JP2004200390A

JP2004200390A - Plasma processing system

Info

Publication number: JP2004200390A
Application number: JP2002366842A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Nakada; 行彦中田; Kazufumi Azuma; 和文東; Tetsuya Okamoto; 哲也岡本; Shinji Goto; 真志後藤
Original assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Current assignee: Advanced LCD Technologies Development Center Co Ltd
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing system capable of processing a large area substrate. <P>SOLUTION: The plasma processing system comprises a rectangular waveguide 1, a plurality of slots 2 provided in the rectangular waveguide 1 and constituting a waveguide antenna, and a vacuum container 5 wherein plasma processing is performed with plasma generated by an electromagnetic wave radiated into the vacuum container 5 from the slots 2. The rectangular waveguide 1 is disposed in the vacuum container 5 where vacuum is sustained by a dielectric member 4 disposed in the rectangular waveguide 1 and an electromagnetic wave is introduced into the vacuum container 5 through the dielectric member 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、大型の角型基板に対して、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第２７２２０７０号公報
【特許文献２】特許第２８５７０９０号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０１９６号公報
【非特許文献１】第４９回応用物理学関係連合講演会講演予稿集１２８頁２００２年３月
【非特許文献２】ＥＳＣＡＭＰＩＧ１６＆ＩＣＲＰ５予稿集３２１頁２００２年７月１４−１８日。
【０００３】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ処理装置などが用いられている。
【０００４】
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置では、プラズマ密度が低く、電子温度が高い、また、ＥＣＲプラズマ処理装置では、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の処理が困難であるという問題を抱えている。
【０００５】
これに対して、近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマが生成し得るプラズマ処理装置が提案されている。
【０００６】
以下、そのような装置について説明する。
《第１の従来装置》
図８（ａ）は、従来の第１のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
この装置は、上記特許文献１に記載されている。
８１は同軸伝送路、８３は円形マイクロ波放射板、８２は円形マイクロ波放射板８３に同心円状に設けたスロット、８４は誘電体からなる電磁波放射窓、８５は真空容器、８６はガス導入口、８７はガス排気口、８８はプラズマ処理する基板、８９は基板支持台である。
【０００７】
この装置は、同心円状に配されたスロット８２を有する円形マイクロ波放射板８３に、同軸伝送路８１からマイクロ波電力が供給される。
【０００８】
この装置では、同軸伝送路８１から円形マイクロ波放射板８３の中心に向けて導入したマイクロ波を、円形マイクロ波放射板８３の径方向に伝播させつつ、円形マイクロ波放射板８３に設けたスロット８２から放射することにより、真空容器８５内に均一なプラズマを生成しようとするものである。
【０００９】
《第２の従来装置》
図９（ａ）は、従来の第２のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は断面図である。
この装置は、上記特許文献２に記載されている。
９１は矩形導波管、９２は導波管アンテナを構成するスロット、９３はマイクロ波源、９４は誘電体からなる電磁波放射窓、９５は真空容器、９６はガス導入口、９７はガス排気口、９８はプラズマ処理する基板、９９は基板支持台、１２０は矩形導波管９１の反射面（短絡面、Ｒ面）、１２１は矩形導波管９１のＨ面（マイクロ波の電界方向に垂直な面）である。
【００１０】
この装置は、矩形導波管９１のＨ面１２１の一部に配され、導波管アンテナを構成するスロット９２から、電磁波放射窓９４を介してマイクロ波電力を供給することにより、真空容器９５内にプラズマを生成する。
【００１１】
この装置では、矩形導波管９１の反射面１２０でのマイクロ波の反射を考慮し、矩形導波管９１のＨ面１２１に設けた２つのスロット９２の幅（開口面積）を変化させることにより（図示は省略）、マイクロ波のスロット９２からの放射電力を均一化しようとするものである。なお、図９（ａ）では、スロット９２の幅の変化については、図示省略しているが、当該公報に記載されているように、例えば、スロット９２は、矩形導波管９１の反射面１２０に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に変化した形状を有する。
【００１２】
これにより、生成されたプラズマが十分に拡散すれば、２つのスロット９２から放射されたマイクロ波電力により比較的均一なプラズマを発生させることが可能となる。
【００１３】
なお、最近では、半導体装置や液晶表示装置を製造するために用いるプラズマ処理装置においては、基板サイズの拡大に伴って、装置の大型化が進み、特に液晶表示装置の場合には、１メートル級の基板を処理するための装置が必要である。これは半導体装置の製造に用いる直径３００ｍｍの基板の約１０倍の面積に当たる。
【００１４】
さらに、上記プラズマ処理には、モノシランガス、酸素ガス、水素ガス、塩素ガスという反応性ガスが原料ガスとして利用されている。これらのガスのプラズマ中には、多くの負イオン（Ｏ⁻、Ｈ⁻、Ｃｌ⁻等）が存在しており、これらの振る舞いを考慮に入れた製造設備および製造方法が求められている。
【００１５】
《第３の従来装置》
図１０（ａ）は、第３のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は上面図である。
１０１は矩形導波管、１０２は導波管アンテナを構成するスロット、１０３はマイクロ波源、１０４は誘電体からなる電磁波放射窓、１０５は真空容器、１０６はガス導入口、１０７はガス排気口、１０８はプラズマ処理する基板、１０９は基板支持台、１２０は矩形導波管１０１の反射面（短絡面、Ｒ面）、１２１は矩形導波管１０１のＨ面（マイクロ波の電界方向に垂直な面）である。
【００１６】
この装置では、矩形導波管１０１のＨ面１２１に設けた導波管アンテナを構成するスロット１０２が６列平行に配置されている。
【００１７】
《第４の従来装置》
図１１（ａ）は、第４のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は上面図である。
この従来装置は、上記特許文献３に記載されている。
１１１は矩形導波管、１１２は導波管アンテナを構成する結合孔、１１４は誘電体からなる電磁波放射窓、１１５は真空容器である。なお、プラズマ処理する基板や基板支持台等は図示省略している。
【００１８】
この装置は、３列の矩形導波管１１１を並べた表面波プラズマ処理装置であり、真空容器１１５に複数の矩形導波管１１１を等間隔に平行に配設し、各矩形導波管１１１にはその先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔１１２を設け、真空容器１１５には各結合孔１１２に対応して分割形成した電磁波放射窓１１４が設けられている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１〜第４の従来装置には、以下に示すような課題があった。
【００２０】
《第１の従来装置の課題》
図８に示した第１の従来装置のように、マイクロ波を同軸伝送路８１や円形マイクロ波放射板８３等の導体中を伝播させる場合には、これら導体中での銅損などの伝播ロスが発生する。この伝播ロスは、周波数が高くなるほど、また、同軸伝送距離や放射板面積が大きくなるほど、深刻な問題となる。したがって、液晶表示装置等の非常に大きな基板に対応した大型装置の場合には、マイクロ波の減衰が大きく、効率的なプラズマ生成が困難である。
【００２１】
また、円形マイクロ波放射板８３からマイクロ波を放射するこの装置においては、半導体装置のような円形基板を処理する場合には適しているが、液晶表示装置のような角型基板に対する処理の場合、基板の角部においてプラズマが不均一になってしまうという問題もある。
【００２２】
したがって、第１の従来の装置においては、大面積基板、特に角型基板を処理することが困難であるという課題がある。
【００２３】
《第２の従来装置の課題》
また、図９に示した第２の従来装置のように、矩形導波管９１を伝播させたマイクロ波を２つのスロット９２から放射する方式の場合には、上記伝播ロスを低く抑えることができる。しかしながら、生成されたプラズマ中に負イオンが多く存在する反応性プラズマの場合には、プラズマの両極性拡散係数が小さくなるため、プラズマがマイクロ波の放射されているスロット近傍に偏ってしまうという問題がある。この問題は、プラズマの圧力が高い場合には、なおいっそう深刻化する。したがって、負イオンが生成されやすい酸素、水素および塩素等を含むガスを原料としたプラズマ処理を大面積に施すことが困難であり、特にその圧力が高い場合に困難であるという課題がある。さらに、プラズマ処理する基板９８の処理面に対し、導波管アンテナを構成するスロット９２の分布が局在し、均一でないため、プラズマ密度が不均一となる。
【００２４】
《第３の従来装置の課題》
真空容器１０５内を低圧力にすると、電磁波放射窓１０４には、ほぼ大気圧と、ほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約９．８０６６５×１０^４Ｐａ（１ｋｇ／ｃｍ^２）の力がかかる。このため、電磁波放射窓１０４の厚さを、この力に耐え得るような厚さにする必要がある。
【００２５】
下記表１に示すように、電磁波放射窓を例えば直径３００ｍｍの円形状あるいは２５０ｍｍ角の矩形状の合成石英板で形成すると、該電磁波放射窓の厚さは約３０ｍｍ必要になる。電磁波放射窓の厚さが厚くなると、電磁波の損失が大きくなる。ましてや、１ｍ角程度の大型基板に対応するプラズマ処理装置の場合では、電磁波放射窓の厚さが厚くなり過ぎ、実現不可能であった。
【００２６】
【表１】

《第４の従来装置の課題》
また、第４の従来装置では、第１の従来装置よりも大面積基板に対応できるが、矩形導波管１１１どうしが間隔を置いて配置されているため、結合孔１１２を、プラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させることが難しかった。
また、各結合孔１１２に対応して電磁波放射窓１１４を設けるので、結合孔１１２の数だけ真空を封じきる箇所が多く、真空容器１１５の天板の加工費が増加し、装置価格が増加するという課題がある。
【００２７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、大面積の基板を処理することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するような構成になっている。
【００２９】
すなわち、請求項１記載のプラズマ処理装置は、導波管と、前記導波管に設けられ、導波管アンテナを構成する複数のスロットと、真空容器とを具備し、前記スロットから前記真空容器内に放射された電磁波によってプラズマを生成し、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記導波管を前記真空容器内に設け、前記導波管内に設けた誘電体部材により真空が保持され、前記誘電体部材を通して前記電磁波を前記真空容器内に導入するという構成を備えている。
このように導波管を真空容器内に設け、導波管内に設けた誘電体部材により真空を保持し、該誘電体部材を通して電磁波を真空容器内に導入することにより、誘電体部材を小さく、かつ、厚さを薄くすることができ、したがって、面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００３０】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記誘電体部材が、少なくとも前記真空容器内に位置する前記導波管内を満たしているという構成を備えている。
このように誘電体部材で導波管内を満たすことにより、真空容器内に設けた導波管内にプラズマが侵入するのを防止するので、導波管内のプラズマによる損傷を防止することができる。
【００３１】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記スロットを覆う第２の誘電体部材を、前記真空容器内に設けたという構成を備えている。
このような構成により、複数のスロット全体で構成される導波管アンテナ全体の下部に設けた第２の誘電体部材中で電磁波が拡がり、第２の誘電体部材がない場合より均一性の良いプラズマを形成することができる。また、真空容器内に設けた導波管内にプラズマが侵入するのを防止するので、導波管内のプラズマによる損傷を防止することができる。
【００３２】
また、請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導波管が複数あり、前記導波管どうしが接して配置されているという構成を備えている。
このように複数の矩形導波管どうしを接して配置することにより、スロットをプラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させることが容易にでき、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００３３】
また、請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記スロットを、前記プラズマ処理する全面積に渡りほぼ均一に分布させたという構成を備えている。
このようにスロットをプラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させることにより、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００３４】
また、請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、電磁波源から複数の前記導波管に電磁波を分配する導波管部を有するという構成を備えている。
このように１台の電磁波源から、電磁波分配用の導波管部を通じて複数の導波管へ電磁波を供給することにより、すべての導波管において周波数を同一とすることができ、均一なエネルギー密度を放射するようなアンテナを設計しやすい。周波数が異なると、電磁波の干渉を考慮して設計する必要がある。
【００３５】
また、請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、複数個の前記スロットどうしの間の前記導波管の梁部内に水冷管を設けたという構成を備えている。
プラズマにより導波管の梁部が加熱され、変形したり損傷したりするため、冷却する必要がある。このように梁部に水冷管を設けることにより、プラズマの発生を妨げることなく、効率良く冷却することができる。
【００３６】
また、請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、複数個の前記スロットどうしの間の前記導波管の梁部下の前記真空容器内に、ガス導入口を設けたという構成を備えている。
このような構成により、プラズマの発生を妨げることなく、ガスを大面積に均一に供給できるため、均一性の良いプラズマ処理を行うことができる。
【００３７】
また、請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において前記導波管に電磁波を供給する電磁波源が１台であるという構成を備えている。
また、請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導波管に電磁波を供給する電磁波源が複数台であるという構成を備えている。
マイクロ波源の最大出力には限界があるため、複数台のマイクロ波源の使用により、大電力化が可能となる。
【００３８】
また、請求項１１記載のプラズマ処理装置は、請求項１０記載のプラズマ処理装置において、複数台の前記電磁波源の、隣接する前記電磁波源の周波数が異なるという構成を備えている。
マイクロ波源を複数台使用すると、プラズマどうしの干渉が起こるため、隣接するマイクロ波源の周波数を異ならせることにより、干渉を防ぐことができる。
【００３９】
また、請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導波管に電磁波を供給する電磁波源の周波数が２．４５ＧＨｚであるという構成を備えている。
マイクロ波源の周波数としては、２．４５ＧＨｚが現在標準となっており、安価であり、種類も豊富である。
【００４０】
また、請求項１３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理がプラズマ酸化であるという構成を備えている。
【００４１】
また、請求項１４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理がプラズマ成膜であるという構成を備えている。
【００４２】
また、請求項１５記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理がプラズマエッチングであるという構成を備えている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
実施の形態１
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【００４４】
１は導波管、例えば矩形導波管、２は導波管アンテナを構成する複数のスロット、３は電磁波源である例えばマイクロ波源、４は石英、ガラス、セラミック等の誘電体部材、５は真空容器（プラズマ発生室）、６はガス導入口、７はガス排気口、８はプラズマ処理する基板、９は基板支持台、１０は矩形導波管１の梁部、１７は電磁波分配用導波管である。
【００４５】
プラズマが生成される真空容器５には、原料ガスを導入するためのガス導入口６と、導入されたガスを排気するためのガス排気口７が接続されている。なお、図１（ｂ）においては、ガス導入口６、ガス排気口７は図示省略している。
【００４６】
マイクロ波源３の発振器にて発振されたマイクロ波は、電磁波分配用導波管１７により矩形導波管１に分配、伝送され、誘電体部材４を介して導波管アンテナを構成するスロット２から真空容器５内に放射される。
【００４７】
本実施の形態１のプラズマ処理装置は、導波管、例えば矩形導波管１と、矩形導波管１に設けられ、導波管アンテナを構成する複数のスロット２と、真空容器５とを具備し、スロット２から真空容器５内に放射された電磁波によってプラズマを生成し、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、矩形導波管１を真空容器５内に設け、矩形導波管１内に設けた誘電体部材４により真空が保持され、誘電体部材４を通して電磁波を真空容器５内に導入するようになっている。
【００４８】
このように矩形導波管１を真空容器５内に設け、矩形導波管１内に設けた誘電体部材４により真空を保持し、誘電体部材４を通して電磁波を真空容器５内に導入することにより、誘電体部材４を小さく、かつ、厚さを薄くすることができ、したがって、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。
【００４９】
また、矩形導波管１が複数あり（ここでは６本を図示）、矩形導波管１どうしが接して配置されている。このように矩形導波管１どうしを接して配置することにより、スロット２をプラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させることが容易にでき、したがって、大面積の基板を均一なプラズマ密度で処理することができる。なお、スロット２をプラズマ処理する全面積に渡り均一に分布させるというのは、例えばスロット２どうしの縦方向のピッチ、および横方向のピッチを同一にすることである。
【００５０】
また、スロット２は、プラズマ処理する基板８の全面積に渡りほぼ均一に分布させている。さらに、複数の（ここでは６個を図示）スロット２に共通して対応する誘電体部材４を複数（ここでは６個）設けている。
【００５１】
また、電磁波源、例えばマイクロ波源３から６本の矩形導波管１に電磁波を分配する導波管部、すなわち、電磁波分配用導波管１７を有している。このように１台の電磁波源（ここでは、マイクロ波源３）から、電磁波分配用導波管１７を通じて複数の矩形導波管１へ電磁波を供給しているため、すべての矩形導波管１において周波数を同一とすることができ、均一なエネルギー密度を放射するようなアンテナを設計しやすい。周波数が異なると、電磁波の干渉を考慮して設計する必要がある。マイクロ波源３の周波数としては、２．４５ＧＨｚのものが量産され、現在、標準となっており、安価であり、種類も豊富である。
【００５２】
本実施の形態１では、マイクロ波を、複数の接した矩形導波管１を用いて、角型大面積の領域に分配し、誘電体部材４を通してスロット２から、角型大面積に均一なエネルギー密度でマイクロ波を放射し、均一なプラズマ密度のプラズマを発生させることにある。
上述の第４の従来装置では、上記特許文献３に記載されているように（段落００２８）、結合孔から等しいマイクロ波電力が放射され、プラズマが形成される。しかし、導波管が所定間隔を設けて配置されており、プラズマは拡散により拡がるため、プラズマ密度はガウス分布を持つ。このガウス分布を重ね合わせて、均一化を図っている。
つまり、本実施の形態１では、接した複数の矩形導波管１により、角型大面積の領域に均一なプラズマ密度のプラズマを発生させる。これに対して、上記第４の従来装置では、導波管をある間隔をあけ、ガウス分布の重なりでプラズマの均一化を図るものである。
また、矩形導波管１に電磁波を供給するマイクロ波源３が１台であり、マイクロ波源３の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００５３】
なお、本実施の形態１のプラズマ処理装置では、プラズマ処理として、プラズマ酸化、プラズマ成膜、プラズマエッチング、あるいはプラズマアッシングを行うことが可能である。
【００５４】
実施の形態２
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。なお、図２（ｂ）においては、ガス導入口６、ガス排気口７は図示省略している。
本実施の形態２では、誘電体部材４が、少なくとも真空容器１内に位置する矩形導波管１内を満たしている。このように誘電体部材４で矩形導波管１内を満たすことにより、真空容器５内に設けた矩形導波管１内にプラズマが侵入するのを防止するので、矩形導波管１内のプラズマによる損傷を防止することができる。
【００５５】
実施の形態３
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。なお、図３（ｂ）においては、ガス導入口６、ガス排気口７は図示省略している。
１２は第２の誘電体部材である。本実施の形態３では、１個以上、ここでは１列６個×６列＝３６個のスロット２に共通する、ここでは１枚の矩形板状の第２の誘電体部材１２が、真空容器５内に設けてある。
本実施の形態３にあっては、矩形導波管１の金属製の梁部１０が存在しても、複数のスロット２の全体で構成される導波管アンテナ全体の下部に設けた第２の誘電体部材１２中で電磁波が拡がりやすく、また、プラズマが金属梁にさらされないため、第２の誘電体部材１２がない場合に比べてより均一性の良いプラズマを形成することができる。また、本実施の形態２では、第２の誘電体部材１２が１枚の場合を示したが、該第２の誘電体部材１２を複数枚に分割することも可能である。また、図２に示した実施の形態２においても、第２の誘電体部材１２を同様に設けることにより、同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態３においては、第２の誘電体部材１２により真空容器５内に設けた矩形導波管１内にプラズマが侵入するのを防止するので、矩形導波管１内のプラズマによる損傷を防止することができる。
【００５６】
実施の形態４
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の断面図（図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）とは直角の方向の断面図）、（ｂ）は（ａ）のＡ部（梁部１０）の拡大図である。また、図５は、本プラズマ処理装置の水冷管の配置を示すための上面図である。さらに、図６は、本プラズマ処理装置の複数のガス導入口を有するガス導入管の配置を示すための上面図である。
【００５７】
１４は矩形導波管１の梁部１０内に設けられ、冷却水を流すための水冷管、１５は真空容器５内にガスを流すためのガス導入管、１６はガス導入管１５の複数箇所（図６においてガス導入管１５の設置箇所は図示省略）に設けられたガス導入口である。
【００５８】
本実施の形態４では、複数個のスロット２どうしの間の、矩形導波管１の梁部１０内に水冷管１４を設けている。プラズマにより梁部１０が加熱され、変形したり損傷したりするため、冷却する必要がある。本実施の形態４では、梁部１０に水冷管１４を設けることにより、プラズマの発生を妨げることなく、効率良く冷却することができる。
【００５９】
また、複数個のスロット２どうしの間の梁部１０下の真空容器５内に、複数のガス導入口１６を設けている。これらのガス導入口１６により、プラズマの発生を妨げることなく、ガスを大面積の基板８に均一に供給できるため、均一性の良いプラズマ処理を行うことができる。
【００６０】
本実施の形態４では、図１に示した実施の形態１の装置に水冷管１４とガス導入管１５およびガス導入口１６を設けたが、図２に示した実施の形態２の装置に同様に水冷管１４とガス導入管１５およびガス導入口１６を設けてもよい。また、このような構成の水冷管１４、ガス導入管１５およびガス導入口１６は、いずれか一方を設けてもよいことはもちろんである。
【００６１】
本実施の形態４では、図４（ａ）に示すごとく、矩形導波管１を複数本作製し、これらが接するように組み立て、導波管平面アンテナを作製することが可能である。この場合、これらの矩形導波管１を数ｃｍ等少しあけて作製しても、本実施の形態１による効果を得ることは可能である。
【００６２】
図４（ｃ）は、本実施の形態４において、矩形導波管の別の構成例を示す断面図である。例えば有効処理面積７０ｃｍ×６０ｃｍの場合、例えば矩形導波管１の具体的な製作方法として、７０ｃｍ×６０ｃｍ×４ｃｍのアルミニウムブロックから、矩形導波管１内の幅が９ｃｍ、高さが３ｃｍになるように、６本の矩形導波管１を削り出して作製することができる。つまり、この場合は、隣り合う矩形導波管１の壁は、図４（ｃ）に示すごとく一体のものである。
【００６３】
実施の形態５
図７は、本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の上面図である。
本実施の形態５は、矩形導波管１に電磁波を供給するマイクロ波源３が複数台設けられている。
マイクロ波源３の最大出力が十分な場合は、実施の形態１のようにマイクロ波源３は１台でマイクロ波を供給することが可能である。しかし、マイクロ波源３の出力により、処理面積が制限される。マイクロ波源３の最大出力には限界があるため、本実施の形態５のように、複数台のマイクロ波源３を設け、複数台のマイクロ波源３からマイクロ波を供給することにより、大電力化が可能となり、大面積を処理できるプラズマ処理装置が実現可能となる。また、プラズマ密度が高くでき、プラズマ処理時間を短縮できる。
【００６４】
しかし、複数台のマイクロ波源３を使用する場合、複数台のマイクロ波源３からのマイクロ波が影響を及ぼし、プラズマ特性が変化し、安定性が低下する。このため、複数台のマイクロ波源３の、隣接するマイクロ波源３の周波数が異なるように設定することにより、マイクロ波源３の影響を軽減し、干渉を防ぎ、安定性を増すことができる。
【００６５】
さらに、上述のように、マイクロ波源３としては、周波数が２．４５ＧＨｚのものが量産されており、これを用いることにより、装置を安価に製造できる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波源３においても、わずかには周波数を変更することが可能であり、隣接するマイクロ波源３の周波数が異なるように設定することが可能である。
【００６６】
本実施の形態５では、図２に示した実施の形態２の装置に複数台のマイクロ波源３を設けたが、図１に示した実施の形態１の装置に同様に複数台のマイクロ波源３を設けてもよいことはもちろんである。
【００６７】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大面積基板を処理することができ、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は矩形導波管の別の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の水冷管の配置を示すための上面図である。
【図６】本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の複数のガス導入口を有するガス導入管の配置を示すための上面図である。
【図７】本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の上面図である。
【図８】（ａ）は従来の第１のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図９】（ａ）は従来の第２のプラズマ処理装置の上面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の第３のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図１１】（ａ）は従来の第４のプラズマ処理装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【符号の説明】
１…矩形導波管、２…スロット、３…マイクロ波源、４…誘電体部材、５…真空容器、６…ガス導入口、７…ガス排気口、８…基板、９…基板支持台、１０…梁部、１２…第２の誘電体部材、１４…水冷管、１５…ガス導入管、１６…ガス導入口、１７…電磁波分配用導波管、
８１…同軸伝送路、８２…スロット、８３…円形マイクロ波放射板、８４…電磁波放射窓、８５…真空容器、８６…ガス導入口、８７…ガス排気口、８８…基板、８９…基板支持台、
９１…矩形導波管、９２…スロット、９３…マイクロ波源、９４…電磁波放射窓、９５…真空容器、９６…ガス導入口、９７…ガス排気口、９８…基板、９９…基板支持台、１２０…矩形導波管の反射面、１２１…矩形導波管のＨ面、
１０１…矩形導波管、１０２…スロット、１０３…マイクロ波源、１０４…電磁波放射窓、１０５…真空容器、１０６…ガス導入口、１０７…ガス排気口、１０８…基板、１０９…基板支持台、
１１１…矩形導波管、１１２…結合孔、１１４…電磁波放射窓、１１５…真空容器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to an apparatus for performing plasma processing such as film deposition, surface modification, or etching on a large square substrate.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 272070
[Patent Document 2] Japanese Patent No. 2857090
[Patent Document 3] JP-A-2002-280196
[Non-Patent Document 1] Proceedings of the 49th JSAP Lecture Meeting on Applied Physics, 128 pages, March 2002
[Non-Patent Document 2] ESCAMPIG16 & ICRP5 Proceedings 321 pages, July 14-18, 2002.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, in order to perform plasma processing such as film deposition, surface modification, or etching, a parallel plate type high frequency plasma processing apparatus or an electron cyclotron resonance (ECR) plasma is used. Processing devices and the like are used.
[0004]
However, the parallel plate type plasma processing apparatus has a problem in that the plasma density is low and the electron temperature is high, and the ECR plasma processing apparatus requires a DC magnetic field for plasma excitation, which makes it difficult to process a large area. Have
[0005]
On the other hand, in recent years, there has been proposed a plasma processing apparatus which does not require a magnetic field for plasma excitation and can generate plasma with high density and low electron temperature.
[0006]
Hereinafter, such an apparatus will be described.
<< First conventional device >>
FIG. 8A is a top view of a first conventional plasma processing apparatus, and FIG. 8B is a cross-sectional view.
This device is described in Patent Document 1 mentioned above.
81 is a coaxial transmission line, 83 is a circular microwave radiating plate, 82 is a slot provided concentrically on the circular

microwave radiating plate

83, 84 is an electromagnetic wave radiating window made of a dielectric, 85 is a vacuum vessel, 86 is a gas inlet 87, a gas exhaust port, 88, a substrate for plasma processing, and 89, a substrate support.
[0007]
In this device, microwave power is supplied from a coaxial transmission line 81 to a circular microwave radiating plate 83 having concentrically arranged slots 82.
[0008]
In this device, while the microwave introduced from the coaxial transmission line 81 toward the center of the circular microwave radiating plate 83 is propagated in the radial direction of the circular microwave radiating plate 83, the slot provided in the circular microwave radiating plate 83 is provided. By radiating from the 82, uniform plasma is generated in the vacuum vessel 85.
[0009]
<< 2nd conventional device >>
FIG. 9A is a top view of a second conventional plasma processing apparatus, and FIG. 9B is a cross-sectional view.
This device is described in Patent Document 2 mentioned above.
91 is a rectangular waveguide, 92 is a slot forming a waveguide antenna, 93 is a microwave source, 94 is an electromagnetic wave radiation window made of a dielectric, 95 is a vacuum vessel, 96 is a gas inlet, 97 is a gas outlet, Reference numeral 98 denotes a substrate for plasma processing, 99 denotes a substrate support, 120 denotes a reflection surface (short-circuit surface, R surface) of the

rectangular waveguide

91, and 121 denotes an H surface of the rectangular waveguide 91 (perpendicular to the direction of the microwave electric field). Plane).
[0010]
This device is arranged on a part of the H surface 121 of the rectangular waveguide 91 and supplies microwave power from a slot 92 constituting a waveguide antenna through an electromagnetic wave radiation window 94 to thereby form a vacuum container 95. Generates plasma within.
[0011]
In this device, the width (opening area) of the two slots 92 provided on the H surface 121 of the rectangular waveguide 91 is changed in consideration of microwave reflection on the reflection surface 120 of the rectangular waveguide 91. (Not shown), it is intended to equalize the radiation power from the microwave slot 92. In FIG. 9A, the change in the width of the slot 92 is not shown, but as described in the publication, for example, the slot 92 is formed by the reflection surface 120 of the rectangular waveguide 91. It has a shape that is changed stepwise or tapered so as to become narrower toward.
[0012]
Thereby, if the generated plasma is sufficiently diffused, it becomes possible to generate relatively uniform plasma by the microwave power radiated from the two slots 92.
[0013]
In recent years, in a plasma processing apparatus used for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, the size of the device has been increasing with the increase in the substrate size. An apparatus for processing the substrate is required. This is about 10 times the area of a substrate having a diameter of 300 mm used for manufacturing a semiconductor device.
[0014]
Further, in the plasma treatment, a reactive gas such as a monosilane gas, an oxygen gas, a hydrogen gas, and a chlorine gas is used as a source gas. In the plasma of these gases, many negative ions (O ⁻ , H ⁻ , Cl ⁻ And the like, and a manufacturing facility and a manufacturing method that take these behaviors into consideration are required.
[0015]
<< 3rd conventional device >>
FIG. 10A is a cross-sectional view of the third plasma processing apparatus, and FIG. 10B is a top view.
101 is a rectangular waveguide, 102 is a slot constituting a waveguide antenna, 103 is a microwave source, 104 is an electromagnetic wave radiation window made of a dielectric, 105 is a vacuum vessel, 106 is a gas inlet, 107 is a gas outlet, Reference numeral 108 denotes a substrate to be subjected to plasma processing, 109 denotes a substrate support, 120 denotes a reflection surface (short-circuit surface, R surface) of the

rectangular waveguide

101, and 121 denotes an H surface of the rectangular waveguide 101 (perpendicular to the direction of the microwave electric field). Plane).
[0016]
In this device, six rows of slots 102 constituting a waveguide antenna provided on an H surface 121 of a rectangular waveguide 101 are arranged in parallel.
[0017]
<< 4th conventional device >>
FIG. 11A is a cross-sectional view of the fourth plasma processing apparatus, and FIG. 11B is a top view.
This conventional device is described in Patent Document 3 mentioned above.
111 is a rectangular waveguide, 112 is a coupling hole forming a waveguide antenna, 114 is an electromagnetic wave radiation window made of a dielectric, and 115 is a vacuum vessel. Note that a substrate to be subjected to plasma processing, a substrate support, and the like are not shown.
[0018]
This apparatus is a surface wave plasma processing apparatus in which three rows of rectangular waveguides 111 are arranged, and a plurality of rectangular waveguides 111 are arranged in parallel in a vacuum vessel 115 at equal intervals. Are provided with coupling holes 112 whose coupling coefficients are sequentially increased toward the distal end thereof, and the vacuum vessel 115 is provided with an electromagnetic wave radiation window 114 divided and formed corresponding to each coupling hole 112.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, the first to fourth conventional devices have the following problems.
[0020]
<< Issues of the first conventional apparatus >>
When a microwave is propagated through conductors such as a coaxial transmission line 81 and a circular microwave radiation plate 83 as in the first conventional device shown in FIG. 8, propagation loss such as copper loss in these conductors is caused. Occurs. This propagation loss becomes a serious problem as the frequency increases and the coaxial transmission distance and the radiation plate area increase. Therefore, in the case of a large-sized device such as a liquid crystal display device corresponding to a very large substrate, microwave attenuation is large and it is difficult to efficiently generate plasma.
[0021]
Also, this device that emits microwaves from the circular microwave radiating plate 83 is suitable for processing a circular substrate such as a semiconductor device, but is suitable for processing a rectangular substrate such as a liquid crystal display device. Also, there is a problem that the plasma becomes non-uniform at the corners of the substrate.
[0022]
Therefore, the first conventional apparatus has a problem that it is difficult to process a large-area substrate, particularly a rectangular substrate.
[0023]
<< Issues of the second conventional apparatus >>
Further, in the case of a system in which the microwave transmitted through the rectangular waveguide 91 is radiated from the two slots 92 as in the second conventional device shown in FIG. 9, the above-described propagation loss can be suppressed low. . However, in the case of a reactive plasma in which a large amount of negative ions are present in the generated plasma, the ambipolar diffusion coefficient of the plasma becomes small, so that the plasma is biased in the vicinity of the slot from which the microwave is radiated. There is. This problem is exacerbated when the plasma pressure is high. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform plasma treatment on a large area using a gas containing oxygen, hydrogen, chlorine, or the like, which easily generates negative ions, as a raw material, particularly when the pressure is high. Further, the distribution of the slots 92 constituting the waveguide antenna is localized and non-uniform on the processing surface of the substrate 98 on which the plasma processing is performed, so that the plasma density becomes non-uniform.
[0024]
<< Issues of the Third Conventional Apparatus >>
When the inside of the vacuum vessel 105 is set to a low pressure, the electromagnetic wave radiation window 104 has a gas pressure difference between substantially atmospheric pressure and a pressure close to vacuum, that is, about 9.80665 × 10 ⁴ Pa (1 kg / cm ² ). For this reason, it is necessary to make the thickness of the electromagnetic wave radiation window 104 such that it can withstand this force.
[0025]
As shown in Table 1 below, when the electromagnetic wave radiation window is formed of, for example, a circular synthetic quartz plate having a diameter of 300 mm or a rectangular shape of 250 mm square, the thickness of the electromagnetic wave radiation window needs to be about 30 mm. As the thickness of the electromagnetic wave radiation window increases, the loss of electromagnetic waves increases. Furthermore, in the case of a plasma processing apparatus corresponding to a large substrate of about 1 m square, the thickness of the electromagnetic wave radiation window becomes too thick, which is not feasible.
[0026]
[Table 1]

<< Problems of the fourth conventional apparatus >>
Further, the fourth conventional apparatus can cope with a substrate having a larger area than the first conventional apparatus. However, since the rectangular waveguides 111 are arranged at intervals, the coupling hole 112 is completely processed by plasma processing. It was difficult to distribute them uniformly over the area.
Further, since the electromagnetic wave radiation windows 114 are provided in correspondence with the respective coupling holes 112, there are many locations where the vacuum can be sealed by the number of the coupling holes 112, so that the processing cost of the top plate of the vacuum vessel 115 increases and the apparatus price increases. There is a problem that.
[0027]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a plasma processing apparatus capable of processing a large-sized substrate.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has a configuration as described in the claims.
[0029]
In other words, the plasma processing apparatus according to claim 1 includes a waveguide, a plurality of slots provided in the waveguide, and constituting a waveguide antenna, and a vacuum container. A plasma processing apparatus that generates plasma by electromagnetic waves radiated therein and performs plasma processing, wherein the waveguide is provided in the vacuum vessel, and a vacuum is held by a dielectric member provided in the waveguide. The electromagnetic wave is introduced into the vacuum vessel through the dielectric member.
Thus, the waveguide is provided in the vacuum container, the vacuum is held by the dielectric member provided in the waveguide, and the electromagnetic member is introduced into the vacuum container through the dielectric member, thereby reducing the dielectric member. In addition, the thickness can be reduced, so that a substrate having an area can be processed with a uniform plasma density.
[0030]
Further, a plasma processing apparatus according to a second aspect is provided with the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the dielectric member fills at least the inside of the waveguide located in the vacuum vessel. .
By filling the inside of the waveguide with the dielectric member in this way, plasma is prevented from entering the waveguide provided in the vacuum vessel, and thus damage due to plasma in the waveguide can be prevented.
[0031]
The plasma processing apparatus according to a third aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein a second dielectric member that covers the slot is provided in the vacuum vessel.
With such a configuration, the electromagnetic wave spreads in the second dielectric member provided below the entire waveguide antenna including the plurality of slots, and the uniformity is better than when the second dielectric member is not provided. A plasma can be formed. Further, since plasma is prevented from entering the waveguide provided in the vacuum vessel, damage due to plasma in the waveguide can be prevented.
[0032]
A plasma processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein a plurality of the waveguides are provided, and the waveguides are arranged in contact with each other.
By arranging a plurality of rectangular waveguides in contact with each other, the slots can be easily distributed uniformly over the entire area of the plasma processing, and a large-area substrate can be processed with a uniform plasma density. Can be.
[0033]
A plasma processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the slots are substantially uniformly distributed over the entire area of the plasma processing.
By uniformly distributing the slots over the entire area for plasma processing, a large-area substrate can be processed with a uniform plasma density.
[0034]
A plasma processing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing apparatus includes a waveguide section that distributes an electromagnetic wave from an electromagnetic wave source to the plurality of waveguides.
By supplying electromagnetic waves from one electromagnetic wave source to a plurality of waveguides through the electromagnetic wave distribution waveguide section, the frequency can be made the same in all the waveguides, and the uniform energy can be obtained. It is easy to design an antenna that radiates density. If the frequency is different, it is necessary to design in consideration of electromagnetic wave interference.
[0035]
A plasma processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein a water cooling tube is provided in a beam portion of the waveguide between a plurality of the slots. .
The beam of the waveguide is heated by the plasma and is deformed or damaged, and thus needs to be cooled. By providing the water cooling tube in the beam portion as described above, the cooling can be efficiently performed without hindering the generation of plasma.
[0036]
The plasma processing apparatus according to claim 8 is the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a gas inlet is provided in the vacuum vessel below a beam portion of the waveguide between a plurality of the slots. It has a configuration that
With such a structure, the gas can be uniformly supplied to a large area without hindering the generation of plasma, so that plasma processing with good uniformity can be performed.
[0037]
A ninth aspect of the present invention provides the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing apparatus has a configuration in which the number of the electromagnetic wave sources for supplying the electromagnetic wave to the waveguide is one.
A plasma processing apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing apparatus includes a plurality of electromagnetic wave sources for supplying electromagnetic waves to the waveguide.
Since the maximum output of the microwave source is limited, the use of a plurality of microwave sources can increase the power.
[0038]
An eleventh aspect of the present invention provides the plasma processing apparatus of the tenth aspect, wherein a plurality of the electromagnetic wave sources have different frequencies from adjacent ones of the electromagnetic wave sources.
When a plurality of microwave sources are used, interference between plasmas occurs. Therefore, interference can be prevented by changing the frequency of adjacent microwave sources.
[0039]
Further, a plasma processing apparatus according to a twelfth aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the frequency of the electromagnetic wave source that supplies the electromagnetic wave to the waveguide is 2.45 GHz.
2.45 GHz is currently the standard as the frequency of the microwave source, and is inexpensive and has many types.
[0040]
Further, a plasma processing apparatus according to a thirteenth aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing is a plasma oxidation.
[0041]
A plasma processing apparatus according to a fourteenth aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing is a plasma film formation.
[0042]
A plasma processing apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the plasma processing is a plasma etching.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
Embodiment 1
FIG. 1A is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a top view of FIG.
[0044]
1 is a waveguide, for example, a rectangular waveguide, 2 is a plurality of slots constituting a waveguide antenna, 3 is an electromagnetic wave source, for example, a microwave source, 4 is a dielectric member such as quartz, glass, ceramic, etc., 5 is Vacuum container (plasma generation chamber), 6 is a gas inlet, 7 is a gas exhaust port, 8 is a substrate to be subjected to plasma processing, 9 is a substrate support, 10 is a beam of the

rectangular waveguide

1, and 17 is a conductor for electromagnetic wave distribution. It is a wave tube.
[0045]
A gas introduction port 6 for introducing a source gas and a gas exhaust port 7 for exhausting the introduced gas are connected to the vacuum vessel 5 where the plasma is generated. In FIG. 1B, the gas inlet 6 and the gas outlet 7 are not shown.
[0046]
The microwave oscillated by the oscillator of the microwave source 3 is distributed and transmitted to the rectangular waveguide 1 by the electromagnetic wave distribution waveguide 17, and is transmitted from the slot 2 constituting the waveguide antenna via the dielectric member 4. Radiated into the vacuum vessel 5.
[0047]
The plasma processing apparatus according to the first embodiment includes a waveguide, for example, a rectangular waveguide 1, a plurality of slots 2 provided in the rectangular waveguide 1, and constituting a waveguide antenna, and a vacuum container 5. A plasma processing apparatus that performs plasma processing by generating plasma by an electromagnetic wave radiated from the slot 2 into the vacuum vessel 5 and performing plasma processing, wherein the rectangular waveguide 1 is provided in the vacuum vessel 5; The vacuum is maintained by the dielectric member 4 provided therein, and an electromagnetic wave is introduced into the vacuum vessel 5 through the dielectric member 4.
[0048]
Thus, the rectangular waveguide 1 is provided in the vacuum vessel 5, the vacuum is maintained by the dielectric member 4 provided in the rectangular waveguide 1, and electromagnetic waves are introduced into the vacuum vessel 5 through the dielectric member 4. Accordingly, the dielectric member 4 can be reduced in size and thickness, and therefore, a large-area substrate can be processed with a uniform plasma density.
[0049]
There are a plurality of rectangular waveguides 1 (six are shown here), and the rectangular waveguides 1 are arranged in contact with each other. By arranging the rectangular waveguides 1 in contact with each other in this manner, the slots 2 can be easily distributed uniformly over the entire area where plasma processing is performed. Therefore, a large-area substrate can be processed with a uniform plasma density. can do. To distribute the slots 2 uniformly over the entire area of the plasma processing means, for example, to make the vertical pitch and the horizontal pitch of the slots 2 the same.
[0050]
Further, the slots 2 are distributed almost uniformly over the entire area of the substrate 8 to be subjected to the plasma processing. Further, a plurality of (here, six) dielectric members 4 corresponding to a plurality of (here, six are shown) slots 2 are provided.
[0051]
Further, it has a waveguide section for distributing electromagnetic waves from an electromagnetic wave source, for example, the microwave source 3 to the six rectangular waveguides 1, that is, an electromagnetic wave distribution waveguide 17. As described above, since the electromagnetic wave is supplied from one electromagnetic wave source (here, the microwave source 3) to the plurality of rectangular waveguides 1 through the electromagnetic wave distribution waveguide 17, the electromagnetic wave is supplied to all the rectangular waveguides 1. It is easy to design an antenna that can have the same frequency and radiate a uniform energy density. If the frequency is different, it is necessary to design in consideration of electromagnetic wave interference. The frequency of the microwave source 3 is mass-produced at 2.45 GHz, and is now standard, inexpensive, and abundant.
[0052]
In the first embodiment, microwaves are distributed to a rectangular area with a large area using a plurality of rectangular waveguides 1 that are in contact with each other. It is to radiate microwaves at an energy density to generate plasma with a uniform plasma density.
In the fourth conventional apparatus described above, as described in Patent Document 3 (paragraph 0028), the same microwave power is emitted from the coupling hole, and plasma is formed. However, since the waveguides are arranged at predetermined intervals and the plasma spreads by diffusion, the plasma density has a Gaussian distribution. This Gaussian distribution is superimposed to achieve uniformity.
That is, in the first embodiment, the plasma having a uniform plasma density is generated in a rectangular area having a large area by the plurality of rectangular waveguides 1 in contact with each other. On the other hand, in the fourth conventional apparatus, the waveguides are spaced at a certain interval, and the plasma is made uniform by overlapping Gaussian distributions.
Further, there is one microwave source 3 for supplying the electromagnetic wave to the rectangular waveguide 1, and the frequency of the microwave source 3 is 2.45 GHz.
[0053]
In the plasma processing apparatus according to the first embodiment, as the plasma processing, plasma oxidation, plasma film formation, plasma etching, or plasma ashing can be performed.
[0054]
Embodiment 2
FIG. 2A is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 2B is a top view of FIG. In FIG. 2B, the gas inlet 6 and the gas outlet 7 are not shown.
In the second embodiment, the dielectric member 4 fills at least the inside of the rectangular waveguide 1 located in the vacuum vessel 1. By filling the inside of the rectangular waveguide 1 with the dielectric member 4 as described above, plasma is prevented from entering the rectangular waveguide 1 provided in the vacuum vessel 5. Damage due to plasma can be prevented.
[0055]
Embodiment 3
FIG. 3A is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 3B is a top view of FIG. In FIG. 3B, the gas inlet 6 and the gas outlet 7 are not shown.
Reference numeral 12 denotes a second dielectric member. In the third embodiment, a single rectangular plate-shaped second dielectric member 12 common to one or more, in this case, one row, six rows × six rows = 36 slots 2, is used as a vacuum container. 5.
In the third embodiment, even if the metal beam portion 10 of the rectangular waveguide 1 exists, the second waveguide provided at the lower portion of the entire waveguide antenna constituted by the plurality of slots 2. Since the electromagnetic wave easily spreads in the dielectric member 12 and the plasma is not exposed to the metal beam, it is possible to form plasma with better uniformity as compared with the case where the second dielectric member 12 is not provided. Further, in the second embodiment, the case where the number of the second dielectric member 12 is one has been described, but the second dielectric member 12 may be divided into a plurality of pieces. Also, in the second embodiment shown in FIG. 2, the same effect can be obtained by providing the second dielectric member 12 similarly. In the third embodiment, since the second dielectric member 12 prevents the plasma from entering the rectangular waveguide 1 provided in the vacuum vessel 5, the plasma in the rectangular waveguide 1 is prevented. Damage can be prevented.
[0056]
Embodiment 4
FIG. 4A is a sectional view of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention (a sectional view in a direction perpendicular to FIGS. 1A, 2A, and 3A), (b) is an enlarged view of the portion A (beam portion 10) of (a). FIG. 5 is a top view showing the arrangement of the water cooling tubes of the present plasma processing apparatus. FIG. 6 is a top view showing an arrangement of a gas introduction pipe having a plurality of gas introduction ports of the present plasma processing apparatus.
[0057]
Reference numeral 14 denotes a water-cooled pipe provided in the beam portion 10 of the rectangular waveguide 1 for flowing cooling water, 15 denotes a gas introduction pipe for flowing gas into the

vacuum vessel

5, and 16 denotes a plurality of locations of the gas introduction pipe 15. (The installation location of the gas introduction pipe 15 is not shown in FIG. 6) and is a gas introduction port.
[0058]
In the fourth embodiment, a water cooling tube 14 is provided in the beam portion 10 of the rectangular waveguide 1 between the plurality of slots 2. Since the beam 10 is heated by the plasma and is deformed or damaged, it needs to be cooled. In the fourth embodiment, by providing the water cooling tube 14 in the beam portion 10, cooling can be efficiently performed without hindering generation of plasma.
[0059]
A plurality of gas inlets 16 are provided in the vacuum vessel 5 below the beam portion 10 between the plurality of slots 2. These gas inlets 16 allow the gas to be uniformly supplied to the large-area substrate 8 without hindering the generation of plasma, so that plasma processing with good uniformity can be performed.
[0060]
In the fourth embodiment, a water cooling tube 14, a gas introduction pipe 15, and a gas introduction port 16 are provided in the apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, but the same as in the apparatus of the second embodiment shown in FIG. A water cooling tube 14, a gas introduction tube 15 and a gas introduction port 16 may be provided in the apparatus. In addition, it goes without saying that any one of the water cooling pipe 14, the gas introduction pipe 15, and the gas introduction port 16 having such a configuration may be provided.
[0061]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 4A, it is possible to produce a plurality of rectangular waveguides 1 and assemble them so that they are in contact with each other, thereby producing a waveguide planar antenna. In this case, even if these rectangular waveguides 1 are manufactured with a small gap of several cm or the like, the effect of the first embodiment can be obtained.
[0062]
FIG. 4C is a cross-sectional view showing another configuration example of the rectangular waveguide in the fourth embodiment. For example, in the case of an effective processing area of 70 cm × 60 cm, for example, as a specific manufacturing method of the rectangular waveguide 1, a width of 9 cm and a height of 3 cm in the rectangular waveguide 1 are reduced from an aluminum block of 70 cm × 60 cm × 4 cm. Thus, six rectangular waveguides 1 can be cut out and manufactured. That is, in this case, the walls of the adjacent rectangular waveguides 1 are integrated as shown in FIG.
[0063]
Embodiment 5
FIG. 7 is a top view of the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
In the fifth embodiment, a plurality of microwave sources 3 for supplying an electromagnetic wave to the rectangular waveguide 1 are provided.
When the maximum output of the microwave source 3 is sufficient, it is possible to supply the microwave with one microwave source 3 as in the first embodiment. However, the processing area is limited by the output of the microwave source 3. Since the maximum output of the microwave source 3 is limited, as in the fifth embodiment, a plurality of microwave sources 3 are provided and the microwaves are supplied from the plurality of microwave sources 3 to increase power. Thus, a plasma processing apparatus capable of processing a large area can be realized. Further, the plasma density can be increased, and the plasma processing time can be reduced.
[0064]
However, when a plurality of microwave sources 3 are used, the microwaves from the plurality of microwave sources 3 have an effect, change the plasma characteristics, and degrade the stability. Therefore, by setting the frequencies of the adjacent microwave sources 3 of the plurality of microwave sources 3 to be different from each other, the influence of the microwave sources 3 can be reduced, interference can be prevented, and the stability can be increased.
[0065]
Further, as described above, the microwave source 3 having a frequency of 2.45 GHz is mass-produced, and by using this, the device can be manufactured at low cost. Even in the microwave source 3 of 2.45 GHz, the frequency can be slightly changed, and the frequency of the adjacent microwave source 3 can be set to be different.
[0066]
In the fifth embodiment, a plurality of microwave sources 3 are provided in the apparatus of the second embodiment shown in FIG. 2, but a plurality of microwave sources 3 are provided similarly to the apparatus of the first embodiment shown in FIG. Needless to say, it may be provided.
[0067]
Although the present invention has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plasma processing apparatus capable of processing a large-area substrate and having a uniform plasma density can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a top view of FIG.
FIG. 2A is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a top view of FIG.
3A is a sectional view of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a top view of FIG.
4A is a sectional view of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 4B is an enlarged view of a portion A of FIG. 4A, and FIG. 4C is another configuration example of a rectangular waveguide; FIG.
FIG. 5 is a top view showing an arrangement of water cooling tubes of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top view showing an arrangement of a gas introduction pipe having a plurality of gas introduction ports of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a top view of a first conventional plasma processing apparatus, and FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG.
9A is a top view of a second conventional plasma processing apparatus, and FIG. 9B is a cross-sectional view of FIG.
10A is a cross-sectional view of a third conventional plasma processing apparatus, and FIG. 10B is a top view of FIG.
11A is a sectional view of a fourth conventional plasma processing apparatus, and FIG. 11B is a top view of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rectangular waveguide, 2 ... Slot, 3 ... Microwave source, 4 ... Dielectric member, 5 ... Vacuum container, 6 ... Gas introduction port, 7 ... Gas exhaust port, 8 ... Substrate, 9 ... Substrate support, 10 ... Beam part, 12 second dielectric member, 14 water-cooled tube, 15 gas introduction tube, 16 gas introduction port, 17 electromagnetic wave distribution waveguide,
81: Coaxial transmission line, 82: Slot, 83: Circular microwave radiation plate, 84: Electromagnetic radiation window, 85: Vacuum container, 86: Gas introduction port, 87: Gas exhaust port, 88: Substrate, 89: Substrate support ,
Reference numeral 91: rectangular waveguide, 92: slot, 93: microwave source, 94: electromagnetic radiation window, 95: vacuum container, 96: gas inlet, 97: gas exhaust, 98: substrate, 99: substrate support, 120 ... Reflection surface of rectangular waveguide, 121 ... H surface of rectangular waveguide,
101: rectangular waveguide, 102: slot, 103: microwave source, 104: electromagnetic radiation window, 105: vacuum vessel, 106: gas inlet, 107: gas exhaust port, 108: substrate, 109: substrate support,
111: rectangular waveguide, 112: coupling hole, 114: electromagnetic wave radiation window, 115: vacuum vessel.

Claims

A waveguide,
A plurality of slots provided in the waveguide and constituting a waveguide antenna;
And a vacuum container,
A plasma processing apparatus that generates plasma by electromagnetic waves emitted from the slot into the vacuum vessel and performs plasma processing,
Providing the waveguide in the vacuum vessel,
A vacuum is maintained by a dielectric member provided in the waveguide, and the electromagnetic wave is introduced into the vacuum container through the dielectric member.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the dielectric member fills at least the inside of the waveguide located in the vacuum vessel.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a second dielectric member covering the slot is provided in the vacuum vessel.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein there are a plurality of said waveguides, and said waveguides are arranged in contact with each other.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the slots are distributed substantially uniformly over the entire area of the plasma processing.

The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a waveguide section that distributes an electromagnetic wave from an electromagnetic wave source to the plurality of waveguides.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a water cooling tube is provided in a beam portion of the waveguide between the plurality of slots.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a gas inlet is provided in the vacuum vessel below a beam portion of the waveguide between the plurality of slots.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein one electromagnetic wave source supplies the electromagnetic wave to the waveguide.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of electromagnetic wave sources for supplying an electromagnetic wave to the waveguide are provided.

The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the plurality of electromagnetic wave sources have different frequencies from adjacent electromagnetic wave sources.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a frequency of an electromagnetic wave source that supplies an electromagnetic wave to the waveguide is 2.45 GHz.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma processing is plasma oxidation.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma processing is plasma film formation.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing is plasma etching.