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JP2009021220A - Plasma processing apparatus, antenna, and method of using plasma processing apparatus - Google Patents

Plasma processing apparatus, antenna, and method of using plasma processing apparatus Download PDF

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JP2009021220A
JP2009021220A JP2008140382A JP2008140382A JP2009021220A JP 2009021220 A JP2009021220 A JP 2009021220A JP 2008140382 A JP2008140382 A JP 2008140382A JP 2008140382 A JP2008140382 A JP 2008140382A JP 2009021220 A JP2009021220 A JP 2009021220A
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processing apparatus
metal electrode
plasma processing
dielectric
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Masaki Hirayama
昌樹 平山
Tadahiro Omi
忠弘 大見
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Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
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Tohoku University NUC
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

【課題】金属電極の表面に電界が集中することを防止する。
【解決手段】プラズマ処理装置10は、処理容器100と、マイクロ波を出力するマイクロ波源900と、マイクロ波を伝送させる同軸管の内部導体315aと、貫通穴305aを有し、内部導体315aを伝送したマイクロ波を透過させて処理容器100の内部に放出する誘電体板305と、貫通穴305aを介して内部導体315aに連結され、少なくとも一部が誘電体板305の基板側の面に隣接した状態にて誘電体板305の基板側の面から露出した金属電極310とを有する。金属電極310の露出面のうち一面が誘電体カバー320にて覆われている。
【選択図】図6
An electric field is prevented from concentrating on the surface of a metal electrode.
A plasma processing apparatus includes a processing container, a microwave source that outputs microwaves, an inner conductor of a coaxial tube that transmits microwaves, and a through hole 305a, and transmits the inner conductor. The dielectric plate 305 that transmits the emitted microwave to the inside of the processing container 100 and the inner conductor 315a through the through hole 305a, and at least a part thereof is adjacent to the substrate side surface of the dielectric plate 305. And a metal electrode 310 exposed from the surface of the dielectric plate 305 on the substrate side. One of the exposed surfaces of the metal electrode 310 is covered with a dielectric cover 320.
[Selection] Figure 6

Description

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し、特に、低周波数の電磁波を処理容器内に供給するアンテナを含んだプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus that plasmas a target object by exciting a gas with electromagnetic waves, and more particularly to a plasma processing apparatus that includes an antenna that supplies low-frequency electromagnetic waves into a processing container.

従来から、導波管や同軸管を用いて電磁波をプラズマ処理室に導入する方法が開発されている(たとえば、特許文献1を参照。)。特許文献1によれば、誘電体円板の中心に形成された円形透孔内に同軸管の円筒状の中心導体の下部が嵌入されていて、その中心導体の下端部内には、励起用金属キャップが嵌入されている。このキャップの底面および外周面には、これらの面が直接プラズマ発生室に露出しないように保護キャップが装着されている。保護キャップは、プラズマ発生室にて発生されたプラズマにより金属キャップに電界が集中して金属キャップが損傷されるのを防止する。   Conventionally, a method for introducing electromagnetic waves into a plasma processing chamber using a waveguide or a coaxial tube has been developed (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, a lower portion of a cylindrical central conductor of a coaxial tube is fitted into a circular through hole formed at the center of a dielectric disk, and an excitation metal is placed in the lower end of the central conductor. A cap is inserted. A protective cap is attached to the bottom surface and the outer peripheral surface of the cap so that these surfaces are not directly exposed to the plasma generation chamber. The protective cap prevents the metal cap from being damaged due to the concentration of the electric field on the metal cap due to the plasma generated in the plasma generation chamber.

特開平10−144497号公報JP-A-10-144497

しかしながら、金属キャップの全体を保護キャップにて覆う場合、金属キャップの底面や外周面等の一面を保護キャップに密着させると金属キャップの他の面にて隙間が生じ、その隙間にて異常放電が発生し、プラズマが不均一かつ不安定になる可能性がある。これに対して、金属キャップのいずれの面も保護キャップに密着させて、隙間を生じさせないように加工精度を高くすると、コストが高くなる。   However, when covering the entire metal cap with the protective cap, if one surface such as the bottom surface or the outer peripheral surface of the metal cap is brought into close contact with the protective cap, a gap is generated on the other surface of the metal cap, and abnormal discharge occurs in the gap. May occur and the plasma may become non-uniform and unstable. On the other hand, if any surface of the metal cap is brought into close contact with the protective cap to increase the processing accuracy so as not to create a gap, the cost increases.

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、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であって、処理容器と、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる導体棒と、貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極とを備え、前記金属電極の露出面のうち一部が誘電体カバーにて覆われているプラズマ処理装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, a plasma processing apparatus that plasmas a target object by exciting a gas with an electromagnetic wave, a processing container, an electromagnetic wave source that outputs the electromagnetic wave, A conductor rod for transmitting electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source, a dielectric plate in which a through-hole is formed, and transmits the electromagnetic waves transmitted through the conductor rod to be emitted into the processing container; and A metal electrode that is connected to the conductor rod through the formed through hole and is exposed from the surface of the dielectric plate on the workpiece side in a state where at least a part thereof is adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side And a plasma processing apparatus in which a part of the exposed surface of the metal electrode is covered with a dielectric cover.

かかる構成によれば、前記金属電極の露出面のうち一部が誘電体カバーにて覆われている。これによれば、金属電極近傍の電界を弱め、プラズマの均一性を高めることができる。このとき、機械加工の精度上、加工面を2面以上にすると隙間が生じて、その隙間にて異常放電が発生するおそれがある。   According to this configuration, a part of the exposed surface of the metal electrode is covered with the dielectric cover. According to this, the electric field in the vicinity of the metal electrode can be weakened, and the uniformity of the plasma can be improved. At this time, for machining accuracy, if there are two or more processed surfaces, a gap is generated, and abnormal discharge may occur in the gap.

しかしながら、かかる構成によれば、前記金属電極の露出部分のうち一面が、誘電体カバーにより覆われている。このように前記金属電極の露出部分のうち、金属電極の底面や外周面等の一面のみを誘電体カバーにより覆った場合には、金属電極と誘電体カバーとを密着させることができる。これにより、金属電極と誘電体カバーとの間に隙間が生じないため、異常放電を防止し、プラズマを均一かつ安定的に発生させることができる。また、高精度加工も不要となるので、コストを抑えることができる。   However, according to this configuration, one surface of the exposed portion of the metal electrode is covered with the dielectric cover. Thus, when only one surface such as the bottom surface and the outer peripheral surface of the metal electrode is covered with the dielectric cover among the exposed portions of the metal electrode, the metal electrode and the dielectric cover can be brought into close contact with each other. Thereby, since a gap does not occur between the metal electrode and the dielectric cover, abnormal discharge can be prevented and plasma can be generated uniformly and stably. Moreover, since high-precision machining is not necessary, the cost can be suppressed.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、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であって、処理容器と、電磁波を出力する電磁波源と、前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる導体棒と、貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極とを備え、前記金属電極の露出面は、被処理体に対して略平行な面を有しないプラズマ処理装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for plasma processing a target object by exciting a gas with an electromagnetic wave, the processing container and an electromagnetic wave for outputting the electromagnetic wave. Source, a conductor rod for transmitting the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave source, a dielectric plate in which a through hole is formed, and transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod to be emitted into the processing container, and the dielectric It is connected to the conductor rod through a through hole formed in the body plate, and is exposed from the surface of the dielectric plate on the workpiece side in a state where at least a part is adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. A plasma processing apparatus is provided in which the exposed surface of the metal electrode does not have a surface substantially parallel to the object to be processed.

発明者らは、独自のシミュレーションにより、図7に示したように、誘電体板の被処理体側の面に露出した金属電極のうち、被処理体に対して平行な面(面C)にて電界強度が高くなることを見いだした。   As shown in FIG. 7, the inventors of the present invention performed a surface parallel to the object to be processed (surface C) among the metal electrodes exposed on the object side surface of the dielectric plate as shown in FIG. 7. I found that the electric field strength increased.

よって、金属電極の露出面を被処理体に対して略平行な面を有しないように形成することにより、金属電極近傍の電界を弱め、プラズマの均一性を高めることができる。たとえば、金属電極の露出面を、略円錐形または略半球状に形成するようにしてもよい。   Therefore, by forming the exposed surface of the metal electrode so as not to have a surface substantially parallel to the object to be processed, the electric field in the vicinity of the metal electrode can be weakened and the plasma uniformity can be improved. For example, the exposed surface of the metal electrode may be formed in a substantially conical shape or a substantially hemispherical shape.

このとき、金属電極の露出部分を誘電体板の被処理体側の面の一部または全部に隣接して設けてもよい。これによれば、金属電極によって誘電体板をしっかりと保持することができる。   At this time, the exposed portion of the metal electrode may be provided adjacent to a part or all of the surface of the dielectric plate on the object side. According to this, the dielectric plate can be firmly held by the metal electrode.

また、前記金属電極の露出部分の少なくとも処理体に対して略平行な面を誘電体カバーにより覆うようにしてもよい。誘電体カバーの表面では、電界が集中しにくい。よって、金属電極の露出部分を誘電体カバーで覆うことにより、給電点近傍の金属電極の表面に電界が集中して、金属電極近傍にて密度の高いプラズマが生成されることを回避し、これにより、均一なプラズマを生成することができる。   Further, at least a surface of the exposed portion of the metal electrode that is substantially parallel to the treatment body may be covered with a dielectric cover. The electric field is difficult to concentrate on the surface of the dielectric cover. Therefore, by covering the exposed part of the metal electrode with a dielectric cover, it is possible to avoid the concentration of the electric field on the surface of the metal electrode near the feeding point and the generation of high density plasma near the metal electrode. Thus, uniform plasma can be generated.

前記誘電体カバーは、多孔質セラミックにより形成されていてもよい。これによれば、ガスを多孔質セラミックにより形成された誘電体カバーの気孔間にガスを流すことにより処理容器の内部にガスを導入することができる。   The dielectric cover may be formed of a porous ceramic. According to this, the gas can be introduced into the processing container by flowing the gas between the pores of the dielectric cover formed of the porous ceramic.

前記金属電極および誘電体カバーの露出面は、略円錐形に形成されていてもよい。前記誘電体カバーの先端は、フラットに形成されていてもよい。前記誘電体カバーの被処理体に垂直な向きの高さは、10mm以内であってもよい。これによれば、誘電体カバーの表面にて電界が集中せず、均一なプラズマを生成することができるとともに金属汚染を効果的に回避することができる。   The exposed surfaces of the metal electrode and the dielectric cover may be formed in a substantially conical shape. The tip of the dielectric cover may be formed flat. The height of the dielectric cover in the direction perpendicular to the object to be processed may be within 10 mm. According to this, the electric field is not concentrated on the surface of the dielectric cover, and uniform plasma can be generated and metal contamination can be effectively avoided.

前記誘電体板の貫通穴は、前記誘電体板の略中央に設けられていてもよい。これによれば、金属電極を用いて誘電体板をバランスよく保持することができる。また、電磁波を同軸管から誘電体板を通して均一に処理容器内に供給することができる。   The through hole of the dielectric plate may be provided at substantially the center of the dielectric plate. According to this, a dielectric plate can be hold | maintained with sufficient balance using a metal electrode. Further, electromagnetic waves can be uniformly supplied from the coaxial tube through the dielectric plate into the processing container.

前記金属電極の表面は、保護膜で覆われていてもよい。たとえば、前記金属電極の表面は、耐食性の高いイットリア(Y)、アルミナ(Al)、テフロン(登録商標)の保護膜にて保護されていてもよい。これにより、F系ガス(フッ素ラジカル)や塩素系ガス(塩素ラジカル)等により金属電極が腐食されることを回避することができる。 The surface of the metal electrode may be covered with a protective film. For example, the surface of the metal electrode may be protected by a protective film of yttria (Y 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), or Teflon (registered trademark) having high corrosion resistance. Thereby, it can avoid that a metal electrode is corroded by F-type gas (fluorine radical), chlorine-type gas (chlorine radical), etc. FIG.

前記同軸管の内部には、ガスを流すガス導入路が形成され、前記金属電極には、前記同軸管の内部に形成されたガス導入路と連通し、前記ガス導入路を流れるガスを前記処理容器の内部に導入するガス通路が形成されていてもよい。   A gas introduction path for flowing gas is formed inside the coaxial pipe, and the metal electrode communicates with a gas introduction path formed inside the coaxial pipe, and the gas flowing through the gas introduction path is treated as described above. A gas passage to be introduced into the container may be formed.

これによれば、ガスは、金属電極に設けられたガス通路から処理容器内に導入される。金属は電磁波を透過しないので、ガスは、金属電極内のガス通路で励起することはない。これにより、金属電極内でプラズマが生成されることを回避することができる。   According to this, gas is introduce | transduced in a processing container from the gas channel provided in the metal electrode. Since metal does not transmit electromagnetic waves, gas does not excite in the gas passage in the metal electrode. Thereby, it is possible to avoid the generation of plasma in the metal electrode.

なお、前記金属電極に形成されたガス通路は、被処理体に対して略平行な方向にガスが導入されるように形成されていてもよく、被処理体に対して略垂直な方向にガスが導入されるように形成されていてもよく、放射状にガスが導入されるように形成されていてもよい。   The gas passage formed in the metal electrode may be formed so that the gas is introduced in a direction substantially parallel to the object to be processed, and the gas passage in a direction substantially perpendicular to the object to be processed. May be formed so that a gas is introduced, or a gas may be introduced radially.

ガスは、金属電極に形成されたガス通路から直接前記処理容器の内部に導入されてもよい。また、ガスは、前記ガス通路から多孔質セラミックにより形成された誘電体カバーを介して処理容器の内部に導入されてもよい。特に、ガスが、多孔質セラミックから供給される場合、ガスは、多孔質セラミックの気孔間を流れる間にその速度を弱め、ある程度減速された状態にて多孔質セラミックの表面から万遍なく放出される。これにより、処理容器内にてガスが無用に拡散されることを防ぐことができ、この結果、ガスを過剰に解離させることなく所望のプラズマを生成することができる。   The gas may be introduced directly into the processing container from a gas passage formed in the metal electrode. Further, the gas may be introduced into the processing container through a dielectric cover formed of porous ceramic from the gas passage. In particular, when the gas is supplied from a porous ceramic, the gas is gradually released from the surface of the porous ceramic in a state where it is slowed down to some extent while flowing between the pores of the porous ceramic. The Thereby, it is possible to prevent the gas from being diffused unnecessarily in the processing container, and as a result, it is possible to generate a desired plasma without excessively dissociating the gas.

前記誘電体板は、アルミナから形成されていてもよい。   The dielectric plate may be made of alumina.

前記誘電体板は、複数の誘電体板から形成され、前記金属電極は、前記複数の誘電体板に対応して複数設けられていてもよい。これによれば、誘電体板が複数の誘電体板から構成されているので、パーツの交換などメンテナンスしやすく、かつ被処理体の大面積化に応じて拡張性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。   The dielectric plate may be formed from a plurality of dielectric plates, and a plurality of the metal electrodes may be provided corresponding to the plurality of dielectric plates. According to this, since the dielectric plate is composed of a plurality of dielectric plates, it is easy to perform maintenance such as replacement of parts, and provides a plasma processing apparatus with high expandability according to the increase in the area of the object to be processed. be able to.

なお、複数の誘電体板の各誘電体板は、被処理体側の面が概ね矩形状になるように形成されていてもよい。複数の誘電体板の各誘電体板は、被処理体側の面が略正方形になるように形成されていてもよい。これによれば、各誘電体板は、対称性のある形状を有しているため、電磁波は、天井面に全面に渡って配置された複数の誘電体板から均一に放出される。この結果、誘電体板の下方においてプラズマをより均一に生成することができる。   In addition, each dielectric plate of the plurality of dielectric plates may be formed so that a surface on the object to be processed side has a substantially rectangular shape. Each dielectric plate of the plurality of dielectric plates may be formed so that the surface on the object to be processed side is substantially square. According to this, since each dielectric plate has a symmetrical shape, electromagnetic waves are uniformly emitted from a plurality of dielectric plates arranged over the entire ceiling surface. As a result, plasma can be generated more uniformly below the dielectric plate.

前記電磁波源は、周波数が1GHz以下の電磁波を出力してもよい。これによれば、カットオフ密度を低くして、プロセスウィンドウを広くすることができ、一つの装置でさまざまなプロセスを実現することができる。   The electromagnetic wave source may output an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less. According to this, the cut-off density can be lowered, the process window can be widened, and various processes can be realized with one apparatus.

プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触していてもよい。誘電体板の周囲にて誘電体板と他の部材とが接触していると、隙間が生じ、隙間にプラズマが入り込むことにより異常放電が発生するおそれがある。隙間をなくすためには、高精度加工が必要であるが、コスト高に繋がる。しかしながら、これによれば、前記誘電体板の側面がプラズマに触れている。よって、誘電体板の周囲にて隙間が生じることはなく、高精度加工を不要にしてコストを抑えることができる。   During the process, the side surface of the dielectric plate may be in contact with the plasma. If the dielectric plate and another member are in contact with each other around the dielectric plate, a gap is generated, and there is a possibility that abnormal discharge may occur due to plasma entering the gap. To eliminate the gap, high-precision machining is required, but this leads to high costs. However, according to this, the side surface of the dielectric plate is in contact with the plasma. Therefore, no gap is generated around the dielectric plate, and high-precision machining is not required and costs can be reduced.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、電磁波を伝送させる導体棒と、貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極と、を備え、前記金属電極の露出面のうち一面が誘電体カバーにて覆われているアンテナが提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a conductor rod for transmitting electromagnetic waves and a through hole are formed, and the electromagnetic waves transmitted through the conductor rod are transmitted to transmit the inside of the processing vessel. The dielectric plate is connected to the conductor bar through a through hole formed in the dielectric plate, and at least a part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate to be processed. There is provided an antenna comprising: a metal electrode exposed from a surface of the body plate on the object to be processed side, wherein one of the exposed surfaces of the metal electrode is covered with a dielectric cover.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、電磁波を伝送させる導体棒と、貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極と、を備え、前記金属電極の露出面は、被処理体に対して略平行な面を有しないアンテナが提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, a conductor rod for transmitting electromagnetic waves and a through hole are formed, and the electromagnetic waves transmitted through the conductor rod are transmitted to transmit the inside of the processing vessel. The dielectric plate is connected to the conductor bar through a through hole formed in the dielectric plate, and at least a part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate to be processed. There is provided an antenna having a metal electrode exposed from a surface of the body plate on the side of the object to be processed, and the exposed surface of the metal electrode does not have a surface substantially parallel to the object to be processed.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、電磁波源から周波数が1GHz以下の電磁波を出力し、前記電磁波を導体棒に伝送させ、誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極によって処理容器の内壁に保持された前記誘電体板に、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて処理容器の内部に放出し、前記放出された電磁波により前記処理容器に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法が提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less is output from an electromagnetic wave source, the electromagnetic wave is transmitted to a conductor rod, and a through-hole formed in a dielectric plate A metal electrode that is connected to the conductor rod through a hole and is exposed from the surface of the dielectric plate on the workpiece side with at least a portion adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. The dielectric plate held on the inner wall transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing vessel, and the emitted electromagnetic wave excites the processing gas introduced into the processing vessel to cover the dielectric plate. A method of using a plasma processing apparatus for performing a desired plasma processing on a processing body is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、電磁波源から周波数が1GHz以下の電磁波を出力し、前記電磁波を導体棒に伝送させ、誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極によって処理容器の内壁に保持された前記誘電体板に、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて処理容器の内部に放出し、前記放出された電磁波により前記処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法が提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less is output from an electromagnetic wave source, the electromagnetic wave is transmitted to a conductor rod, and a through-hole formed in a dielectric plate A metal electrode that is connected to the conductor rod through a hole and is exposed from the surface of the dielectric plate on the workpiece side with at least a portion adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. The dielectric plate held on the inner wall transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing vessel, and the emitted electromagnetic wave excites the cleaning gas introduced into the processing vessel to generate plasma. A plasma processing apparatus cleaning method for cleaning a processing apparatus is provided.

これによれば、たとえば、1GHz以下の周波数の電磁波を用いることにより、2.45GHzの周波数の電磁波のある程度のパワーでは単一ガスの状態で表面波が広がらず、均一で安定したプラズマを励起できなかったF系単一ガスであっても均一で安定したプラズマを励起させることができる。これにより、実用的な電磁波のパワーを用いてクリーニングガスを励起させ、これにより生成されたプラズマによってプラズマ処理装置の内部をクリーニングすることができる。   According to this, for example, by using an electromagnetic wave with a frequency of 1 GHz or less, a surface wave does not spread in a single gas state with a certain level of power of an electromagnetic wave with a frequency of 2.45 GHz, and a uniform and stable plasma can be excited. Even if there was no F-based single gas, uniform and stable plasma can be excited. Thereby, the cleaning gas is excited using the power of practical electromagnetic waves, and the inside of the plasma processing apparatus can be cleaned with the plasma generated thereby.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)
以下に添付図面を参照しながら、まず、本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装置について、本装置を縦方向に切断した断面図である図1(図2の断面O−O)、および、処理容器の天井面を示した図2を参照しながら説明する。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。
(First embodiment)
First, referring to the accompanying drawings, first, with respect to the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. This will be described with reference to FIG. 2 showing the ceiling surface of the processing container. In the following description and the accompanying drawings, components having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(プラズマ処理装置の構成)
プラズマ処理装置10は、その内部にてガラス基板(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。容器本体200と蓋体300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と蓋体300とが密閉され、処理室Uが形成される。容器本体200および蓋体300は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
(Configuration of plasma processing equipment)
The 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. An O-ring 205 is provided on the contact surface between the container main body 200 and the lid body 300, whereby the container main body 200 and the lid body 300 are sealed, and the processing chamber U is formed. The container body 200 and the lid body 300 are made of, for example, a metal such as aluminum 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なり、その内部には、給電部110およびヒータ115が設けられている。   A susceptor 105 (stage) for placing the substrate G is provided inside the processing container 100. The susceptor 105 is made of, for example, aluminum nitride, and a power feeding unit 110 and a heater 115 are provided therein.

給電部110には、整合器120(たとえば、コンデンサ)を介して高周波電源125が接続される。また、給電部110には、コイル130を介して高圧直流電源135が接続される。整合器120、高周波電源125、コイル130および高圧直流電源135は、処理容器100の外部に設けられている。また、高周波電源125および高圧直流電源135は接地されている。   A high frequency power supply 125 is connected to the power supply unit 110 via a matching unit 120 (for example, a capacitor). Further, a high-voltage DC power supply 135 is connected to the power feeding unit 110 via a coil 130. The matching unit 120, the high frequency power source 125, the coil 130, and the high voltage DC power source 135 are provided outside the processing container 100. The high frequency power supply 125 and the high voltage DC power supply 135 are grounded.

給電部110は、高周波電源125から出力された高周波電力により処理容器100の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部110は、高圧直流電源135から出力された直流電圧により基板Gを静電吸着するようになっている。   The power supply unit 110 applies a predetermined bias voltage to the inside of the processing container 100 by the high frequency power output from the high frequency power source 125. The power feeding unit 110 is configured to electrostatically attract the substrate G with a DC voltage output from the high-voltage DC power supply 135.

ヒータ115には、処理容器100の外部に設けられた交流電源140が接続されていて、交流電源140から出力された交流電圧により基板Gを所定の温度に保持するようになっている。サセプタ105は、支持体145に支持されていて、その周囲には処理室U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150が設けられている。   An AC power supply 140 provided outside the processing container 100 is connected to the heater 115, and the substrate G is held at a predetermined temperature by an AC voltage output from the AC power supply 140. The susceptor 105 is supported by a support body 145, and a baffle plate 150 for controlling the gas flow in the processing chamber U to a preferable state is provided around the susceptor 105.

処理容器100の底部にはガス排出管155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)を用いてガス排出管155から処理容器100内のガスが排出されることにより、処理室Uは所望の真空度まで減圧される。   A gas discharge pipe 155 is provided at the bottom of the processing container 100, and the gas in the processing container 100 is discharged from the gas discharge pipe 155 using a vacuum pump (not shown) provided outside the processing container 100. As a result, the processing chamber U is depressurized to a desired degree of vacuum.

蓋体300には、複数の誘電体板305、複数の金属電極310および複数の同軸管の内部導体315aが設けられている。図2を参照すると、誘電体板305は、アルミナ(Al)により形成された、148mm×148mmの略正方形のプレートが分岐同軸管640の管内波長をλg(915MHzにおいて328mm)としたとき、λg/2の整数倍(ここでは1倍)の等間隔にて縦横に配置されている。これにより、224枚(=14×16)の誘電体板305が、2277.4mm×2605mmの処理容器100の天井面に均等に配置される。 The lid 300 is provided with a plurality of dielectric plates 305, a plurality of metal electrodes 310, and a plurality of coaxial pipe inner conductors 315a. Referring to FIG. 2, the dielectric plate 305 is formed of alumina (Al 2 O 3 ) and a substantially square plate of 148 mm × 148 mm has an in-tube wavelength of the branched coaxial tube 640 of λg (328 mm at 915 MHz). , Λg / 2 are arranged in the vertical and horizontal directions at equal intervals of an integral multiple of 1 (here, 1 time). Accordingly, 224 (= 14 × 16) dielectric plates 305 are evenly arranged on the ceiling surface of the processing container 100 of 2277.4 mm × 2605 mm.

このように、誘電体板305は対称性のよい形状をしているため、1枚の誘電体板305の中で均一なプラズマを生じやすい。また、複数の誘電体板305がλg/2の整数倍の等間隔に配置されることにより、同軸管の内部導体315aを用いて電磁波を導入する場合、均一なプラズマを生成することができる。   Thus, since the dielectric plate 305 has a shape with good symmetry, uniform plasma is likely to be generated in one dielectric plate 305. In addition, by arranging the plurality of dielectric plates 305 at equal intervals of an integral multiple of λg / 2, uniform plasma can be generated when electromagnetic waves are introduced using the inner conductor 315a of the coaxial tube.

再び図1に戻ると、蓋体300の金属面には、図1に示した溝300aが切られていて導体表面波の伝搬を抑制するようになっている。なお、導体表面波とは、金属面とプラズマとの間を伝搬する波をいう。   Returning to FIG. 1 again, the groove 300a shown in FIG. 1 is cut in the metal surface of the lid 300 to suppress the propagation of the conductor surface wave. The conductor surface wave is a wave propagating between the metal surface and the plasma.

誘電体板305を貫通した内部導体315aの先端には金属電極310が基板G側に露出するように設けられていて、内部導体315aおよび金属電極310によって誘電体板305を保持するようになっている。金属電極310の基板側の面には、誘電体カバー320が設けられ、電界の集中を防止するようになっている。   A metal electrode 310 is provided at the tip of the internal conductor 315 a penetrating the dielectric plate 305 so as to be exposed to the substrate G side, and the dielectric plate 305 is held by the internal conductor 315 a and the metal electrode 310. Yes. A dielectric cover 320 is provided on the surface of the metal electrode 310 on the substrate side to prevent concentration of the electric field.

図2の断面A−A’−Aを示した図3を参照しながらさらに説明を続ける。同軸管315は、筒状の内部導体(軸部)315aと外部導体315bとから構成されていて、金属(好ましくは銅)により形成されている。蓋体300と内部導体315aとの間には、その中央にて内部導体315aが貫通したリング状の誘電体410が設けられている。リング状の誘電体410の内周面および外周面には、Oリング415a、415bが設けられていて、これにより、処理室Uの内部を真空シールするようになっている。   Further description will be continued with reference to FIG. 3 showing the cross section A-A′-A of FIG. 2. The coaxial tube 315 includes a cylindrical inner conductor (shaft portion) 315a and an outer conductor 315b, and is formed of metal (preferably copper). Between the lid 300 and the internal conductor 315a, a ring-shaped dielectric 410 through which the internal conductor 315a passes is provided at the center. O-rings 415a and 415b are provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the ring-shaped dielectric 410, whereby the inside of the processing chamber U is vacuum-sealed.

内部導体315aは、蓋部300dを貫いて処理容器100の外部に突出している。内部導体315aは、連結部510、バネ部材515および短絡部520からなる固定機構500により、バネ部材515の弾性力を用いて処理容器100の外側に向かって吊り上げられている。なお、蓋部300dは、蓋体300の上面であって、内部導体315aの吊り上げ部分の近傍にて、蓋体300と外部導体315bと一体化している部分をいう。   The inner conductor 315a protrudes outside the processing container 100 through the lid portion 300d. The internal conductor 315a is lifted toward the outside of the processing container 100 by the fixing mechanism 500 including the connecting portion 510, the spring member 515, and the short-circuit portion 520 using the elastic force of the spring member 515. Note that the lid portion 300d is an upper surface of the lid body 300, and is a portion integrated with the lid body 300 and the external conductor 315b in the vicinity of the lifted portion of the internal conductor 315a.

内部導体315aの貫通部分には、短絡部520が設けられ、同軸管315の内部導体315aと蓋部300dとを電気的に短絡させるようになっている。短絡部520は、シールドスパイラルから構成され、内部導体315aを上下に摺動可能に設けられている。なお、短絡部520に、金属ブラシを用いることもできる。   A short-circuit portion 520 is provided at a penetrating portion of the internal conductor 315a, and the internal conductor 315a and the lid portion 300d of the coaxial tube 315 are electrically short-circuited. The short-circuit portion 520 includes a shield spiral, and is provided so that the internal conductor 315a can slide up and down. Note that a metal brush can be used for the short-circuit portion 520.

このように、短絡部520を設けたことにより、プラズマから金属電極310に流入した熱を内部導体315aおよび短絡部を通して効率よく蓋に逃がすことができるため、内部導体315aの加熱を抑制し内部導体315aに隣接したOリング415a、415bの劣化を防ぐことができる。また、短絡部520は、内部導体315aを通してバネ部材515にマイクロ波が伝わることを防止するため、バネ部材515周辺での異常放電や電力損失が発生しない。さらに、短絡部520は、内部導体315aの軸ぶれを防ぎ、しっかりと保持することができる。   As described above, by providing the short-circuit portion 520, heat flowing from the plasma to the metal electrode 310 can be efficiently released to the lid through the internal conductor 315a and the short-circuit portion, so that the heating of the internal conductor 315a is suppressed and the internal conductor is suppressed. Deterioration of the O-rings 415a and 415b adjacent to 315a can be prevented. Moreover, since the short circuit part 520 prevents the microwave from being transmitted to the spring member 515 through the internal conductor 315a, abnormal discharge and power loss around the spring member 515 do not occur. Further, the short-circuit portion 520 can prevent the inner conductor 315a from shaking and can be held firmly.

なお、短絡部520にて蓋部300dと内部導体315aとの間、および後述する誘電体615と蓋部300dとの間をOリング(図示せず)にて真空シールし、蓋部300d内の空間に不活性ガスを充填することにより、大気中の不純物が処理室内に混入することを防ぐことができる。   The short-circuit portion 520 is vacuum-sealed with an O-ring (not shown) between the lid portion 300d and the internal conductor 315a and between a dielectric 615 and a lid portion 300d, which will be described later, in the lid portion 300d. By filling the space with an inert gas, impurities in the atmosphere can be prevented from entering the processing chamber.

図1の冷媒供給源700は、冷媒配管705に接続されていて、冷媒供給源700から供給された冷媒が冷媒配管705内を循環して再び冷媒供給源700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。ガス供給源800は、ガスライン805を介して、図3に示した内部導体315a内のガス流路から処理室内に導入される。   The refrigerant supply source 700 of FIG. 1 is connected to the refrigerant pipe 705, and the refrigerant supplied from the refrigerant supply source 700 circulates in the refrigerant pipe 705 and returns to the refrigerant supply source 700, whereby the processing container 100 is removed. The desired temperature is maintained. The gas supply source 800 is introduced into the processing chamber through the gas line 805 from the gas flow path in the inner conductor 315a shown in FIG.

2台のマイクロ波源900から出力された、120kW(=60kW×2(2W/cm))のパワーをもつマイクロ波は、分岐導波管905(図4参照)、8つの同軸導波管変換器605、8つの同軸管620、図1の背面方向に平行に位置する8本の分岐同軸管640(図2参照)に7本ずつ連結された同軸管600、分岐板610(図5参照)および同軸管315を伝送し、複数の誘電体板305を透過して処理室内に供給される。処理室Uに放出されたマイクロ波は、ガス供給源800から供給された処理ガスを励起させ、これにより生成されたプラズマを用いて基板G上に所望のプラズマ処理が実行される。 A microwave having a power of 120 kW (= 60 kW × 2 (2 W / cm 2 )) output from two microwave sources 900 is converted into a branched waveguide 905 (see FIG. 4), eight coaxial waveguide conversions. 7, eight coaxial pipes 620, seven coaxial pipes 600 connected to eight branch coaxial pipes 640 (see FIG. 2) located parallel to the back direction of FIG. 1, and branch plates 610 (see FIG. 5). And transmitted through the coaxial tube 315 and transmitted through the plurality of dielectric plates 305 to be supplied into the processing chamber. The microwave released into the processing chamber U excites the processing gas supplied from the gas supply source 800, and a desired plasma processing is performed on the substrate G using the plasma generated thereby.

(金属電極による誘電体板の保持)
つぎに、以上のように構成された本実施形態にかかるプラズマ処理装置10のアンテナ部分(誘電体板305、金属電極310、同軸管315)の構成、および金属電極310を用いた誘電体板305の保持機構について詳しく説明する。
(Holding the dielectric plate with metal electrodes)
Next, the configuration of the antenna portion (dielectric plate 305, metal electrode 310, coaxial tube 315) of the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment configured as described above, and the dielectric plate 305 using the metal electrode 310 are described. The holding mechanism will be described in detail.

図3および金属電極近傍を拡大した図6に示したように、同軸管315,600は、円筒状の内部導体315a、600aと外部導体315b、600bとから構成されていて、いずれも金属により形成されている。内部導体315aは、導体棒の一例である。特に、本実施形態では、同軸管315,600は、熱伝導率および電気伝導率が高い銅により形成されていて、マイクロ波やプラズマからの熱を逃がすとともに、マイクロ波を良好に伝送させるようになっている。   As shown in FIG. 3 and FIG. 6 in which the vicinity of the metal electrode is enlarged, the coaxial tubes 315 and 600 are composed of cylindrical inner conductors 315a and 600a and outer conductors 315b and 600b, both of which are made of metal. Has been. The inner conductor 315a is an example of a conductor rod. In particular, in this embodiment, the coaxial tubes 315 and 600 are made of copper having high thermal conductivity and high electrical conductivity so that heat from microwaves and plasma can be released and microwaves can be transmitted satisfactorily. It has become.

金属電極310は、アルミニウム(Al)などの金属から形成されている。金属電極310がプラズマ側に露出していると、給電点近傍の金属電極310に電界が集中して、誘電体板305の表面よりも高い密度のプラズマが発生し、プラズマの均一性が損なわれるばかりでなく、金属電極310がエッチングされ、金属汚染が発生するおそれがある。特に、基板Gに対して略平行な面での電界強度は高くなる。   The metal electrode 310 is made of a metal such as aluminum (Al). If the metal electrode 310 is exposed to the plasma side, the electric field concentrates on the metal electrode 310 in the vicinity of the feeding point, plasma having a higher density than the surface of the dielectric plate 305 is generated, and the plasma uniformity is impaired. In addition, the metal electrode 310 may be etched to cause metal contamination. In particular, the electric field strength on a surface substantially parallel to the substrate G is increased.

(シミュレーション)
図7に示したシミュレーションモデルP1、P2の面A−C、面A−Eの近傍のシース中のマイクロ波の電界強度について説明する。発明者らは、金属電極310の露出部分のうち、基板Gに平行な面Cをそのまま基板G側に露出させた場合(P1)と、基板Gに平行な面を誘電体カバー320により覆った場合(P2)とについて、面A〜面C、面A〜面Eの近傍の電界強度(すなわち、シース中のマイクロ波の電界強度)をシミュレーションにより求めた。この結果を示した図7のグラフを見ると、金属電極310の表面のうち、基板Gに平行に露出した面Cでは顕著に電界強度が高くなることがわかった。
(simulation)
The electric field strength of the microwave in the sheath in the vicinity of the planes A-C and A-E of the simulation models P1 and P2 shown in FIG. 7 will be described. The inventors covered the surface parallel to the substrate G with the dielectric cover 320 when the surface C parallel to the substrate G is exposed to the substrate G side as it is in the exposed portion of the metal electrode 310 (P1). For the case (P2), the electric field strength in the vicinity of the surfaces A to C and the surfaces A to E (that is, the electric field strength of the microwave in the sheath) was obtained by simulation. From the graph of FIG. 7 showing this result, it has been found that the electric field strength is remarkably increased in the surface C of the surface of the metal electrode 310 exposed in parallel to the substrate G.

より詳しく説明すると、基板Gに平行な面Cをプラズマ側に露出させた場合(P1)、誘電体板下部の面A近傍の電界強度は、比較的低かった。一方、金属電極310の露出部分の側面B近傍の電界強度は、面Aから離れるに従って高くなっていったが、基板Gに平行な面C近傍の電界強度に比べると低く、基板Gに平行な面C近傍の電界強度は、他の面A,Bよりも顕著に高くなった。   More specifically, when the surface C parallel to the substrate G is exposed to the plasma side (P1), the electric field strength in the vicinity of the surface A under the dielectric plate is relatively low. On the other hand, the electric field strength in the vicinity of the side surface B of the exposed portion of the metal electrode 310 increased as the distance from the surface A increased, but was lower than the electric field strength in the vicinity of the surface C parallel to the substrate G and parallel to the substrate G. The electric field strength in the vicinity of the surface C was significantly higher than those of the other surfaces A and B.

つぎに、発明者らは、基板Gに平行な面Cをアルミナの誘電体カバー320により覆った場合(P2)についてシミュレーションを行った。その結果、平坦部を誘電体カバー320にて覆うことにより、平坦部の電界強度が著しく小さくなることが分かった。斜めの面Bでも電界強度は強くなるが、高々、誘電体カバー320で覆っていない場合の半分程度であった。この結果、発明者らは、平坦部を誘電体カバー320にて覆うことにより、プラズマの集中を防ぎ、より均一なプラズマを生成することができることを証明した。   Next, the inventors performed a simulation for the case where the surface C parallel to the substrate G was covered with an alumina dielectric cover 320 (P2). As a result, it was found that by covering the flat portion with the dielectric cover 320, the electric field strength of the flat portion is remarkably reduced. Although the electric field strength is increased even on the oblique surface B, it is at most about half of the case where it is not covered with the dielectric cover 320. As a result, the inventors have proved that by covering the flat portion with the dielectric cover 320, it is possible to prevent concentration of plasma and generate more uniform plasma.

また、P1とP2との比較から、基板Gに平行な面Cを誘電体カバー320によって覆うことにより、金属電極近傍の電界を弱め、プラズマの均一性を高めることができることがわかった。   Further, it was found from the comparison between P1 and P2 that the electric field in the vicinity of the metal electrode can be weakened and the plasma uniformity can be improved by covering the surface C parallel to the substrate G with the dielectric cover 320.

そこで、図6の金属電極310の露出部分のうち、基板Gに対して略平行な面には、誘電体カバー320によるカバーがなされている。特に、金属電極の底面や外周面等の一面のみを誘電体カバー320により覆うので、金属電極310と誘電体カバー320とを密着させることができる。これにより、金属電極310と誘電体カバー320との間に隙間が生じないため、異常放電を防止し、プラズマを均一かつ安定的に発生させることができる。また、高精度加工も不要となるので、コストを抑えることができる。また、誘電体カバー320は、多孔質セラミックから形成されている。   6 is covered with a dielectric cover 320 on a surface substantially parallel to the substrate G in the exposed portion of the metal electrode 310 in FIG. In particular, since only one surface such as the bottom surface and the outer peripheral surface of the metal electrode is covered with the dielectric cover 320, the metal electrode 310 and the dielectric cover 320 can be brought into close contact with each other. Thereby, since no gap is generated between the metal electrode 310 and the dielectric cover 320, abnormal discharge can be prevented and plasma can be generated uniformly and stably. Moreover, since high-precision machining is not necessary, the cost can be suppressed. The dielectric cover 320 is made of a porous ceramic.

金属電極310は、誘電体板305の略中央に設けられた貫通穴305aを介して同軸管315の内部導体315aに連結されながら、誘電体板305の基板側の面に露出する。金属電極310の径は、内部導体315aの径より大きく、金属電極310の基板に平行な面と誘電体板305の基板Gに平行な面とは一部隣接している。これにより、誘電体板305は、金属電極310によって基板側から保持された状態で、内部導体315aにより吊り上げられ、処理容器100の内壁にしっかりと固定される。   The metal electrode 310 is exposed to the surface of the dielectric plate 305 on the substrate side while being connected to the inner conductor 315a of the coaxial waveguide 315 via a through hole 305a provided in the approximate center of the dielectric plate 305. The diameter of the metal electrode 310 is larger than the diameter of the internal conductor 315a, and the surface parallel to the substrate of the metal electrode 310 and the surface parallel to the substrate G of the dielectric plate 305 are partially adjacent to each other. Accordingly, the dielectric plate 305 is lifted by the internal conductor 315a while being held from the substrate side by the metal electrode 310, and is firmly fixed to the inner wall of the processing container 100.

このように、金属電極310は、同軸管315の内部導体315aより外側に張り出しながら誘電体板305の基板側の面に露出している。また、金属電極310は金属であるから、誘電部材よりも機械的強度が強い。これにより、金属電極310は、構造的にも材質的にも強固に誘電体板305を保持することができる。   As described above, the metal electrode 310 is exposed on the substrate side surface of the dielectric plate 305 while projecting outward from the inner conductor 315a of the coaxial waveguide 315. Moreover, since the metal electrode 310 is a metal, its mechanical strength is stronger than that of the dielectric member. As a result, the metal electrode 310 can hold the dielectric plate 305 firmly in terms of structure and material.

図6に示したように、同軸管315には、内部導体315aの内部を貫通するガス導入路315cが設けられている。図1に示したガス供給源800は、ガスライン805を介してガス導入路315cに連通している。ガス導入路315cは、金属電極310の内部に設けられたガス通路310aに連通している。ガス通路310aは、2つの環状流路に分岐して、金属電極310の下面から誘電体カバー320に放出される。   As shown in FIG. 6, the coaxial pipe 315 is provided with a gas introduction path 315c that penetrates the inside of the inner conductor 315a. The gas supply source 800 shown in FIG. 1 communicates with the gas introduction path 315c via the gas line 805. The gas introduction path 315 c communicates with a gas passage 310 a provided inside the metal electrode 310. The gas passage 310 a branches into two annular flow paths and is discharged from the lower surface of the metal electrode 310 to the dielectric cover 320.

誘電体カバー320に流入したガスは、誘電体カバー320を形成する多孔質セラミックの気孔間を流れる間にその速度を弱め、ある程度減速された状態にて誘電体カバー320の表面全面から万遍なく処理室Uに導入される。ガスが層流状に規則性をもって流れることにより、均一で良好なプロセスを実現できる。   The gas flowing into the dielectric cover 320 decreases its speed while flowing between the pores of the porous ceramic forming the dielectric cover 320, and evenly from the entire surface of the dielectric cover 320 in a state of being slowed to some extent. It is introduced into the processing chamber U. A uniform and good process can be realized by the regular flow of gas in a laminar flow.

各誘電体板305の基板側の面は、略正方形に形成されていて、金属電極310に対して対称性を有している。このため、マイクロ波は、天井面に全面に渡って配置された複数の誘電体板305から均一に放出される。この結果、誘電体板305の下方においてプラズマをより均一に生成することができる。各誘電体板305は、アルミナ(Al)から形成されている。 The surface on the substrate side of each dielectric plate 305 is formed in a substantially square shape and is symmetrical with respect to the metal electrode 310. For this reason, the microwaves are uniformly emitted from the plurality of dielectric plates 305 disposed over the entire ceiling surface. As a result, plasma can be generated more uniformly below the dielectric plate 305. The dielectric plate 305 is formed of alumina (Al 2 O 3).

(金属電極および誘電体カバーの最適形状)
発明者らは、異常放電を生じさせないために、金属電極310およびアルミナにより形成された誘電体カバー320の最適形状をシミュレーションによりつぎのように求めた。
(Optimal shape of metal electrode and dielectric cover)
In order to prevent abnormal discharge from occurring, the inventors have determined the optimum shape of the dielectric cover 320 made of the metal electrode 310 and alumina by simulation as follows.

金属電極310の形状では、図15及び図16に示した幅D、高さHであって先端部に丸みのある基本形、図17及び図18に示した直径32mm、高さHの円錐形状、図19に示した直径32mm、高さ10mmの円錐形状、図20に示した半球形状をシミュレーションの対象とした。金属電極310と誘電体カバー320との組み合わせ形状では、図21に示した円錐形、図22及び図23に示した円錐形の先端がフラットな形状をシミュレーション対象とした。   In the shape of the metal electrode 310, a basic shape having a width D and a height H shown in FIGS. 15 and 16 and having a rounded tip, a conical shape having a diameter of 32 mm and a height H shown in FIGS. The conical shape having a diameter of 32 mm and a height of 10 mm shown in FIG. 19 and the hemispherical shape shown in FIG. As a combination shape of the metal electrode 310 and the dielectric cover 320, the conical shape shown in FIG. 21 and the conical shape shown in FIG. 22 and FIG.

(シミュレーション結果)
以上の条件にてシミュレーションを実行した結果得られた金属電極310及び誘電体板305下面の電界強度の分布を図15〜図23を用いて説明する。まず、発明者らは、上記シミュレーション条件の下、幅Dを32mmに固定し、高さHを4mm、7mm、10mmと変化させた。図15は、この場合の誘電体板305下部の電界強度を示す。Γは反射係数の絶対値(かっこ内は位相)を示す。反射係数は、金属電極側から見たマイクロ波の反射を示す指標である。
(simulation result)
The distribution of the electric field strength on the lower surface of the metal electrode 310 and the dielectric plate 305 obtained as a result of executing the simulation under the above conditions will be described with reference to FIGS. First, the inventors fixed the width D to 32 mm and changed the height H to 4 mm, 7 mm, and 10 mm under the above simulation conditions. FIG. 15 shows the electric field strength below the dielectric plate 305 in this case. Γ represents the absolute value of the reflection coefficient (phase in parentheses). The reflection coefficient is an index indicating the reflection of the microwave viewed from the metal electrode side.

図15に示した結果により、発明者らは、基本形では、金属電極310の下面の水平面にて電界が強くなることがわかった。また、発明者らは、金属電極310の高さを変化させても、電界の集中は改善されないことを確認した。   From the results shown in FIG. 15, the inventors found that in the basic form, the electric field becomes stronger on the horizontal plane on the lower surface of the metal electrode 310. The inventors have also confirmed that the concentration of the electric field is not improved even if the height of the metal electrode 310 is changed.

そこで、発明者らは、図16に示したように、高さHを7mmに固定し、幅D(金属電極の直径)を24mm、32mm、40mmと変化させた。しかしながら、この結果によっても、金属電極下面の水平面において電界の集中は改善されなかった。   Therefore, the inventors fixed the height H to 7 mm and changed the width D (diameter of the metal electrode) to 24 mm, 32 mm, and 40 mm, as shown in FIG. However, this result also did not improve the concentration of the electric field in the horizontal plane below the metal electrode.

つぎに、発明者らは、図17に示したように、金属電極310を円錐形状とし、高さHを7、10、13mmと変化させた。この結果、電界の集中は改善され、特に、金属電極310の斜めの面には電界が集中しにくいことが分かった。また、上記7、10、13mmの範囲では、金属電極310の高さを高くしたほうが電界が集中しにくいことが分かった。   Next, the inventors changed the metal electrode 310 into a conical shape and changed the height H to 7, 10, and 13 mm as shown in FIG. As a result, it was found that the concentration of the electric field was improved, and in particular, the electric field was difficult to concentrate on the oblique surface of the metal electrode 310. Further, it was found that the electric field is less likely to be concentrated when the height of the metal electrode 310 is increased within the range of 7, 10, 13 mm.

しかしながら、図18に示したように、高さHをさらに16,19、25mmと高くすると、金属電極310の先端にて再び電界が強くなってくることが分かった。   However, as shown in FIG. 18, it was found that when the height H is further increased to 16, 19, and 25 mm, the electric field becomes stronger again at the tip of the metal electrode 310.

つぎに、発明者らは、図19に示したように、プラズマ誘電率εを変動させたときの円錐形の金属電極310及び誘電体板305下面の分布状態をシミュレーションにより求めた。このとき、円錐径の金属電極310の直径を32cmとし、高さを10mmに固定した。 Next, as shown in FIG. 19, the inventors obtained the distribution of the conical metal electrode 310 and the lower surface of the dielectric plate 305 by simulation when the plasma dielectric constant ε r was varied. At this time, the diameter of the conical metal electrode 310 was 32 cm, and the height was fixed to 10 mm.

なお、誘電正接Tδを−0.1とした。プラズマの誘電率ε及び誘電正接Tδはプラズマの状態を示していて、プラズマの誘電率εは、プラズマにおける分極の状態を表し、プラズマの誘電正接Tδは、ガスを励起させることにより生成されたプラズマ中の抵抗による電荷の損失の状態を表している。 The dielectric loss tangent was set to −0.1. The dielectric constant ε r and the dielectric loss tangent T δ of the plasma indicate the state of the plasma, the dielectric constant ε r of the plasma represents the state of polarization in the plasma, and the dielectric loss tangent T δ of the plasma is obtained by exciting the gas. It represents the state of charge loss due to resistance in the generated plasma.

図19では、プラズマの誘電率εを−40、−20、−10と変動させた。プラズマの誘電率εが大きいほどプラズマの密度が高いことを表している。図19に示した結果から、発明者は、プラズマの密度が低いほど、金属電極310の電界が強くなり、マイクロ波が広がらないことを確認した。 In FIG. 19, the dielectric constant ε r of plasma was changed to −40, −20, and −10. Higher plasma density of the dielectric constant epsilon r is large plasma represents a high. From the results shown in FIG. 19, the inventor confirmed that the lower the plasma density, the stronger the electric field of the metal electrode 310 and the less spread of the microwave.

つぎに、発明者らは、図20に示したように、金属電極310の形状を直径32mmの半球形としてシミュレーションを実行した。この場合にも、金属電極310及び誘電体板305の下面にて電界の集中は見られなかった。ただし、半球形の金属電極310は、円錐形の金属電極310より高さが高くなってしまう。また、金属電極310を半球形状にすることは円錐形状にするより加工が難しい。   Next, as shown in FIG. 20, the inventors performed the simulation by setting the shape of the metal electrode 310 to a hemispherical shape having a diameter of 32 mm. Also in this case, no electric field concentration was observed on the lower surfaces of the metal electrode 310 and the dielectric plate 305. However, the hemispherical metal electrode 310 is higher than the conical metal electrode 310. Further, making the metal electrode 310 hemispherical is more difficult to process than making it conical.

つぎに、発明者らは、図21に示したように、金属電極310の被処理体に水平な面に円錐形の誘電体カバー320を設け、金属電極310および誘電体カバー320の露出面を略円錐形状とした。金属電極310の底面の直径を54mm、高さを7mmとし、金属電極310の底面から誘電体カバー320の先端部までの高さを27mmとした。この場合にも、金属電極310の近傍にて電界の集中は見られなかった。   Next, as shown in FIG. 21, the inventors provided a conical dielectric cover 320 on a surface horizontal to the object to be processed of the metal electrode 310, and exposed surfaces of the metal electrode 310 and the dielectric cover 320. The shape was substantially conical. The diameter of the bottom surface of the metal electrode 310 was 54 mm, the height was 7 mm, and the height from the bottom surface of the metal electrode 310 to the tip of the dielectric cover 320 was 27 mm. Also in this case, no electric field concentration was observed in the vicinity of the metal electrode 310.

さらに、発明者らは、図22及び図23に示したように、誘電体カバー320の先端をフラットにした構造の場合の電界の集中度をシミュレーションした。図22では、金属電極310の底面の直径を54mm、高さを7mmとし、誘電体カバー320の高さWを12、10、8、6mmと変動させた。この結果、発明者らは、誘電体カバーの厚さが10mm以上の場合、電界の集中は見られないことを確認した。   Furthermore, the inventors simulated the electric field concentration in the case where the tip of the dielectric cover 320 is flat as shown in FIGS. In FIG. 22, the diameter of the bottom surface of the metal electrode 310 is 54 mm, the height is 7 mm, and the height W of the dielectric cover 320 is changed to 12, 10, 8, and 6 mm. As a result, the inventors confirmed that electric field concentration was not observed when the thickness of the dielectric cover was 10 mm or more.

そこで、発明者らは、図23に示したモデルを想定した。すなわち、金属電極310の底面の直径を54mm、高さを7mmとし、誘電体カバー320の高さWを10mmと変動させ、プラズマの誘電率εを−10、−20、−40、−60と変動させた。この結果、誘電体カバー320の厚さを10mmと固定した場合、高密度でも金属電極310の近傍にて電界の集中は見られなかった。 Therefore, the inventors assumed the model shown in FIG. That is, the diameter of the bottom surface of the metal electrode 310 is 54 mm, the height is 7 mm, the height W of the dielectric cover 320 is changed to 10 mm, and the dielectric constant ε r of plasma is −10, −20, −40, −60 And fluctuated. As a result, when the thickness of the dielectric cover 320 was fixed to 10 mm, no electric field concentration was observed in the vicinity of the metal electrode 310 even at a high density.

(実験)
そこで、発明者は、上記シミュレーション結果に基づき実験を行った。実験のプラズマ条件は、つぎの4系統である。
(1)Ar単一ガス:3,1,0.5,0.1,0.05Torr
(2)Ar/O混合ガス:Ar/O=160/40、100/100、0/200sccm
(3)Ar/N混合ガス:Ar/N=160/40、100/100、0/200sccm
(4)Ar/NF混合ガス:Ar/NF=180/20、160/40、100/100sccm
(Experiment)
Therefore, the inventor conducted an experiment based on the simulation result. The plasma conditions of the experiment are the following four systems.
(1) Ar single gas: 3, 1, 0.5, 0.1, 0.05 Torr
(2) Ar / O 2 mixed gas: Ar / O 2 = 160/40, 100/100, 0/200 sccm
(3) Ar / N 2 mixed gas: Ar / N 2 = 160/40, 100/100, 0/200 sccm
(4) Ar / NF 3 mixed gas: Ar / NF 3 = 180/20, 160/40, 100/100 sccm

この実験結果について、注目すべき事項を簡単に述べる。金属電極310が円錐形状の場合、金属電極310の近傍に電界が集中することはなく、また、Arガスの圧力、O2、N2、NF3等のガス種に対する依存性も殆どなく良好な結果を得ることができた。金属電極310が半球形状の場合、アルゴンガスと共にOまたはNFのガスを供給する際、O2およびNF3に対する圧力依存性が比較的高かった。金属電極310に誘電体カバー320を取り付け、円錐形状に形成した場合、誘電体カバー320(ここではアルミナ)のプラズマ輝度が金属電極310より暗かった。また、金属電極310のアルミニウムの部分の輝度にはガス種依存性が有ることが分かった。基本形では、Oの圧力依存性が比較的高かった。 In this experimental result, a noteworthy matter is briefly described. When the metal electrode 310 has a conical shape, the electric field is not concentrated in the vicinity of the metal electrode 310, and there is almost no dependency on the pressure of Ar gas and gas types such as O2, N2, and NF3, and good results are obtained. I was able to. When the metal electrode 310 has a hemispherical shape, the pressure dependency on O 2 and NF 3 was relatively high when O 2 or NF 3 gas was supplied together with argon gas. When the dielectric cover 320 was attached to the metal electrode 310 and formed into a conical shape, the plasma brightness of the dielectric cover 320 (here, alumina) was darker than that of the metal electrode 310. Moreover, it turned out that the brightness | luminance of the aluminum part of the metal electrode 310 has gas type dependence. In the basic form, the pressure dependence of O 2 was relatively high.

以上の考察に基づき、発明者は次のような結論を導き出した。まず、金属電極310は、電界を集中させないために略円錐形状または略半球形状に形成されていることが好ましく、特に、略円錐形状に形成されているのが好ましい。また、金属電極310に誘電体カバー320を付ける場合にも、金属電極310および誘電体カバー320の露出面を略円錐形状にすることが好ましい。その際、誘電体カバー320の先端がフラットに形成されているほうが、フラットに形成されていない場合より先端に電界が集中しないのでより好ましい。また、先端がフラットに形成されている誘電体カバー320の基板Gに垂直な向きの高さが10mm以内であればより好ましいことを導き出した。   Based on the above consideration, the inventor has drawn the following conclusion. First, the metal electrode 310 is preferably formed in a substantially conical shape or a substantially hemispherical shape so as not to concentrate the electric field, and particularly preferably formed in a substantially conical shape. Also, when the dielectric cover 320 is attached to the metal electrode 310, it is preferable that the exposed surfaces of the metal electrode 310 and the dielectric cover 320 have a substantially conical shape. At this time, it is more preferable that the tip of the dielectric cover 320 is formed flat because the electric field does not concentrate on the tip than when the tip is not formed flat. Further, it has been derived that it is more preferable if the height of the dielectric cover 320 whose tip is formed flat is perpendicular to the substrate G within 10 mm.

(保護膜)
金属電極310の表面は、耐食性の高いイットリア(Y)、アルミナ(Al)、テフロン(登録商標)の保護膜にて覆われている。これにより、F系ガス(フッ素ラジカル)や塩素系ガス(塩素ラジカル)等により金属電極310が腐食されることを回避することができる。
(Protective film)
The surface of the metal electrode 310 is covered with a protective film of yttria (Y 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), and Teflon (registered trademark) that has high corrosion resistance. Thereby, it can avoid that the metal electrode 310 is corroded by F-type gas (fluorine radical), chlorine-type gas (chlorine radical), etc. FIG.

この保護膜の材質について具体的に説明する。金属電極310の表面に被膜する保護膜は、アルミニウムを主成分とする金属の酸化膜からなる膜であって、膜厚が10nm以上であり、前記膜からの放出水分量が1E18分子/cm以下(1×1018個/cm以下)である金属酸化膜であってもよい。なお、以下の説明ではE表記法(E−Notation)を用いて分子数を表す。 The material of this protective film will be specifically described. The protective film coated on the surface of the metal electrode 310 is a film made of an oxide film of a metal whose main component is aluminum, has a thickness of 10 nm or more, and the amount of water released from the film is 1E18 molecule / cm 2. The metal oxide film may be the following (1 × 10 18 pieces / cm 2 or less). In the following description, the number of molecules is expressed using the E notation (E-Notation).

この放出水分は、金属酸化物膜の表面吸着水に由来しており、放出水分量は金属酸化物膜の実効表面積に比例するので、放出水分量を低減するためには、実効表面積を最小にすることが有効である。このため、金属酸化物膜は、表面に気孔(ポア)などのないバリア型金属酸化物膜であることが望ましい。   This released water is derived from the surface adsorbed water of the metal oxide film, and the amount of released water is proportional to the effective surface area of the metal oxide film. Therefore, to reduce the amount of released water, the effective surface area should be minimized. It is effective to do. Therefore, it is desirable that the metal oxide film is a barrier type metal oxide film having no pores on the surface.

一部元素の含有量を抑制したアルミニウムを主成分とする金属において、特定の化成液を用いることにより形成された金属酸化物膜は、ボイドやガス溜まりが形成されず、加熱による酸化物膜のクラック発生等が抑えられることにより、硝酸、フッ素等の薬液及びハロゲンガス、特に塩素ガスに対して良好な耐食性を有する。   A metal oxide film formed by using a specific chemical conversion liquid in a metal whose main component is aluminum whose content of some elements is suppressed does not form voids or gas reservoirs. By suppressing the occurrence of cracks and the like, it has good corrosion resistance against chemicals such as nitric acid and fluorine, and halogen gas, particularly chlorine gas.

金属酸化物膜からの放出水分量は、金属酸化物膜を23℃で10時間、その後昇温してさらに200℃で2時間保持する間に膜から放出される単位面積当たりの放出水分子数[分子/cm]をいう(昇温時間中も測定に含まれる)。放出水分量は、例えば、大気圧イオン化質量分析装置(ルネサス東日本製UG−302P)を用いて測定可能である。 The amount of water released from the metal oxide film is the number of water molecules released per unit area released from the film while holding the metal oxide film at 23 ° C. for 10 hours and then holding the temperature at 200 ° C. for 2 hours. [Moleculars / cm 2 ] (also included in the measurement during the heating time). The amount of released water can be measured using, for example, an atmospheric pressure ionization mass spectrometer (UG-302P manufactured by Renesas East Japan).

好ましくは、金属酸化物膜は、アルミニウムを主成分とする金属又は高純度アルミニウムを主成分とする金属をpH4〜10の化成液中で陽極酸化して得られる。化成液は、硝酸、燐酸及び有機カルボン酸並びにそれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。また、化成液が非水溶媒を含有することが好ましい。また、金属酸化物膜は、陽極酸化ののち100℃以上で加熱処理されていることが好ましい。たとえば、100℃以上の加熱炉中でアニール処理することができる。ただし、金属酸化物膜は、陽極酸化ののち150℃以上で加熱処理するとさらに好ましい。   Preferably, the metal oxide film is obtained by anodizing a metal containing aluminum as a main component or a metal containing high-purity aluminum as a main component in a chemical conversion solution having a pH of 4 to 10. The chemical conversion liquid preferably contains at least one selected from the group consisting of nitric acid, phosphoric acid, organic carboxylic acid, and salts thereof. Moreover, it is preferable that a chemical conversion liquid contains a nonaqueous solvent. The metal oxide film is preferably heat-treated at 100 ° C. or higher after anodic oxidation. For example, annealing can be performed in a heating furnace at 100 ° C. or higher. However, it is more preferable that the metal oxide film is heat-treated at 150 ° C. or higher after anodic oxidation.

金属酸化物膜の上下には、必要に応じて他の層を有していてもよい。たとえば、金属酸化物膜上にさらに、金属、サーメット及びセラミックスから選ばれるいずれか1種又は2種以上を原料とした薄膜を形成して多層構造とすることもできる。   Other layers may be provided above and below the metal oxide film as necessary. For example, it is possible to form a multilayer structure by forming a thin film made of any one or more selected from metals, cermets and ceramics on the metal oxide film.

なお、アルミニウムを主成分とする金属とは、アルミニウムを50質量%以上含む金属をいう。純アルミニウムでもよい。好ましくは、この金属はアルミニウムを80質量%以上含み、より好ましくはアルミニウムを90質量%以上、さらに好ましくは94質量%以上含む。また、アルミニウムを主成分とする金属は好ましくは、マグネシウム、チタン及びジルコニウムよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属を含む。   In addition, the metal which has aluminum as a main component means the metal which contains aluminum 50 mass% or more. Pure aluminum may be used. Preferably, the metal contains 80 mass% or more of aluminum, more preferably 90 mass% or more, and still more preferably 94 mass% or more of aluminum. The metal mainly composed of aluminum preferably contains at least one metal selected from the group consisting of magnesium, titanium and zirconium.

また、高純度アルミニウムを主成分とする金属とは、アルミニウムを主成分とする金属であって、特定元素(鉄、銅、マンガン、亜鉛、クロム)の総含有量が1%以下である金属をいう。また、高純度アルミニウムを主成分とする金属は、好ましくは、マグネシウム、チタン及びジルコニウムよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属を含む。   Moreover, the metal whose main component is high-purity aluminum is a metal whose main component is aluminum and whose total content of specific elements (iron, copper, manganese, zinc, chromium) is 1% or less. Say. The metal mainly composed of high-purity aluminum preferably contains at least one metal selected from the group consisting of magnesium, titanium and zirconium.

以上に説明したように、本実施形態にかかるプラズマ処理装置10によれば、金属電極310は、誘電体板305の貫通穴305aを介して同軸管315と連結し、内部導体315aより張り出しながら誘電体板305の基板側の面に露出する。これにより、金属電極310を用いて誘電体板305をしっかり保持することができる。また、金属電極310の一面に誘電体カバー320を設けることにより、金属電極近傍の電界を弱め、プラズマの均一性を高めることができる。   As described above, according to the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, the metal electrode 310 is connected to the coaxial tube 315 through the through hole 305a of the dielectric plate 305, and the dielectric electrode 315a is projected from the internal conductor 315a. It is exposed on the surface of the body plate 305 on the substrate side. Thereby, the dielectric plate 305 can be firmly held using the metal electrode 310. Further, by providing the dielectric cover 320 on one surface of the metal electrode 310, the electric field in the vicinity of the metal electrode can be weakened and the uniformity of plasma can be improved.

また、本実施形態にかかるプラズマ処理装置10では、誘電体板は、224枚の誘電体板305から形成される。これによれば、誘電体板が複数の誘電体板305から構成されているので、パーツの交換などメンテナンスしやすく、かつ基板の大面積化に応じて拡張性の高いプラズマ処理装置10を提供することができる。   Further, in the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, the dielectric plate is formed of 224 dielectric plates 305. According to this, since the dielectric plate is composed of the plurality of dielectric plates 305, it is easy to perform maintenance such as replacement of parts, and the plasma processing apparatus 10 having high expandability according to the increase in area of the substrate is provided. be able to.

(第1実施形態の変形例)
つぎに、本実施形態にかかる金属電極310の変形例1,2について説明する。
(Modification of the first embodiment)
Next, modifications 1 and 2 of the metal electrode 310 according to the present embodiment will be described.

(変形例1)
前述したシミュレーション結果によれば、金属電極310の露出部分では、特に、基板Gに対して平行な面に電界が集中することがわかった。よって、金属電極310の露出部分は、基板Gに対して平行な面を持たない形状にするほうがよい。そのような変形例としては、たとえば、図8の円錐形が挙げられる。また、図9に示したように半球状であってもよい。図8及び図9に示した金属電極310では、誘電体カバーがないためコスト的に有利であること、基板Gに対して平行な面がないので、電界が集中しにくいことが利点として挙げられる。
(Modification 1)
According to the simulation results described above, it has been found that the electric field concentrates particularly on a plane parallel to the substrate G in the exposed portion of the metal electrode 310. Therefore, it is preferable that the exposed portion of the metal electrode 310 has a shape that does not have a plane parallel to the substrate G. As such a modification, for example, the conical shape of FIG. Further, it may be hemispherical as shown in FIG. The metal electrode 310 shown in FIGS. 8 and 9 is advantageous in terms of cost because there is no dielectric cover, and because there is no surface parallel to the substrate G, the electric field is less likely to concentrate. .

金属電極310の露出部分が、図8に示した円錐形の場合、ガスは、たとえば、等間隔に設けられた6本のガス通路310aから斜め45度下に向かって導入されるようにしてもよい。なお、図8に示した円錐形の先端に丸みをつけると、電界の集中をより効果的に防止することができる。   When the exposed portion of the metal electrode 310 has the conical shape shown in FIG. 8, for example, the gas may be introduced obliquely downward 45 degrees from six gas passages 310a provided at equal intervals. Good. In addition, if the conical tip shown in FIG. 8 is rounded, concentration of the electric field can be more effectively prevented.

また、金属電極310の露出部分が、図9に示した半球状の場合、ガスは、たとえば、等間隔に放射状に設けられたガス通路310aから放射状に導入されるようにしてもよい。   When the exposed portion of the metal electrode 310 is hemispherical as shown in FIG. 9, the gas may be introduced radially from, for example, gas passages 310a provided radially at equal intervals.

さらに、金属電極310に形成されたガス通路310aは、図10のように基板Gに対して平行な方向にガスが導入されるように形成されていてもよく、基板Gに対して垂直な方向にガスが導入されるように形成されていてもよい。なお、図10の誘電体カバー320は、アルミナセラミックにより形成されている。   Further, the gas passage 310a formed in the metal electrode 310 may be formed so that gas is introduced in a direction parallel to the substrate G as shown in FIG. It may be formed such that gas is introduced into the gas. Note that the dielectric cover 320 of FIG. 10 is formed of alumina ceramic.

また、金属電極310の露出部分に多孔質体セラミックの誘電体カバー320を設けた場合、図6に示したように、金属電極310のガス通路310aから誘電体カバー320を介して処理室Uに導入されるようにしてもよい。   Further, when a porous ceramic dielectric cover 320 is provided on the exposed portion of the metal electrode 310, the gas chamber 310a of the metal electrode 310 is passed through the dielectric cover 320 to the processing chamber U as shown in FIG. It may be introduced.

(変形例2)
図11のX−X断面を図12に示す。図11は、図12をY−Y面にて切断した図である。図11に示したように、金属電極310は、その根本が誘電体板305の貫通穴305aに挿入されるように伸びていて、同軸管315の内部導体315aと金属電極310とは、内部導体315aの端部に設けられた雄ネジ315dと金属電極310の根本に設けられた雌ネジ310bとにより螺合することにより連結している。
(Modification 2)
An XX cross section of FIG. 11 is shown in FIG. FIG. 11 is a view of FIG. 12 cut along the YY plane. As shown in FIG. 11, the metal electrode 310 extends so that its root is inserted into the through hole 305 a of the dielectric plate 305, and the inner conductor 315 a of the coaxial tube 315 and the metal electrode 310 are connected to the inner conductor. The male screw 315d provided at the end of 315a and the female screw 310b provided at the base of the metal electrode 310 are connected by being screwed together.

図6のリング状の誘電体410とOリング415bでは、まず、Oリング415bを嵌め込み、その後、リング状の誘電体410を装着する。リング状の誘電体410を装着するとき、Oリング415bが傷つく場合がある。しかしながら、図11の構造では、誘電体板305の上部角がテーパ状になっている。これにより、誘電体板305をスムーズに嵌め込むことができるとともに、誘電体板305の装着時にOリング415bを傷めにくい構造となっている。   In the ring-shaped dielectric 410 and the O-ring 415b of FIG. 6, first, the O-ring 415b is fitted, and then the ring-shaped dielectric 410 is mounted. When the ring-shaped dielectric 410 is attached, the O-ring 415b may be damaged. However, in the structure of FIG. 11, the upper corner of the dielectric plate 305 is tapered. Accordingly, the dielectric plate 305 can be smoothly fitted, and the O-ring 415b is hardly damaged when the dielectric plate 305 is attached.

また、本変形例では、誘電体板305と図3に示したリング状の誘電体410とは、図11に示したように、一体的に形成されていてもよい。また、誘電体板305の内周面と同軸管315との間および誘電体板305の外周面と蓋体300との間に2つのOリング415a、415bを設ける代わりに、誘電体板305の内周面と金属電極310との間にOリング415bを設け、誘電体板305の外周面と蓋体300との間にOリング415aを設けるようにしてもよい。これによっても、金属電極310および内部導体315aにより誘電体板305を天井面にしっかりと保持し、処理室Uの内部を真空シールすることができる。   In the present modification, the dielectric plate 305 and the ring-shaped dielectric 410 shown in FIG. 3 may be integrally formed as shown in FIG. Further, instead of providing two O-rings 415 a and 415 b between the inner peripheral surface of the dielectric plate 305 and the coaxial tube 315 and between the outer peripheral surface of the dielectric plate 305 and the lid body 300, An O-ring 415 b may be provided between the inner peripheral surface and the metal electrode 310, and an O-ring 415 a may be provided between the outer peripheral surface of the dielectric plate 305 and the lid body 300. Also by this, the dielectric plate 305 can be firmly held on the ceiling surface by the metal electrode 310 and the inner conductor 315a, and the inside of the processing chamber U can be vacuum-sealed.

上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置の使用方法やプラズマ処理装置のクリーニング方法の実施形態とすることができる。   In the above embodiment, the operations of the respective units are related to each other, and can be replaced as a series of operations in consideration of the relationship between each other. And by replacing in this way, the embodiment of the invention of the plasma processing apparatus can be made an embodiment of a method for using the plasma processing apparatus and a method for cleaning the plasma processing apparatus.

(周波数の限定)
上記各実施形態にかかるプラズマ処理装置10を用いて、周波数が1GHz以下のマイクロ波をマイクロ波源900から出力することにより、良好なプラズマ処理を実現できる。その理由を以下に説明する。
(Frequency limitation)
By using the plasma processing apparatus 10 according to each of the above embodiments and outputting a microwave having a frequency of 1 GHz or less from the microwave source 900, a favorable plasma process can be realized. The reason will be described below.

化学反応により基板表面に薄膜を堆積させるプラズマCVDプロセスでは、基板表面だけでなく、処理容器内面にも膜が付着する。処理容器内面に付着した膜が剥がれ落ちて基板に付着すると、歩留まりを悪化させる。さらに、処理容器内面に付着した膜から発生した不純物ガスが薄膜に取り込まれ、膜質を悪化させることがある。よって、高品質プロセスを行うためには、チャンバ内面を定期的にクリーニングしなければならない。   In the plasma CVD process in which a thin film is deposited on the substrate surface by a chemical reaction, the film adheres not only to the substrate surface but also to the inner surface of the processing container. If the film adhering to the inner surface of the processing vessel peels off and adheres to the substrate, the yield is deteriorated. Furthermore, the impurity gas generated from the film adhering to the inner surface of the processing vessel may be taken into the thin film and the film quality may be deteriorated. Therefore, in order to perform a high quality process, the inner surface of the chamber must be periodically cleaned.

シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のクリーニングには、Fラジカルが良く用いられる。Fラジカルは、これらの膜を高速にエッチングする。Fラジカルは、NFやSF等のFを含むガスでプラズマを励起し、ガス分子を分解することにより生成される。FとOとを含む混合ガスでプラズマを励起すると、FやOがプラズマ中の電子と再結合するため、プラズマ中の電子密度が低下する。特に、すべての物質の中で電気陰性度がもっとも大きなFを含むガスでプラズマを励起すると、電子密度が著しく低下する。 F radicals are often used for cleaning silicon oxide films and silicon nitride films. F radicals etch these films at high speed. F radicals are generated by exciting plasma with a gas containing F such as NF 3 or SF 6 to decompose gas molecules. When the plasma is excited with a mixed gas containing F and O, F and O recombine with electrons in the plasma, so that the electron density in the plasma decreases. In particular, when plasma is excited with a gas containing F having the highest electronegativity among all substances, the electron density is significantly reduced.

これを証明するために、発明者は、マイクロ波周波数2.45GHz、マイクロ波電力密度1.6W/cm−2、圧力13.3Paの条件でプラズマを生成して電子密度を計測した。その結果、電子密度は、Arガスの場合には2.3×1012cm−3であったのに対し、NFガスの場合にはそれより一桁以上小さい6.3×1010cm−3であった。 In order to prove this, the inventors measured the electron density by generating plasma under conditions of a microwave frequency of 2.45 GHz, a microwave power density of 1.6 W / cm −2 , and a pressure of 13.3 Pa. As a result, the electron density was 2.3 × 10 12 cm −3 in the case of Ar gas, whereas 6.3 × 10 10 cm − in the case of NF 3 gas was smaller by one digit or more. 3 .

図13に示したように、マイクロ波の電力密度を増加させると、プラズマ中の電子密度が増加する。具体的には、電力密度を1.6W/cmから2.4W/cmにすると、プラズマ中の電子密度は6.3×1010cm−3から1.4×1011cm−3まで増加する。 As shown in FIG. 13, when the microwave power density is increased, the electron density in the plasma is increased. Specifically, when the power density is changed from 1.6 W / cm 2 to 2.4 W / cm 2 , the electron density in the plasma is from 6.3 × 10 10 cm −3 to 1.4 × 10 11 cm −3. To increase.

一方、2.5W/cm以上のマイクロ波を印加すると、誘電体板が加熱して割れたり各部で異常放電する危険性が高まるし、不経済であるため、NFガスでは実用上1.4×1011cm−3以上の電子密度にすることは困難である。すなわち、電子密度が極めて低いNFガスでも均一で安定なプラズマを生成するためには、表面波共鳴密度nが、1.4×1011cm−3以下でなければならない。 On the other hand, upon application of a 2.5 W / cm 2 or more microwave, to increases risk of the dielectric plate is abnormal discharge respective portions or cracked by heating, because it is uneconomical, practically the NF 3 gas 1. It is difficult to obtain an electron density of 4 × 10 11 cm −3 or more. That is, since the electron density to generate a uniform and stable plasma at extremely low NF 3 gases, surface wave resonance density n s is must be 1.4 × 10 11 cm -3 or less.

表面波共鳴密度nは、誘電体板とプラズマとの間を表面波が伝搬可能な最低の電子密度を表し、電子密度が表面波共鳴密度nよりも小さいと、表面波が伝搬しないため極めて不均一なプラズマしか励起することができない。表面波共鳴密度nは、式(1)のカットオフ密度nと式(2)にて示される比例関係がある。
=εω/e・・・(1)
=n(1+ε)・・・・(2)
ここで、εは真空の誘電率、mは電子の質量、ωはマイクロ波角周波数、eは電気素量、εは誘電体板の比誘電率である。
Surface wave resonance density n s denotes the electron density surface waves lowest possible propagation between the dielectric plate and the plasma, the electron density is smaller than the surface wave resonance density n s, because the surface wave does not propagate Only very non-uniform plasmas can be excited. Surface wave resonance density n s is proportional relationship indicated by the cut-off density n c and of formula (1) (2).
n c = ε 0 me ω 2 / e 2 (1)
n s = n c (1 + ε r ) (2)
Here, epsilon 0 is the vacuum dielectric constant, is m e the electron mass, omega microwave angular frequency, e is elementary charge, epsilon r is the relative permittivity of the dielectric plate.

上記式(1)(2)より、表面波共鳴密度nは、マイクロ波周波数の二乗に比例することが分かる。よって、低い周波数を選択した方が、より低い電子密度でも表面波が伝搬し均一なプラズマが得られる。たとえば、マイクロ波周波数を1/2にすると、1/4の電子密度でも均一なプラズマが得られることになり、マイクロ波周波数の低減はプロセスウィンドウの拡大に極めて有効である。 From the formula (1) (2), the surface wave resonance density n s, it is found to be proportional to the square of the microwave frequency. Therefore, when the low frequency is selected, the surface wave propagates even at a lower electron density, and a uniform plasma can be obtained. For example, when the microwave frequency is halved, a uniform plasma can be obtained even with an electron density of ¼, and the reduction of the microwave frequency is extremely effective for expanding the process window.

表面波共鳴密度nが、NFガスを用いた場合の実用的な電子密度である1.4×1011cm−3と等しくなる周波数は1GHzである。すなわち、マイクロ波の周波数として1GHz以下を選択すると、どんなガスを用いても実用的な電力密度で均一なプラズマを励起することができる。 The frequency at which the surface wave resonance density n s is equal to 1.4 × 10 11 cm −3 , which is a practical electron density when NF 3 gas is used, is 1 GHz. That is, if a frequency of 1 GHz or less is selected as the microwave frequency, uniform plasma can be excited with a practical power density using any gas.

以上から、たとえば、周波数が1GHz以下のマイクロ波をマイクロ波源900から出力することにより、被処理体(たとえば、基板G)に良好なプラズマ処理を施すことができる。   From the above, for example, by outputting a microwave having a frequency of 1 GHz or less from the microwave source 900, a good plasma treatment can be performed on the object to be processed (for example, the substrate G).

たとえば、上記実施形態にかかるプラズマ処理装置10のマイクロ波源900から周波数が1GHz以下のマイクロ波を出力することにより、マイクロ波源900から出力されたマイクロ波を同軸管(たとえば、同軸管600,315)に伝送させ、誘電体板305に形成された貫通穴305aを介して同軸管の内部導体315aに連結され、少なくとも一部が誘電体板305の基板側の面に隣接した状態にて誘電体板305の基板側の面から露出した金属電極310により処理容器100の内壁に保持された誘電体板305に、同軸管315を伝送したマイクロ波を透過させて処理容器100の内部に放出し、放出されたマイクロ波により処理容器100に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法とすることができる。   For example, by outputting a microwave having a frequency of 1 GHz or less from the microwave source 900 of the plasma processing apparatus 10 according to the above-described embodiment, the microwave output from the microwave source 900 is converted into a coaxial tube (for example, the coaxial tubes 600 and 315). The dielectric plate is connected to the inner conductor 315a of the coaxial waveguide through a through hole 305a formed in the dielectric plate 305, and at least part of the dielectric plate is adjacent to the substrate side surface of the dielectric plate 305. The microwave transmitted through the coaxial tube 315 is transmitted through the dielectric plate 305 held on the inner wall of the processing container 100 by the metal electrode 310 exposed from the surface of the substrate 305, and is emitted into the processing container 100. The plasma treatment is performed by exciting the processing gas introduced into the processing container 100 by the generated microwave and performing a desired plasma processing on the object to be processed. It can be a method of use of the apparatus.

また、たとえば、上記実施形態にかかるプラズマ処理装置10のマイクロ波源900から周波数が1GHz以下のマイクロ波を出力することにより、マイクロ波源900から出力されたマイクロ波を同軸管(たとえば、同軸管600,315)に伝送させ、誘電体板305に形成された貫通穴305aを介して同軸管の内部導体315aに連結され、少なくとも一部が誘電体板305の基板側の面に隣接した状態にて誘電体板305の基板側の面から露出した金属電極310により処理容器100の内壁に保持された誘電体板305に、同軸管315を伝送したマイクロ波を透過させて処理容器100の内部に放出し、放出されたマイクロ波により処理容器100に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法とすることができる。   Further, for example, by outputting a microwave having a frequency of 1 GHz or less from the microwave source 900 of the plasma processing apparatus 10 according to the above-described embodiment, the microwave output from the microwave source 900 is converted into a coaxial tube (for example, the coaxial tube 600, 315) and coupled to the inner conductor 315a of the coaxial tube through a through hole 305a formed in the dielectric plate 305, and at least part of the dielectric plate 305 is adjacent to the substrate side surface of the dielectric plate 305. The microwave transmitted through the coaxial tube 315 is transmitted through the dielectric plate 305 held on the inner wall of the processing container 100 by the metal electrode 310 exposed from the substrate side surface of the body plate 305 and is emitted into the processing container 100. The plasma processing apparatus is cleaned by exciting the cleaning gas introduced into the processing container 100 by the emitted microwave. It can be a cleaning method that plasma processing apparatus.

なお、電気学会・マイクロ波プラズマ調査専門委員会編「マイクロ波プラズマの技術」オーム社出版、平成15年9月25日発行の序文には、本書では「「マイクロ波帯」は、UHF帯の300MHz以上の周波数領域を指している」とあることから、本明細書中においてもマイクロ波の周波数は300MHz以上とする。   The introduction of “Microwave Plasma Technology” published by Ohmsha, published on September 25, 2003, edited by the IEEJ / Microwave Plasma Research Special Committee, In this specification, the microwave frequency is set to 300 MHz or higher.

ただし、上記実施形態では、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のマイクロ波を出力するマイクロ波源であってもよい。なお、マイクロ波源は、プラズマを励起するための電磁波(マイクロ波)を発生する電磁波源に相当する。   However, in the above-described embodiment, the microwave source 900 that outputs a microwave of 915 MHz is described, but a microwave source that outputs a microwave of 896 MHz, 922 MHz, and 2.45 GHz may be used. The microwave source corresponds to an electromagnetic wave source that generates an electromagnetic wave (microwave) for exciting plasma.

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 mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. 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、本発明にかかるプラズマ処理装置に設けられた誘電体板は、角形の複数の誘電体板305を有するプラズマ処理装置であってもよく、図14に示したように、大面積の1枚の円形の誘電体板305を有するプラズマ処理装置であってもよい。   For example, the dielectric plate provided in the plasma processing apparatus according to the present invention may be a plasma processing apparatus having a plurality of rectangular dielectric plates 305. As shown in FIG. A plasma processing apparatus having a circular dielectric plate 305 may be used.

これによれば、一本の内部導体315aに連結された1つの金属電極310により1枚の誘電体板305が、処理容器100の天井部に配設される。これによれば、複数の誘電体板305を有するプラズマ処理装置の場合と同様に、プロセス中、誘電体板305の側面はプラズマに接触する。   According to this, one dielectric plate 305 is disposed on the ceiling portion of the processing container 100 by one metal electrode 310 connected to one inner conductor 315a. According to this, as in the case of the plasma processing apparatus having a plurality of dielectric plates 305, the side surfaces of the dielectric plates 305 are in contact with the plasma during the process.

このような状態であれば、誘電体板305の側面にて誘電体板305が他の部材(たとえば、金属枠など)と接触していた場合に、誘電体板305とそれらの部材との隙間にプラズマが入り込み、異常放電が生じる現象を回避することができる。   In such a state, when the dielectric plate 305 is in contact with another member (for example, a metal frame or the like) on the side surface of the dielectric plate 305, a gap between the dielectric plate 305 and those members is used. It is possible to avoid a phenomenon in which plasma enters and abnormal discharge occurs.

さらに、リング状の誘電体410の上部であって、蓋体300と内部導体315aとの間には、その中央にて内部導体315aが貫通したリング状の誘電体420が設けられている。リング状の誘電体420の外周面および内周面の一部は、蓋体300および内部導体315aに埋め込まれている。リング状の誘電体420と蓋体300との間であって処理容器の内側に向かう面(下面)には、Oリング425が設けられている。   Further, a ring-shaped dielectric 420 through which the inner conductor 315a penetrates is provided at the center of the ring-shaped dielectric 410 between the lid 300 and the inner conductor 315a. A part of the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the ring-shaped dielectric 420 is embedded in the lid 300 and the inner conductor 315a. An O-ring 425 is provided on the surface (lower surface) between the ring-shaped dielectric 420 and the lid 300 and facing the inside of the processing container.

このように、図14に示したプラズマ処理装置10では、誘電体板305を吊り上げるために、Oリング425が設けられている。これによれば、処理容器100に対するOリング425の弾性力(反発力)により、同軸管の内部導体315aを処理容器100の外側へ押し上げることができる。   As described above, in the plasma processing apparatus 10 illustrated in FIG. 14, the O-ring 425 is provided to lift the dielectric plate 305. According to this, the inner conductor 315a of the coaxial tube can be pushed up to the outside of the processing container 100 by the elastic force (repulsive force) of the O-ring 425 with respect to the processing container 100.

さらに、また、2つのリング状の誘電体410、420を設けることにより、誘電体板305を保持する内部導体315aを2点で支えるため、同軸管315の軸のぶれを防止することができる。このようにして、バネの弾性力および内部導体315aのガイド機能により、誘電体板305は、蓋体300の内壁にしっかりと密着される。この結果、プラズマが蓋体300の内壁と誘電体板305との隙間に入り込むことにより発生する異常放電を回避して、プラズマを均一かつ安定的に生成することができる。   Furthermore, by providing the two ring-shaped dielectrics 410 and 420, the inner conductor 315a holding the dielectric plate 305 is supported at two points, so that the shaft of the coaxial tube 315 can be prevented from shaking. In this manner, the dielectric plate 305 is firmly attached to the inner wall of the lid 300 by the elastic force of the spring and the guide function of the inner conductor 315a. As a result, the plasma can be generated uniformly and stably by avoiding the abnormal discharge that occurs when the plasma enters the gap between the inner wall of the lid 300 and the dielectric plate 305.

なお、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。   Note that 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.

また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, any plasma processing such as film formation processing, diffusion processing, etching processing, and ashing processing can be performed.

本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the plasma processing apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 同実施形態にかかるプラズマ処理装置の天井面を示した図である。It is the figure which showed the ceiling surface of the plasma processing apparatus concerning the embodiment. 同実施形態にかかる分岐導波管を示した図である。It is the figure which showed the branched waveguide concerning the embodiment. 同実施形態にかかる誘電体板の固定機構及びその近傍を示した図である。It is the figure which showed the fixing mechanism of the dielectric material plate concerning the embodiment, and its vicinity. 同実施形態にかかる分岐板を示した図である。It is the figure which showed the branch plate concerning the embodiment. 同実施形態にかかる金属電極およびその近傍を示した図である。It is the figure which showed the metal electrode concerning the embodiment and its vicinity. 同実施形態にかかる金属電極の形状と電界強度との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the shape of the metal electrode concerning the same embodiment, and electric field strength. 同実施形態にかかる金属電極の変形例を示した図である。It is the figure which showed the modification of the metal electrode concerning the embodiment. 同実施形態にかかる金属電極の他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification of the metal electrode concerning the embodiment. 同実施形態にかかる金属電極の他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification of the metal electrode concerning the embodiment. 同実施形態にかかる金属電極の他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification of the metal electrode concerning the embodiment. 図11のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. マイクロ波の電力密度とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the power density of a microwave, and the electron density of plasma. その他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification. 金属電極の形状(基本形)を最適化するためのシミュレーション結果である。It is a simulation result for optimizing the shape (basic form) of a metal electrode. 金属電極の形状(基本形)を最適化するための他のシミュレーション結果である。It is another simulation result for optimizing the shape (basic form) of a metal electrode. 金属電極の形状(円錐形)を最適化するための他のシミュレーション結果である。It is another simulation result for optimizing the shape (conical shape) of a metal electrode. 金属電極の形状(円錐形)を最適化するためのシミュレーション結果である。It is a simulation result for optimizing the shape (conical shape) of a metal electrode. 金属電極の形状(円錐形)を最適化するための他のシミュレーション結果である。It is another simulation result for optimizing the shape (conical shape) of a metal electrode. 金属電極の形状(半球形)を最適化するためのシミュレーション結果である。It is a simulation result for optimizing the shape (hemisphere) of a metal electrode. 誘電体カバーの形状を最適化するためのシミュレーション結果である。It is a simulation result for optimizing the shape of a dielectric cover. 誘電体カバーの形状を最適化するための他のシミュレーション結果である。It is another simulation result for optimizing the shape of a dielectric cover. 誘電体カバーの形状を最適化するための他のシミュレーション結果である。It is another simulation result for optimizing the shape of a dielectric cover.

符号の説明Explanation of symbols

10 プラズマ処理装置
100 処理容器
200 容器本体
300 蓋体
300a 溝
305 誘電体板
305a 貫通穴
310 金属電極
315、600 同軸管
315a,600a 内部導体
320 誘電体カバー
410、420 リング状の誘電体
205、415a、415b、425 Oリング
500 固定機構
520 短絡部
600 同軸管
600a 内部導体
610 分岐板
800 ガス供給源
900 マイクロ波源
905 分岐導波管
U 処理室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus 100 Processing container 200 Container main body 300 Lid body 300a Groove 305 Dielectric board 305a Through-hole 310 Metal electrode 315,600 Coaxial tube 315a, 600a Inner conductor 320 Dielectric cover 410,420 Ring-shaped dielectric body 205,415a 415b, 425 O-ring 500 Fixing mechanism 520 Short-circuit portion 600 Coaxial tube 600a Inner conductor 610 Branch plate 800 Gas supply source 900 Microwave source 905 Branch waveguide U Processing chamber

Claims (26)

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であって、
処理容器と、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる導体棒と、
貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極とを備え、
前記金属電極の露出面のうち一面が誘電体カバーにて覆われているプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus that plasmas a target object by exciting a gas with electromagnetic waves,
A processing vessel;
An electromagnetic wave source that outputs electromagnetic waves;
A conductor rod for transmitting electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source;
A dielectric plate that is formed with a through hole and transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container; and
A surface of the dielectric plate on the workpiece side in a state where the dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate and at least a part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. And a metal electrode exposed from
A plasma processing apparatus, wherein one of exposed surfaces of the metal electrode is covered with a dielectric cover.
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であって、
処理容器と、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記電磁波源から出力された電磁波を伝送させる導体棒と、
貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極とを備え、
前記金属電極の露出面は、被処理体に対して略平行な面を有しないプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus that plasmas a target object by exciting a gas with electromagnetic waves,
A processing vessel;
An electromagnetic wave source that outputs electromagnetic waves;
A conductor rod for transmitting electromagnetic waves output from the electromagnetic wave source;
A dielectric plate that is formed with a through hole and transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container; and
A surface of the dielectric plate on the workpiece side in a state where the dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate and at least a part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. And a metal electrode exposed from
The plasma processing apparatus, wherein the exposed surface of the metal electrode does not have a surface substantially parallel to the object to be processed.
前記金属電極の径は、
前記導体棒の径より大きい請求項1または2のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
The diameter of the metal electrode is
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is larger than a diameter of the conductor rod.
前記金属電極の露出面は、
略円錐形状または略半球形状に形成されている請求項1〜3のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
The exposed surface of the metal electrode is
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is formed in a substantially conical shape or a substantially hemispherical shape.
前記金属電極の露出面のうち、処理体に対して略平行な面が前記誘電体カバーにより覆われている請求項1、3、4のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a surface of the exposed surface of the metal electrode that is substantially parallel to the processing body is covered with the dielectric cover. 前記誘電体カバーは、多孔質セラミックにより形成されている請求項1、3〜5のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the dielectric cover is formed of a porous ceramic. 前記誘電体板の貫通穴は、前記誘電体板の略中央に設けられている請求項1〜6のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the through hole of the dielectric plate is provided at substantially the center of the dielectric plate. 前記金属電極の表面は、保護膜で覆われている請求項1〜7のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a surface of the metal electrode is covered with a protective film. 前記導体棒の内部には、ガスを流すガス導入路が形成され、
前記金属電極には、前記導体棒の内部に形成されたガス導入路と連通し、前記ガス導入路を流れるガスを前記処理容器の内部に導入するガス通路が形成されている請求項1〜8のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
Inside the conductor rod, a gas introduction path for flowing gas is formed,
The metal electrode is formed with a gas passage that communicates with a gas introduction path formed inside the conductor rod and introduces a gas flowing through the gas introduction path into the processing container. The plasma processing apparatus described in any one of.
前記金属電極に形成されたガス通路は、
被処理体に対して略平行な方向にガスが導入されるように形成されている請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
The gas passage formed in the metal electrode is
The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the plasma processing apparatus is formed so that gas is introduced in a direction substantially parallel to the object to be processed.
前記金属電極に形成されたガス通路は、
被処理体に対して略垂直な方向にガスが導入されるように形成されている請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
The gas passage formed in the metal electrode is
The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the plasma processing apparatus is configured to introduce a gas in a direction substantially perpendicular to the object to be processed.
前記金属電極に形成されたガス通路は、
放射状にガスが導入されるように形成されている請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
The gas passage formed in the metal electrode is
The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the plasma processing apparatus is formed so that gas is introduced radially.
前記ガスは、前記ガス通路から直接前記処理容器の内部に導入される請求項9〜12のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the gas is directly introduced into the processing container from the gas passage. 前記ガスは、前記ガス通路から前記誘電体カバーを介して前記処理容器の内部に導入される請求項9〜12のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the gas is introduced into the processing container from the gas passage through the dielectric cover. 前記誘電体板は、複数設けられ、
前記金属電極は、前記複数の誘電体板に対応して複数設けられている請求項1〜14のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
A plurality of the dielectric plates are provided,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the metal electrodes are provided corresponding to the plurality of dielectric plates.
前記複数の誘電体板の各誘電体板は、
被処理体側の面が概ね矩形状になるように形成されている請求項15に記載されたプラズマ処理装置。
Each dielectric plate of the plurality of dielectric plates is:
The plasma processing apparatus according to claim 15, wherein the surface of the object to be processed is formed to have a substantially rectangular shape.
前記複数の誘電体板の各誘電体板は、
被処理体側の面が略正方形になるように形成されている請求項16に記載されたプラズマ処理装置。
Each dielectric plate of the plurality of dielectric plates is:
The plasma processing apparatus according to claim 16, wherein the surface to be processed is formed so as to be substantially square.
前記電磁波源は、周波数が1GHz以下の電磁波を出力する請求項1〜17のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic wave source outputs an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less. プロセス中、前記誘電体板の側面は、プラズマに接触する請求項1〜18のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a side surface of the dielectric plate is in contact with plasma during the process. 電磁波を伝送させる導体棒と、
貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極と、を備え、
前記金属電極の露出面のうち一面が誘電体カバーにて覆われているアンテナ。
A conductor rod for transmitting electromagnetic waves;
A dielectric plate that is formed with a through hole and transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container; and
The dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate, and at least part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate on the object side. A metal electrode exposed from the surface on the processing body side,
An antenna in which one of exposed surfaces of the metal electrode is covered with a dielectric cover.
電磁波を伝送させる導体棒と、
貫通穴が形成され、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて前記処理容器の内部に放出する誘電体板と、
前記誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極と、を備え、
前記金属電極の露出面は、被処理体に対して略平行な面を有しないアンテナ。
A conductor rod for transmitting electromagnetic waves;
A dielectric plate that is formed with a through hole and transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container; and
A surface of the dielectric plate on the workpiece side in a state where the dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate and at least a part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate on the workpiece side. And a metal electrode exposed from
The exposed surface of the metal electrode is an antenna having no surface substantially parallel to the object to be processed.
電磁波源から周波数が1GHz以下の電磁波を出力し、
前記電磁波を導体棒に伝送させ、
誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極によって処理容器の内壁に保持された前記誘電体板に、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて処理容器の内部に放出し、
前記放出された電磁波により前記処理容器に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法。
An electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less is output from an electromagnetic wave source,
Transmitting the electromagnetic wave to a conductor rod;
The dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate, and at least part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate to be processed from the surface of the dielectric plate to be processed. The dielectric plate held on the inner wall of the processing container by the exposed metal electrode transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container,
A method for using a plasma processing apparatus, wherein a processing gas introduced into the processing container is excited by the emitted electromagnetic wave to perform a desired plasma processing on an object to be processed.
電磁波源から周波数が1GHz以下の電磁波を出力し、
前記電磁波を導体棒に伝送させ、
誘電体板に形成された貫通穴を介して前記導体棒に連結され、少なくとも一部が前記誘電体板の被処理体側の面に隣接した状態にて前記誘電体板の被処理体側の面から露出した金属電極によって処理容器の内壁に保持された前記誘電体板に、前記導体棒を伝送した電磁波を透過させて処理容器の内部に放出し、
前記放出された電磁波により前記処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
An electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less is output from an electromagnetic wave source,
Transmitting the electromagnetic wave to a conductor rod;
The dielectric plate is connected to the conductor rod through a through hole formed in the dielectric plate, and at least part of the dielectric plate is adjacent to the surface of the dielectric plate to be processed from the surface of the dielectric plate to be processed. The dielectric plate held on the inner wall of the processing container by the exposed metal electrode transmits the electromagnetic wave transmitted through the conductor rod and emits it into the processing container,
A cleaning method for a plasma processing apparatus, wherein a cleaning gas introduced into the processing container is excited by the emitted electromagnetic wave to clean the plasma processing apparatus.
前記金属電極および誘電体カバーの露出面は、略円錐形状に形成されている請求項5〜19のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein exposed surfaces of the metal electrode and the dielectric cover are formed in a substantially conical shape. 前記誘電体カバーの先端は、フラットに形成されている請求項24に記載されたプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 24, wherein a tip end of the dielectric cover is formed flat. 前記誘電体カバーの被処理体に垂直な向きの高さは、10mm以内である請求項25に記載されたプラズマ処理装置。   26. The plasma processing apparatus according to claim 25, wherein a height of the dielectric cover in a direction perpendicular to the object to be processed is within 10 mm.
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