であれば、マグネトロンや高周波電源も含まれる。 In each of the embodiments described above, the microwave source 900 that outputs a 915 MHz microwave is described. However, a microwave source that outputs a microwave such as 896 MHz, 922 MHz, and 2.45 GHz may be used. The microwave source is an example of an electromagnetic wave source that generates an electromagnetic wave for exciting plasma, and includes a magnetron and a high-frequency power source as long as the electromagnetic wave source outputs an electromagnetic wave of 100 MHz or higher.
　マイクロ波プラズマ処理装置は、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理、プラズマドーピング処理など、プラズマにより被処理体を微細加工する各種プロセスを実行することができる。 The microwave plasma processing apparatus can execute various processes for finely processing an object to be processed by plasma, such as a film forming process, a diffusion process, an etching process, an ashing process, and a plasma doping process.
　たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、大面積のガラス基板、円形のシリコンウエハや角型のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を処理することもできる。 For example, the plasma processing apparatus according to the present invention can process a large-area glass substrate, a circular silicon wafer, and a square SOI (Silicon On Insulator) substrate.

Claims (18)

  1. 　内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、
    　前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる菱形状の金属電極と、を備え、
    　前記金属電極と前記誘電体板とは、前記処理容器の天井面を区切る仮想領域であって前記金属電極の２本の対角線にそれぞれ平行な２本ずつの直線から画定され、前記金属電極と前記誘電体板とを含む最小の矩形領域をセル領域として、前記セル領域の短辺の長さに対する長辺の長さの比が１．２以下になるように前記金属電極及び前記誘電体板の形状が特定されているプラズマ処理装置。     A processing container for exciting a gas inside to plasma-treat the object to be processed;
    An electromagnetic wave source provided outside the processing vessel and outputting an electromagnetic wave;
    A dielectric plate that is provided adjacent to a ceiling surface in the processing container and emits electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source into the processing container;
    A diamond-shaped metal electrode provided adjacent to the dielectric plate on the plasma side surface of the dielectric plate, and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing vessel;
    The metal electrode and the dielectric plate are virtual regions that divide the ceiling surface of the processing container and are defined by two straight lines parallel to two diagonal lines of the metal electrode, and the metal electrode and the dielectric plate The smallest rectangular region including the dielectric plate is defined as a cell region, and the ratio of the long side to the short side of the cell region is 1.2 or less so that the metal electrode and the dielectric plate A plasma processing apparatus whose shape is specified.
  2. 　前記セル領域の短辺の長さに対する長辺の長さの比が１．１以下になるように前記金属電極及び前記誘電体板の形状が特定されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein shapes of the metal electrode and the dielectric plate are specified such that a ratio of a length of a long side to a length of a short side of the cell region is 1.1 or less. .
  3. 　内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、
    　前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、
    　前記処理容器の天井面の前記誘電体板が設けられていない部分に設けられ、前記金属電極と同一又は相似形の金属カバーと、を備え、
    　前記金属電極と前記金属カバーとの間の溝に充填用誘電体が設けられているプラズマ処理装置。     A processing container for exciting a gas inside to plasma-treat the object to be processed;
    An electromagnetic wave source provided outside the processing vessel and outputting an electromagnetic wave;
    A dielectric plate that is provided adjacent to a ceiling surface in the processing container and emits electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source into the processing container;
    A metal electrode provided adjacent to the dielectric plate on the plasma side surface of the dielectric plate, and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing container;
    Provided on a portion of the ceiling surface of the processing vessel where the dielectric plate is not provided, and a metal cover that is the same as or similar to the metal electrode, and
    A plasma processing apparatus, wherein a filling dielectric is provided in a groove between the metal electrode and the metal cover.
  4. 　内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、
    　前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、
    　前記処理容器の天井面の前記誘電体板が設けられていない部分に設けられ、前記金属電極と同一又は相似形の凸部と、を備え、
    　前記金属電極と前記凸部との間の溝に充填用誘電体が設けられているプラズマ処理装置。     A processing container for exciting a gas inside to plasma-treat the object to be processed;
    An electromagnetic wave source provided outside the processing vessel and outputting an electromagnetic wave;
    A dielectric plate that is provided adjacent to a ceiling surface in the processing container and emits electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source into the processing container;
    A metal electrode provided adjacent to the dielectric plate on the plasma side surface of the dielectric plate, and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing container;
    Provided in a portion of the ceiling surface of the processing vessel where the dielectric plate is not provided, and the same or similar convex portion as the metal electrode,
    A plasma processing apparatus, wherein a filling dielectric is provided in a groove between the metal electrode and the convex portion.
  5. 　前記金属電極の周囲にはサイドカバーが設けられ、
    　前記充填用誘電体は、前記金属電極と前記サイドカバーとの間の溝に設けられる請求項３に記載のプラズマ処理装置。     A side cover is provided around the metal electrode,
    The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the filling dielectric is provided in a groove between the metal electrode and the side cover.
  6. 　前記充填用誘電体は、前記溝に埋没するか、前記溝を平坦化するか、又は前記溝から突出するかのいずれかの状態に配設される請求項３に記載のプラズマ処理装置。 4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the filling dielectric is disposed so as to be buried in the groove, to flatten the groove, or to protrude from the groove.
  7. 　前記充填用誘電体は、前記金属電極の外周を囲むように配設され、前記溝から突出した部分を有する請求項６に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the filling dielectric is disposed so as to surround an outer periphery of the metal electrode and has a portion protruding from the groove.
  8. 　前記充填用誘電体は、前記金属電極の各辺の少なくとも中央近傍にて前記溝から突出している請求項７に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the filling dielectric protrudes from the groove at least near the center of each side of the metal electrode.
  9. 　前記充填用誘電体の突出部分では、前記金属電極の各辺の中央近傍の突出が前記金属電極の頂点近傍の突出より大きい請求項７に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein in the protruding portion of the filling dielectric, the protrusion in the vicinity of the center of each side of the metal electrode is larger than the protrusion in the vicinity of the apex of the metal electrode.
  10. 　前記充填用誘電体の突出部分は、前記金属電極の中心に対して点対称に形成されている請求項７に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the protruding portion of the filling dielectric is formed point-symmetrically with respect to the center of the metal electrode.
  11. 　前記充填用誘電体は、前記誘電体板と同じ材質から形成されている請求項３に記載のプラズマ処理装置。 4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the filling dielectric is made of the same material as the dielectric plate.
  12. 　内部にてガスを励起させて被処理体をプラズマ処理する処理容器と、
    　前記処理容器の外部に設けられ、電磁波を出力する電磁波源と、
    　前記処理容器内の天井面に隣接して設けられ、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に放出する誘電体板と、
    　前記誘電体板のプラズマ側の面にて前記誘電体板に隣接して設けられ、周縁から前記誘電体板の一部を前記処理容器の内部に露出させる金属電極と、を備え、
    　前記金属電極は、複数の第１のねじ及び前記複数の第１のねじと異なる複数の第２のねじにより前記処理容器内の天井面に固定され、
    　前記複数の第１のねじは、前記金属電極の中心に対し互いに点対称な位置にて前記金属電極を固定し、
    　前記複数の第２のねじは、前記金属電極の中心に対し互いに点対称な位置に配置され、かつ前記複数の第１のねじの位置と異なる位置にて前記金属電極を固定するプラズマ処理装置。     A processing container for exciting a gas inside to plasma-treat the object to be processed;
    An electromagnetic wave source provided outside the processing vessel and outputting an electromagnetic wave;
    A dielectric plate that is provided adjacent to a ceiling surface in the processing container and emits electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source into the processing container;
    A metal electrode provided adjacent to the dielectric plate on the plasma side surface of the dielectric plate, and exposing a part of the dielectric plate from the periphery to the inside of the processing vessel,
    The metal electrode is fixed to the ceiling surface in the processing container by a plurality of first screws and a plurality of second screws different from the plurality of first screws.
    The plurality of first screws fix the metal electrode at points symmetrical with respect to the center of the metal electrode,
    The plasma processing apparatus, wherein the plurality of second screws are arranged at points symmetrical to each other with respect to the center of the metal electrode, and fix the metal electrode at a position different from the position of the plurality of first screws.
  13. 　前記複数の第１のねじの径は前記複数の第２のねじの径より小さい請求項１２に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 12, wherein a diameter of the plurality of first screws is smaller than a diameter of the plurality of second screws.
  14. 　前記複数の第１のねじは４本であり、前記金属電極の対角線上に位置している請求項１２に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 12, wherein the plurality of first screws is four and is located on a diagonal line of the metal electrode.
  15. 　前記複数の第２のねじは４本であり、前記４本の第１のねじより前記金属電極の中心側に位置している請求項１４に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the plurality of second screws is four, and is located closer to a center side of the metal electrode than the four first screws.
  16. 　前記金属電極が正方形である場合、前記４本の第２のねじは、前記等間隔に設けられた４本の第１のねじのうち隣接する２つの第１のねじから等間隔の位置にそれぞれ設けられる請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
    プラズマ処理方法。     When the metal electrode is a square, the four second screws are arranged at equal intervals from two adjacent first screws among the four first screws provided at the equal intervals. The plasma processing apparatus of Claim 12 provided.
    Plasma processing method.
  17. 　前記誘電体板は、前記金属電極の外周にて略帯状に前記処理容器内の天井面に露出する請求項１に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the dielectric plate is exposed to a ceiling surface in the processing container in a substantially band shape on an outer periphery of the metal electrode.
  18. 　前記誘電体板及び前記金属電極は、前記誘電体板が前記金属電極と前記処理容器の天井面とに挟まれた状態にてそれぞれ複数設けられ、隣り合う各金属電極の頂点同士が最も近づくように前記天井面に規則的に配置される請求項１に記載のプラズマ処理装置。 A plurality of the dielectric plates and the metal electrodes are provided in a state where the dielectric plates are sandwiched between the metal electrode and the ceiling surface of the processing container, so that apexes of adjacent metal electrodes are closest to each other. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is regularly arranged on the ceiling surface.
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