JP3549739B2

JP3549739B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3549739B2
Application number: JP24223398A
Authority: JP
Inventors: 元伸竹谷; 基成蔡; 忠弘大見
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: JP2000077335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、液晶基板等の製造プロセスに用いるエッチング装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関し、特に、マイクロ波励起方式のプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶基板等の製造プロセスに用いるプラズマＣＶＤ装置においては、基板の大型化、処理の高速化等の要求に応えるため、大口径で均一かつ高密度のプラズマが得られるラジアルラインスロットアンテナを備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置が提案されている。このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置においては、チャンバー内に成膜に必要な反応ガスが導入される一方、ラジアルラインスロットアンテナからマイクロ波が放射されてプラズマが発生し、プラズマ中で反応ガスの解離により生じたラジカルが基板表面で化学反応を起こすことによって膜が形成される。
【０００３】
上記ラジアルラインスロットアンテナ（ＲａｄｉａｌＬｉｎｅＳｌｏｔＡｎｔｅｎｎａ）とは、導体表面にマイクロ波放射用の多数のスロットが同心円状または渦巻状に形成されたものであり、裏面側から給電されたマイクロ波をスロット形成面から放射するものである。
図７は従来のラジアルラインスロットアンテナ５０の構成を示す図であるが、この図に示すように、円板状の導体５１の表面に誘電体からなるマイクロ波の遅波路形成体５２が設置され、遅波路形成体５２の表面に多数のスロット穴（図７においては図示を省略する）を有する導体からなるスロット板５３が固定されている。また、導体５１の裏面には、同軸導波管変換器５４（符号５７は同軸線）、導波管５５が設置され、マイクロ波がこれら導波管５５、同軸導波管変換器５４を経て導体５１の裏面側からスロット板５３に給電される構成となっている。スロット板５３は、例えば板厚０．３ｍｍ程度の薄い銅板からなり、導体５１の周縁部にネジ５６により固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラジアルラインスロットアンテナの構造に関して重要なことは、スロット板が遅波路形成体の表面に隙間なく密着していることである。仮にスロット板と遅波路形成体との間に隙間が生じていると、その部分でマイクロ波の表皮効果による表面波が生じ、マイクロ波の放射効率が著しく低下するからである。しかしながら、上記従来のラジアルラインスロットアンテナの構造によれば、スロット板は周縁部でネジ止めされているだけであるから、スロット板が自重によって撓んだり、マイクロ波電力の給電によりスロット板が加熱された際に熱膨張によって撓み、スロット板と遅波路形成体との間に隙間が生じることがある。すると、マイクロ波の放射効率が大きく低下し、かつ、放射の均一性が著しく悪化するという問題を抱えていた。
【０００５】
被処理基板の大型化に伴ってラジアルラインスロットアンテナが大口径になると、スロット板を内部の遅波路形成体に密着させておくことが構造的にますます難しくなるため、この問題点がますます顕著になる恐れがあった。したがって、被処理基板が大型化する程、スロット板と遅波路形成体との密着性が悪くなるので、成膜速度が低下したり、基板面内での膜厚バラツキが大きくなる等の問題が発生しやすくなっていた。
以上、プラズマＣＶＤ装置の場合を例に挙げて説明したが、マイクロ波プラズマエッチング装置等、他のプラズマ処理装置でも同様の問題を抱えていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット体と遅波路形成体との密着性を向上させることによりマイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れ、被処理基板の大口径化、処理の高速化に好適なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを励起させるマイクロ波をチャンバー内に放射するスロットアンテナを具備し、このスロットアンテナが、マイクロ波放射用のスロットを多数有するスロット体と、プラズマ形成空間側と反対側の前記スロット体表面に設けられた誘電体からなるマイクロ波の遅波路形成体と、プラズマ形成空間側の前記スロット体表面に設けられ前記遅波路形成体と協働して前記スロット体を挟持してマイクロ波を透過させる誘電体からなる押さえ体とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置においては、スロット体を遅波路形成体と押さえ体との間に挟み込んだ構造のスロットアンテナを用いることによって、スロット体を遅波路形成体に隙間なく密着させることができる。その結果、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上を図ることができ、被処理基板の大口径化、処理の高速化に好適なプラズマ処理装置を実現することが可能となる。ただし、スロット体に対して押さえ体はチャンバー内のプラズマ形成空間側に配置されるため、マイクロ波を透過させる性質を持つ誘電体で形成する必要がある。また、誘電率、誘電損失が小さく、かつ、強度の高い材料を用いることが望ましい。一例として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の材料が挙げられる。
【０００９】
ところで、前記スロット体に設けられたマイクロ波放射用のスロットとは、溝状の有底穴のことであり、一般のスロットアンテナでは穴の内部は空間である。しかしながら、本発明においては、空間であってもよいし、各スロット内部に、遅波路形成体の誘電率と押さえ体の誘電率との間の値の誘電率を有する誘電体を充填した構造としてもよい。スロット内部に上記のような誘電率を持つ誘電体を充填した場合には、スロットの部分における遅波路形成体とスロット体との界面、およびスロット体と押さえ体との界面での誘電率差が小さくなるため、誘電損失を小さく抑えることができ、スロット内が空間のものに比べてより放射効率の高いスロットアンテナが得られる。
【００１０】
スロット内部に誘電体を充填する場合、その誘電体をスロット体をなす母材の陽極酸化により形成することができる。その場合、母材の両面のスロットとなる領域以外の領域にマスク材を付着させた状態で陽極酸化を行えばよい。すると、マスク材が付着していない部分、すなわちスロットとなる領域のみで上記母材表面から陽極酸化が進行し、スロット内部が母材の酸化物である誘電体で充填された状態となる。
さらに、上記母材表面と反対側の面、すなわちスロット体の遅波路形成体に接する側の表面に、スロット体をなす母材の陽極酸化により誘電体層を形成してもよい。その場合、母材の遅波路形成体側にあたる面にはマスク材を付着させずに全面陽極酸化を行えばよい。
【００１１】
このように、陽極酸化という手法を用いることによって、スロット内部に誘電体を充填したり、スロット体の遅波路形成体側の面に誘電体層を形成する構造を容易に実現することができる。上述したように、スロットアンテナの特性向上のためにはスロット体の導体部分と遅波路形成体との密着性が重要であるが、スロット体の遅波路形成体側の面に陽極酸化による誘電体層を形成する場合には、スロット体の導体部分と誘電体層とはもともと一体の母材であるから、密着性が良いのは当然である。したがって、マイクロ波の放射効率が高く、放射均一性にも優れたスロットアンテナを得ることができる。
【００１２】
なお、スロットアンテナの母材としては、銅やアルミニウム等の金属を使用することができるが、陽極酸化を行う場合には、銅を使用することはできず、アルミニウムを使用することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３を参照して説明する。
図１は本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１（プラズマ処理装置）の全体構成を示す図である。このプラズマＣＶＤ装置１は、マイクロ波を放射するラジアルラインスロットアンテナを備えたマイクロ波プラズマ励起方式の装置である。
【００１６】
図１に示すように、チャンバー２の上部にラジアルラインスロットアンテナ３が設置されており、これと対向するようにチャンバー２の下部には被処理基板４を支持するためのサセプタ５が設置されている。したがって、被処理基板４の上方がプラズマ形成空間６となり、ラジアルラインスロットアンテナ３からこのプラズマ形成空間６に向けてマイクロ波が放射されるようになっている。ラジアルラインスロットアンテナ３の表面にはマイクロ波放射用の多数のスロット穴（図１においては図示を省略する）が設けられ、マイクロ波発生システム７で生成された２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管８、同軸導波管変換器９を経てアンテナ３の裏面側から給電される構成となっている。
【００１７】
図２はラジアルラインスロットアンテナ３の部分の構成を示す断面図である。図２に示すように、円板状の導体１０の下面に例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等の誘電体材料からなるマイクロ波の遅波路形成体１１が固定され、遅波路形成体１１の下面には、多数のスロット穴１３を有するアルミニウム等の金属板からなるスロット体１２が配置されている。さらに、スロット体１２の下面に、マイクロ波を透過させる性質を持つ、例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等の誘電体からなる押さえ体１４が固定されている。押さえ体１４はその周縁部でネジ１５により導体１０に固定されており、したがって、スロット体１２は遅波路形成体１１と押さえ体１４とをなす２枚の誘電体板の間に挟持された状態で固定されている。
【００１８】
また、ラジアルラインスロットアンテナ３のスロット穴１３の平面的な配置は図３に示す通りであり、一対のスロット穴１３が同心円状に多数配置されており、マイクロ波はこれらスロット穴１３から空間に放射される。なお、図３中の符号１６はネジ孔である。さらに、ラジアルラインスロットアンテナ３の導体１０には、マイクロ波給電による加熱を防止するための冷却水を流す冷却管（図示略）が挿通されている。
【００１９】
図１に示すように、チャンバー２上部の周縁部にガス導入ポート１７が設けられており、反応ガス供給源（図示略）から供給される反応ガスが配管１８を通してチャンバー２内のプラズマ形成空間６に供給されるようになっている。一方、チャンバー２の下部には排気口１９が設けられ、排気口１９に接続された真空ポンプ等の真空排気源（図示略）によりチャンバー２内が減圧されるようになっている。また、チャンバー２の側方には、チャンバー２内を大気に開放することなく被処理基板４の搬出入を行うためのロードロック室２０が設けられている。
【００２０】
上記構成のプラズマＣＶＤ装置１においては、ガス導入ポート１７から成膜に必要な反応ガス、例えばＳｉＨ_４、ＰＨ_３等のガスがチャンバー２内に供給される。そして、ラジアルラインスロットアンテナ３から放射された２．４５ＧＨｚのマイクロ波によってプラズマ形成空間６においてプラズマが発生し、反応ガスが解離して生じたラジカルが基板表面で化学反応を起こすことによってＳｉ膜等の所望の膜が形成される。
【００２１】
本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１によれば、ラジアルラインスロットアンテナ３のスロット体１２が遅波路形成体１１と押さえ体１４との間に挟み込まれた構造となっているため、構造的に、さらにはマイクロ波電力の供給によりスロット体１２が加熱、膨張した状態においても、スロット体１２を遅波路形成体１１に隙間なく密着させることができる。したがって、このプラズマＣＶＤ装置１においては、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることにより、大きな電力給電に対しても長時間安定して高密度で均一性の高いプラズマを形成することができる。その結果、被処理基板の大口径化、処理の高速化に適したプラズマＣＶＤ装置を実現することが可能となる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図４を参照して説明する。
本実施の形態も第１の実施の形態と同様、押さえ体を備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の例であり、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点はラジアルラインスロットアンテナのスロット穴の部分の構成のみである。したがって、プラズマＣＶＤ装置の全体構成についての説明は省略し、図４を用いてスロット体の構成のみについて説明する。
【００２３】
図４に示すように、本実施の形態のスロット体２５は、スロット２６の内部が誘電体２９で埋め込まれている。この誘電体２９は、遅波路形成体２４の誘電率と押さえ体２７の誘電率との間の値の誘電率を有するものであり、スロット２６を形成した後で穴の内部に埋め込むことによって形成できる。また、スロット体２５を構成する母材の陽極酸化によっても形成することができる。すなわち、母材として板厚が数百μｍ程度のアルミニウム板を使用し、アルミニウム板の両面のスロットとなる領域以外の領域にマスク材を付着させた状態で陽極酸化を行なう。すると、マスク材が付着していない部分、すなわちスロットとなる領域のみでアルミニウム板表面から陽極酸化が進行し、スロット内部が母材の酸化物であるアルミニウム酸化物で充填された状態となる。
【００２４】
本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ２２においては、スロット体２５のスロット２６の内部に遅波路形成体２４の誘電率と押さえ体２７の誘電率との間の値の誘電率を持つ誘電体２９が充填されているため、スロット２６の部分における遅波路形成体２４とスロット体２５との界面、およびスロット体２５と押さえ体２７との界面での誘電率の差が小さくなる。したがって、誘電損失を小さく抑えることができることから、スロット内が空間のものに比べてより放射効率の高いスロットアンテナが得られ、高効率のプラズマＣＶＤ装置を得ることができる。
【００２５】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図５を参照して説明する。
本実施の形態も第２の実施の形態と同様、押さえ体を備えたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の例であり、本実施の形態が第１、第２の実施の形態と異なる点はスロット体の部分の構成のみである。以下、図５を用いてスロット体の構成のみを説明する。
【００２６】
図５に示すように、本実施の形態のスロット体３４は、母材が板厚数百μｍ程度のアルミニウム板からなり、スロット３５の内部が酸化アルミニウム３８（誘電体）で埋め込まれるとともに、遅波路形成体３３に接する側の面に酸化アルミニウム層３９（誘電体層）が形成されている。この酸化アルミニウム層３９とスロット３５内に埋め込まれた酸化アルミニウム３８とは一体のものである。この酸化アルミニウム層３９を形成するためには、アルミニウム板の一方の面に、第２の実施の形態と同様、スロット３５となる領域以外の領域にマスク材を付着させ、他方の面にはマスク材を付着させない状態で陽極酸化を行う。マスク材を付着させた面側からはスロット３５となる領域のみで陽極酸化が進行する一方、マスク材を付着させていない面側からは全面で陽極酸化が進行する。このようにして、本実施の形態のスロット体３４を作製することができる。
【００２７】
上述したように、スロットアンテナの放射効率向上、放射均一性向上のためにはスロット体の導体部分と遅波路形成体との密着性が重要である。そこで、本実施の形態の構造においては、スロット体３４の遅波路形成体３３に接する側の面に酸化アルミニウムからなる誘電体層３９が形成されているため、この誘電体層３９が遅波路の一部をなすことになる。すると、本実施の形態の場合、スロット体３４の導体部分と酸化アルミニウム誘電体層３９とはもともと一体のアルミニウム材であるから、密着性が良いのは当然であり、マイクロ波の放射効率が高く、放射均一性にも優れたスロットアンテナを得ることができる。また、このように特性面に優れたアンテナの構造を陽極酸化という周知の技術を用いて容易に形成することができる。
【００２８】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図６を参照して説明する。
本実施の形態は、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のラジアルラインスロットアンテナに板厚の厚いスロット体を用いた例である。装置の全体構成は第１ないし第３の実施の形態と共通であるため説明を省略し、以下、図６を用いてスロット体の構成のみを説明する。
【００２９】
図６に示すように、本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ４１は、第１ないし第３の実施の形態のように薄いスロット体を押さえ体で挟んで支持するのではなく、スロット体４４自体の板厚を充分に厚くしたものである。すなわち、本実施の形態では、円板状の導体４２の下面に誘電体からなる遅波路形成体４３が固定され、遅波路形成体４３の下面には多数のスロット穴４５が設けられたスロット体４４がネジ１５により固定されている。スロット体４４は、その周縁部でネジ止めされた時に自身が撓まないだけの板厚とされており、具体的にはアルミニウム材を用いた場合、板厚１ｍｍ程度である。０．５ないし０．６ｍｍ程度になると撓む恐れがある。
【００３０】
図６に示すように、スロット体４４に設けた各スロット穴４５の断面形状は、スロット体４４の遅波路形成体４３に接する表面から他方側に向けて広がるテーパ状の穴となっている。これは、スロット体４４にスロット穴４５を形成する際に、アルミニウム材のエッチング処理等を用いてスロット穴４５を形成する方法を採用すると、等方性エッチングにより自ずとテーパ状の穴が形成される。
【００３１】
本実施の形態のラジアルラインスロットアンテナ４１では、スロット体４４の板厚が、従来のスロット体に比べて厚く、スロット体４４自身が撓まないだけの板厚とされているため、スロット体４４と遅波路形成体４３との間に隙間が生じることはない。その結果、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることで高密度で均一性の高いプラズマを得ることができ、高効率のプラズマＣＶＤ装置が得られる、といった第１ないし第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば押さえ体を使用するものにおいては、押さえ体の固定手段には周縁部をネジ止めする他、周縁部を固定用リングを用いて押さえる等、種々の固定手段を採ることができる。また、上記実施の形態ではマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、その他、マイクロ波プラズマエッチング装置等の各種プラズマ処理装置に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、押さえ体を用いてスロット体を遅波路形成体との間で挟持するか、またはスロット体自身を撓まないだけの板厚にすることによってスロット体を遅波路形成体に隙間なく密着させることができる。したがって、本プラズマ処理装置においては、マイクロ波の放射効率向上、均一性向上が図れることにより、大きな電力給電に対しても長時間安定して高密度で均一性の高いプラズマを形成することができる。その結果、被処理基板の大口径化、処理の高速化に適したプラズマ処理装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】同、装置のラジアルラインスロットアンテナの構成を示す断面図である。
【図３】同、ラジアルラインスロットアンテナの平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態であるプラズマＣＶＤ装置におけるラジアルラインスロットアンテナの構成を示す拡大断面図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置のラジアルラインスロットアンテナの構成を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
１プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
２チャンバー
３，２２，３１，４１ラジアルラインスロットアンテナ
６プラズマ形成空間
１０，２３，３２，４２導体
１１，２４，３３，４３遅波路形成体
１２，２５，３４，４４スロット体
１３，２６，３５，４５スロット（穴）
１４，２７，３６押さえ体
２９，３８（スロット内部に充填した）誘電体
３９酸化アルミニウム層（誘電体層）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus such as an etching apparatus and a CVD apparatus used for a manufacturing process of a semiconductor substrate, a liquid crystal substrate, and the like, and particularly to a plasma processing apparatus of a microwave excitation type.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma CVD apparatus used in a manufacturing process of a liquid crystal substrate or the like is provided with a radial line slot antenna capable of obtaining a large-diameter uniform and high-density plasma in order to respond to a demand for a larger substrate and a higher processing speed. A microwave plasma CVD apparatus has been proposed. In this microwave plasma CVD apparatus, while a reaction gas required for film formation is introduced into a chamber, a microwave is emitted from a radial line slot antenna to generate plasma, which is generated by dissociation of the reaction gas in the plasma. The radicals cause a chemical reaction on the substrate surface to form a film.
[0003]
The above-mentioned radial line slot antenna has a large number of slots for microwave radiation concentrically or spirally formed on the surface of a conductor, and forms a microwave fed from the back side. It radiates from the surface.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional radial line slot antenna 50. As shown in FIG. 7, a microwave slow wave path forming member 52 made of a dielectric is provided on the surface of a disk-shaped conductor 51. A slot plate 53 made of a conductor having a number of slot holes (not shown in FIG. 7) is fixed on the surface of the slow wave path forming body 52. A coaxial waveguide converter 54 (symbol 57 is a coaxial line) and a waveguide 55 are provided on the back surface of the conductor 51, and microwaves pass through the waveguide 55 and the coaxial waveguide converter 54. Power is supplied to the slot plate 53 from the back side of the conductor 51. The slot plate 53 is made of, for example, a thin copper plate having a thickness of about 0.3 mm, and is fixed to a peripheral portion of the conductor 51 with a screw 56.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, what is important about the structure of the radial line slot antenna is that the slot plate is in close contact with the surface of the slow wave path forming body without any gap. This is because if a gap is formed between the slot plate and the slow wave path forming body, a surface wave is generated at that portion due to the skin effect of the microwave, and the radiation efficiency of the microwave is significantly reduced. However, according to the structure of the conventional radial line slot antenna described above, since the slot plate is only screwed at the periphery, the slot plate is bent by its own weight, or the slot plate is heated by supplying microwave power. When the slot plate is bent, it may be bent due to thermal expansion, and a gap may be formed between the slot plate and the slow wave path forming body. Then, there has been a problem that the radiation efficiency of the microwave is greatly reduced and the uniformity of the radiation is remarkably deteriorated.
[0005]
If the diameter of the radial line slot antenna becomes large due to the increase in the size of the substrate to be processed, it becomes more and more structurally difficult to keep the slot plate in close contact with the internal slow wave path forming body, and this problem is further increased. There was a risk of becoming noticeable. Therefore, as the size of the substrate to be processed increases, the adhesion between the slot plate and the slow-wave path forming body deteriorates, so that problems such as a decrease in the film forming speed and a large variation in the film thickness in the substrate surface are caused. It was easy to occur.
As described above, the case of the plasma CVD apparatus has been described as an example, but other plasma processing apparatuses such as a microwave plasma etching apparatus have similar problems.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and improves the radiation efficiency of microwaves by improving the adhesion between a slot body constituting a radial line slot antenna and a slow wave path forming body. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus which can improve the performance and is suitable for increasing the diameter of a substrate to be processed and increasing the processing speed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus of the present invention includes a slot antenna for radiating microwaves for exciting plasma into a chamber, and the slot antenna has a plurality of slots for radiating microwaves. Body, a microwave slow wave path forming body made of a dielectric material provided on the surface of the slot body opposite to the plasma forming space side, and the slow wave path forming body provided on the slot body surface of the plasma forming space side And a pressing body made of a dielectric material that cooperates with the slot body to transmit microwaves.
[0008]
That is, in the plasma processing apparatus of the present invention, by using the slot antenna having a structure in which the slot body is sandwiched between the slow wave path forming body and the pressing body, the slot body can be brought into close contact with the slow wave path forming body without any gap. it can. As a result, microwave radiation efficiency and uniformity can be improved, and a plasma processing apparatus suitable for increasing the diameter of a substrate to be processed and increasing the processing speed can be realized. However, since the pressing member is disposed on the side of the plasma forming space in the chamber with respect to the slot member, it must be formed of a dielectric material having a property of transmitting microwaves. It is desirable to use a material having a small dielectric constant and a small dielectric loss and a high strength. As an example, a material such as aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) can be given.
[0009]
By the way, the slot for microwave radiation provided in the slot body is a grooved bottomed hole, and in a general slot antenna, the inside of the hole is a space. However, in the present invention, it may be a space, or a structure in which each slot is filled with a dielectric having a dielectric constant between the dielectric constant of the slow wave path forming member and the dielectric constant of the holding member. Is also good. When the inside of the slot is filled with a dielectric material having the above dielectric constant, the dielectric constant difference between the interface between the slow wave path forming body and the slot body and the interface between the slot body and the pressing body in the slot portion is reduced. Since the size is reduced, the dielectric loss can be suppressed to be small, and a slot antenna having higher radiation efficiency can be obtained as compared with a slot antenna having a space inside the slot.
[0010]
When a dielectric is filled in the slot, the dielectric can be formed by anodizing a base material forming the slot. In this case, the anodic oxidation may be performed in a state where the mask material is adhered to a region other than the region serving as the slot on both surfaces of the base material. Then, anodic oxidation proceeds from the surface of the base material only in a portion where the mask material is not attached, that is, only in a region serving as a slot, and the inside of the slot is filled with a dielectric material which is an oxide of the base material.
Further, a dielectric layer may be formed on the surface opposite to the base material surface, that is, on the surface of the slot body that is in contact with the slow wave path forming body by anodizing the base material forming the slot body. In this case, the entire surface of the base material on the side of the slow wave path forming body may be subjected to anodic oxidation without attaching a mask material.
[0011]
As described above, by using the technique of anodic oxidation, a structure in which a dielectric is filled in the slot or a dielectric layer is formed on the surface of the slot on the side of the slow wave path forming member can be easily realized. As described above, in order to improve the characteristics of the slot antenna, the adhesion between the conductor of the slot body and the slow wave path forming body is important, but the dielectric layer formed by anodic oxidation is formed on the surface of the slot body on the side of the slow wave path forming body. Is formed, since the conductor portion of the slot body and the dielectric layer are originally an integral base material, it is natural that the adhesion is good. Therefore, a slot antenna having high microwave radiation efficiency and excellent radiation uniformity can be obtained.
[0012]
Note that a metal such as copper or aluminum can be used as a base material of the slot antenna. However, when anodic oxidation is performed, copper cannot be used, and aluminum is preferably used.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a plasma CVD apparatus 1 (plasma processing apparatus) of the present embodiment. This plasma CVD apparatus 1 is an apparatus of a microwave plasma excitation type provided with a radial line slot antenna for radiating microwaves.
[0016]
As shown in FIG. 1, a radial line slot antenna 3 is provided at an upper portion of a chamber 2, and a susceptor 5 for supporting a substrate 4 to be processed is provided at a lower portion of the chamber 2 so as to face the antenna. I have. Therefore, the plasma forming space 6 is located above the substrate 4 to be processed, and microwaves are radiated from the radial line slot antenna 3 toward the plasma forming space 6. A large number of slot holes for microwave radiation (not shown in FIG. 1) are provided on the surface of the radial line slot antenna 3, and the microwave of 2.45 GHz generated by the microwave generation system 7 is guided. Power is supplied from the back side of the antenna 3 via the tube 8 and the coaxial waveguide converter 9.
[0017]
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a portion of the radial line slot antenna 3. As shown in FIG. 2, a microwave slow wave path forming body 11 made of a dielectric material such as AlN or Al ₂ O ₃ is fixed to the lower surface of the disc-shaped conductor 10, and is fixed to the lower surface of the slow wave path forming body 11. A slot body 12 made of a metal plate such as aluminum having a large number of slot holes 13 is arranged. Further, on the lower surface of the slot body 12, a pressing body 14 having a property of transmitting microwaves and made of a dielectric material such as AlN or Al ₂ O ₃ is fixed. The pressing body 14 is fixed to the conductor 10 by a screw 15 at the peripheral edge thereof. Therefore, the slot body 12 is fixed while being sandwiched between two dielectric plates forming the slow wave path forming body 11 and the pressing body 14. Have been.
[0018]
The planar arrangement of the slot holes 13 of the radial line slot antenna 3 is as shown in FIG. 3, and a large number of paired slot holes 13 are concentrically arranged. Radiated. Reference numeral 16 in FIG. 3 denotes a screw hole. Further, a cooling pipe (not shown) for flowing cooling water for preventing heating by microwave power supply is inserted through the conductor 10 of the radial line slot antenna 3.
[0019]
As shown in FIG. 1, a gas introduction port 17 is provided at a peripheral portion of an upper portion of the chamber 2, and a reaction gas supplied from a reaction gas supply source (not shown) is supplied through a pipe 18 to a plasma forming space 6 in the chamber 2. It is supplied to. On the other hand, an exhaust port 19 is provided below the chamber 2, and the inside of the chamber 2 is depressurized by a vacuum exhaust source (not shown) such as a vacuum pump connected to the exhaust port 19. A load lock chamber 20 is provided on the side of the chamber 2 for loading and unloading the substrate 4 to be processed without opening the inside of the chamber 2 to the atmosphere.
[0020]
In the plasma CVD apparatus 1 having the above configuration, a reaction gas required for film formation, for example, a gas such as SiH ₄ or PH ₃ is supplied into the chamber 2 from the gas introduction port 17. Then, a plasma is generated in the plasma forming space 6 by the microwave of 2.45 GHz radiated from the radial line slot antenna 3, and radicals generated by dissociation of the reaction gas cause a chemical reaction on the substrate surface, so that a Si film or the like is generated. Is formed.
[0021]
According to the plasma CVD apparatus 1 of the present embodiment, since the slot body 12 of the radial line slot antenna 3 is sandwiched between the slow wave path forming body 11 and the holding body 14, the structure is Further, even when the slot body 12 is heated and expanded by the supply of the microwave power, the slot body 12 can be brought into close contact with the slow wave path forming body 11 without any gap. Therefore, in the plasma CVD apparatus 1, the microwave radiation efficiency and the uniformity can be improved, so that a high-density and highly uniform plasma can be formed stably for a long time even with a large power supply. it can. As a result, a plasma CVD apparatus suitable for increasing the diameter of a substrate to be processed and increasing the speed of processing can be realized.
[0022]
[Second embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is also an example of a microwave plasma CVD apparatus provided with a holding member, as in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the slot of the radial line slot antenna is different from that of the first embodiment. Only the configuration of the hole portion is provided. Therefore, description of the overall configuration of the plasma CVD apparatus is omitted, and only the configuration of the slot body will be described with reference to FIG.
[0023]
As shown in FIG. 4, in the slot body 25 of the present embodiment, the inside of the slot 26 is embedded with a dielectric 29. The dielectric 29 has a dielectric constant between the dielectric constant of the slow-wave path forming member 24 and the dielectric constant of the holding member 27, and is formed by embedding the slot 26 in the hole after forming the slot 26. it can. Further, it can also be formed by anodic oxidation of the base material constituting the slot body 25. That is, anodization is performed in a state where an aluminum plate having a plate thickness of about several hundred μm is used as a base material and a mask material is attached to a region other than a region serving as a slot on both surfaces of the aluminum plate. Then, anodic oxidation proceeds from the surface of the aluminum plate only in the portion where the mask material is not attached, that is, only in the region serving as the slot, and the inside of the slot is filled with aluminum oxide, which is the base material oxide.
[0024]
In the radial line slot antenna 22 of the present embodiment, a dielectric 29 having a dielectric constant between the dielectric constant of the slow wave path forming body 24 and the dielectric constant of the pressing body 27 is provided inside the slot 26 of the slot body 25. Is filled, the difference in the dielectric constant between the interface between the slow wave path forming body 24 and the slot body 25 and the interface between the slot body 25 and the pressing body 27 at the slot 26 is reduced. Therefore, since the dielectric loss can be suppressed to a small value, a slot antenna having higher radiation efficiency than that of a space inside the slot can be obtained, and a highly efficient plasma CVD apparatus can be obtained.
[0025]
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is also an example of a microwave plasma CVD apparatus provided with a holding member, as in the second embodiment, and the present embodiment is different from the first and second embodiments in that the slot It is only the configuration of the part. Hereinafter, only the configuration of the slot body will be described with reference to FIG.
[0026]
As shown in FIG. 5, the slot body 34 of the present embodiment has a base material made of an aluminum plate having a thickness of about several hundred μm, and the inside of the slot 35 is filled with aluminum oxide 38 (dielectric material). An aluminum oxide layer 39 (dielectric layer) is formed on the surface in contact with the waveguide forming body 33. The aluminum oxide layer 39 and the aluminum oxide 38 embedded in the slot 35 are integrated. In order to form the aluminum oxide layer 39, a mask material is attached to one surface of the aluminum plate in a region other than the region serving as the slot 35 as in the second embodiment, and a mask material is adhered to the other surface. Anodizing is performed in a state where the material is not attached. Anodization proceeds only in a region to be the slot 35 from the surface on which the mask material is adhered, while anodic oxidation proceeds on the entire surface from the surface on which the mask material is not adhered. Thus, the slot body 34 of the present embodiment can be manufactured.
[0027]
As described above, in order to improve the radiation efficiency and the radiation uniformity of the slot antenna, the adhesion between the conductor portion of the slot body and the slow wave path forming body is important. Therefore, in the structure of the present embodiment, the dielectric layer 39 made of aluminum oxide is formed on the surface of the slot body 34 on the side in contact with the slow wave path forming body 33, so that this dielectric layer 39 Part of it. Then, in the case of the present embodiment, since the conductor portion of the slot body 34 and the aluminum oxide dielectric layer 39 are originally an integral aluminum material, it is natural that the adhesion is good and the microwave radiation efficiency is high. Thus, a slot antenna having excellent radiation uniformity can be obtained. Further, such an antenna structure having excellent characteristics can be easily formed by using a known technique called anodic oxidation.
[0028]
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is an example in which a thick slot body is used for a radial line slot antenna of a microwave plasma CVD apparatus. Since the entire configuration of the apparatus is common to the first to third embodiments, the description is omitted, and only the configuration of the slot body will be described below with reference to FIG.
[0029]
As shown in FIG. 6, the radial line slot antenna 41 of the present embodiment is different from the first to third embodiments in that a thin slot body is not supported by being sandwiched by a pressing body, but the slot body 44 itself is supported. Is made sufficiently thick. That is, in the present embodiment, a slow-wave path forming body 43 made of a dielectric is fixed to the lower surface of the disc-shaped conductor 42, and a slot body in which many slot holes 45 are provided on the lower surface of the slow-wave path forming body 43. 44 is fixed by the screw 15. The slot body 44 has such a thickness that the slot body 44 does not bend itself when screwed at the peripheral edge thereof. Specifically, when an aluminum material is used, the thickness is about 1 mm. If it is about 0.5 to 0.6 mm, it may bend.
[0030]
As shown in FIG. 6, the cross-sectional shape of each slot hole 45 provided in the slot body 44 is a tapered hole that spreads from the surface of the slot body 44 in contact with the slow wave path forming body 43 toward the other side. This is because, when the slot hole 45 is formed in the slot body 44 by adopting a method of forming the slot hole 45 by using an etching process of an aluminum material or the like, a tapered hole is naturally formed by isotropic etching. .
[0031]
In the radial line slot antenna 41 of the present embodiment, the thickness of the slot body 44 is larger than that of the conventional slot body, and the thickness of the slot body 44 is such that the slot body 44 itself does not bend. There is no gap between the second wave and the slow wave path forming member 43. As a result, it is possible to improve the radiation efficiency and uniformity of microwaves, to obtain plasma with high density and high uniformity, and to obtain a highly efficient plasma CVD apparatus. The same effect as in the embodiment can be obtained.
[0032]
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the case of using a pressing body, various fixing means can be employed as the fixing means of the pressing body, such as screwing the peripheral portion with a fixing ring and pressing the peripheral portion with a fixing ring. In the above embodiment, the microwave plasma CVD apparatus has been described as an example. However, the present invention can be applied to various plasma processing apparatuses such as a microwave plasma etching apparatus.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the slot body is sandwiched between the slow wave path forming body using the pressing body, or the plate that does not bend the slot body itself. By increasing the thickness, the slot body can be brought into close contact with the slow wave path forming body without any gap. Therefore, in the present plasma processing apparatus, the microwave radiation efficiency and the uniformity can be improved, so that high-density and highly uniform plasma can be formed stably for a long time even with a large power supply. . As a result, it is possible to realize a plasma processing apparatus suitable for increasing the diameter of a substrate to be processed and increasing the processing speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a radial line slot antenna of the device.
FIG. 3 is a plan view of the radial line slot antenna.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating a configuration of a radial line slot antenna in a plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a configuration of a radial line slot antenna in a plasma CVD apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a configuration of a radial line slot antenna in a plasma CVD apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective sectional view showing a configuration of a radial line slot antenna of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Plasma CVD equipment (plasma processing equipment)
2 Chamber 3, 22, 31, 41 Radial line slot antenna 6 Plasma forming space 10, 23, 32, 42 Conductor 11, 24, 33, 43 Slow wave path forming body 12, 25, 34, 44 Slot body 13, 26, 35 , 45 slots (holes)
14, 27, 36 Holder 29, 38 Dielectric 39 (filled inside slot) Aluminum oxide layer (dielectric layer)

Claims

A slot antenna for radiating microwaves for exciting plasma into the chamber, wherein the slot antenna is provided on a slot body having a number of slots for microwave emission and on the surface of the slot body opposite to the plasma forming space side A microwave slow wave path forming body made of a dielectric material, and a dielectric which is provided on the surface of the slot body on the plasma forming space side and cooperates with the slow wave path forming body to sandwich the slot body and transmit microwaves. Ri Do and a pressing body composed of the body, inside the slot of the slot member, a dielectric having a dielectric constant whose value is between the dielectric constant and the dielectric constant of the pressing body of the late waveguide forming body has been filled A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.

The dielectric filled in the respective slot of the slot member is a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a is one formed by anodic oxidation of the base material forming the slot member.

3. The plasma processing apparatus according to claim 2 , wherein a surface of the slot body in contact with the slow wave path forming body is a dielectric layer formed by anodic oxidation of a base material forming the slot body.