DE112008001548T5

DE112008001548T5 - Plasmabearbeitungsvorrichtung und Plasmabearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112008001548T5
Application number: DE112008001548T
Authority: DE
Inventors: Masaki Sendai Hirayama; Tadahiro Sendai Ohmi; Takahiro Tsukui Horiguchi
Original assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: CN101632329A; DE112008001548B4; JPWO2008153064A1; KR20100020974A; US8733281B2; TW201001480A; WO2008153064A1; JP4944198B2; US20130112352A1; CN101632329B; US20100183827A1; KR101117150B1

Abstract

Plasmabearbeitungsvorrichtung, umfassend:
eine Metallprozesskammer, die ausgestaltet ist, um darin ein einer Plasmabearbeitung zu unterziehendes Substrat aufzunehmen;
eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die eine elektromagnetische Welle zuführt, die notwendig ist, um in der Prozesskammer Plasma zu erregen;
ein oder mehrere dielektrische Elemente, die an einer unteren Oberfläche einer Abdeckung der Prozesskammer vorgesehen sind und ausgestaltet sind, um die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, in das Innere der Prozesskammer zu übertragen, wobei ein Teil jedes dielektrischen Elements zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist; und
einen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt, der benachbart zu dem dielektrischen Element eingebaut und ausgestaltet ist, um die elektromagnetische Welle entlang einer Metalloberfläche auszubreiten, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmabearbeitungsvorrichtung und ein Plasmabearbeitungsverfahren zum Durchführen eines Prozesses, wie etwa einer Filmbildung, auf einem Substrat, indem Plasma erregt wird.
[Technischer Hintergrund]
In einem Herstellungsprozess von beispielsweise einer LCD-Einrichtung oder dergleichen ist eine Plasmabearbeitungsvorrichtung verwendet worden, die einen CVD-Prozess (Dampfphasenabscheidung), einen Ätzprozess oder dergleichen an einem LCD-Substrat (Glassubstrat) durchführt, indem Plasma in einer Prozesskammer unter Verwendung von Mikrowellen erregt wird. Als eine derartige Plasmabearbeitungsvorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Mikrowelle einem dielektrischen Element, das an einer inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen ist, von einer Mikrowellenquelle durch einen koaxialen Wellenleiter oder einen Wellenleiter zuführt, und die ein Gas, das in die Prozesskammer zugeführt wird, zu Plasma erregt, indem die Energie der Mikrowelle verwendet wird.
In jüngerer Zeit wird zusammen mit der Vergrößerung des Substrats usw. die Plasmabearbeitungsvorrichtung ebenfalls größer. Wenn das dielektrische Element, das an der inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen ist, als eine einzige Platte ausgestaltet ist, ist es schwierig, ein dielektrisches Element großer Größe herzustellen, was zu einer Zunahme der Herstellungskosten führen kann. Um ein solches Problem zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder eine Technik vorgeschlagen, eine dielektrische Platte anzuwenden, die in eine Mehrzahl unterteilt ist, indem eine Mehrzahl von dielektrischen Elementen an einer unteren Oberfläche einer Abdeckung der Prozesskammer eingebaut ist (siehe beispielsweise Patentdokument 1).

Patentdokument 1: Japanisches offengelegtes Patent Veröffentlichungsnummer 2006-310794

[Offenbarung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
In der oben beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung, die die Mikrowelle verwendet, ist allgemein eine Mikrowellenquelle verwendet worden, die eine Mikrowelle von etwa 2,45 GHz ausgibt, da eine derartige Mikrowellenquelle in der Industrie weitläufig angewandt worden ist und somit leicht erhältlich sowie wirtschaftlich ist.
Die herkömmliche Plasmabearbeitungsvorrichtung weist eine Ausgestaltung auf, bei der die Mikrowelle von etwa 2,45 GHz, die von der Mikrowellenquelle ausgegeben wird, in das Innere der Prozesskammer zugeführt wird, nachdem sie durch das dielektrische Element übertragen worden ist, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung der Prozesskammer vorgesehen ist. In einem solchen Fall ist das dielektrische Element derart eingebaut, dass die gesamte Bearbeitungsoberfläche (obere Oberfläche) des Substrats, das in der Prozesskammer aufgenommen ist, im Wesentlichen bedeckt ist, und die Fläche der Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, weist im Wesentlichen die gleiche Größe wie die Fläche der Bearbeitungsoberfläche des Substrats auf. Mit dieser Ausgestaltung kann eine gleichmäßige Bearbeitung an der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats durchgeführt werden, indem das Plasma verwendet wird, das unter der gesamten unteren Oberfläche des dielektrischen Elements erzeugt wird.
Wenn jedoch die freigelegte Fläche des dielektrischen Elements derart festgelegt ist, dass sie im Wesentlichen gleich der Fläche der Bearbeitungsoberfläche des Substrats ist, wie bei der herkömmlichen Plasmabearbeitungsvorrichtung, ist eine große Menge eines dielektrischen Elements erforderlich, und dies wird somit als unwirtschaftlich erachtet. Insbesondere mit dem jüngeren Trend nach einer Vergrößerung des Substrats muss eine größere Menge des dielektrischen Elements verwendet werden, was zu einer Zunahme der Kosten führt.
Darüber hinaus wird es in dem Fall, dass das dielektrische Element an der gesamten unteren Oberfläche der Abdeckung der Prozesskammer eingebaut ist, schwierig, das Prozessgas gleichmäßig auf die gesamte Substratbearbeitungsoberfläche zuzuführen. Wenn beispielsweise Al₂O₃ als dielektrisches Element verwendet wird, ist es schwieriger, Gasversorgungslöcher in dem dielektrischen Element als in der Metallabdeckung zu bilden. Somit sind die Gasversorgungslöcher nur an freigelegten Positionen der inneren Oberfläche der Abdeckung vorgesehen, so dass eine gleichmäßige Zufuhr des Prozessgases auf die gesamte Bearbeitungsoberfläche des Substrats auf eine duschplattenartige Weise schwierig wird.
Bei dem Plasmaprozess, wie etwa Ätzen oder CVD, kann eine Eigenvorspannung (negative Gleichspannung) an dem Substrat erzeugt werden, indem eine Hochfrequenzvorspannung an das Substrat angelegt wird, um die Ionenenergie zu steuern, die auf die Substratoberfläche von dem Plasma einfällt. Zu dieser Zeit ist es erwünscht, dass die Hochfrequenzvorspannung, die an das Substrat angelegt wird, nur eine Wirkung auf eine Raumladung um das Substrat herum hat. Jedoch hat die Hochfrequenzvorspannung auch eine Wirkung auf eine Raumladung um eine Grundfläche, wenn der größte Teil der inneren Oberfläche der Prozesskammer von dem dielektrischen Element bedeckt ist, so dass die Grundoberfläche (innere Oberfläche der Prozesskammer) von dem Plasma kaum gesehen wird. Deshalb muss eine übermäßig große Hochfrequenzleistung an das Substrat angelegt werden, so dass Ionenenergie, die auf die Grundoberfläche einfällt, zunimmt. Infolgedessen wird die Grundoberfläche geätzt, was zu einer Metallverunreinigung führt.
Wenn außerdem eine Hochleistungsmikrowelle eingegeben wird, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, würde die Temperatur des dielektrischen Elements aufgrund von Ionen oder Elektronen, die von dem Plasma einfallen, zunehmen, was zu einer Beschädigung des dielektrischen Elements aufgrund thermischer Spannung oder Verunreinigung durch Fremdstoffe führt, die durch eine Ätzreaktion auf der Oberfläche des dielektrischen Elements hervorgerufen wird.
In Anbetracht des Vorstehenden stellt die vorliegende Erfindung eine Plasmabearbeitungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine Verwendungsmenge des dielektrischen Elements zu verringern.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
In der oben beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung, die die Mikrowelle verwendet, ist im Allgemeinen die Mikrowellenquelle, die die Mikrowelle von etwa 2,45 GHz ausgibt, wegen ihrer einfachen Beschaffung, wirtschaftlichen Effizienz usw. angewandt worden. Indessen ist kürzlich ein Plasmaprozess vorgeschlagen worden, der eine Mikrowelle mit einer niedrigen Frequenz von gleich oder weniger als etwa 2 GHz, verwendet, und beispielsweise wird ein Plasmaprozess, der eine Mikrowelle von etwa 915 MHz verwendet, erforscht. Eine minimale Elektronendichte zum Erhalten eines stabilen Plasmas, das eine niedrige Elektronentemperatur aufweist, ist proportional zu dem Quadrat der Frequenz. Wenn somit die Frequenz der Mikrowelle abgesenkt wird, kann Plasma, das für einen Plasmaprozess geeignet ist, unter einem weiteren Bereich von Bedingungen erhalten werden.
Die vorliegenden Erfinder haben den Plasmaprozess, der die Mikrowelle mit der niedrigen Frequenz von gleich oder kleiner als etwa 2 GHz verwendet, unter verschiedenen Aspekten untersucht. Infolgedessen wurde neuerdings herausgefunden, dass, wenn die elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von gleich oder weniger als etwa 2 GHz durch das dielektrische Element übertragen wird, das an der inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen ist, die elektromagnetische Welle entlang einer Metalloberfläche, wie etwa der inneren Oberfläche der Prozesskammer aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements effektiv ausgebreitet werden kann, und Plasma in der Prozesskammer durch die elektromagnetische Welle erregt werden kann, die entlang der Metalloberfläche ausgebreitet wird. Ferner wird die elektromagnetische Welle, die entlang der Metalloberfläche zwischen der Metalloberfläche und dem Plasma ausgebreitet wird, in der Beschreibung als eine ”Leiteroberflächenwelle” bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Basis einer derartigen neuen Kenntnis erdacht worden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmabearbeitungsvorrichtung vorgesehen, umfassend: eine Metallprozesskammer, die ausgestaltet ist, um darin ein durch Plasma zu bearbeitendes Substrat aufzunehmen; eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die eine elektromagnetische Welle zuführt, die notwendig ist, um in der Prozesskammer Plasma zu erregen; ein oder mehrere dielektrische Elemente, die an einer unteren Oberfläche einer Abdeckung der Prozesskammer vorgesehen und ausgestaltet sind, die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, in das Innere der Prozesskammer zu übertragen, wobei ein Teil jedes dielektrischen Elements zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist; und einen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt, der benachbart zu dem dielektrischen Element eingebaut und ausgestaltet ist, die elektromagnetische Welle entlang einer Metalloberfläche, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, auszubreiten. In dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung kann Plasma in der Prozesskammer durch die elektromagnetische Welle (Leiteroberflächenwelle) erregt werden, die entlang eines Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts von dem dielektrischen Element ausgebreitet wird.
In dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung kann eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als etwa 1/2 einer Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts sein. Ferner kann eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als etwa 1/5 einer Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts sein. Darüber hinaus kann eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als etwa 1/5 einer Fläche einer Oberfläche des Substrats sein. Da auf diese Weise die freigelegte Fläche einer Grundoberfläche (innere Oberfläche der Prozesskammer) groß wird, indem die freigelegte Fläche der Oberfläche des dielektrischen Elements verringert wird, kann auf dem Substrat eine Eigenvorspannung effizient erzeugt werden, ohne eine Metallverunreinigung hervorzurufen. Außerdem kann eine Frequenz der elektromagnetischen Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, gleich oder kleiner als etwa 2 GHz sein.
Eine durchgehende Nut kann an einer inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen sein, und das dielektrische Element kann in eine Fläche, die von der Nut umgeben ist, angeordnet sein. Ferner kann der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt durch die Nut unterteilt sein. In diesem Fall weist die Nut einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und eine Breite W und eine Tiefe D der Nut erfüllen die Bedingung 0,26 < D/W < 2,3. Erwünscht ist die Breite der Nut kleiner als das Doppelte der Eindringungslänge der elektromagnetischen Welle in das Plasma und größer als das Doppelte der Dicke einer Raumladung, die zwischen der inneren Oberfläche der Prozesskammer und dem Plasma gebildet ist. Ferner ist der Krümmungsradius an einem Eckenteil der Nut erwünscht kleiner als etwa 1/40 einer Wellenlänge λ der Mikrowelle, die zwischen der inneren Oberfläche der Prozesskammer und dem Plasma ausgebreitet wird. Außerdem kann ein Schutzfilm auf einer unteren Oberfläche der Abdeckung gebildet sein.
Ferner kann ein durchgehender Vorsprung in einer inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen sein, und das dielektrische Element kann in einer Fläche, die von dem Vorsprung umgeben ist, angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Oberflächenwellen-Ausbreitungs abschnitt durch den Vorsprung unterteilt sein. In diesem Fall weist der Vorsprung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, und die Höhe des Vorsprungs kann kleiner als etwa 1/2 der Wellenlänge der Mikrowelle sein, die entlang der inneren Oberfläche der Prozesskammer ausgebreitet wird, und kann größer sein als die Raumladungsdicke, die zwischen der inneren Oberfläche der Prozesskammer und dem Plasma gebildet ist.
Ferner kann ein oder können mehrere Metallstäbe, die dazu dienen, die elektromagnetische Welle zu dem dielektrischen Element auszubreiten, in einem oberen Teil des dielektrischen Elements vorgesehen sein, so dass ein unteres Ende jedes Metallstabes benachbart oder nahe bei einer oberen Oberfläche des dielektrischen Elements liegt. In diesem Fall kann das dielektrische Element eine Form einer im Wesentlichen kreisförmigen Säule aufweisen, und ein Dichtelement kann an einer Umfangsfläche des dielektrischen Elements eingebaut sein, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen. Außerdem kann ein Dichtelement zwischen dem Metallstab und der Abdeckung eingebaut sein, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen. Ferner kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung in der unteren Oberfläche der Abdeckung darüber hinaus ein oder mehrere Gasaustragslöcher umfassen, durch die ein Gas, das für einen Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird.
Ferner kann eine Metallelektrode an einer unteren Oberfläche des dielektrischen Elements eingebaut sein und das dielektrische Element kann zu dem Inneren der Prozesskammer in der Nachbarschaft von oder im Inneren der Metallelektrode freigelegt sein. In diesem Fall kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner einen Metallstab umfassen, der mit der Metallelektrode durch das dielektrische Element elektrisch verbunden und ausgestaltet ist, die elektromagnetische Welle zu dem dielektrischen Element zu übertragen. Darüber hinaus kann ein Dichtelement zwischen dem Metallstab und der Abdeckung eingebaut sein, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Metallkammer einen Raum herzustellen. Außerdem können Dichtelemente zwischen einer oberen Oberfläche des dielektrischen Elements und der Abdeckung und zwischen der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements und der Metallelektrode eingebaut sein, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen. Ferner kann die Metallelektrode mit einem oder mehreren Gasaustragslöchern versehen sein, durch die das Gas, das für den Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird, und der Metallstab kann mit einem Gasdurchgang versehen sein, durch den das Gas strömt, um das Gasaustragsloch zu erreichen. Darüber hinaus kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner ein oder mehrere Verbindungselemente umfassen, die vorgesehen sind, um die Metallelektrode und die Abdeckung durch ein Loch in dem dielektrischen Element zu verbinden. In diesem Fall kann das Verbindungselement aus Metall hergestellt sein. Ferner kann die Metallelektrode mit einem oder mehreren Gasaustragslöchern versehen sein, durch die das Gas, das für den Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird, und das Verbindungselement kann mit einem Gasdurchgang versehen sein, durch den das Gas strömt, um das Gasaustragsloch zu erreichen.
Ferner kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung darüber hinaus einen oder mehrere Wellenleiter umfassen, die ausgestaltet sind, um die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, zu dem dielektrischen Element auszubreiten. In diesem Fall kann das dielektrische Element in einen Schlitz eingesetzt sein, der in einer unteren Oberfläche des Wellenleiters gebildet ist. Darüber hinaus kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner einen Wellenlängensteuermechanismus umfassen, der eine Wellenlänge der elektromagnetischen Welle steuert, die in dem Wellenleiter ausgebreitet wird. Ferner kann ein Dichtelement zwischen dem dielektrischen Element und der Abdeckung vorgesehen sein, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen.
Ferner kann das dielektrische Element in der Abdeckung eingebettet sein und eine untere Oberfläche des dielektrischen Elements kann teilweise zu dem Inneren der Prozesskammer durch eine oder mehrere Öffnungen in der unteren Oberfläche der Abdeckung vorgesehen sein. In diesem Fall können die Öffnungen konzentrisch in einer unteren Oberfläche der Abdeckung angeordnet sein. Darüber hinaus kann die untere Oberfläche der Abdeckung eine Radiallinien-Schlitzantenne sein. Ferner kann ein Schutzfilm auf der unteren Oberfläche der Abdeckung gebildet sein.
Ferner kann zumindest die Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts aus Metall hergestellt sein, und der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt kann durch eine Nut oder einen Vorsprung definiert sein, der sich auf der Oberfläche des Metalls erstreckt. Darüber hinaus kann eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, von dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt umgeben sein. Ferner kann eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, sich entlang dem Inneren der Prozesskammer erstrecken, und beide Enden der ausgedehnten Oberfläche können von dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt umgeben sein. Darüber hinaus kann eine Mehrzahl von Oberflächen der dielektrischen Elemente, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt sind, voneinander beabstandet sein. Ferner kann eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, sich nicht durchgehend oder durchgehend erstrecken, während sie einen Kreis oder ein Polygon bildet. Darüber hinaus kann ein Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt in einem zentralen Teil des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts in dem Kreis oder dem Polygon gebildet sein. Ferner kann der Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt in dem Kreis oder dem Polygon durch eine Nut oder einen Vorsprung definiert sein. Darüber hinaus kann Plasma zwischen dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt und einer Bearbeitungsoberfläche des Substrats durch die elektromagnetische Welle erregt werden, die entlang des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ausgebreitet wird. Ferner kann die Vorrichtung darüber hinaus eine Gasaustragsöffnung umfassen, die in einer nicht freigelegten Fläche des dielektrischen Elements und in einer inneren Oberfläche der Prozesskammer eingebaut ist, welche ausgestaltet ist, um ein Plasmaerregungsgas in die Prozesskammer auszutragen. Darüber hinaus kann eine Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts mit einem Schutzfilm abgedeckt sein, der eine dünne Dicke aufweist, um die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle nicht wesentlich zu beeinflussen. Ferner kann ein Mittenrauwert des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts gleich oder kleiner als etwa 2,4 μm sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Plasmabearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Substrats vorgesehen, indem eine elektromagnetische Welle in eine Metallprozesskammer zugeführt wird, die das Substrat darin aufnimmt, indem die elektromagnetische Welle von einer Quelle für elektromagnetische Wellen durch ein oder mehrere dielektrische Elemente übertragen wird, die an einer unteren Oberfläche einer Abdeckung der Prozesskammer freigelegt sind, und Plasma in der Prozesskammer erregt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass ein Prozessgas in die Prozesskammer zugeführt wird; die elektromagnetische Welle mit einer Frequenz gleich oder kleiner als etwa 2 GHz von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird; und das Substrat bearbeitet wird, indem das Plasma in der Prozesskammer mittels Ausbreitung der elektromagnetischen Welle entlang einer inneren Oberfläche der Prozesskammer von einer Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, erregt wird.
[Wirkung der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die verwendete Menge des dielektrischen Elements stark verringert werden, da das Plasma durch die elektromagnetische Welle (Leiteroberflächenwelle) erregt wird, die entlang des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ausgebreitet wird, der um das dielektrische Element herum eingebaut ist. Indem darüber hinaus die Fläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, verringert wird, kann eine Beschädigung oder ein Ätzen des dielektrischen Elements aufgrund einer Überhitzung desselben verhindert werden, und eine Metallverunreinigung von der inneren Oberfläche der Prozesskammer kann vermieden werden. Da ferner die Abnahme der freigelegten Fläche des dielektrischen Elements zu einer Zunahme der freigelegten Fläche der Abdeckung führt, können die Gasversorgungslöcher leicht in der Metallabdeckung gebildet werden. Indem die Gasversorgungslöcher in der gesamten unteren Oberfläche der Metallabdeckung angeordnet sind, kann das Prozessgas gleichmäßig auf die gesamte Bearbeitungsoberfläche des Substrats in einer duschplattenartigen Weise zugeführt werden. Wenn zusätzlich eine Mikrowelle von beispielsweise etwa 915 MHz als eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz gleich oder weniger als etwa 2 GHz verwendet wird, kann eine minimale Elektronendichte zum Erhalten eines stabilen Plasmas mit einer niedrigeren Elektronentemperatur auf etwa 1/7 einer Elektronendichte in dem Fall der Verwendung einer Mikrowelle von 2,45 GHz verringert werden. Somit kann Plasma, das für Plasmaprozesse geeignet ist, unter verschiedenen Bedingungen erhalten werden, die breiter sind als jene des herkömmlichen Falls, und der breite Bereich von Anwendungen der Prozessvorrichtung kann stark verbessert werden. Infolgedessen wird es möglich, eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Prozessen unter unterschiedlichen Prozessbedingungen in einer einzigen Prozessvorrichtung durchzuführen, so dass qualitativ hochwertige Produkte in einer kurzen Zeitdauer mit niedrigen Kosten hergestellt werden können.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 liefert eine Längsschnittansicht (genommen entlang der Linie X-X von 2), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 liefert eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 1 einer Abdeckung;
3 liefert eine Querschnittsansicht eines oberen Teils der Abdeckung 3, genommen entlang einer Linie Z-Z von 1;
4 ist eine Perspektivansicht eines Elektrodenelements, das eine Mikrowelle zu einem dielektrischen Element ausbreitet;
5 ist eine Perspektivansicht eines dielektrischen Elements;
6 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Ausbreitungsmodells einer Leiteroberflächenwelle;
7 ist ein Graph, der eine Frequenzabhängigkeit eines Dämpfungsbetrages einer Leiteroberflächenwelle zeigt;
8 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Leiteroberflächenwelle, die in einer Nut ausgebreitet wird;
9 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einem D/W einer Nut und einem Übertragungsbetrag zeigt, wenn eine Elektronendichte verändert wird;
10 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer D/W einer Nut und einem Übertragungsbetrag zeigt, wenn eine Nutbreite verändert wird;
11A und 11B sind Diagramme mm Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen einer Nutbreite und einer Raumladungsdicke;
12A und 12B sind Diagramme zum Beschreiben eines Zusammenhangs zwischen einer Nutbreite und einer Eindringungslänge;
13 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einem Krümmungsradius und einem Übertragungsbetrag zeigt;
14 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines inneren Zustandes einer Prozesskammer, die einen Plasmaprozess durchführt;
15 stellt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 16) dar, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel zeigt;
16 stellt eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 15) einer Abdeckung dar, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel enthalten ist;
17 stellt eine Querschnittsansicht eines oberen Teils der Abdeckung, genommen entlang einer Linie Z-Z von 15, dar;
18 stellt eine Längsschnittansicht dar, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt;
19 stellt eine Querschnittsansicht eines oberen Teils einer Abdeckung, genommen entlang einer Linie Z-Z von 18, dar;
20 führt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 21) aus, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel zeigt;
21 führt eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 20) einer Abdeckung aus, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel enthalten ist;
22 schildert eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 23), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel zeigt;
23 führt eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 22) einer Abdeckung aus, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel enthalten ist;
24 bietet eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 25), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel zeigt;
25 bietet eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 24) einer Abdeckung, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel enthalten ist;
26 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 27), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem sechsten Modifikationsbeispiel zeigt;
27 ist eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 26), einer Abdeckung, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem sechsten Modifikationsbeispiel enthalten ist;
28 liefert eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 29), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem siebten Modifikationsbeispiel zeigt;
29 liefert eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 28) einer Abdeckung, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem siebten Modifikationsbeispiel enthalten ist;
30 veranschaulicht eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 31), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem achten Modifikationsbeispiel zeigt;
31 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Ausbreitungszustandes einer Leiteroberflächenwelle, die zu der gesamten Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts aus der Nachbarschaft eines dielektrischen Elements in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß dem achten Modifikationsbeispiel ausgebreitet wird;
32 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D-O'-O-E von 33), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem neunten Modifikationsbeispiel zeigt;
33 ist eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 32;
34 ist eine Ebenenansicht eines dielektrischen Elements;
35 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Ausbreitungszustandes einer Leiteroberflächenwelle auf einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt;
36 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Verteilung einer stehenden Welle eines elektrischen Mikrowellenfeldes in einer Raumladung, die durch eine Simulation eines elektrischen Feldes erhalten wird;
37 schildert einen Graphen, der eine Verteilung einer elektrischen Mikrowellenfeldstärke in einer Raumladung bei einer geraden Linie A-B von 36 zeigt;
38 ist ein Graph, der eine normierte elektrische Feldstärke eines winkligen Zellenteils zeigt;
39 liefert eine Ansicht von unten einer Abdeckung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem zehnten Modifikationsbeispiel;
40 führt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D-O'-O-E von 41) aus, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem elften Modifikationsbeispiel und dem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt;
41 ist eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 40:
42 stellt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D_O'-O-E von 43) dar, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem zwölften Modifikationsbeispiel zeigt;
43 stellt eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 42, dar;
44 schildert eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie B-O-C von 45), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem dreizehnten Modifikationsbeispiel zeigt;
45 schildert eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 44;
46 führt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie B-O-C von 47) aus, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem vierzehnten Modifikationsbeispiel zeigt;
47 führt eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 46, aus;
48 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Modifikationsbeispiels, bei dem der Außenumfang eines dielektrischen Elements im Inneren des Außenumfangs einer Metallelektrode gelegen ist, wenn diese von dem Inneren der Prozesskammer betrachtet wird;
49 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Modifikationsbeispiels, bei dem ein Vertiefungsteil, der darin den Außenumfang des dielektrischen Elements aufnimmt, an einer Seitenfläche einer Metallabdeckung gebildet ist;
50 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Modifikationsbeispiels, bei dem ein dielektrisches Element in eine Nut in einer unteren Oberfläche einer Abdeckung eingesetzt ist;
51 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines anderen Modifikationsbeispiels, bei dem ein dielektrisches Element in einen Vertiefungsteil in einer unteren Oberfläche einer Abdeckung eingesetzt ist;
52 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Modifikationsbeispiels, bei dem eine planare Abdeckung in der Nachbarschaft des dielektrischen Elements freigelegt ist;
53 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines anderen Modifikationsbeispiels, bei dem eine planare Abdeckung in der Nachbarschaft eines dielektrischen Elements freigelegt ist;
54 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines nochmals anderen Modifikationsbeispiels, bei dem eine planare Abdeckung in der Nachbarschaft eines dielektrischen Elements freigelegt ist;
55 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines rautenförmigen dielektrischen Elements;
56 schildert eine Ansicht von unten einer Abdeckung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel, das ein dielektrisches Element in der Form eines gleichseitigen Dreiecks verwendet;
57 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Aufbaus eines Verbindungselements, wobei ein elastisches Element verwendet wird;
58 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Aufbaus eines Verbindungselements, wobei eine Konusfeder verwendet wird;
59 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Aufbaus eines Verbindungselements, wobei ein O-Ring verwendet wird;
60 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Aufbaus eines Verbindungselements, wobei eine Keilscheibe verwendet wird;
61A bis 61F sind Diagramme zum Beschreiben eines Beispiels verschiedener Nuten; und
62 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Leiteroberflächenwelle, die in einem Vorsprung ausgebreitet wird.

G: Substrat
1: Plasmabearbeitungsvorrichtung
2: Kammerhauptkörper
3: Abdeckung
4: Prozesskammer
10: Suszeptor
11: Leistungsversorgungseinheit
12: Heizung
20: Gasauslassanschluss
25: dielektrisches Element
34: Mikrowellenquelle
35: koaxialer Wellenleiter
45: Metallstab
50: Nuten
51: Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt
55: Gasrohr
56: Kühlmittelrohr
61: Gasaustragsloch

[Beste Ausführungsart der Erfindung]
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 beschrieben, die ausgestaltet ist, um einen CVD-Prozess als ein Beispiel eines Plasmaprozesses durchzuführen. Ferner wird die Ausführungsform mit Bezug auf die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 beschrieben, die eine Mikrowelle als ein Beispiel einer elektromagnetischen Welle verwendet.
(Grundlegende Ausgestaltung der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1)
1 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 2), die eine schematische Ausgestaltung der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 1) einer Abdeckung 3, die in dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 enthalten ist. 3 ist eine Querschnittsansicht eines oberen Teils der Abdeckung 3, genommen entlang einer Linie Z-Z von 1. 4 ist eine Perspektivansicht eines Elektrodenelements 47, das ausgestaltet ist, um eine Mikrowelle zu einem dielektrischen Element 25 auszubreiten, und 5 ist eine Perspektivansicht des dielektrischen Elements 25. Ferner sind gleichen Teilen mit im Wesentlichen derselben Funktion und Ausgestaltung im gesamten Dokument die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und eine redundante Beschreibung wird weggelassen.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Prozesskammer 4, die einen kubusförmigen Kammerhauptkörper 2 mit einer offenen Oberseite und eine Abdeckung 3 aufweist, die die Oberseite des Kammerhauptkörpers 2 verschließt. Durch Verschließen der Oberseite des Kammerhauptkörpers 2 mit der Abdeckung 3 wird in der Prozesskammer 4 ein abgedichteter Raum gebildet. Die gesamte Prozesskammer 4 (die die Prozesskammer 2 und die Abdeckung 3 umfasst) ist aus leitendem Material z. B. einer Aluminiumlegierung hergestellt und elektrisch geerdet.
Ein Suszeptor 10, der als ein Befestigungstisch zum Montieren eines Substrats, z. B. eines Glassubstrats (nachstehend einfach als ein ”Substrat” bezeichnet), G ist in der Prozesskammer 4 eingebaut. Der Suszeptor 10 ist aus z. B. Aluminiumnitrid hergestellt und umfasst darin eine Leistungsversorgungseinheit zum elektrostatischen Anziehen und Halten des Substrats G und zum Anlegen einer vorgegebenen Vorspannung an das Innere der Prozesskammer 4 und eine Heizung 12 zum Erwärmen des Substrats G auf eine vorgegebene Temperatur. Eine Hochfrequenzleistungsversorgung 13 zum Anlegen einer Vorspannung, die außerhalb der Prozesskammer 4 eingebaut ist, ist mit der Leistungsversorgungseinheit 11 über eine Anpassungseinheit 14 verbunden, die einen Kondensator oder dergleichen umfasst, und es ist auch eine Hochspannungs-Gleichstrom-Leistungsversorgung 15 zur elektrostatischen Anziehung mit der Leistungsversorgungseinheit 11 über eine Spule 16 verbunden. Die Heizung 12 ist auch mit einer Wechselstromleistungsversorgung 17 verbunden, die außerhalb der Prozesskammer 2 eingebaut ist.
In einem unteren Teil der Prozesskammer 4 befindet sich ein Gasauslassanschluss 20, der die Atmosphäre in der Prozesskammer 4 entleert, indem eine Gasauslasseinrichtung (nicht gezeigt), wie etwa eine Vakuumpumpe, die außerhalb der Prozesskammer 4 eingebaut ist, verwendet wird. Wenn, wie veranschaulicht, die Oberseite des Kammerhauptkörpers 2 durch die Abdeckung 3 abgedeckt ist, wird die Luftdichtheit des Inneren der Prozesskammer 4 durch einen O-Ring 21, der zwischen dem Umfangsteil der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der oberen Oberfläche des Kammerhauptkörpers 2 angeordnet ist, und einen O-Ring 30 gehalten, der zwischen der Abdeckung 3 und jedem dielektrischen Element 25, das später beschrieben wird, angeordnet ist.
Vier dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 derart eingebaut, dass ihre unteren Teile zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt sind. Ein dielektrisches Material, wie etwa ein Fluorharz oder Quarz, kann auch als das dielektrische Element 25 verwendet werden. Das dielektrische Element 25 weist eine Ausgestaltung auf, bei der ein Flanschteil 27 in einer Form einer viereckigen Platte an der oberen Oberfläche eines unteren Teils 26 des dielektrischen Elements, das eine Form eines rechteckigen Parallelepipeds aufweist, als ein Körper gebildet ist. Löcher 28 zum Aufnehmen von Elektrodenstäben 46, die darin eingesetzt sind, wie es später beschrieben wird, sind an vier Eckpositionen der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 (d. h. an der oberen Oberfläche des Flanschteils 27) vorgesehen.
Hinsichtlich des dielektrischen Elements 25 wird durch Montieren des Flanschteils 27 an einem abgestuften Teil 29, der an einem unteren Teil der Abdeckung 3 gebildet ist, das dielektrische Element 25 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gehalten. Ferner ist der O-Ring 30 zwischen der unteren Oberfläche des Flanschteils 27 und dem gestuften Teil 29 als ein Dichtelement zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer 4 vorgesehen.
Ein koaxialer Wellenleiter 35, der ausgestaltet ist, um eine Mikrowelle, die von einer Mikrowellenquelle 34 zugeführt wird, auszubreiten, ist mit der Mitte der oberen Oberfläche der Abdeckung 3 verbunden. Der koaxiale Wellenleiter 35 umfasst einen Innenleiter 36 und einen Außenleiter 37. Der Innenleiter 36 ist mit einer Verzweigungsplatte 40 verbunden, die innerhalb der Abdeckung 3 angeordnet ist.
Wie es in 3 veranschaulicht ist, weist die Verzweigungsplatte 40 eine Ausgestaltung auf, bei der vier Zweigleiter 41 kreuzweise mit Bezug zu einem Verbindungspunkt mit dem Innenleiter 36 als ein Zentrum angeordnet sind. Ein jedes von dem koaxialen Wellenleiter 35 und der Verzweigungsplatte 40 ist aus einem leitenden Element, wie etwa Cu, hergestellt. Die Verzweigungsplatte 40 ist in der Abdeckung 3 abgestützt, indem dielektrische Elemente 42 verwendet werden, die als eine Impedanzanpassungseinheit einer Übertragungslinie dienen.
Ein Metallstab 45 ist an einer vorderendseitigen unteren Oberfläche jedes Zweigleiters 41 eingebaut. Ferner ist, wie es in 4 veranschaulicht ist, ein Elektrodenelement 47, das vier Elektrodenstäbe 47 an seiner unteren Oberfläche aufweist, an einem unteren Ende jedes Metallstabs 45 eingebaut. Die vier Elektrodenstäbe 46 an der unteren Oberfläche des Elektrodenelements 47 sind in die Löcher 28 eingesetzt, die an vier Ecken der oberen Oberfläche des oben beschriebenen dielektrischen Elements 25 vorgesehen sind. Der Metallstab 45, die Elektrodenstäbe 46 und das Elektrodenelement 47 sind aus einem leitenden Element, wie etwa Cu, gebildet.
Eine Mikrowelle mit einer Frequenz von weniger oder gleich etwa 2 GHz, z. B. etwa 915 MHz, wird in einen koaxialen Wellenleiter 35 von der oben erwähnten Mikrowellenversorgungseinheit 34 eingeleitet. Dementsprechend wird die Mikrowelle von etwa 915 MHz durch die Verzweigungsplatte 40 verzweigt und zu jedem dielektrischen Element 25 über den entsprechenden Metallstab 45 ausgebreitet.
Eine Nut 50 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 vorgesehen und von jedem dielektrischen Element 25 mit einer vorbestimmten Distanz beabstandet, so dass sie jedes dielektrische Element 25 umgibt. An der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 dienen Flächen, die von der Nut 50 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 umgeben sind, als Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51. In dieser Ausführungsform ist die untere Oberfläche der Abdeckung 3 durch die Nut 50 unterteilt, so dass vier Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte um die jeweiligen dielektrischen Elemente 25 herum angeordnet sind. Während eines Plasmaprozesses wird die Mikrowelle, die zu jedem dielektrischen Element 25 von der Mikrowellenversorgungseinheit 34 übertragen wird, entlang der Oberfläche jedes Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 aus der Nachbarschaft jedes dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, ausgebreitet. Zu dieser Zeit fungiert die Nut 50 als Ausbreitungshindernis, das eine Ausbreitung der Mikrowelle, welche entlang der Oberfläche jedes Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts übertragen worden ist, zu dem Äußeren des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts über die Nut 50 verhindert. Ein Ausbreitungszustand einer Leiteroberflächenwelle an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und die Funktion der Nut 50 als das Ausbreitungshindernis in dem Plasmaprozess werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Gasrohre 55 zum Zuführen eines Gases, das für den Plasmaprozess notwendig ist, und Kühlmittelrohre 56 zum Zuführen eines Kühlmittels sind im Inneren der Abdeckung 3 eingebaut. Das Gas, das von einer Gasversorgungsquelle 60, die außerhalb der Prozesskammer 4 eingebaut ist, über die Gasrohre 55 zugeführt wird, wird in die Prozesskammer 4 aus Gasaustragslöchern 61 geliefert, die durch die untere Oberfläche der Abdeckung 3 geöffnet sind.
Ein Kühlmittelversorgungsrohr 66 und ein Kühlmittelrückführrohr 67, die das Kühlmittel zirkulieren lassen, das von einer Kühlmittelversorgungsquelle 65 zugeführt wird, die außerhalb der Prozesskammer 4 eingebaut ist, sind mit dem Kühlmittelrohr 56 verbunden. Wenn das Kühlmittel von der Kühlmittelversorgungsquelle 65 in das Kühlmittelrohr 56 durch das Kühlmittelversorgungsrohr 66 und das Kühlmittelrückführrohr 67 zugeführt und zirkulieren gelassen wird, wird die Abdeckung 3 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten.
(Plasmaprozess in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1)
Es wird die Bildung von beispielsweise einem amorphen Siliziumfilm auf der oberen Oberfläche eines Substrats G erläutert, die durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Zunächst wird das Substrat G in die Prozesskammer 4 geladen und auf dem Suszeptor 10 montiert. Anschließend wird ein vorgegebener Plasmaprozess in der abgedichteten Prozesskammer 4 durchgeführt.
Während des Plasmaprozesses wird ein Gas, das für den Plasmaprozess notwendig ist, beispielsweise ein gasförmiges Gemisch aus einem Argongas/einem Silangas/einem Wasserstoffgas, in die Prozesskammer von der Gasversorgungsquelle 60 über die Gasrohre 55 und die Gasaustragslöcher 61 zugeführt und aus dem Gasauslassanschluss 20 ausgestoßen, und das Innere der Prozesskammer 4 wird auf einen vorbestimmten Druck eingestellt. Während das vorgegebene Gas in die Prozesskammer 2 wie oben angegeben zugeführt wird, wird das Substrat G durch die Heizung 12 auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. Ferner wird eine Mikrowelle von z. B. etwa 915 MHz, die von der Mikrowellenversor gungseinheit 34 erzeugt wird, zu jeder dielektrischen Platte 26 durch den koaxialen Wellenleiter 45, die Verzweigungsplatte 40 und die Elektrodenstäbe 46 ausgebreitet. Anschließend wird die Mikrowelle, die durch die jeweiligen dielektrischen Platten 26 übertragen wird, in einer Leiteroberflächenwellen-(TM)-Mode entlang den Oberflächen der jeweiligen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 aus der Nachbarschaft der dielektrischen Elemente 25, die an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt sind, ausgebreitet.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Verwendungsmenge des dielektrischen Elements 25 verringert sein, da Plasma P durch die Mikrowelle (Leiteroberflächenwelle) erregt werden kann, die entlang der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 ausgebreitet wird, die um die dielektrischen Elemente 25 herum angeordnet sind. Da in diesem Fall die Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 verändert werden kann, indem die Anordnung der Nut 50 variiert wird, kann ein Plasmaerzeugungsbereich in der Prozesskammer 4 wie gewünscht gesteuert werden. Indem beispielsweise die Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 derart vergrößert wird, dass sie größer als die Substratgröße ist, kann eine gleichmäßige Plasmabearbeitung auf der gesamten oberen Oberfläche (Bearbeitungsoberfläche) des Substrats G durchgeführt werden.
Darüber hinaus können durch Verringern des freigelegten Flächeninhalts des dielektrischen Elements 25, die zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, eine Beschädigung des dielektrischen Elements 25, ein Verlust des dielektrischen Elements 25, der durch Ätzen hervorgerufen wird, das in dem Plasmaprozess durchgeführt wird, oder dergleichen, verringert werden. Indem in diesem Fall die freigelegte Fläche des dielektrischen Elements 25 derart eingestellt wird, dass sie gleich oder kleiner als etwa 1/5 der Fläche der Bearbeitungsoberfläche des Substrats G ist, kann die Fläche einer Masseelektrode, die dem Plasma zugewandt ist, derart festgelegt werden, dass sie zumindest etwa 1,5 (1,7 – 1/5) Mal so groß wie die Fläche der Oberfläche des Substrats G ist. In dieser Ausgestaltung kann eine Hochfrequenzspannung, die von der Hochfrequenzleistungsversorgung 13 zugeführt wird, effizient an eine Plasmaraumladung s in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats G angelegt werden, ohne eine Metallverunreinigung des Substrats G zu bewirken, die durch das Sputtern auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 erzeugt werden könnte.
Da ferner die freigelegte Fläche der Abdeckung 3 mit einer Abnahme der freigelegten Fläche des dielektrischen Elements 25 zunimmt, können die Gasversorgungslöcher 61 leicht in der Metallabdeckung 3 gebildet werden. Indem die Mehrzahl von Gasversorgungslöchern 61 über die untere Oberfläche der Abdeckung 3 hinweg angeordnet wird, kann das Prozessgas der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G in einer duschplattenartigen Weise gleichmäßig zugeführt werden. Dementsprechend kann eine gleichmäßige Plasmabearbeitung auf der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G ausgeführt werden.
(Zusammenhang zwischen Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle W und der Frequenz)
Die Dielektrizitätskonstante des Plasmas P, das in der Prozesskammer 4 erzeugt wird, wird als ε_r' – jε_r'' ausgedrückt. Da es eine Verlustkomponente gibt, wird die Dielektrizitätskonstante des Plasmas P als eine komplexe Zahl ausgedrückt. Ein Realzahlteil (ε_r') der Dielektrizitätskonstante des Plasmas P ist typischerweise kleiner als –1. Die Dielektrizitätskonstante des Plasmas P kann aus der folgenden Formel (1) berechnet werden. [Gleichung 1]
Wenn ferner die Mikrowelle auf das Plasma P einfällt, ist dessen Ausbreitungseigenschaft durch die folgende Formel (2) gezeigt. [Gleichung 2]
Hier ist k eine Wellenzahl; k₀ ist eine Wellenzahl unter dem Vakuum; ω ist eine Mikrowellenwinkelfrequenz; v_c ist eine Elektronenkollisionsfrequenz, und ω_pe ist eine Elektronenplasmafrequenz, die durch die folgende Formel (3) angegeben ist. [Gleichung 3]
Hier ist e eine elektrische Elementarladung; n_e ist eine Elektronendichte des Plasmas P; ε₀ ist eine Dielektrizitätskonstante unter dem Vakuum; und m_e ist eine Elektronenmasse.
Eine Eindringungslänge δ gibt an, wie weit die Mikrowelle das Innere des Plasmas erreichen kann, wenn die Mikrowelle auf das Plasma einfällt. Genauer ist die Eindringungslänge δ eine Distanz, über die sich die Mikrowelle ausbreitet, bis die elektrische Feldstärke E der Mikrowelle auf etwa 1/e der elektrischen Feldstärke E₀ an der Grenzfläche des Plasmas P abnimmt. Die Eindringungslänge δ kann aus der folgenden Formel (4) berechnet werden. δ = –1/Im(k) (4)
Wenn die Elektronendichte n_e höher als eine kritische oder Grenzdichte n_c ist, die durch die folgende Formel (5) ausgedrückt wird, kann sich die Mikrowelle nicht mehr durch das Plasma ausbreiten, so dass die Mikrowelle, die auf das Plasma P einfällt, schnell gedämpft wird. nc = ε0mew2/e2 (5)
Gemäß der Formel (4) liegt die Eindringungslänge δ in einem Bereich von einigen mm bis mehreren Zehn mm und wird verkürzt, wenn die Elektronendichte zunimmt. Wenn ferner die Elektronendichte n_e ausreichend höher als die Grenzdichte n_c ist, beruht die Eindringungslänge δ kaum auf der Frequenz.
Indessen kann die Raumladungsdicke t des Plasmas P aus der folgenden Formel (6) berechnet werden. [Gleichung 4]
Hier ist V_p das Plasmapotential; k_B ist eine Boltzmannkonstante; T_e ist eine Elektronentemperatur; λ_D ist eine Debye-Länge, die durch die folgende Formel (7) ausgedrückt wird. Die Debye-Länge λ_D zeigt die Abnahmegeschwindigkeit des Plasmapotentials. [Gleichung 5]
Gemäß der Formel (6) liegt die Raumladungsdicke t in einem Bereich von mehreren Zehn μm bis mehreren Hundert μm. Es ist ferner zu sehen, dass die Raumladungsdicke t proportional zur Debye-Länge λ_D ist. Außerdem ist aus der Formel (6) zu verstehen, dass die Debye-Länge λ_D mit zunehmender Elektronendichte n_e abnimmt.
[Wellenlänge und Dämpfungsbetrag einer Leiteroberflächenwelle TM]
Wie es in 6 veranschaulicht ist, wird als ein Ausbreitungsmodell der Leiteroberflächenwelle TM die Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM durch eine unendlich große Raumladung g mit einer Dicke t erläutert, die zwischen der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 (Oberflächenausbreitungsabschnitt 51) und dem Plasma P in einer Z-Richtung gebildet ist. Die Dielektrizitätskonstante ε_r der Raumladung g ist derart festgelegt, dass sie 1 beträgt (ε_r = 1), und die Dielektrizitätskonstante des Plasmas P ist derart festgelegt, dass sie ε_r' – jε_r'' beträgt. Wenn eine Gleichung, die durch ein Magnetfeld Hy in einer Y-Richtung von 6 erfüllt ist, aus den Maxwellschen Gleichungen abgeleitet wird, wird die folgende Gleichung erhalten. [Gleichung 6]
Hier ist h ein Eigenwert, und das Innere und das Äußere der Raumladung werden wie folgt ausgedrückt. [Gleichung 7]
Hier ist γ eine Ausbreitungskonstante; hi ist ein Eigenwert in der Raumladung g; und he ist ein Eigenwert in dem Plasma P. Die Eigenwerte hi und he sind im Allgemeinen komplexe Zahlen.
Eine allgemeine Lösung der Formel (8) wird aus einer Randbedingung erhalten, dass die elektrische Feldstärke in der Z-Richtung an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 0 wird, wie folgt. [Gleichung 8]
Hier sind A und B beliebige Konstanten.
Wenn die beliebige Konstante auf der Basis einer Bedingung aufgehoben wird, dass Tangentenkomponenten eines Magnetfeldes und eines elektrischen Feldes an einer Grenze zwischen der Raumladung g und dem Plasma P durchgehend werden, wird die folgende charakteristische Gleichung abgeleitet. [Gleichung 9]
In der charakteristischen Gleichung (13) wird die Raumladungsdicke t aus der Formel (6) erhalten, und die Dielektrizitätskonstante ε_r' – jε_r'' des Plasmas P wird aus der Formel (1) erhalten. Dementsprechend können die Eigenwerte hi und he beide erhalten werden, indem die simultane Gleichung (13) berechnet wird. Wenn es mehrere Lösungen gibt, wird eine Lösung ausgewählt, die zulässt, dass die Magnetfeldverteilung in der Raumladung eine hyperbolische Funktion wird. Ferner wird die Ausbreitungskonstante γ aus der Formel (9) erhalten.
Die Ausbreitungskonstante γ wird als γ = α + jβ unter Verwendung einer Dämpfungskonstanten α und einer Phasenkonstanten β ausgedrückt. Die elektrische Feldstärke E des Plasmas wird aus der folgenden Formel (14) auf der Basis der Definition der Ausbreitungskonstante berechnet. E = E0 × e–jγz = E0e–αzejβz (14)
Hier ist z die Ausbreitungsdistanz der Leiteroberflächenwelle TM und E₀ ist die elektrische Feldstärke, wenn die Ausbreitungsdistanz z 0 beträgt. Ferner gibt
einen Dämpfungseffekt der Leiteroberflächenwelle TM in einer exponentiellen Funktion zusammen mit ihrer Ausbreitung an, und
gibt eine Phasendrehung der Leiteroberflächenwelle TM an. Da ferner β = 2π/λ_c ist, wird die Wellenlänge λ_c der Leiteroberflächenwelle TM aus der Phasenkonstanten β erhalten. Wenn somit die Ausbreitungskonstante γ bekannt ist, können der Dämpfungsbetrag der Leiteroberflächenwellen TM und ihre Wellenlänge γ_c berechnet werden. Außerdem ist eine Einheit der Dämpfungskonstante α Np(neper)/m, und es gibt einen Zusammenhang zwischen Np/m und dB/m, der eine Einheit jedes Graphen ist, der später beschrieben wird, wie folgt.
1 Np/m = 20/ln(10) dB/m = 8,686 dB/m

Unter Verwendung der oben erwähnten Formeln wurden die Eindringungslänge δ, die Raumladungsdicke t und die Wellenlänge λ_c der Leiteroberflächenwelle TM berechnet, wenn die Mikrowellenfrequenz 915 MHz betrug; die Elektronentemperatur T_e 2 eV betrug; das Plasmapotential V_p 24 V betrug, und die Elektronendichte n_e 1 × 10¹¹ cm^–3, 4 × 10¹¹ cm^–3 bzw. 1 × 10¹² cm^–3 betrug. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle angegeben. [Tabelle 1]

Elektronendichte	Eindringungslänge (δ)	Leiteroberflächenwellenlänge	Raumladungsdicke
1 × 10¹¹ cm^–3	17,8 mm	11,7 mm	0,22 mm
4 × 10¹¹ cm^–3	8,5 mm	23,6 mm	0,11 mm
1 × 10¹² cm^–3	5,3 mm	30,4 mm	0,07 mm

Die Leiteroberflächenwelle wird abgeschnitten und kann nicht ausgebreitet werden, wenn die Elektronendichte gleich oder kleiner als eine bestimmte Elektronendichte ist. Diese Elektronendichte wird eine Resonanzdichte n_r der Leiteroberflächenwelle genannt und wird doppelt so groß wie die Grenzfrequenz n_c, die durch die Formel (5) angegeben ist. Da die Grenzdichte proportional zum Quadrat der Frequenz ist, kann die Leiteroberflächenwelle mit niedriger werdender Frequenz mit einer niedrigeren Elektronendichte ausgebreitet werden.
Wenn der Wert der Resonanzdichte n_r der Leiteroberflächenwelle berechnet wird, beträgt sie etwa 1,5 × 10¹¹ cm^–3, wenn die Frequenz 2,45 GHz beträgt. Bei tatsächlichen Plasmaprozessbedingungen breitet sich die Leiteroberflächenwelle unter einer solchen Bedingung nicht aus, obwohl die Elektronendichte in der Nachbarschaft der Oberfläche gleich oder kleiner als 1 × 10¹¹ cm^–3 werden kann. Wenn indessen die Frequenz 915 MHz beträgt, wird die Resonanzdichte n_r etwa 2,1 × 10¹⁰ cm^–3, was etwa 1/7 der Resonanzdichte bei 2,45 GHz ist. Wenn die Frequenz 915 MHz beträgt, wird die Leiteroberflächenwelle dennoch ausgebreitet, selbst wenn die Elektronendichte in der Nachbarschaft der Oberfläche gleich oder kleiner als 1 × 10¹¹ cm^–3 wird. Somit muss eine Frequenz gleich oder niedriger als 2 GHz ausgewählt werden, um die Oberflächenwelle in Plasma mit niedriger Dichte auszubreiten, dessen Elektronendichte in der Nachbarschaft der Oberfläche etwa 1 × 10¹¹ cm^–3 beträgt.
Wenn indessen in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1, die in 1 veranschaulicht ist, die Leiteroberflächenwelle TM, die von dem dielektrischen Element 26 emittiert wird, zu der Nachbarschaft des Substrats G entlang der Innenwand (unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und inneren Oberfläche des Kammerhauptkörpers 2), der Prozesskammer 4 ausgebreitet wird, wird das Plasma P, das in er Prozesskammer 4 erzeugt wird, ungleichmäßig, was zu Problemen, wie etwa einer Verschlechterung der Prozessgleichmäßigkeit, einem Qualitätsverlust eines Torventils, das geöffnet oder geschlossen wird, wenn das Substrat G in die Prozesskammer 4 geladen oder entladen wird, oder einer Verschlechterung des Suszeptors 10 zum Montieren des Substrats G führt. In dem Fall, dass die Leiteroberflächenwelle TM während der Ausbreitung zwischen dem dielektrischen Element 26 und dem Substrat G nicht ausreichend gedämpft wird (wenn der Dämpfungsbetrag gleich oder niedriger als etwa 20 dB ist), ist ein Mittel zum Unterdrücken der Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM erforderlich, indem diese reflektiert wird. Hier gibt eine durchgezogene Linie in dem Graphen von 7 die Frequenzabhängigkeit des Dämpfungsbetrages der Leiteroberflächenwelle TM unter einer typischen Bedingung eines Modifikationsbeispiels 8 an, das später beschrieben wird. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 beträgt eine typische Distanz zwischen dem dielektrischen Element 26 und dem Substrat G etwa 0,1 m, und wenn der Dämpfungsbetrag etwa 20 dB beträgt, falls die Leiteroberflächenwelle TM über diese typische Distanz ausgebreitet wird, wird ein Dämpfungsbetrag pro 1 m etwa 200 dB/m. Es ist aus 7 festzustellen, dass die Frequenz zu dieser Zeit etwa 1,9 GHz beträgt. Das heißt, wenn die Frequenz gleich oder niedriger als etwa 1,9 GHz ist, ist das Mittel zum Reflektieren der Leiteroberflächenwelle TM erforderlich.
(Notwendigkeit der Nut 50)
Wie es oben beschrieben ist, kann gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Leiteroberflächenwelle TM, die über den Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 hinweg aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 26 ausgebreitet wird, indem die Mikrowelle verwendet wird, die gleich oder niedriger als etwa 2 GHz ist, gleichmäßiges Plasma P erzeugt werden. Wenn jedoch die Leiteroberflächenwelle TM bis zu einer ungeeigneten Position ausgebreitet wird, kann das Plasma P, das in der Prozesskammer 4 erzeugt wird, ungleichmäßig werden. Wenn ferner die Leiteroberflächenwelle TM bis zu dem Torventil oder einer Sichtöffnung ausgebreitet wird, kann ein O-Ring, der in der Nachbarschaft dieser Bauteile eingebaut ist, aufgrund der Energie der Leiteroberflächenwelle TM ausbrennen, oder Reaktionsprodukte können an den Oberflächen dieser Bauteile aufgrund von Plasma anhaften, das unmittelbar benachbart zu diesen Bauteilen erzeugt wird. Somit ist in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Nachbarschaft jedes dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, von der Nut 50 derart umgeben, dass die Leiteroberflächenwelle TM effektiv nur innerhalb der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51, die von der Nut 50 umgeben sind, ausgebreitet wird. Ferner optimierten die vorliegenden Erfinder die Form der Nut 50, um den Ausbreitungsunterdrückungseffekt zu steigern.
[Querschnittsverhältnis D/W der Nut 50]
Um die Form der Nut 50 zu optimieren, ist es wichtig, wie die bei der Berechnung verwendete Elektronendichte festzulegen ist. Die Tiefe der Leiteroberflächenwelle, die in das Plasma eintritt, ist ungefähr äquivalent zu der Eindringungslänge δ, die im Bereich von mehreren mm bis mehreren Zehn mm liegt (siehe Tabelle 1). Eine Elektronendichte in der Nähe der Plasmaoberfläche wurde unter verschiedenen Messbedingungen gemessen, und es wurde herausgefunden, dass sie im Bereich von etwa 1 × 10¹¹ cm^–3 bis 1 × 10¹² cm^–3 lag. Somit wurde die Elektronendichte n_e derart festgelegt, dass sie im Bereich von etwa 1 × 10¹¹ cm^–3 bis 1 × 10¹² cm^–3 lag. Wie es in 8 gezeigt ist, wurde die Nut 50 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt gewählt. Die Nut 50 weist eine Breite W und eine Tiefe D auf.
Um einen geeigneten Wert eines Querschnittsverhältnisses D/W der Nut abzuleiten, wurde ein Dämpfungsbetrag der Leiteroberflächenwelle TM an der Nut 50 durch Simulation berechnet, wenn die Elektronendichte n_e derart festgelegt war, dass sie 1 × 10¹¹ cm^–3, 4 × 10¹¹ cm^–3 bzw. 1 × 10¹² cm^–3 betrug. Zu dieser Zeit wurde die Breite W der Nut 50 derart festgelegt, dass sie etwa 4 mm betrug. Das Ergebnis ist in 9 gezeigt und wird nachstehend anhand von 10 betrachtet.
Wenn, wie es in 8 gezeigt ist, die Leiteroberflächenwelle TM die Nut 50 erreicht, wird sie in eine Leiteroberflächenwelle TM₁₁, die entlang der unteren Oberfläche der Nut ausgebreitet wird, und eine übertragene Welle TM₁₂ aufgespalten, die direkt durch das Plasma übertragen wird, indem sie die Nut 50 überspringt. Die Leiteroberflächenwelle TM₁₁ und die übertragene Welle TM₁₂ vereinen sich wieder an dem Endteil P der Nut 50. Zu dieser Zeit wird ein Teil der Leiteroberflächenwelle reflektiert und wird eine reflektierte Welle (Leiteroberflächenwelle TM₂₂), und der Rest der Welle wird weiter als eine progressive Welle (Leiteroberflächenwelle TM₂₁) ausgebreitet.
Wenn zu dieser Zeit die Leiteroberflächenwelle TM₁₁ und die übertragene Welle TM₁₂ eine Phasendifferenz von 180 Grad aufweisen, heben sich diese beiden Wellen an dem Vereinigungspunkt P auf, und der größte Teil von diesen wird vollständig reflektiert. Zu dieser Zeit ist keine progressive Welle (Leiteroberflächenwelle TM₂₁) vorhanden. Das heißt, die Leiteroberflächenwelle TM wird nicht über die Nut 50 hinaus ausgebreitet.
Wenn beispielsweise in 9 der Übertragungsbetrag der Leiteroberflächenwelle TM –10 dB beträgt, werden 90% der Leiteroberflächenwelle TM von der Nut 50 reflektiert und als die reflektierte Welle TM₂₂ zurückgeführt, während nur der Rest 10% als die Leiteroberflächenwelle TM₂₁ über die Nut 50 ausgebreitet wird. Das heißt, dass in einem solchen Fall die Nut 50 als ein Hindernis fungiert und 90% der Leiteroberflächenwelle durch die Nut 50 gedämpft werden.
Wie es aus 9 zu sehen ist, ist festzustellen, dass bei höher werdender Elektronendichte n_e das Querschnittsverhältnis D/W, das einen minimalen Übertragungsbetrag zulässt, in Richtung eines größeren Werts verschoben wird. Ferner beträgt in all den Fällen, in denen die Elektronendichte n_e 1 × 10¹¹ cm^–3, 4 × 10¹¹ cm^–3 und 1 × 10¹² cm^–3 beträgt, das Querschnittsverhältnis D/W, das in der Lage ist, 90% der Leiteroberflächenwelle TM an der Nut 50 zu reflektieren, etwa 0,26. Wenn 90% der Leiteroberflächenwelle TM von der Nut 50 reflektiert werden, wird die Nut 50 so angesehen, dass sie eine Funktion erfüllt, die Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM ausreichend zu unterdrücken. Dementsprechend haben die vorliegenden Erfinder den Wert von 0,26 als eine untere Grenze des Querschnittsverhältnisses D/W festgelegt, da 90% der Leiteroberflächenwelle TM unter all den unterschiedlichen Elektronendichtebedingungen reflektiert werden.
Nun wurde ein Übertragungsbetrag der Leiteroberflächenwelle TM mit Bezug auf ein Querschnittsverhältnis D/W berechnet, wenn die Breite W der Nut 50 derart festgelegt war, dass sie etwa 4 mm, 6 mm bzw. 12 mm betrug, und das berechnete Ergebnis ist in 10 angegeben. Hier war die Elektronendichte n_e derart festgelegt, dass sie etwa 1 × 10¹² cm^–3 betrug. Wie es oben festgestellt wurde, wird mit zunehmender Elektronendichte n_e das Querschnittsverhältnis D/W, das den minimalen Übertragungsbetrag zulässt, zu einem größeren Wert verschoben. Indem eine höchste Elektronendichte n_e der Leiteroberflächenwelle TM in der Simulation festgelegt wird, kann dementsprechend die obere Grenze des Querschnittsverhältnisses D/W berechnet werden.
Wenn die Breite W der Nut verändert wird, wird das Querschnittsverhältnis D/W, das den minimalen Übertragungsbetrag zulässt, maximal, wenn die Breite etwa 6 mm beträgt (W = 6 mm). Zu dieser Zeit kann festgestellt werden, dass ein Querschnittsverhältnis D/W, bei dem 90% der Leiteroberflächenwelle W von der Nut 50 reflektiert wird, etwa 2,3 beträgt. Aus den obigen Betrachtungen kamen die vorliegenden Erfinder zu einem Schluss, dass das Querschnittsverhältnis D/W der Nut 50 die Bedingung 0,26 ≤ D/W ≤ 2,3 erfüllen muss, um die Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM zu unterdrücken.
(Breite der Nut 50)
Die vorliegenden Erfinder richteten ihre Aufmerksamkeit auf den Zusammenhang zwischen der Breite W der Nut 50 und der Raumladungsdicke t und zwischen der Breite W der Nut 50 und der Eindringungslänge δ, und es ist die folgende Betrachtung für einen Optimalwert der Breite W der Nut 50 gemacht worden. Wie es in 11A gezeigt ist, wird, wenn die Breite W der Nut 50 gleich oder kleiner als das Doppelte der Raumladungsdicke t ist (2t ≥ W) der gesamte Innenraum der Nut 50 ein Raumladungsbereich. Infolgedessen wird kein Niveauunterschied zwischen Raumladungsdicken t an einem Teil erzeugt, an dem die Nut 50 vorhanden ist, und an einem Teil, an dem sie nicht vorhanden ist. Selbst in dem Fall, dass die Nut 50 vorgesehen ist, ist es dementsprechend für die Leiteroberflächenwelle TM gleich als ob die Nut 50 nicht vorhanden ist. Unter der Bedingung 2t ≥ W erfüllt daher die Nut 50 ihre Ausbreitungsunterdrückungsfunktion nicht.
Wenn indessen, wie es in 11B veranschaulicht ist, die Breite W der Nut 50 größer als das Doppelte der Raumladungsdicke t ist (2 t < W), weist ein Raumladungsbereich, der entlang der unteren Oberfläche der Nut 50 erzeugt wird, eine Breite auf, die so klein ist wie etwa 0,1 mm. Hiermit wird durch Bilden der Nut 50 ein Niveauunterschied in dem Raumladungsbereich erzeugt. Infolgedessen werden die Leiteroberflächenwelle TM₁₁, die entlang der unteren Oberfläche der Nut 50 ausgebreitet wird, und die Leiteroberflächenwelle TM₁₂, die über die Nut ausgebreitet wird, an dem Endteil P der Nut 50 reflektiert. Dementsprechend wird ein Teil der Leiteroberflächenwelle TM eine reflektierte Welle (Leiteroberflächenwelle TM₂₂), und nur die restliche Leiteroberflächenwelle TM₂₁ wird über die Nut 50 ausgebreitet. In Anbetracht des Vorstehenden haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass die Breite W der Nut 50 größer als das Doppelte der Raumladungsdicke t sein muss (2t < W), um zuzulassen, dass die Nut 50 die Ausbreitungsunterdrückungsfunktion für die Leiteroberflächenwelle TM hat.
Anschließend richteten die Erfinder ihre Aufmerksamkeit auf den Zusammenhang zwischen der Breite W der Nut 50 und der Eindringungslänge λ als ein weiteres Verfahren zum Optimieren der Breite W der Nut 50. Wie es oben festgestellt wurde, gibt die Eindringungslänge δ die Tiefe der in das Plasma P eingeleiteten Mikrowelle an.
Die Leiteroberflächenwelle TM kann nicht tiefer als die Eindringungslänge δ von der Grenzfläche des Plasmas P in das Innere des Plasmas eintreten. Wenn die Breite W der Nut 50 größer als das Doppelte der Eindringungslänge δ ist (2δ ≤ W), kann dementsprechend die übertragene Welle TM₁₂ nicht tiefer als die Eindringungslänge δ in das Innere des Plasmas eintreten und kann nicht über die Nut 50 ausgebreitet werden, wie es in 12A veranschaulicht ist. Selbst wenn eine Nut 50 mit einer Breite W gleich oder größer als das Doppelte der Eindringungslänge δ vorgesehen ist, tritt daher keine Reflexion der Leiteroberflächenwelle W, die bewirkt, die Ausbreitung zu unterdrücken, an dem Endteil P der Nut 50 auf, sondern die Leiteroberflächenwelle TM wird über die Nut 50 hinaus nach vorne ausgebreitet.
Wenn indessen, wie es in 12B veranschaulicht ist, die Breite W der Nut 50 kleiner als das Doppelte der Eindringungslänge δ ist (2δ > W), wird kein Bereich, an dem die übertragene Welle TM₁₂ sich nicht ausbreiten kann, erzeugt. Infolgedessen werden die Leiteroberflächenwelle TM₁₁, die entlang der unteren Oberfläche der Nut 50 ausgebreitet wird, und die Leiteroberflächenwelle TM₁₂, die über die Nut ausgebreitet wird, an dem Endteil P der Nut 50 reflektiert. Dementsprechend wird ein Teil der Leiteroberflächenwelle TM eine reflektierte Welle (Leiteroberflächenwelle TM₂₂), und nur die restliche Leiteroberflächenwelle TM₂₁ wird über die Nut 50 ausgebreitet. Aus den obigen Betrachtungen haben die vorliegenden Erfinder bewiesen, dass die Breite W der Nut 50 gleich oder kleiner als das Doppelte der Eindringungslänge sein muss (2δ > W), um zuzulassen, dass die Nut 50 die Ausbreitungsunterdrückungsfunktion für die Leiteroberflächenwelle TM hat.
Nun mit Rückbezug auf 10 beträgt die Elektronendichte n_e etwa 1 × 10¹² cm^–3, und die Eindringungslänge δ beträgt zu dieser Zeit etwa 5,3 mm. Wenn die Breite W der Nut 50 4 mm bzw. 8 mm beträgt, ist die Breite W der Nut 50 kleiner als das Doppelte der Eindringungslänge δ. Somit ist zu sehen, dass der Übertragungsbetrag auf gleich oder weniger als etwa –40 dB verringert werden kann, wenn das Querschnittsverhältnis D/W optimiert ist. Wenn indessen W = 12 mm, kann der Übertragungsbetrag nicht auf gleich oder weniger als etwa –10 dB verringert werden, selbst wenn das Querschnittsverhältnis D/W optimiert ist, da die Nutbreite größer als das Doppelte der Eindringungslänge δ ist.
[Krümmungsradius]
Da die Impedanz an Eckteile (Ecken Ca und Cb von 8) oder Kantenteile einer Nut nicht durchgehend ist, wird ein Teil einer sich ausbreitenden Leiteroberflächenwelle dort reflektiert. Wenn der Winkel des Eckteils oder Kantenteils abgerundet ist, nimmt der Übertragungsbetrag wegen einer Verringerung einer Impedanzdiskontinuität zu. Insbesondere wenn der Krümmungsradius R des Eckteils oder Kantenteils zunimmt, so dass er für die Wellenlänge der Leiteroberflächenwelle nicht vernachlässigbar ist, nimmt der Übertragungsbetrag stark zu.
Es wurde durch Simulation ein Übertragungsbetrag berechnet, wenn die Leiteroberflächenwelle durch einen Eckteil mit einem Krümmungsradius R durchgeht, und das berechnete Ergebnis ist in 13 angegeben. Die Elektronendichte n_e war derart festgelegt, dass sie etwa 1 × 10¹² cm^–3 betrug, und ein Plasmapotential war derart festgelegt, dass es etwa 24 V betrug. Zu dieser Zeit betrug die Raumladungsdicke t etwa 0,07 mm; die Wellenlänge λ_c der Leiteroberflächenwelle betrug etwa 30,4 mm; und die Eindringungslänge δ betrug etwa 5,3 mm.
Es wurde herausgefunden, dass der Übertragungsbetrag der Leiteroberflächenwelle am kleinsten ist, wenn der Krümmungsradius 0 mm beträgt, d. h. wenn der Eckteil einen rechten Winkel aufweist, und mit der Zunahme des Krümmungsradius R zunimmt. Unter der Voraussetzung, dass die Nut 50 eine Ausbreitungsunterdrückungsfunktion hat, wenn die Zunahme des Übertragungsbetrages 10% im Vergleich mit dem Übertragungsbetrag übersteigt, falls der Eckteil den rechten Winkel aufweist, ist ein Toleranzbereich des Krümmungsradius des Eckteils gleich oder kleiner als etwa 0,77 mm. 0,77 mm ist gleich etwa 1/40 (= 0,77/30,4) der Wellenlänge 30,4 mm der Leiteroberflächenwelle TM. Aus dem obigen Simulationsergebnis und den Betrachtungen sind die Erfinder zu dem Schluss gelangt, dass der Krümmungsradius R des Eckteils der Nut 50 kleiner als etwa 1/40 der Wellenlänge λ der Leiteroberflächenwelle TM sein muss.
[Position der Nut 50]
Wie es oben festgestellt wurde, kann Plasma P erzeugt werden, indem die Leiteroberflächenwelle TM innerhalb des gesamten Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51, in dem die Nut 50 gebildet ist, ausgebreitet wird. Das heißt, da das Plasma P an der gesamten unteren Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51, der von der Nut 50 umgeben ist, erzeugt werden kann, kann der Bereich des Plasmas P, das in der Prozesskammer 4 erzeugt wird, gesteuert werden, indem die Position der Nut 50 verändert wird.
In der Prozesskammer 4 der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 wird das Plasma P typischerweise über dem Substrat G in einem Bereich erzeugt, der größer als eine Substratgröße ist, und ein gleichmäßiger Plasmaprozess wird auf der gesamten oberen Oberfläche (Bearbeitungsoberfläche) des Substrats G durchgeführt. Dementsprechend ist es erwünscht, die Nut 50 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 derart vorzusehen, dass sie außerhalb des Substrats G angeordnet ist, und den Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 über dem Substrat G in der Fläche einzubauen, die größer als die Substratgröße ist.
Ferner kann die Nut 50 an irgendeiner Position auf einer Metalloberfläche der Innenwand der Prozesskammer 4 vorgesehen sein, die während des Plasmaprozesses mit dem Plasma in Kontakt steht. Beispielsweise kann die Nut 50 derart gebildet sein, dass sie ein anderes Bauteil, wie etwa ein Torventil oder eine Sichtöffnung, umgibt. In einem solchen Fall können Probleme, wie etwa ein Verlust des Torventils oder der Sichtöffnung und Anhaftung von Reaktionsprodukten, vermieden werden.
(Zusammenhang zwischen der freigelegten Fläche des dielektrischen Elements 25 und der Fläche der Oberfläche des Substrats G (1/5))
In einem Plasmaprozess, der in der Prozesskammer 4 durchgeführt wird, spielt der Ioneneinfall auf die Oberfläche des Substrats G, das auf dem Suszeptor 10 montiert ist, eine wichtige Rolle. Beispielsweise kann in einem Plasmafilmbildungsprozess ein qualitativ hochwertiger Dünnfilm selbst dann schnell gebildet werden, wenn die Temperatur des Substrats G niedrig ist, indem die Filmbildung durchgeführt wird, während zugelassen wird, dass Ionen in dem Plasma die Oberfläche des Substrats G erreichen. Ferner kann in dem Plasmaätzprozess ein feines Muster genau gebildet werden, indem ein anisotropes Ätzen durch vertikalen Einfall von Ionen auf der Oberfläche des Substrats G durchgeführt wird. Somit ist für alle Arten von Plasmaprozessen das Optimieren der Ioneneinfallsenergie auf die Oberfläche des Substrats G für jeden Prozess unvermeidbar, um den Prozess erfolgreich auszuführen. Die Ioneneinfallsenergie auf die Oberfläche des Substrats G kann durch eine Hochfrequenz-Vorspannung gesteuert werden, die an das Substrat G von der Hochfrequenz-Leistungsversorgung 13 durch den Suszeptor 10 angelegt wird.
14 veranschaulicht einen internen Zustand der Prozesskammer 4, in der eine Hochfrequenzspannung zwischen dem Suszeptor 10 (Hochfrequenz-Spannungsanlageelektrode) und der Abdeckung 3 (zugewandte Elektrode = Masseelektrode) während eines Plasmaprozesses angelegt wird. In der Prozesskammer 4 der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 wird hochdichtes Plasma P über dem Substrat G in einem Bereich erzeugt, der größer als die Substratgröße ist. Indem auf diese Weise das Plasma in dem Bereich erzeugt wird, der größer als die Substratgröße ist, kann ein gleichmäßiger Plasmaprozess auf der gesamten oberen Oberfläche (Bearbeitungsoberfläche) des Substrats G ausgeführt werden. Wenn beispielsweise ein Glassubstrat mit einer Größe von etwa 2,4 m × 2,1 m bearbeitet wird, ist ein Erzeugungsbereich von Plasma P um etwa 15% auf einer Seite und etwa 30% auf beiden Seiten größer als die Substrat größe. Somit wird an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eine Fläche, die ungefähr 15% größer als die Substratgröße auf einer Seite (etwa 30% auf beiden Seiten) ist, eine Masseelektrode 3'.
Da indessen die Hochfrequenz-Vorspannung von der Hochfrequenz-Leistungsversorgung 13 an das Substrat G angelegt wird, werden Plasmaraumladungen g und s während eines Plasmaprozesses jeweils zwischen dem Plasma P und der oberen Oberfläche (Bearbeitungsoberfläche) des Substrats G bzw. zwischen dem Plasma P und der Masseelektrode 3' an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in der Prozesskammer 4 erzeugt. Die Hochfrequenz-Vorspannung, die von der Hochfrequenz-Leistungsversorgung 13 zugeführt wird, wird geteilt, und die geteilten Spannungen werden jeweils an die Plasmaraumladung g und s angelegt.
Hier ist die Fläche der Oberfläche der Bearbeitungsoberfläche (obere Oberfläche) des Substrats G mit As bezeichnet; die Fläche, die als die Masseelektrode 3' auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die dem Plasma P zugewandt ist, mit Ag; die Hochfrequenzspannung, die an die Plasmaraumladung s zwischen der Bearbeitungsoberfläche des Substrats G und dem Plasma P angelegt wird, mit Vs; und die Hochfrequenzspannung, die an die Plasmaraumladung g zwischen der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und dem Plasma P angelegt wird, mit Vg. Diese Hochfrequenzspannungen Vs und Vg und die Flächen As und Ag erfüllen die folgende Formel (15). (Vs/Vg) = (Ag/As)4 (15)

Brian Chapman, "Glow Discharge Processes", A Wiley Interscience Publication, 1980.

Wenn die Hochfrequenzspannungen Vs und Vg, die an die Plasmaraumladungen s und g angelegt werden, aufgrund des Einflusses des elektronischen Stromes, der durch die Plasmaraumladungen s und g fließt, erhöht wird, werden auch Gleichspannungen, die an die Plasmaraumladungen s und g angelegt werden, erhöht. Inkremente der Gleichspannungen, die an die Plasmaraumladungen s und g angelegt werden, sind beinahe gleich den Amplituden (0 bis Spitzenwerte) der Hochfrequenzspannungen Vs und Vg. Ionen in dem Plasma P werden durch die Gleichspannungen, die an die Plasmaraumladungen s und g angelegt werden, beschleunigt und es wird zugelassen, dass sie die Bearbeitungsoberfläche des Substrats G und die untere Oberfläche der Raumladung 3, die als Elektrodenflächen dienen, erreichen. Die Ioneneinfallsenergie kann gesteuert werden, indem die Hochfrequenzspannungen Vs und Vg verwendet werden.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Hochfrequenzspannung (= Vs + Vg), die zwischen der Bearbeitungsoberfläche des Substrats G und der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 von der Hochfrequenz-Leistungsquelle 13 angelegt wird, geteilt, und die geteilten Hochfrequenzspannungen werden an die Plasmaraumladungen s und g, die in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats G und der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 erzeugt werden, angelegt. Zu dieser Zeit ist es erwünscht, die Hochfrequenzspannung, die an die Plasmaraumladung g in der Nachbarschaft der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angelegt wird, zu minimieren, und der größte Teil der Hochfrequenzspannung, die von der Hochfrequenz-Leistungsversorgung 13 zugeführt wird, an die Plasmaraumladung s in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats G anzulegen. Dies ist der Fall, weil, wenn die Hochfrequenzspannung Vg, die an die Plasmaraumladung g in der Nachbarschaft der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angelegt wird, zunimmt, nicht nur der Leistungswirkungsgrad verschlechtert wird, sondern auch der Ionenenergieeinfall auf die Abdeckung 3 (Masseelektrode) zunimmt, so dass die untere Oberfläche der Abdeckung 3 gesputtert wird, was zu einer Metallverunreinigung führt. In einer tatsächlichen Plasmabearbeitungsvorrichtung ist kein Praxisgebrauch möglich, es sei denn, die Hochfrequenzspannung Vg, die an die Plasmaraumladung g in der Nachbarschaft der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angelegt wird, ist gleich oder kleiner als etwa 1/5 der Hochfrequenzspannung Vs, die an die Plasmaraumladung s in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats G angelegt wird. Das heißt, es kann aus der Formel (15) bekannt sein, dass die Fläche, die als die Masseelektrode 3' auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die dem Plasma P zugewandt ist, dient, zumindest 1,5 Mal so groß wie die Fläche der Oberfläche des Substrats G sein muss.
Da in einer herkömmlichen Mikrowellen-Plasmabearbeitungsvorrichtung der größte Teil der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die dem Substrat G zugewandt ist, mit dem dielektrischen Element 25 zum Übertragen der Mikrowelle bedeckt ist, ist die Fläche der Masseelektrode, die mit dem hochdichten Plasma in Kontakt steht, insbesondere in einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, die ein Substrat großer Größe bearbeitet, klein gewesen. Wie es oben beschrieben ist, wird in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1, die ausgestaltet ist, um das Glassubstrat von z. B. etwa 2,4 m × 2,1 m zu bearbeiten, das hochdichte Plasma P in einem Bereich erzeugt, um etwa 15% an einem Ende und um etwa 30% an beiden Enden größer ist als die Substratgröße, und ein Teil der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, der dem Plasma P zugewandt ist, dient als die Masseelektrode 3'. Wenn das dielektrische Element 25 nicht zu dem Inneren der Prozesskammer 4 an diesem Teil der Masseelektrode 3' freigelegt ist, so dass der gesamte Teil der Masseelektrode 3' als eine Masse fungiert, wird die Fläche der Masseelektrode 3', die dem Plasma P zugewandt ist, ungefähr 1,7 Mal ((1 + 0,3)²) so groß wie die Substratgröße. In der herkömmlichen Plasmabearbeitungsvorrichtung kann jedoch keine ausreichende die Fläche der Masseelektrode erhalten werden, da der größte Teil der Fläche der Masseelektrode 3' mit dem dielektrischen Element 25 bedeckt ist. Somit kann in der herkömmlichen Plasmabearbeitungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um das Substrat mit großer Größe zu bearbeiten, eine Metallverunreinigung erzeugt werden, wenn eine Hochfrequenzvorspannung daran angelegt wird.
Deshalb ist in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die freigelegte Fläche der Oberfläche des dielektrischen Elements 25 auf gleich oder kleiner als etwa 1/5 der Fläche der oberen Oberflächen des Substrats G verringert, um die freigelegte Fläche der Oberfläche des dielektrischen Elements 25, das zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, zu minimieren (da ferner das Plasma P in der Prozesskammer 4 erzeugt werden kann, indem die Leiteroberflächenwelle TM verwendet wird, die entlang der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in der vorliegenden Erfindung ausgebreitet wird, wie es später beschrieben wird, kann das Plasma P auf der gesamten unteren Oberfläche der Masseelektrode 3' effektiv erzeugt werden, selbst wenn die freigelegte Fläche des dielektrischen Elements 25 verringert ist). Wenn, wie es oben beschrieben ist, die freigelegte Fläche der Oberfläche des dielektrischen Elements 25, das mit dem Plasma P in Kontakt steht, derart festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als etwa 1/5 der Fläche der oberen Oberfläche des Substrats G ist, wird die Masseelektrode 3', die dem Plasma P zugewandt ist, unvermeidbar derart, dass sie eine Fläche etwa 1,5 (1,7 – 1/5) Mal so groß wie die Fläche der Oberfläche des Substrats G einnimmt. Infolgedessen kann die Hochfrequenzspannung, die von der Hochfrequenzleistungsversorgung 13 zugeführt wird, effektiv an die Plasmaraumladung s in der Nachbarschaft des Substrats G angelegt werden, ohne eine Metallverunreinigung aufgrund des Sputterns der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 zu bewirken.
(Ebenheit des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts)
Wenn eine Elektronendichte zunimmt, nimmt auch eine an die Raumladung angelegte elektrische Mikrowellenfeldstärke zu. Wenn es einen kleinen winkligen Teil an dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt gibt, wird ein elektrisches Feld an dem winkligen Teil konzentriert, und der winklige Teil wird überhitzt, so dass eine abnormale elektrische Entladung (Lichtbogenentladung) erzeugt werden kann. Sobald die abnormale elektrische Entladung auftritt, bewegt sich ein elektrischer Entladungsteil um die Metalloberfläche herum, während die Metalloberfläche geschmolzen wird, was zu einer starken Beschädigung an der Metalloberfläche führt. Wenn der Mittenrauwert des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 ausreichend kleiner als die Raumladungsdicke ist, kann das elektrische Feld gleichmäßig an die Metalloberfläche angelegt werden, selbst in dem Fall, dass der kleine winklige Teil vorhanden ist, so dass das Auftreten der abnormalen elektrischen Entladung aufgrund der Konzentration des elektrischen Feldes verhindert werden kann.
Hinsichtlich der Raumladungsdicke t, die früher beschrieben wurde, ist die Raumladungsdicke t umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Elektronendichte. Man kann annehmen, dass eine maximale Elektronendichte etwa 1 × 10¹³ cm^–3 beträgt. Zu dieser Zeit beträgt die Debye-Länge etwa 3,3 μm und die Raumladungsdicke von beispielsweise Ar-Plasma wird etwa 12 μm, was ungefähr 3,5 Mal so lang wie die Debye-Länge ist. Wenn der Mittenrauwert der Metalloberfläche derart festgelegt ist, dass er gleich oder kleiner als etwa 1/5 der Raumladungsdicke ist, erwünscht gleich oder kleiner als etwa 1/20, kann die Konzentration des elektrischen Feldes an dem kleinen winkligen Teil vernachlässigt werden. Somit kann der Mittenrauwert des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 derart festgelegt werden, dass er gleich oder kleiner als etwa 2,4 μm ist, stärker erwünscht gleich oder kleiner als etwa 0,6 μm.
(Modifikationsbeispiele)
Nachstehend werden andere Ausführungsformen der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erläutert. Teilen, die mit jenen identisch sind, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 anhand von 1 und dergleichen beschrieben wurden, sind gleiche Bezugszeichen zugewiesen und eine redundante Beschreibung wird weggelassen.
(Erstes Modifikationsbeispiel)
15 ist eine Längsschnittansicht einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel (genommen entlang einer Linie Y-Y von 16). 16 ist eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 15) einer Abdeckung 3, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel enthalten ist. 17 ist eine Querschnittsansicht eines oberen Teils der Abdeckung 3, genommen entlang einer Linie Z-Z von 15.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß diesem ersten Modifikationsbeispiel weist eine Ausgestaltung auf, bei der eine plattenförmige Metallelektrode 70 an einer unteren Oberfläche eines jeden von vier plattenförmigen dielektrischen Elementen 25 eingebaut ist, die aus beispielsweise Al₂O₃ hergestellt sind. Das untere Ende eines Metallstabes 45, der vertikal durch die Abdeckung 3 und das dielektrische Element 25 eingesetzt ist, ist an der Mitte der Metallelektrode 70 eingebaut. Das obere Ende des Metallstabes 45 ist von der oberen Oberfläche der Abdeckung 3 durch eine Feder 71 aufgehängt, und das dielektrische Element 25, das an der Metallelektrode 70 montiert ist, wird durch die Kraft der Feder 71 gegen die untere Oberfläche der Abdeckung 3 gedrückt.
Obwohl sowohl das dielektrische Element 25 als auch die Metallelektrode 70 im Wesentlichen viereckige Formen aufweisen, ist das dielektrische Element 25 geringfügig größer als die Metallelektrode 70. Von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, ist dementsprechend das dielektrische Element 25 um die Metallelektrode 70 herum freigelegt.
Ein Ringelement 72, das aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, ist um den Metallstab 45 herum eingebaut, und zwei O-Ringe 73, die als Dichtelemente dienen, sind konzentrisch um den Metallstab 45 zwischen dem Ringelement 72 und dem Metallstab 45 sowie zwischen dem Ringelement 72 und der Abdeckung 3 eingebaut. Wenn mit dieser Ausgestaltung die Oberseite eines Kammerhauptkörpers 2 durch die Abdeckung 3 verschlossen ist, wie es veranschaulicht ist, wird eine Luftdichtheit des Inneren der Prozesskammer 4 durch einen O-Ring 21, der zwischen dem Umfangsteil der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der oberen Oberfläche des Kammerhauptkörpers 2 angeordnet ist, und die zwei O-Ringe 73, die zwischen dem Metallstab 45 und der Abdeckung 3 angeordnet sind, aufrechterhalten.
Ein koaxialer Wellenleiter 35, der einen Innenleiter 36 und einen Außenleiter 37 umfasst, ist mit der Mitte der oberen Oberfläche der Abdeckung 3 verbunden. Das untere Ende des Innenleiters 36 ist an der Mitte eines Verteilungswellenleiters 74 angeordnet, der in der Abdeckung 3 gebildet ist, und eine Mikrowelle mit einer Frequenz gleich oder kleiner als etwa 2 GHz, die durch den koaxialen Wellenleiter 35 zugeführt wird, wird an das dielektrische Element 25 angelegt, nachdem sie durch den Verteilungswellenleiter 74, den Metallstab 45 und die Metallelektrode 70 ausgebreitet wurde. Eine Endfläche 74' des Verteilungswellenleiters 74, die in der Abdeckung 3 gebildet ist (d. h. die Innenwandoberfläche des Innenraums der Abdeckung 3, in der der Verteilungswellenleiter 74 aufgenommen ist), ist getrennt von einer zentralen Achse des Metallstabs 45 in einem Abstand von etwa λ/4 angeordnet, und die Mikrowelle, die von dem koaxialen Wellenleiter 35 zugeführt wird, wird von dem Verteilungswellenleiter 74 effizient zu dem Metallstab 45 ausgebreitet.
Ferner ist in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel eine äußere Nut 51' weiter außen von vier Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitten vorgesehen, die an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angeordnet sind. Zusätzlich ist eine Mehrzahl von Gasaustragslöchern 61 in der unteren Oberfläche der Metallelektrode 70 gebildet, und ein Gas wird in die Prozesskammer 4 durch jedes Gasaustragsloch 61 von einem Gasdurchgang, der durch das Innere des Metallstabes 45 gebildet ist, zugeführt.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel kann Plasma P erregt werden, indem eine Leiteroberflächenwelle TM zu einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird, und es können auch die gleiche Funktion und Wirkung erlangt werden, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher anhand von 1 beschrieben wurde. Ferner kann in dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel Plasma P erregt werden, indem die Leiteroberflächenwelle TM zu der unteren Oberfläche der Metallelektrode 70 aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird. Da außerdem in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel die äußere Nut 51' an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 weiter außerhalb des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 vorgesehen ist, kann die Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM zu der Innenwand des Kammerhauptkörpers 2 erfolgreicher verhindert werden, und ein Plasmaerzeugungsbereich in der Prozesskammer 4 kann leicht gesteuert werden. Zusätzlich wendet diese Vorrichtung die Ausgestaltung an, bei der der Metallstab 45 durch die Kraft der Feder 71 derart aufgehängt ist, dass das dielektrische Element 25, das an der Metallelektrode 70 montiert ist, an seiner Stelle gehalten wird. Da somit das dielektrische Element 25 nicht an der Abdeckung 3, der Metallelektrode 70 und dem Metallstab 45 befestigt ist, kann das dielektrische Element 25 davor geschützt werden, durch eine Verformung derartiger Metallelemente (Abdeckung 3, Metallelektrode 70 und Metallstab 45) aufgrund von Wärmeausdehnung oder dergleichen beeinflusst zu werden, so dass eine Beschädigung des dielektrischen Elements 25 verhindert werden kann.
(Zweites Modifikationsbeispiel)
18 ist eine Längsschnittansicht, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt. 19 ist eine Querschnittsansicht eines oberen Teils einer Abdeckung 3, genommen entlang einer Linie Z-Z von 18.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel weist im Grunde die gleiche Ausgestaltung wie die der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel auf, das anhand der 15 bis 17 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass eine Endfläche 74' eines Verteilungswellenleiters 74 in einer unteren Position gebildet ist und ein Innenleiter 36 mit der Abdeckung 3 über ein dielektrisches Element 42 verbunden ist, das als ein Impedanzanpassungselement dient. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 2 gemäß diesem zweiten Modifikationsbeispiel kann auch die gleiche Funktion und Wirkung erlangen, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel erhalten werden, das früher anhand der 14 bis 16 beschrieben wurde. Außerdem kann gemäß der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 des zweiten Modifikationsbeispiels der Verteilungswellenleiter 74, der innerhalb der Abdeckung 3 gebildet ist, verkleinert werden.
(Drittes Modifikationsbeispiel)
20 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 21), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel veranschaulicht. 21 führt eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 20) einer Abdeckung 3 aus, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel enthalten ist.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel weist einen zylindrischen Kammerhauptkörper 2 und einen zylindrischen Prozessraum in einer Prozesskammer 4 auf. Die Abdeckung 3 und ein Suszeptor 10 weisen ebenfalls kreisförmige Formen auf. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel ist ausgestaltet, um einen Plasmaprozess an einem scheibenförmigen Substrat G, wie etwa einem Halbleiterwafer, durchzuführen. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel ist auch in der Lage, Plasma P zu erregen, indem eine Leiteroberflä chenwelle TM zu einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 aus der Nachbarschaft eines dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird, so dass die gleiche Funktion und der gleiche Effekt erlangt werden kann, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher anhand von 1 beschrieben wurde.
(Viertes Modifikationsbeispiel)
22 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 23), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel zeigt. 23 ist eine Ansicht von unten einer Abdeckung 3, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel enthalten ist.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel weist auch einen zylindrischen Kammerhauptkörper 2 auf und ist ausgestaltet, um einen Plasmaprozess an einem scheibenförmigen Substrat G, wie etwa einem Halbleiterwafer, durchzuführen. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel weist eine Ausgestaltung auf, bei der eine plattenförmige Metallelektrode 70 an der unteren Oberfläche eines dielektrischen Elements 25 eingebaut ist. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel umfasst nur ein dielektrisches Element 25 und nur eine Metallelektrode 70. Die Metallelektrode 70 ist an der Abdeckung 3 durch Metallbolzen 80 befestigt, die als ein Verbindungselement verwendet werden, welche durch das dielektrische Element 25 und ringförmige Metallabstandshalter 83 eingesetzt sind. Die Metallabstandshalter 83 und die Abdeckung 3 sowie die Metallabstandshalter 83 und die Metallelektrode 70 sind durch die Bolzen 80 befestigt. Ferner sind Gasaustragslöcher 61 in den unteren Oberflächen sowohl der Abdeckung 3 als auch der Metallelektrode 70 vorgesehen. Ein Gas wird den Gasaustragslöchern 61 in der unteren Oberfläche der Metallelektrode 70 von Gasdurchgängen 75 zugeführt, die durch das Innere der Bolzen 80 gebildet sind. Ferner ist eine Kühlmittelstrecke 81, durch die ein Kühlmittel strömt, in einem Innenleiter 36 eines koaxialen Wellenleiters 35 gebildet. Ferner sind zwei O-Ringe 82, die als Dichtelemente dienen, zwischen der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 und der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und zwischen der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 und der oberen Oberfläche der Metallelektrode 70 eingebaut. Wenn in dieser Ausgestaltung die Oberseite des Kammerhauptkörpers 2 durch die Abdeckung 3 verschlossen ist, wie es veranschaulicht ist, wird eine Luftdichtheit des Inneren der Prozesskammer 4 durch einen O-Ring 21, der zwischen dem Umfangsteil der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der oberen Oberfläche des Kammerhauptkörpers 2 angeordnet ist, und den zwei O-Ringen 82, die zwischen der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 und der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 sowie zwischen der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 und der oberen Oberfläche der Metallelektrode 70 angeordnet sind, gehalten.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel kann auch Plasma P erregen, indem eine Leiteroberflächenwelle TM zu einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 und der unteren Oberfläche der Metallelektrode 70 aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird. Somit können die gleiche Funktion und Wirkung erlangt werden, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher anhand von 1 beschrieben wurde. Da ferner in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel Wärme, die in die Metallelektro de 70 von dem Plasma eingeleitet wird, zu der Abdeckung 3 über die hochwärmeleitfähigen Abstandshalter 83 und Bolzen 80 übertragen wird, kann eine Temperaturzunahme der Metallelektrode 70 unterdrückt werden. Da ferner das Gas von den Gasdurchgängen 75 zugeführt wird, die durch das Innere der Bolzen 80 vorgesehen sind, ist die Anbringung und Abnahme der Metallelektrode 70 leichter als in dem Fall, dass das Gas von den Gasdurchgängen 75 zugeführt wird, die durch das Innere der Metallstäbe 45 vorgesehen sind, wie bei dem zweiten Modifikationsbeispiel, so dass sich die Wartungseffizienz verbessert. Ferner kann eine Temperaturzunahme des Innenleiters 36 verhindert werden. Da außerdem die Prozesskammer 4 an einer flachen Oberfläche durch zwei O-Ringe 82, die an der oberen und unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 eingebaut sind, vakuumtechnisch abgedichtet ist, ist die Anbringung und Abnahme der Metallelektrode 70 leichter als in dem Fall, dass die Prozesskammer 4 an einer gekrümmten Oberfläche, wie in dem zweiten Modifikationsbeispiel, vakuumtechnisch abgedichtet ist, so dass sich die Wartungseffizienz verbessert.
Ferner kann eine konzentrische, kreisförmige Nut (nicht gezeigt) zum Reflektieren der Leiteroberflächenwelle an der unteren Oberfläche der Metallelektrode 70 vorgesehen sein. Da die Leiteroberflächenwelle, die aus der Nachbarschaft der Metallelektrode 70 ausgebreitet wird, an dem zentralen Teil der Metallelektrode 70 konzentriert ist, nimmt dort die Plasmadichte leicht zu. Indem jedoch die konzentrische, kreisförmige Nut an der Metallelektrode 70 wie beschrieben bereitgestellt wird, kann die Leiteroberflächenwelle, die innerhalb davon ausgebreitet wird, unterdrückt werden, so dass ein gleichmäßigeres Plasma erregt werden kann.
(Fünftes Modifikationsbeispiel)
24 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 25), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel zeigt. 25 ist eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 24) einer Abdeckung 3, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel enthalten ist.
In dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel sind eine Mehrzahl von rechteckigen Wellenleitern 90 in einem gleichen Intervall parallel zueinander angeordnet, so dass eine E-Ebene (enge Wandoberflächen) nach oben weist/weisen. Vier Schlitze (Öffnungen), die mit dem Inneren der Prozesskammer 4 in Verbindung stehen, sind in der unteren Oberfläche jedes rechteckigen Wellenleiters 90 in einem gleichen Intervall angeordnet, und ein dielektrisches Element 25, das aus z. B. Al₂O₃ hergestellt ist, ist in jedem Schlitz eingebaut. Ein O-Ring 93 ist zwischen dem dielektrischen Element 25 und der Abdeckung 3 um den Schlitz herum eingebaut, so dass eine Luftdichtheit des Inneren der Prozesskammer 4 aufrechterhalten werden kann.
In dem rechteckigen Wellenleiter 90 sind zwei dielektrische Elemente 91 und 92, die aus z. B. Teflon (eingetragene Marke) hergestellt sind, vertikal angeordnet, wobei ein Spalt dazwischen aufrechterhalten wird. Ein unteres dielektrisches Element 92 ist an dem rechteckigen Wellenleiter 90 befestigt. Indessen ist ein dielektrischer Stab 94, der in den rechteckigen Wellenleiter 90 eingesetzt ist, mit der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 91 verbunden. Indem der dielektrische Stab 94 von außen vertikal bewegt wird, kann das dielektrische Element 91 nach oben und nach unten bewegt werden. In der Plasmabearbeitungs vorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel kann eine Wellenlänge einer Mikrowelle, die in dem rechteckigen Wellenleiter 90 ausgebreitet wird, gesteuert werden, indem eine vertikale Position des dielektrischen Elements 91 wie oben beschrieben eingestellt wird. Nachstehend wird dieses Prinzip erläutert.
Wenn ein dielektrisches Element in einen Wellenleiter eingesetzt ist, wird eine Wellenlänge λ_g in dem Wellenleiter kürzer als eine Wellenlänge λ_g0 in einem hohlen Wellenleiter. Beispielsweise wird die Wellenlänge λ_g aus der folgenden Formel (16) berechnet, wenn das Innere des Wellenleiters mit einem dielektrischen Element gefüllt ist, das eine Dielektrizitätskonstante ε_r aufweist, so dass kein Spalt in dem Wellenleiter vorhanden ist. [Gleichung 10]
Wenn das dielektrische Element in einem Teil des Wellenleiters eingesetzt ist, wird eine Wellenlänge länger als die Wellenlänge in dem Wellenleiter, der mit dem dielektrischen Element gefüllt ist, ohne dass darin ein Spalt vorhanden ist, aber kürzer als die Wellenlänge in dem hohlen Wellenleiter. Wenn ferner ein dielektrisches Element mit dem gleichen Volumen in den Wellenleiter eingesetzt ist, wird eine Wellenlänge an einer Mittellinie einer H-Ebene (weite Wandoberflächen), an der ein elektrisches Feld innerhalb des Wellenleiters am stärksten ist, kürzer als an der Endseite der H-Ebene, an der das elektrische Feld schwach ist. Auf diese Weise kann die Wellenlänge abhängig von der vertikalen Position des dielektrischen Elements 91 in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel gesteuert werden. Ferner ist das feste dielektrische Element 92 eingebaut, um eine Symmetrie der Ausbreitungsmode in der vertikalen Richtung zu erlangen.
Um das Plasma gleichmäßig zu erregen, müssen Mikrowellen mit der gleichen Intensität von den jeweiligen Schlitzen, die in dem rechteckigen Wellenleiter 90 vorgesehen sind, abgestrahlt werden. Indem eine Teilung in Längsrichtung des Schlitzes als ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 einer Wellenlänge in dem Wellenleiter (in dem vorliegenden Modifikationsbeispiel 1/2 der Wellenlänge in dem Wellenleiter) eingestellt wird, können Mikrowellen mit der gleichen Intensität aus den jeweiligen Schlitzen abgestrahlt werden. Im Allgemeinen variiert eine Wellenlänge in dem Wellenleiter abhängig von einer Impedanz des Schlitzes. In dem vorliegenden Modifikationsbeispiel kann jedoch eine gleichmäßige Plasmaerregung immer ausgeführt werden, selbst wenn die Plasmaerregungsbedingungen variiert werden, indem zugelassen wird, dass die Wellenlänge in dem Wellenleiter doppelt so lang wie die der Schlitzteilung aufrechterhalten wird, indem der oben genannte Wellenlängensteuerungsmechanismus verwendet wird. Deshalb kann eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, die mit einem weiten Bereich von Prozessbedingungen vereinbar ist, realisiert werden.
In der oben beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel kann Plasma P auch erregt werden, indem eine Leiteroberflächenwelle TM zu einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird, so dass auch die gleiche Funktion und Wirkung erlangt werden können, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher anhand von 1 beschrieben wurde. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem fünften Modifi kationsbeispiel kann geeignet an eine CMEP (zelluläres Mikrowellenerregungsplasma oder Cellular Microwave Excitation Plasma) Vorrichtung angelegt werden, die eine Ausgestaltung aufweist, in der geteilte dielektrische Elemente an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angeordnet sind.
(Sechstes Modifikationsbeispiel)
26 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie Y-Y von 27), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem sechsten Modifikationsbeispiel zeigt. 27 ist eine Ansicht von unten (genommen entlang einer Linie X-X von 26) einer Abdeckung 3, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem sechsten Modifikationsbeispiel enthalten ist.
Die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 in dem sechsten Modifikationsbeispiel weist eine Ausgestaltung auf, bei der ein scheibenförmiges dielektrisches Element 25, das aus z. B. Al₂O₃ hergestellt ist, in der Abdeckung 3 eingebettet ist, und der untere Teil des dielektrischen Elements 25 teilweise zu dem Inneren der Prozesskammer 4 durch eine Mehrzahl von Schlitzen 95 freigelegt ist, die in der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet sind. Die Schlitze 95 sind an punktsymmetrischen Positionen auf einem konzentrischen Kreis mit Bezug auf eine zentrale Achse eines koaxialen Wellenleiter-Innenleiters 36 angeordnet, und Mikrowellen mit gleicher Intensität werden aus den jeweiligen Schlitzen 95 abgestrahlt. Die untere Oberfläche der Abdeckung 3 ist als eine Radiallinien-Schlitzantenne (RLSA) ausgestaltet. In dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem sechsten Modifikationsbeispiel ist die Mehrzahl von Schlitzen 95 insgesamt von einer Nut 50 umgeben, und die untere Oberfläche des dielektrischen Elements 25 ist an mehreren Positionen in einem einzigen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 freigelegt. Ferner ist in dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem sechsten Modifikationsbeispiel ein Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt 96, der von einer konzentrischen, kreisförmigen Nut 50'' umgeben ist, in einer Fläche gebildet, die von der Mehrzahl von Schlitzen 95 umgeben ist.
In der oben beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem sechsten Modifikationsbeispiel kann Plasma P auch erregt werden, indem eine Leiteroberflächenwelle TM zu einem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 ausgebreitet wird, das zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, so dass auch die gleiche Funktion und Wirkung erlangt werden können, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher anhand von 1 beschrieben wurde. Da außerdem in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 des sechsten Modifikationsbeispiels der Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt 96, der von der Nut 50'' umgeben ist, in der Mitte des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 gebildet ist, kann verhindert werden, dass das Plasma an einen zentralen Teil in der Prozesskammer 4 konzentriert wird. Auf diese Weise kann der Bereich des Plasmas P, der in der Prozesskammer 4 erzeugt wird, wie gewünscht gesteuert werden, indem die Nuten 50, 50' und 50'' verwendet werden, die in der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet sind.
(Siebtes Modifikationsbeispiel)
28 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang eines Querschnitts der Linie Y-Y von 29), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem siebten Modifikati onsbeispiel veranschaulicht. 29 ist eine Ansicht von unten einer Abdeckung 3, die in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem siebten Modifikationsbeispiel enthalten ist.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem siebten Modifikationsbeispiel sind die unteren Oberflächen der dielektrischen Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt und unter der unteren Oberfläche des Wellenleiters 74 montiert sind, der in der Abdeckung 3 eingebaut ist, zu dem Inneren einer Prozesskammer 4 freigelegt. In dieser Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem siebten Modifikationsbeispiel sind die dielektrischen Elemente 25 insgesamt von einer Nut 50 umgeben, und die unteren Oberflächen der dielektrischen Elemente 25 sind an mehreren Positionen in einem einzigen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 freigelegt. Ferner ist ein Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt 96, der von einer Nut 50'' umgeben ist, in der Mitte des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 ausgebildet. Die gleiche Funktion und Wirkung, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 in dem sechsten Modifikationsbeispiel erhalten werden, können auch durch diese Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß diesem siebten Modifikationsbeispiel erlangt werden.
(Achtes Modifikationsbeispiel)
30 ist eine Längsschnittansicht, die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem achten Modifikationsbeispiel zeigt. 31 ist eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 30. In diesem Modifikationsbeispiel ist die Hauptausgestaltung, die unterhalb von koaxialen Wellenleitern 35 angeordnet ist, beinahe die gleiche wie die des ersten Modifikationsbeispiels, das in 14 gezeigt ist, oder dergleichen. Vier Zweigkoaxialwellenleiter 101 sind in einer Distanz von λ_g (einer Wellenlänge in dem Zweigkoaxialwellenleiter 101) in einer vertikalen Richtung des Papiers gleich beabstandet. Vier koaxiale Wellenleiter 35 sind mit jedem Zweigkoaxialwellenleiter 101 in einer gleichen Distanz von λ_g verbunden. Ein Metallstab 45 ist in einem unteren Teil jedes koaxialen Wellenleiters 35 über einen Verteilungswellenleiter 74 eingebaut, der ausgestaltet ist, um eine Mikrowelle in vier Mikrowellen aufzuspalten, und Längs- und Querteilungen des Metallstabs 45 und einer Metallelektrode 70 werden etwa λ_g/2.
Ein koaxialer Wellenleiter 38 ist zwischen der Mitte des Zweigwellenleiters 101 und eines Zweigwellenleiters 100 eingebaut. Der Zweigwellenleiter 100 hat einen Turnieraufbau, in welchem ein T-Zweig zweimal wiederholt ist, so dass der Zweigwellenleiter 100 eine Mikrowelle, die von einer nicht veranschaulichten Mikrowellenquelle zugeführt wird, in vier Mikrowellen aufteilt. Die Mikrowelle, die durch den Zweigwellenleiter 100 gleichmäßig aufgeteilt worden ist, wird dem Plasma durch den koaxialen Wellenleiter 38, den koaxialen Zweigwellenleiter 101, den koaxialen Wellenleiter 35, den Verteilungswellenleiter 74, den Metallstab 45 und eine dielektrische Platte 25 zugeführt. Da zu dieser Zeit die koaxialen Wellenleiter 35 mit dem koaxialen Zweigwellenleiter 101 in einem Intervall von einem ganzzahligen Vielfachen (hier Zweifachen) von λ_g/2 verbunden sind, ergibt es sich, dass die Mikrowellen, die dem jeweiligen koaxialen Wellenleiter zugeführt werden, die gleiche Leistung und Phase aufweisen, so dass ein gleichmäßiges Plasma erregt werden kann.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem achten Modifikationsbeispiel werden auch die gleiche Funktion und Wirkung erlangt, wie sie durch die Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 erhalten werden, die früher in dem ersten Modifikationsbeispiel beschrieben wurde. Darüber hinaus ist ein mehrstufiger Verteiler (Aufteilungsvorrichtung) vorgesehen, die in der Lage ist, die Mikrowelle gleichmäßig mittels des Zweigwellenleiters 100, des koaxialen Zweigwellenleiters 101 und des Verteilungswellenleiters 74 zu verteilen (aufzuteilen), und indem die Verzweigungszahl (Aufteilungszahl) der Mikrowelle erhöht wird, kann ein Substrat mit großer Größe, das größer als etwa 2 m × 2 m ist, effektiv bearbeitet werden.
[Begrenzung der Frequenz]
Wie es aus 7 zu sehen ist, welche früher erwähnt wurde, nimmt ein Dämpfungsbetrag mit abnehmender Frequenz ab. Der Grund dafür ist wie folgt. Gemäß der Formel (1) ist festzustellen, dass bei abnehmender Frequenz ein Realteil ε_r' der Dielektrizitätskonstanten von Plasma P in einer (–) negativen Richtung zunimmt, was zu einer Abnahme einer Plasmaimpedanz führt. Dementsprechend wird ein elektrisches Mikrowellenfeld, das an das Plasma angelegt wird, im Vergleich mit einem elektrischen Mikrowellenfeld, das an eine Raumladung angelegt wird, geschwächt. Infolgedessen wird ein Mikrowellenverlust in dem Plasma verhindert, so dass der Dämpfungsbetrag der Leiteroberflächenwelle TM abnimmt.
Wenn eine Leiteroberflächenwelle zur Plasmaerzeugung verwendet wird, kann die Leiteroberflächenwelle, falls eine übermäßig hohe Frequenz für eine Frequenz der Mikrowelle gewählt wird, nicht bis zu einer notwendigen Position ausgebreitet werden, so dass kein gleichmäßiges Plasma erzeugt werden kann. Um einen Frequenzbereich abzuschätzen, in dem ein gleichmäßiges Plasma in einer Plasmabearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Substrats mit großer Größe im Wesentlichen erlangt werden kann, wird eine Ausbreitungsdistanz, um die eine Leiteroberflächenwelle in der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem achten Modifikationsbeispiel, das in 30 gezeigt ist, ausgebreitet werden muss, berechnet. Das vorliegende Modifikationsbeispiel hat eine kürzeste Ausbreitungsdistanz von einer Leiteroberflächenwelle in einer praktischen Plasmabearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats mit großer Größe, indem die Leiteroberflächenwelle zur Plasmaerzeugung und ein höherer Frequenzbereich verwendet wird, in welchem gleichmäßiges Plasma erhalten werden kann.
Wie es in den 30 und 31 veranschaulicht ist, falls die Wellenlänge in dem koaxialen Zweigwellenleiter 101 λ_g beträgt, ist eine Mehrzahl von dielektrischen Elementen 25, die jeweils eine rechteckige Form aufweisen, deren eine Seite eine Länge von etwa λ_g/4 aufweist, spaltenweise und zeilenweise in einer gleichen Distanz von λ_g/2 angeordnet. Wenn ferner ein Raum zwischen einem Innenleiter und einem Außenleiter des koaxialen Zweigwellenleiters 101 hohl ist, ist die Wellenlänge λ_g in dem koaxialen Zweigwellenleiter 101 gleich einer Wellenlänge in einem freien Raum. Beispielsweise beträgt λ_g etwa 328 mm bei einer Frequenz von 915 MHz. Eine Summe von 64 dielektrischen Elementen 25, die in 8 Zeilen in horizontaler Richtung und 8 Spalten in vertikaler Richtung des Papiers angeordnet sind, sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Metallelektroden 70 befestigt, die geringfügig kleiner als die dielektrischen Elemente 25 sind. Eine Nut 50 mit einem Schachbrettmuster ist in der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet, so dass sie die jeweiligen dielektrischen Elemente 25 umgibt, wodurch Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 definiert sind.
Die Mikrowelle, die durch den Metallstab 45 ausgebreitet wird, wird durch das dielektrische Element 25 ausgebreitet; wird eine Leiteroberflächenwelle aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25; und wird entlang der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der Oberfläche der Metallelektrode 70 ausgebreitet, während Plasma erregt wird.
Wie es in 31 veranschaulicht ist, ist festzustellen, dass eine maximale Ausbreitungsdistanz, um die die Leiteroberflächenwelle TM ausgebreitet werden muss, ohne beträchtlich gedämpft zu werden (< 6 dB), etwa λ_g/√2/8 beträgt. Wenn 6 dB gedämpft werden, wird ein Dämpfungsbetrag pro 1 m, falls die Leiteroberflächenwelle über diese Distanz ausgebreitet wird, durch eine gestrichelte Linie in 7 angegeben. Wenn ein Dämpfungsbetrag kleiner als dieser Wert ist, kann an dem gesamten Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 gleichmäßiges Plasma P erzeugt werden. Hinsichtlich der Prozessbedingungen zu dieser Zeit beträgt eine Elektronendichte in der Nähe der Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts 51 etwa 4 × 10¹¹ cm^–3; eine Elektronentemperatur beträgt etwa 2 eV; eine Raumladungsspannung beträgt etwa 24 V; ein Druck beträgt etwa 13,3 Pa; und ein Prozessgas ist Ar.
Es ist aus dem Graphen von 7 festzustellen, dass sich eine durchgezogene Linie und eine gestrichelte Linie bei einer Frequenz von etwa 2070 MHz schneiden. Wenn eine Frequenz höher als dieser Wert ist, kann eine Dämpfung der Leiteroberflächenwelle TM erhöht werden, was zu einem Versagen führt, diese zu dem gesamten Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 auszubreiten, so dass kein gleichmäßiges Plasma P erregt werden kann. Um somit das gleichmäßige Plasma P zu erregen, indem die Leiteroberflächenwelle TM verwendet wird, muss eine Frequenz von gleich oder kleiner als etwa 2 GHz mit einer bestimmten Toleranz ausgewählt werden.
(Neuntes Modifikationsbeispiel)
32 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D-O'-O-E von 33), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem neunten Modifikationsbeispiel zeigt. 33 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 32, und 34 ist eine Ebenenansicht eines dielektrischen Elements 25, das bei diesem Beispiel verwendet wird. Vier dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, sind an der unteren Oberfläche einer Abdeckung 3 eingebaut. Ein dielektrisches Material, wie etwa Fluorharz oder Quarz, kann als das dielektrische Element 25 verwendet werden. Wie es in 34 gezeigt ist, weist das dielektrische Element 25 die Form einer quadratischen Platte auf. Da das dielektrische Element 25 vier flache Teile 150 aufweist, die senkrecht zu diagonalen Linien davon an vier Ecken des dielektrischen Elements 25 geschnitten sind, weist das dielektrische Element 25 tatsächlich eine achteckige Form auf, wenn man dies genau feststellt. Da jedoch die Länge M des flachen Teils 150 viel kürzer als die Breite L des dielektrischen Elements 25 ist, kann das dielektrische Element 25 so betrachtet werden, dass es eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist.
Wie es in 33 veranschaulicht ist, sind die vier dielektrischen Elemente 25 derart angeordnet, dass ihre Scheitelwinkel (flachen Teile 26) benachbart zueinander liegen. Ferner sind die Scheitelwinkel des jeweiligen dielektrischen Elements 25 auf oder nahe einer Linie L' angeordnet, die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet. Indem auf diese Weise die Scheitelwinkel der vier dielektrischen Elemente 25 so angeordnet sind, dass sie zueinander benachbart liegen und der Scheitelwinkel jedes dielektrischen Elements 25 auf der Linie L' angeordnet wird, die die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Ele mente 25 verbindet, wird eine quadratische Fläche S an der zentralen unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet, die von den vier dielektrischen Elementen 25 umgeben ist.
Eine Metallelektrode 151 ist an der unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 eingebaut. Die Metallelektrode 151 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Wie das dielektrische Element 25 weist die Metallelektrode 151 eine Form einer quadratischen Platte auf. Ferner wird in der Beschreibung das plattenförmige Metallelement, das an der unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 eingebaut ist, ”Metallelektrode” genannt. Die Breite N der Metallelektrode 151 ist geringfügig kürzer als die Breite L des dielektrischen Elements 25. Von dem Inneren der Prozesskammer aus betrachtet, ist dementsprechend der Umfang des dielektrischen Elements 25 in einem quadratischen Umriss um die Metallelektrode 151 herum freigelegt. Vom Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, sind außerdem Scheitelwinkel der quadratischen Umrisse in den Umfängen der dielektrischen Elemente 25 benachbart zueinander angeordnet.
Das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 152, wie etwa Schrauben, befestigt. Die untere Oberfläche jedes Verbindungselements 30, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, ist auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 angeordnet. Alternativ kann die untere Oberfläche 31 des Verbindungselements 30 nicht auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Metallelektrode 27 angeordnet sein. Ein ringförmiger Abstandshalter 153 ist an dem Teil des dielektrischen Elements 25, durch den das Verbindungselement 152 eingesetzt ist, eingebaut. Ein elastisches Element 153', wie etwa eine Wellenscheibe, ist an dem Abstandshalter 153 vorgesehen, so dass an der oberen und unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 kein Spalt vorhanden ist. Wenn ein unkontrollierter Spalt an der oberen und unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 vorhanden ist, kann eine Wellenlänge der Mikrowelle, die durch das dielektrische Element 25 ausgebreitet wird, instabil werden, was zu einer Verschlechterung der Gleichmäßigkeit des Plasmas oder zu Instabilität der Lastimpedanz, von der Eingangsseite der Mikrowelle aus betrachtet, führt. Wenn außerdem der Spalt groß ist, kann eine elektrische Entladung auftreten. Um das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 zu befestigen und diese elektrisch und thermisch mit dem Verbindungselement zu kontaktieren, muss ein elastisches Element für das Verbindungselement verwendet werden. Das elastische Element 153' kann beispielsweise eine Wellenscheibe, eine Federscheibe, eine Konusfeder oder eine Schirmspirale sein und kann aus Edelstahl, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sein. Das Verbindungselement 152 ist aus einem leitenden Material hergestellt, und die Metallelektrode 151 ist elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 über das Verbindungselement 152, das geerdet sein soll, verbunden. Die Verbindungselemente 152 sind an vier Positionen auf diagonalen Linien der viereckigen Metallelektrode 151 angeordnet.
Das obere Ende des Verbindungselements 152 ragt in einen Raum 155 hinein, der in der Abdeckung 3 gebildet ist. Eine Mutter 36 ist an dem oberen Ende des Verbindungselements 152, das in den Raum 155 hineinragt, über ein elastisches Element 35 befestigt, das aus einer Wellenscheibe gebildet ist. Eine Kraft wird durch eine Elastizität des elastischen Elements 35 aufgebracht, so dass das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 27 eng mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in Kontakt stehen. Wenn es einen unkontrollierten Spalt an der unteren und oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 gibt, kann eine Wellen länge der Mikrowelle, die durch das dielektrische Element 25 ausgebreitet wird, instabil werden, was zu einer Verschlechterung der Gleichmäßigkeit des Plasmas oder zu einer Instabilität einer Lastimpedanz, von der Eingangsseite der Mikrowelle aus betrachtet, führt. Wenn außerdem der Spalt groß ist, kann eine elektrische Entladung auftreten. Um das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 zu befestigen und diese elektrisch und thermisch mit dem Verbindungselement zu kontaktieren, muss ein elastisches Element für das Verbindungselement verwendet werden. Das elastische Element 152 kann beispielsweise eine Wellenscheibe, eine Federscheibe, eine Konusfeder oder eine Schirmspirale sein und kann aus Edelstahl, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sein. In einem solchen Fall wird die Befestigungskraft für das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 mit Bezug auf die untere Oberfläche der Abdeckung 3 durch die Mutter 36 leicht gesteuert.
Ein O-Ring 30 als ein Dichtelement ist zwischen der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 vorgesehen. Der O-Ring 37 ist beispielsweise ein Metall-O-Ring. Der O-Ring 30 isoliert die innere Atmosphäre der Prozesskammer 4 gegenüber der inneren Atmosphäre des koaxialen Wellenleiters 35, so dass die innere Atmosphäre und die äußere Atmosphäre der Prozesskammer 4 voneinander isoliert sind.
Ein vertikaler Gasdurchgang 160 ist in dem zentralen Teil des Verbindungselements 152 vorgesehen, und ein horizontaler Gasdurchgang 161 ist zwischen dem dielektrischen Element 25 und der Metallelektrode 151 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Gasaustragsöffnungen 152 ist in der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 verteilt vorgesehen. Ein vorgegebenes Gas, das von einer Gasversorgungsquelle 60 in den Raum 155 innerhalb der Abdeckung 3 durch eine Gasleitung 55 zugeführt wird, wird in die Prozesskammer 4 durch die Gasdurchgänge 160 und 161 und die Gasaustragslöcher 162 verteilt zugeführt.
Eine Metallabdeckung 165 ist in der zentralen Fläche S der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut, die von dem vier dielektrischen Elementen 25 umgeben ist. Die Metallabdeckung 165 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt und ist elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die geerdet sein soll, verbunden. Die Metallabdeckung 165 ist in der Form einer quadratischen Platte gebildet, die eine Breite N aufweist, wie in dem Fall der Metallelektrode 151.
Die Metallabdeckung 165 weist eine Dicke auf, die annähernd gleich der Summe aus den Dicken des dielektrischen Elements 25 und der Metallelektrode 151 ist. Somit sind die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165 und die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 auf der gleichen Ebene angeordnet.
Die Metallabdeckung 165 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 166, wie etwa Schrauben, befestigt. Die untere Oberfläche jedes Verbindungselements 166, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, ist auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165 angeordnet. Alternativ braucht die untere Oberfläche 167 des Verbindungselements 166 nicht auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165 angeordnet zu sein. Die Verbindungselemente 166 sind an vier Positionen auf diagonalen Linien der Metallabdeckung 165 in beispielsweise einer viereckigen Form angeordnet. Um Gasaustragslöcher 172 gleichmäßig anzuordnen, ist die Distanz zwischen der Mitte des dielektrischen Elements 25 und jedem Verbindungselement 166 derart festgelegt, dass sie etwa 1/4 der Zwischenmittendistanz L' zwischen benachbarten dielektrischen Elementen 25 beträgt.
Das obere Ende des Verbindungselements 166 ragt in den Raum 155 in der Abdeckung 3 hinein. Eine Mutter 169 ist an dem oberen Ende des Verbindungselements 166, das in den Raum 155 hineinragt, über ein elastisches Element 168, wie etwa eine Federscheibe oder eine Wellenscheibe befestigt. Eine Kraft wird durch eine Elastizität des elastischen Elements 168 aufgebracht, so dass die Metallabdeckung 165 in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 steht.
Ein vertikaler Gasdurchgang 170 ist in dem zentralen Teil des Verbindungselements 166 vorgesehen, und ein horizontaler Gasdurchgang 171 ist zwischen der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der Metallabdeckung 165 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Gasaustragsöffnungen 172 ist verteilt in der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165 vorgesehen. Das vorgegebene Gas, das von der Gasversorgungsquelle 60 in den Raum 155 in der Abdeckung 3 durch eine Gasleitung 55 zugeführt wird, wird in die Prozesskammer 4 durch die Gasdurchgänge 170 und 171 und die Gasaustragslöcher 172 verteilt zugeführt.
Eine Seitenabdeckung 175 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in einer Fläche außerhalb der vier dielektrischen Elemente 151 eingebaut. Die Seitenabdeckung 75 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt und elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die geerdet sein soll, verbunden. Die Seitenabdeckung 175 weist auch eine Dicke auf, die annähernd gleich der Summe der Dicken des dielektrischen Elements 25 und der Metallelektrode 151 ist. Somit ist die untere Oberfläche der Seitenabdeckung 175 auch auf der gleichen Ebene wie die unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165 und der Metallelektrode 151 angeordnet.
Doppelnuten 50 sind in der unteren Oberfläche der Seitenabdeckung 175 derart vorgesehen, dass sie die vier dielektrischen Elemente 25 umgeben, und vier Innenteile 178 der Seitenabdeckung sind in einer inneren Fläche der Seitenabdeckung 175, die durch die Doppelnuten 50 definiert ist, gebildet. Jeder dieser Innenteile 178 der Seitenabdeckung weist eine im Wesentlichen gleiche Form wie ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck auf, die erhalten wird, indem die Metallabdeckung 165, von der Innenseite der Prozesskammer 4 aus betracht, entlang einer diagonalen Linie halbiert wird. Jedoch ist die Höhe des gleichschenkligen Dreiecks des Innenteils 178 der Seitenabdeckung geringfügig (um etwa 1/4 der Wellenlänge der Leiteroberflächenwelle) höher als die des gleichschenkligen Dreiecks, das erhalten wird, indem die Metallabdeckung 165 entlang der diagonalen Linie halbiert wird. Dies ist der Fall, weil elektrische Randbedingungen an Basisseiten der zwei gleichschenkligen Dreiecke, von der Leiteroberflächenwelle aus betrachtet, verschieden sind.
Obwohl darüber hinaus in der vorliegenden Ausführungsform die Nut 50, von der Innenseite der Prozesskammer aus betrachtet, in einer achteckigen Form gebildet ist, kann sie in einer viereckigen Form gebildet sein. In einem solchen Fall sind ebenfalls gleichschenklige, rechtwinklige Dreiecke zwischen Ecken der viereckigen Nuten 50 und dem dielektrischen Element 25 gebildet. Ferner ist ein Außenteil 179 der Seitenabdeckung, der den Umfang der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 bedeckt, in einer äußeren Fläche der Seitenabdeckung 175, die durch die Nut 50 definiert ist, gebildet.
Wie es später beschrieben wird, wird während eines Plasmaprozesses eine Mikrowelle, die in jedes dielektrische Element 25 von der Mikrowellenversorgungseinheit 34 übertragen wird, aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, entlang der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der unteren Oberfläche des inneren Teils 178 der Seitenabdeckung ausgebreitet. Zu dieser Zeit fungiert die Nut 50 als ein Ausbreitungshindernis, das eine Ausbreitung der Mikrowelle behindert, die entlang der unteren Oberfläche des inneren Teils 178 der Seitenabdeckung zu der Außenseite (Außenteil 179 der Seitenabdeckung) über die Nut 50 ausgebreitet worden ist. Dementsprechend dienen die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165, die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 und die untere Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung, die von der Nut 50 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 umgeben sind, als ein Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51.
Die Seitenabdeckung 175 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 180, wie etwa Schrauben, befestigt. Die untere Oberfläche jedes Verbindungselements 180, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, ist auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Seitenabdeckung 175 angeordnet. Alternativ braucht die untere Oberfläche des Verbindungselements 180 nicht auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Seitenabdeckung 175 angeordnet zu sein.
Das obere Ende des Verbindungselements 180 ragt in den Raum 155 hinein, der in der Abdeckung 3 gebildet ist. Eine Mutter 182 ist an dem oberen Ende des Verbindungselements 180, das in den Raum 155 hineinragt, über ein elastisches Element 181, wie etwa eine Federscheibe oder eine Wellenscheibe, befestigt. Eine Kraft wird durch eine Elastizität des elastischen Elements 181 aufgebracht, so dass die Seitenabdeckung 175 in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 steht.
Ein vertikaler Gasdurchgang 185 ist in dem zentralen Teil des Verbindungselements 180 vorgesehen, und ein horizontaler Gasdurchgang 186 ist zwischen der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der Seitenabdeckung 175 vorgesehen. Mehrere Gasaustragsöffnungen 187 sind verteilt in der unteren Oberfläche der Seitenabdeckung 175 vorgesehen. Das vorgegebene Gas, das von der Gasversorgungsquelle 60 in den Raum 155 in der Abdeckung 3 durch einen Gasdurchgang 55 zugeführt wird, wird in die Prozesskammer 4 durch die Gasdurchgänge 185 und 186 und die Gasaustragslöcher 187 verteilt zugeführt.
Eine Druckkraft einer Feder 190, die an einem oberen Teil der Abdeckung 3 eingebaut ist, wird auf das obere Ende des Metallstabes 45 über eine Stützsäule 191 aufgebracht. Das untere Ende des Metallstabs 45 steht mit der Mitte der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 in Kontakt, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut ist. Ferner ist eine Ausnehmung 192, die das untere Ende des Metallstabs 45 aufnimmt, in der Mitte der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 gebildet. Der Metallstab 45 wird durch eine Druckkraft der Feder 190 nach unten gedrückt, wenn das untere Ende des Metallstabs 45 in die Ausnehmung 192 in der Mitte der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 eingesetzt ist, ohne dass es durch das dielektrische Element 25 verläuft. Die Stützsäule 191 ist aus einem Isolator, wie etwa Teflon (eingetragene Marke), hergestellt. Obwohl eine Reflexion, von der Eingangsseite der Mikrowelle aus betrachtet, unterdrückt werden kann, wenn die Ausnehmung 192 vorgesehen ist, kann die Ausnehmung 192 weggelassen werden. Abgesehen davon ist eine Prallplatte 195, die ausgestaltet ist, um eine Gasströmung in der Prozesskammer 4 auf eine gewünschte Weise zu steuern, um den Suszeptor 10 herum eingebaut.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem neunten Modifikationsbeispiel, die wie oben beschrieben ausgestaltet ist, kann während des Plasmaprozesses ein vorgegebenes Gas der gesamten Bearbeitungsoberfläche eines Substrats G auf eine duschplattenartige Weise durch die jeweiligen Gasaustragslöcher 162, 172 und 187, die in der gesamten unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angeordnet sind, zugeführt werden. Somit kann das Gas gleichmäßig der gesamten Oberfläche des Substrats G, das auf dem Suszeptor 10 montiert ist, zugeführt werden.
Während das vorgegebene Gas in die Prozesskammer 2 zugeführt wird, wird das Substrat G durch eine Heizung 12 bis auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Ferner wird eine Mikrowelle von z. B. etwa 915 MHz, die von der Mikrowellenversorgungseinheit 34 erzeugt wird, zu jedem dielektrischen Element 25 durch den koaxialen Wellenleiter 35, eine Zweigplatte 40 und den Elektrodenstab 45 übertragen. Die Mikrowelle, die durch jedes dielektrische Element 25 übertragen wird, wird in einem Leiteroberflächenwellenzustand entlang der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung, die zusammen als der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 fungieren, übertragen.
Hier ist 35 ein Diagramm zum Beschreiben eines Ausbreitungszustandes der Leiteroberflächenwelle, die entlang der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabde ckung, die als der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51 dienen, übertragen wird. Während des Plasmaprozesses wird die Leiteroberflächenwelle (Mikrowelle) TM durch das dielektrische Element 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in einer Gitterform freigelegt ist, übertragen und entlang der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung ausgebreitet. In diesem Fall weisen die Metallabdeckung 165 und die Metallelektrode 151 quadratische Formen mit im Wesentlichen der gleichen Fläche auf, und die vier Seiten von einem jeden von der Metallabdeckung 165 und der Metallelektrode 151 sind von dem Teil (Umfangsteil) des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, umgeben. Mit dieser Ausgestaltung wird die Leiteroberflächenwelle TM, die durch das dielektrische Element 25 übertragen wird, in der Metallabdeckung 165 und der Metallelektrode 151 in einem im Wesentlichen gleichen Zustand ausgebreitet. Infolgedessen kann Plasma an der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 45 und der unteren Oberfläche der Metallelektrode 27 durch die Leistung der Mikrowelle unter der im Wesentlichen gleichmäßigen Bedingung erzeugt werden.
Indessen sind die vier Seiten von einer jeden von der Metallabdeckung 165 und der Metallelektrode 151 von dem Teil (Umfangsteil) des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, umgeben, wohingegen nur die zwei Seiten des Innenteils 178 der Seitenabdeckung von dem Teil (Umfangsteil) des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, umgeben sind. Somit kann auf der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung die Leiteroberflächenwelle TM durch eine Leistung ausgebreitet werden, die ungefähr die Hälfte der Leistung für die Metallabdeckung 165 oder die Metallelektrode 151 beträgt. Jedoch weist der Innen teil 178 der Seitenabdeckung die im Wesentlichen gleiche Form wie das gleichschenklige rechtwinklige Dreieck auf, das gebildet wird, indem die Metallabdeckung 165 entlang einer diagonalen Linie halbiert wird, und die Fläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung beträgt ungefähr die Hälfte der Flächen der Metallabdeckung 165 oder der Metallelektrode 151. Deshalb kann Plasma an der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung unter der gleichen Bedingung wie die für die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165 oder der Metallelektrode 151 erzeugt werden.
Außerdem sind mit Bezug auf den Teil (Umfangsteil) des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, Teile der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte a, die die gleiche Form wie das gleichschenklige, rechtwinklige Dreieck aufweisen, symmetrisch auf beiden Seiten des Teils des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, gebildet, außer für eine gewisse Fläche, wie es in 35 veranschaulicht ist. Somit wird die Leiteroberflächenwelle TM von dem Teil des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, zu all diesen Teilen der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte a unter der gleichen Bedingung ausgebreitet. Infolgedessen kann Plasma auf dem gesamten Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt (d. h. der gesamten unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der gesamten unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der gesamten unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung) durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt werden.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 sind die Gasaustragslöcher 162, 172 und 187 eng verteilt und in den gesamten unteren Oberflächen der Metallelektrode 151, der Metallabdeckung 165 und der Seitenabdeckung 175, die zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt sind, vorgesehen, wie es oben beschrieben ist, wodurch ein vorgegebenes Gas gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Substrats G zugeführt werden kann, das auf dem Suszeptor 10 montiert ist. Dementsprechend wird das Plasma auf den gesamten unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165, der Metallelektrode 151 und dem Innenteil 178 der Seitenabdeckung, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass ein gleichmäßigerer Plasmaprozess auf der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann.
(Dicke des dielektrischen Elements 25)
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem neunten Modifikationsbeispiel sind das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch das Verbindungselement 152 befestigt, aber in der Nachbarschaft des Verbindungselements 152, das die Metallelektrode 151 elektrisch mit der Abdeckung 3 verbindet, kann die Mikrowelle nicht durch das dielektrische Element 25 ausgebreitet werden. Die Mikrowelle, die durch die Nachbarschaft des Verbindungselements 152 übertragen wird, wird in einen winkligen Teil des dielektrischen Elements 25 bis zu einem gewissen Ausmaß durch einen Beugungseffekt eingeleitet, aber die elektrische Feldstärke der Mikrowelle an dem winkligen Teil des dielektrischen Elements 25 neigt dazu, im Vergleich zu anderen Teilen geschwächt zu werden. Wenn sie zu schwach ist, wird die Gleichmäßigkeit des Plasmas verschlechtert.
36 veranschaulicht eine Verteilung einer stehenden Welle eines elektrischen Mikrowellenfeldes in einer Raumladung, die durch eine Simulation eines elektrischen Feldes erhalten wird. Ein Material des dielektrischen Elements 25 ist Aluminiumoxid. Eine Elektronendichte des Plasmas beträgt etwa 3 × 10¹¹ cm^–3, und ein Druck davon beträgt etwa 13,3 Pa. Ferner wird eine Einheit, wie sie in 36 veranschaulicht ist, die eine Tafel der Metallelektrode 151 als eine Mitte und eine Fläche, die die Mitte der benachbarten Metallabdeckung 165 als einen Scheitel aufweist (oder eine Fläche, die von dem Innenteil 178 der Seitenabdeckung halbiert ist, welche gleich fungiert wie die Fläche, die die Mitte der benachbarten Metallabdeckung 165 als einen Scheitel aufweist) ”Zelle” genannt. Die vorgeschlagene Zelle weist eine quadratische Form auf, von der jede Seite eine Länge von etwa 164 mm hat. Das dielektrische Element 25, das um etwa 45° mit Bezug auf die Zelle gedreht ist, ist in der Mitte der Zelle angeordnet. Teile mit einer starken elektrischen Feldstärke sind in der Zeichnung hervorgehoben. Es ist zu sehen, dass eine zweidimensionale stehende Welle regelmäßig und symmetrisch an den unteren Oberflächen der Metallelektrode 151, der Metallabdeckung 165 und dem Innenteil 178 der Seitenabdeckung erzeugt wird. Es ist ein durch die Simulation erhaltenes Ergebnis, aber es ist bekannt gewesen, dass die vollständig gleiche Verteilung aus einem tatsächlichen Experiment unter Verwendung von Plasma beobachtet werden kann.
37 zeigt eine Verteilung einer elektrischen Feldstärke einer Mikrowelle in einer Raumladung bei einer geraden Linie A-B von 36, wenn die Dicke des dielektrischen Elements 25 von etwa 3 mm auf etwa 6 mm zunimmt. Die vertikale Achse ist durch die maximale elektrische Feldstärke in der geraden Linie A-B normiert. Es ist zu sehen, dass Gegenknoten (Spitzen) der stehenden Welle an dem Mittelteil und Endteilen (winkliger Teil der Metallabdeckung) angeordnet sind, und Knoten der stehenden Welle dazwischen angeordnet sind. Es ist erwünscht, dass der Mittelteil und die Endteile im Wesentlichen die gleiche elektrische Feld stärke aufweisen, aber es ist zu sehen, dass die elektrische Feldstärke an den Endteilen schwach ist.
38 veranschaulicht eine normierte elektrische Feldstärke an dem winkligen Teil der Metallabdeckung. Es ist zu sehen, dass die normierte elektrische Feldstärke etwa 93% beträgt, wenn die Dicke des dielektrischen Elements 25 etwa 3 mm beträgt, und wenn die Dicke des dielektrischen Elements 25 auf etwa 6 mm zunimmt, wird die normierte elektrische Feldstärke auf etwa 66% verringert. Unter Berücksichtigung der Gleichmäßigkeit des Plasmas beträgt die normierte elektrische Feldstärke an dem winkligen Teil der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 oder dem winkligen Teil der Metallabdeckung 165 erwünscht etwa 70% oder mehr und noch stärker erwünscht etwa 80% oder mehr. Es ist aus 38 zu sehen, dass die Dicke des dielektrischen Elements 25 4,1 mm oder weniger betragen muss, damit die normierte elektrische Feldstärke 70% oder mehr beträgt, und die Dicke des dielektrischen Elements 25 5,1 mm oder weniger betragen muss, damit die normierte elektrische Feldstärke 80% oder mehr beträgt.
Die Stärke der Mikrowelle, die das dielektrische Element 25 mittels Beugung der Mikrowelle, die durch das dielektrische Element 25 ausgebreitet wird, erreicht, variiert in Abhängigkeit von einer Distanz zwischen dem dielektrischen Element 25 und dem Verbindungselement 152, das als ein Ausbreitungshindernis dient, sowie von der Dicke des dielektrischen Elements 25. Deshalb wird, wenn diese Distanz vergrößert wird, die Stärke der Mikrowelle, die das dielektrische Element 25 erreicht, vergrößert. Eine Distanz zwischen dem Verbindungselement 30 und dem winkligen Teil des dielektrischen Elements 25 ist ungefähr proportional zu einer Distanz (Zellenteilung) zwischen den Mitten des dielektrischen Elements 25. Dementsprechend kann die Dicke des dielektrischen Elements 25 auf einen vorbestimmten Wert oder weniger mit Bezug auf die Distanz zwischen den Mitten der dielektrischen Elemente 25 festgelegt werden. Da die Zellenteilung in 36 etwa 164 mm beträgt, muss die Dicke des dielektrischen Elements 25 auf etwa 1/21 oder weniger der Distanz zwischen den Mitten der dielektrischen Elemente 25 festgelegt sein, damit die normierte elektrische Feldstärke 70% oder mehr beträgt, und die Dicke des dielektrischen Elements 25 muss auf etwa 1/40 oder weniger festgelegt sein, damit die normierte elektrische Feldstärke 80% oder mehr beträgt.
(Fläche eines freigelegten Teils des dielektrischen Elements 25 in der Prozesskammer 4)
Die Mikrowelle, die durch das dielektrische Element 25 zu dem Endteil des dielektrischen Elements 25 übertragen wird, wird auf der Metalloberfläche (d. h. den unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165, der Metallelektrode 151 und dem Innenteil 178 der Seitenabdeckung) benachbart zu dem dielektrischen Element 25 als eine Leiteroberflächenwelle ausgebreitet. Wie es in 35 veranschaulicht ist, sind zwei Teile des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts a symmetrisch auf beiden Seiten des Teils des dielektrischen Elements 25, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, gebildet. Wenn ferner Mikrowellenenergie gleichmäßig auf diese zwei Teile a der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte verteilt wird, wird Plasma mit der gleichen Dichte und der gleichen Verteilung an beiden Teilen a der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte erregt, so dass an dem gesamten Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt gleichmäßiges Plasma leicht erhalten werden kann.
Indessen wird Plasma auch an einem Teil, an dem das dielektrische Element 25 zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, durch eine Dielektrikumoberflächenwelle erregt. In dem Fall der Dielektrikumoberflächenwelle wird das elektrische Mikrowellenfeld an sowohl das dielektrische Element 25 als auch das Plasma angelegt, aber in dem Fall der Leiteroberflächenwelle wird das elektrische Mikrowellenfeld nur an das Plasma angelegt. In dem Fall der Leiteroberflächenwelle wird daher im Allgemeinen das elektrische Mikrowellenfeld, das an das Plasma angelegt wird, stark. Dementsprechend weist Plasma, das auf der Metalloberfläche, wie etwa den Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitten (d. h. den unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165, der Metallelektrode 151 und dem Innenteil 178 der Seitenabdeckung), erregt wird, eine höhere Dichte auf als Plasma, das auf der Oberfläche des dielektrischen Elements 25 erregt wird.
Wenn die Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements 25 ausreichend kleiner als die Fläche des Teils a des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ist, kann ein gleichmäßiges Plasma in der Nachbarschaft des Substrats G mittels Diffusion des Plasmas erhalten werden. Wenn jedoch die Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements 25 größer als die Fläche von einem Teil a des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ist, d. h. die Gesamtfläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements 25 größer als etwa eine Hälfte der Fläche aller Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte ist, wird ein Plasma ungleichmäßig und eine abnormale elektrische Entladung oder Sputtern kann auftreten, da Leistung an den Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitten mit kleiner Fläche konzentriert ist. Dementsprechend beträgt die Gesamtfläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements 25 erwünscht etwa 1/2 oder weniger, stärker erwünscht etwa 1/5 oder weniger als die Fläche der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte.
(Zehntes Modifikationsbeispiel)
39 veranschaulicht eine Ansicht von unten der Abdeckung 3 der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem zehnten Modifikationsbeispiel. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß diesem zehnten Modifikationsbeispiel sind acht dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, an einer unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut. Auf die gleiche Weise wie bei dem neunten Modifikationsbeispiel ist jedes dielektrische Element 25 in einer Form einer im Wesentlichen quadratischen Platte gebildet, wie es in 39 veranschaulicht ist. Die dielektrischen Elemente 25 sind derart angeordnet, dass ihre Scheitelwinkel benachbart zueinander liegen. Ferner sind die Scheitelwinkel des jeweiligen dielektrischen Elements 25 auf oder nahe einer Linie L' angeordnet, die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet. Auf diese Weise werden, indem die Scheitelwinkel der acht dielektrischen Elemente 25 derart angeordnet sind, dass sie benachbart zueinander liegen, und der Scheitelwinkel jedes dielektrischen Elements 25 auf der Linie L', die die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet, angeordnet ist, quadratische Flächen S, die jeweils von vier dielektrischen Elementen 25 umgeben sind, an drei Stellen an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet.
Eine Metallelektrode 151 ist an der unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 eingebaut. Die Metallelektrode 151 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Wie das dielektrische Element 25 weist die Metallelektrode 151 eine Form einer rechteckigen Platte auf. Die Breite N der Metallelektrode 151 ist geringfügig kürzer als die Breite L des dielektrischen Elements 25. Von dem Inneren der Prozesskammer aus betrachtet, ist dementsprechend der Umfang des dielektrischen Elements 25 in einem rechteckigen Umriss um die Metallelektrode 151 herum freigelegt. Von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, sind ferner Scheitelwinkel der quadratischen Umrisse in den Umfängen der dielektrischen Elemente 25 benachbart zueinander angeordnet.
Das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 152, wie etwa Schrauben, befestigt. Die Metallelektrode 151 ist elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 über das Verbindungselement 152, das geerdet sein soll, verbunden. Eine Mehrzahl von Gasaustragsöffnungen 42 ist verteilt in der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 vorgesehen.
Die Metallabdeckung 165 ist an jeder Fläche S auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut. Die Metallabdeckung 165 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt und elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die geerdet sein soll, verbunden. Die Metallabdeckung 165 ist in einer Form einer quadratischen Platte mit einer Breite N gebildet, wie in dem Fall der Metallelektrode 151.
Die Metallabdeckung 165 weist eine Dicke auf, die ungefähr gleich der Summe aus den Dicken des dielektrischen Elements 25 und der Metallelektrode 151 ist. Somit sind die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165 und die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 auf der gleichen Ebene angeordnet.
Die Metallabdeckung 165 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 166, wie etwa Schrauben, befestigt. Eine Mehrzahl von Gasaustragsöffnungen 172 ist verteilt in der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165 vorgesehen.
Eine Seitenabdeckung 175 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 in einer Fläche außerhalb der acht dielektrischen Elemente 25 eingebaut. Die Seitenabdeckung 75 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt, und elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die geerdet sein soll, verbunden. Die Seitenabdeckung 175 weist auch eine Dicke auf, die ungefähr gleich der Summe aus den Dicken des dielektrischen Elements 25 und der Metallelektrode 151 ist. Somit ist die untere Oberfläche der Seitenabdeckung 175 auch auf der gleichen Ebene wie die unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165 und der Metallelektrode 151 angeordnet.
Nuten 50 sind aufeinander folgend in der unteren Oberfläche der Seitenabdeckung 175 vorgesehen, so dass sie die acht dielektrischen Elemente 25 umgeben, und acht Innenteile 178 der Seitenabdeckung sind in einer inneren Fläche der Seitenabdeckung 175, die durch die Nuten 50 definiert ist, gebildet. Jeder dieser Innenteile 178 der Seitenabdeckung weist eine im Wesentlichen gleiche Form wie ein gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck auf, das erhalten wird, indem die Metallabdeckung 165, von der Innenseite der Prozesskammer 4 aus betrachtet, entlang einer diagonalen Linie halbiert wird. Die Höhe des gleichschenkligen Dreiecks des Innenteils 178 der Seitenabdeckung ist geringfügig (um etwa 1/4 der Wellenlänge einer Leiteroberflächenwelle) höher als die des gleichschenkligen Dreiecks, das erhalten wird, indem die Metallabdeckung 165 entlang der diagonalen Linie halbiert wird. Dies ist der Fall, weil elektrische Randbedingungen an Basisseiten der zwei gleichschenkligen Dreiecke, von der Leiteroberflächenwelle aus betrachtet, verschieden sind.
Obwohl ferner in der vorliegenden Ausführungsform die Nut 50, von der Innenseite der Prozesskammer aus betrachtet, in einer achteckigen Form gebildet ist, kann sie in einer viereckigen Form gebildet sein. In einem solchen Fall werden auch gleiche gleichschenklige, rechtwinklige Dreiecke zwischen Ecken der viereckigen Nuten 50 des dielektrischen Elements 25 gebildet. Ferner ist ein Außenteil 179 der Seitenabdeckung, der den Umfang der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 bedeckt, in einer äußeren Fläche der Seitenabdeckung 175, die durch die Nut 50 definiert ist, gebildet.
Während eines Plasmaprozesses wird eine Mikrowelle, die in jedes dielektrische Element 25 von einer Mikrowellenversorgungseinheit 34 übertragen wird, aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, entlang der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165, der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151 und der unteren Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung ausgebreitet. Dementsprechend dienen die untere Oberfläche der Metallabdeckung 165, die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 und die untere Oberfläche des Innenteils 178 der Seitenabdeckung, die von der Nut 50 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 umgeben sind, als ein Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt 51.
Die Seitenabdeckung 175 ist an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 180, wie etwa Schrauben, befestigt. Eine Mehrzahl von Gasaustragsöffnungen 187 ist verteilt in der unteren Oberfläche der Seitenabdeckung 175 vorgesehen.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem zehnten Modifikationsbeispiel wird das Plasma an den gesamten unteren Oberflächen der Metallabdeckung 165, der Metallelektrode 151 und dem Innen teil 178 der Seitenabdeckung, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass ein gleichmäßigerer Plasmaprozess auf der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann. Die Zahl der dielektrischen Elemente 25, die an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut sind, und eine Anordnung davon können beliebig variiert werden.
(Elftes Modifikationsbeispiel)
40 zeigt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D-O'-O-E von 41), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem elften Modifikationsbeispiel veranschaulicht. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß diesem elften Modifikationsbeispiel sind acht dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, an einer unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut. Wie es oben beschrieben ist, weist jedes dielektrische Element 25 eine Form einer im Wesentlichen quadratischen Platte auf. Die dielektrischen Elemente 25 sind derart angeordnet, dass ihre Scheitelwinkel benachbart zueinander liegen. Ferner sind die Scheitelwinkel des jeweiligen dielektrischen Elements 25 auf oder nahe einer Linie L' angeordnet, die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet. Indem die Scheitelwinkel der acht dielektrischen Elemente 25 auf diese Weise benachbart zueinander angeordnet sind und der Scheitelwinkel jedes dielektrischen Elements 25 auf der Linie L', die die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet, angeordnet ist, sind quadratische Flächen S, die jeweils von vier dielektrischen Elementen 25 umgeben sind, an drei Stellen an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet.
Eine Metallelektrode 151 ist an der unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 eingebaut. Die Metallelektrode 151 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Wie das dielektrische Element 25 weist die Metallelektrode 151 eine Form einer quadratischen Platte auf. Die Breite N der Metallelektrode 151 ist geringfügig kürzer als die Breite L des dielektrischen Elements 25. Von dem Inneren der Prozesskammer aus betrachtet, ist dementsprechend der Umfang des dielektrischen Elements 25 in einem quadratischen Umriss um die Metallelektrode 151 herum freigelegt. Von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, sind ferner Scheitelwinkel der quadratischen Umrisse in den Umfängen der dielektrischen Elemente 25 benachbart zueinander angeordnet.
Das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 152, wie etwa Schrauben, befestigt. In diesem Modifikationsbeispiel ist ein unteres Ende eines Metallstabes 45 durch das dielektrische Element 25 eingesetzt, so dass es mit einer oberen Oberfläche der Metallelektrode 151 in Kontakt steht. Ein O-Ring 30', der als ein Dichtelement dient, ist zwischen einer unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 und einer oberen Oberfläche der Metallelektrode 151 derart eingebaut, dass er einen Verbindungsteil des unteren Endes des Metallstabs 45 und der oberen Oberfläche der Metallelektrode 51 umgibt. Die Metallelektrode 151 ist elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 über das Verbindungselement 152, das geerdet sein soll, verbunden.
In diesem Modifikationsbeispiel ist die untere Oberfläche der Abdeckung 3 zu dem Inneren der Prozesskammer 4 an jeder Fläche S an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der Fläche der acht dielektrischen Elemente 25 freigelegt. Ferner sind Ausnehmungen 3a, in die das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 eingesetzt sind, in der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet. Das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 27 sind in jede Ausnehmung 3a eingesetzt, wodurch die untere Oberfläche der Abdeckung 30, die zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, auf der gleichen Ebene wie die untere Oberfläche der Metallelektrode 151 angeordnet ist.
In der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 ist eine Nut 50 aufeinander folgend gebildet, so dass sie die acht dielektrischen Elemente 25 umgibt, und in einer inneren Fläche der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die durch die Nut 50 definiert ist, sind acht Innenteile 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung gebildet. Jeder der Innenteile 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung weist, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, eine im Wesentlichen gleich Form wie ein gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck auf, das erhalten wird, indem die Metallelektrode 151 entlang einer diagonalen Linie halbiert wird.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem elften Modifikationsbeispiel wird während eines Plasmaprozesses eine Mikrowelle, die in jedes dielektrische Element 25 von einer Mikrowellenversorgungseinheit 34 übertragen wird, aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, entlang der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, jeder Fläche S der Abdeckung 3 und der unteren Oberfläche des Innenteils 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung ausgebreitet. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem elften Modifikationsbeispiel wird das Plasma an der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, jeder Fläche S der Abdeckung 3 und der unteren Oberfläche des Innenteils 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass ein gleichmäßigerer Plasmaprozess an der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann.
(Zwölftes Modifikationsbeispiel)
42 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D-O'-O-E von 43), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem zwölften Modifikationsbeispiel zeigt. 43 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 42. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem zwölften Modifikationsbeispiel sind vier dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, an der unteren Oberfläche einer Abdeckung 3 eingebaut. Jedes der dielektrischen Elemente 25 weist eine Form einer im Wesentlichen quadratischen Platte auf. Die dielektrischen Elemente 25 sind derart angeordnet, dass ihre Scheitelwinkel benachbart zueinander liegen. Ferner sind die Scheitelwinkel des jeweiligen dielektrischen Elements 25 auf oder nahe einer Linie L' angeordnet, die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet. Indem die Scheitelwinkel der acht dielektrischen Elemente 25 auf diese Weise derart angeordnet sind, dass sie benachbart zueinander liegen, und der Scheitelwinkel jedes dielektrischen Elements 25 auf der Linie L', die die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet, angeordnet ist, ist eine quadratische Fläche S, die von den dielektrischen Elementen 25 umgeben ist, an der zentralen unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet.
Ihn der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem zwölften Modifikationsbeispiel sind eine Metallelektrode 151, die an einer unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 befestigt ist; eine Metallabdeckung 165, die an der Fläche S befestigt ist; und eine Seitenabde ckung 175, die an einer äußeren Fläche des dielektrischen Elements 25 befestigt ist, als ein Körper ausgestaltet. Ferner ist eine Nut 50 aufeinander folgend in einem Umfang der unteren Oberfläche der Seitenabdeckung 175 gebildet, und eine gesamte innere Fläche (d. h. die unteren Oberflächen der Metallelektrode 151, der Metallabdeckung 165 und der Seitenabdeckung 175), die durch die Nut 50 definiert ist, dient als ein Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem zwölften Modifikationsbeispiel wird das Plasma an den gesamten unteren Oberflächen der Metallelektrode 151, der Metallabdeckung 165 und der Seitenabdeckung 175, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass der gleichmäßigere Plasmaprozess auf der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann.
(Dreizehntes Modifikationsbeispiel)
44 zeigt eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie B-O-C von 45), die eine schematische Ausgestaltung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß einem dreizehnten Modifikationsbeispiel veranschaulicht. 45 veranschaulicht eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 44. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dreizehnten Modifikationsbeispiel ist ein dielektrisches Element 25, das aus z. B. Al₂O₃ hergestellt ist, an der unteren Oberfläche einer Abdeckung 3 eingebaut. Das dielektrische Element 25 weist eine Form einer im Wesentlichen quadratischen Platte auf.
Das dielektrische Element 25 und eine Metallelektrode 151 sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch ein Verbindungs element 152, wie etwa eine Schraube, befestigt. Ein oberes Ende des Verbindungselements 152 ragt in einen Raum 155 hinein, der in der Abdeckung 3 gebildet ist. Eine Mutter 157 ist an dem oberen Ende des Verbindungselements 152, das in den Raum 155 hineinragt, über ein elastisches Element 156, wie etwa eine Konusfeder, befestigt. Ein Gasaustragsloch 200 ist in einer unteren Oberfläche des Verbindungselements 152 gebildet. Ferner ist ein weiteres Gasaustragsloch 162 in der Mitte des Verbindungselements 152 gebildet.
Die untere Oberfläche der Abdeckung 3 ist in der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 151 freigelegt. Eine Nut 50 ist in der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 derart gebildet, dass sie das dielektrische Element 25 umgibt. Eine innere Fläche der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die durch die Nut 50 definiert ist, und eine untere Oberfläche der Metallelektrode 151 dienen als ein Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem dreizehnten Modifikationsbeispiel wird das Plasma an der inneren Fläche der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die durch die Nut 50 definiert ist, und der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass der gleichmäßigere Plasmaprozess an der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann.
(Vierzehntes Modifikationsbeispiel)
46 ist eine Längsschnittansicht (genommen entlang einer Linie D'-O'-O-E von 47), die eine schematische Ausgestaltung einer Plas mabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem vierzehnten Modifikationsbeispiel veranschaulicht. 47 ist eine Schnittansicht, genommen entlang einer Linie A-A von 46. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierzehnten Modifikationsbeispiel sind acht dielektrische Elemente 25, die aus z. B. Al₂O₃ hergestellt sind, an einer unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingebaut. Wie es in 34 veranschaulicht ist, ist jedes dielektrische Element 25 in einer Form einer im Wesentlichen quadratischen Platte gebildet. Die dielektrischen Elemente 25 sind derart angeordnet, dass ihre Scheitelwinkel benachbart zueinander liegen. Ferner sind die Scheitelwinkel des jeweiligen dielektrischen Elements 25 auf oder nahe einer Linie L' angeordnet, die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet. Indem die Scheitelwinkel der acht dielektrischen Elemente 25 auf diese Weise derart angeordnet sind, dass sie benachbart zueinander liegen, und der Scheitelwinkel jedes dielektrischen Elements 25 auf der Linie L', die die Mitten O' der benachbarten dielektrischen Elemente 25 verbindet, angeordnet ist, sind quadratische Flächen S, die jeweils von vier dielektrischen Elementen 25 umgeben sind, an drei Stellen an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet.
Eine Metallelektrode 151 ist an der unteren Oberfläche jedes dielektrischen Elements 25 eingebaut. Die Metallelektrode 151 ist aus einem leitenden Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Wie das dielektrische Element 25 weist die Metallelektrode 151 eine Form einer quadratischen Platte auf. Die Breite N der Metallelektrode 151 ist geringfügig kürzer als die Breite L des dielektrischen Elements 25. Von dem Inneren der Prozesskammer aus betrachtet, ist dementsprechend der Umfang des dielektrischen Elements 25 in einem quadratischen Umriss um die Metallelektrode 151 herum freigelegt. Von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, sind ferner Scheitelwinkel der quadrati schen Umrisse in den Umfängen der dielektrischen Elemente 25 benachbart zueinander angeordnet.
Das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 sind an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch Verbindungselemente 152, wie etwa Schrauben, befestigt. Die Metallelektrode 151 ist elektrisch mit der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 über das Verbindungselement 152, das geerdet sein soll, verbunden.
In diesem Modifikationsbeispiel ist die untere Oberfläche der Abdeckung 3 zu dem Inneren der Prozesskammer 4 an jeder Fläche S der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 und der äußeren Fläche der acht dielektrischen Elemente 25 freigelegt. Ferner ist die untere Oberfläche der Abdeckung 3 insgesamt in einer Planaren Form gebildet. Dementsprechend ist die untere Oberfläche der Metallelektrode 27 unterhalb der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 angeordnet.
In der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 ist eine Nut 50 aufeinander folgend derart gebildet, dass sie die acht dielektrischen Elemente 25 umgibt, und in einer inneren Fläche der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die durch die Nut 50 definiert ist, sind acht Innenteile 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung gebildet. Jeder der Innenteile 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung weist, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, im Wesentlichen die gleiche Form wie ein gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck auf, das erhalten wird, indem die Metallelektrode 151 entlang einer diagonalen Linie halbiert wird. Ferner ist eine Mehrzahl von Gasaustragslöchern 52 verteilt in jeder Fläche S der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 vorgesehen, und eine Mehrzahl von Gasaustragslöchern 72 ist verteilt in jedem Innenteil 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung vorgesehen.
In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel wird während eines Plasmaprozesses eine Mikrowelle, die von einer Mikrowellenversorgungseinheit 34 in jedes dielektrische Element 25 übertragen wird, aus der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25, das an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 freigelegt ist, entlang der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, jeder Fläche S der Abdeckung 3 und der unteren Oberfläche des Innenteils 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung ausgebreitet. In der Plasmabearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem vierzehnten Modifikationsbeispiel wird das Plasma an der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, jeder Fläche S der Abdeckung 3 und der unteren Oberfläche des Innenteils 3b der unteren Oberfläche der Abdeckung, die als die Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 51 dienen, durch die Leistung der Mikrowelle unter der gleichmäßigen Bedingung erzeugt, so dass der gleichmäßigere Plasmaprozess auf der gesamten Bearbeitungsoberfläche des Substrats G durchgeführt werden kann.
(Position des Außenumfangs eines Dielektrikums)
Die 48 bis 54 sind Schnittansichten (entsprechend einem Schnitt F von 33), die jeweils einen Außenumfang eines dielektrischen Elements 25 einer Metallelektrode 151 und einer Metallabdeckung 165 (eine Metallabdeckung 165a) veranschaulichen. Wie es in 48 veranschaulicht ist, kann ein Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, weiter innen als ein Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 angeordnet sein, oder nur eine Seitenfläche (der Außenumfang 25') des dielektrischen Elements 25 kann zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt sein. Alternativ kann der Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, in der gleichen Linie mit dem Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 ausgerichtet sein.
Wenn ferner, wie es in 49 veranschaulicht ist, der Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25 weiter außen als der Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 angeordnet ist, kann eine Ausnehmung 165', die ausgestaltet ist, um den Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25 aufzunehmen, in einer Seitenfläche der Metallabdeckung 165 gebildet sein.
(Form einer unteren Oberfläche einer Abdeckung)
Wie es in den 50 und 51 veranschaulicht ist, ist die Metallabdeckung 165a, die die gleiche Form wie die der Metallabdeckung 165 aufweist, an der Abdeckung 3 als ein Körper gebildet, und das dielektrische Element 25 kann in eine Ausnehmung 165b benachbart zu der Metallabdeckung 165a an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 eingesetzt sein. In diesem Fall beträgt ein Mittenrauwert der unteren Oberfläche der Metallabdeckung 165a erwünscht etwa 2,4 μm oder weniger, stärker erwünscht etwa 0,6 μm oder weniger.
Ferner kann, wie es in 50 veranschaulicht ist, der Außenumfang des dielektrischen Elements 25 benachbart zu einer Seitenoberfläche der Metallabdeckung 45a liegen, oder, wie es in 51 veranschaulicht ist, kann der Außenumfang des dielektrischen Elements 25 von der Seitenoberfläche der Metallabdeckung 45a getrennt sein.
Darüber hinaus kann, wie es in den 52 bis 54 veranschaulicht ist, die Metallabdeckung 45 weggelassen sein, und die untere Oberfläche der planaren Abdeckung 3 kann in der Nachbarschaft des dielektrischen Elements 25 freigelegt sein. In diesem Fall kann, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, eine Form der unteren Oberfläche der Abdeckung 3, die von der Mehrzahl der dielektrischen Elemente 25 umgeben ist, im Wesentlichen gleich sein wie eine Form der unteren Oberfläche der Metallelektrode 151, die an dem dielektrischen Element 25 befestigt ist. Außerdem beträgt ein Mittenrauwert der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 erwünscht etwa 2,4 μm oder weniger, stärker erwünscht etwa 0,6 μm oder weniger.
Wie es in 52 veranschaulicht ist, kann der Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25, von der Prozesskammer 4 aus betrachtet, weiter außen als der Außenumfang 27' der Metallelektrode 27 angeordnet sein. Alternativ kann der Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25, wie es in 53 veranschaulicht ist, von der Innenseite der Prozesskammer 4 aus betrachtet, in der gleichen Linie mit dem Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 ausgerichtet sein. Ferner kann der Außenumfang 25' des dielektrischen Elements 25, wie es in 54 veranschaulicht ist, von dem Inneren der Prozesskammer 4 aus betrachtet, weiter innen als der Außenumfang 151' der Metallelektrode 51 angeordnet sein. Ferner kann eine Schräge 210, wie es in den 48 bis 53 veranschaulicht ist, an dem Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 gebildet sein. Alternativ kann eine Schräge 211, wie es in den 48 und 49 veranschaulicht ist, an dem Außenumfang der Metallabdeckung 45 gebildet sein. Ferner kann alternativ eine Schräge 212, wie es in den 50 und 51 veranschaulicht ist, an dem Außenumfang der Metallabdeckung 45a in der Abdeckung 3 integriert gebildet sein. Außerdem kann eine Schräge 213, wie es in den 51 und 52 veranschaulicht ist, an dem Außenumfang des dielektrischen Elements 25 gebildet sein. Abgesehen davon kann eine umgekehrte Schräge 214, wie es in den 52 und 54 veranschaulicht ist, an dem Außenumfang 151' der Metallelektrode 151 gebildet sein.
(Formen eines dielektrischen Elements und einer Metallelektrode)
Wie es in 55 veranschaulicht ist, kann das dielektrische Element 25, das in einer Rhombusform gebildet ist, verwendet werden. Wenn in diesem Fall die Metallelektrode 151, die an der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 befestigt ist, ähnlich in einer Rhombusform gebildet sein kann, die geringfügig kleiner als das dielektrische Element 25 ist, ist der Umfang des dielektrischen Elements 25 als ein rhombusförmiger Umriss um die Metallelektrode 151 herum vorhanden und ist zum Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt.
Ferner können, wie es in 56 veranschaulicht ist, die dielektrischen Elemente 25, die in einer Form eines gleichseitigen Dreiecks gebildet sind, verwendet werden. Wenn in diesem Fall die Metallelektrode 151, die an der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 befestigt ist, ähnlich in einer Form eines gleichseitigen Dreiecks geringfügig kleiner als das dielektrische Element 25 gebildet sein kann, ist der Umfang des dielektrischen Elements 25 als ein Umriss in der Form eines gleichseitigen Dreiecks um die Metallelektrode 151 herum vorhanden und ist zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt. Wenn darüber hinaus die dielektrischen Elemente 25 in der Form eines gleichseitigen Dreiecks verwendet werden, können Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitte 215, falls Scheitelwinkel der drei dielektrischen Elemente 25 derart angeordnet sind, dass sie benachbart zueinander liegen, so dass zentrale Winkel dazwischen einander gleich sind, in der gleichen Form wie die der Metallelektrode 151 zwischen beliebigen zweien der dielektrischen Elemente 25 vorgesehen sein.
(Ausgestaltung eines Verbindungselements)
Wie es oben beschrieben ist, sind das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 an der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 durch das Verbindungselement 152 befestigt. In diesem Fall muss ein Spalt zwischen einer unteren Scheibe 156a, die unterhalb des elastischen Elements 156 angeordnet ist, und der Schraube (Verbindungselement 152), klein sein, wie es in 57 veranschaulicht ist. Eine Wellenscheibe, eine Konusfeder, eine Federscheibe, eine Metallfeder oder dergleichen können als das elastische Element 156 verwendet werden. Alternativ kann das elastische Element 156 weggelassen sein.
58 veranschaulicht einen Fall einer Verwendung einer Konusfeder als das elastische Element 156. Die Konusfeder weist eine Federkraft auf, die stark genug ist, um den O-Ring 30 zu verformen. Da obere und untere winklige Teile der Konusfeder eng mit der Mutter 157 und der Abdeckung 3 in Kontakt stehen, kann eine Gasleckage verhindert werden. Die Konusfeder ist aus z. B. Ni-beschichtetem SUS hergestellt.
59 veranschaulicht einen Fall der Verwendung eines O-Rings 156b zur Abdichtung. In diesem Fall kann eine Gasleckage verhindert werden. Der O-Ring 156b kann an einem winkligen Teil des Lochs angeordnet sein. Zusammen mit dem O-Ring 156b kann das elastische Element, wie etwa die Wellenscheibe und die Konusfeder, verwendet werden. Statt des O-Rings 156b zum Abdichten kann eine Dichtscheibe verwendet werden.
60 veranschaulicht einen Fall der Verwendung einer Keilscheibe 156c. Wenn die Mutter 157 befestigt ist, steht die Keilscheibe 156c in engem Kontakt mit der Abdeckung 3 und der Schraube (Verbindungselement 152), wodurch eine sichere Abdichtung ohne Spalten dazwischen erreicht wird. Da die Schraube (Verbindungselement 152) an der Abdeckung 3 durch die Keilscheibe 156c befestigt ist, wird die Schraube (Verbindungselement 152) nicht zusammen mit der Mutter 157 gedreht, wenn die Mutter 157 befestigt wird. Dementsprechend besteht keine Gefahr, dass die Schraube (Verbindungselement 152) und die Metallelektrode 151 abgerieben werden, was zu Abrieb an der Oberfläche oder Abschälen eines Schutzfilms, der auf der Oberfläche gebildet ist, führt. Die Keilscheibe 156c ist erwünschtermaßen aus Metall oder Harz hergestellt.
Das oben erwähnte Verbindungselement 30, das ausgestaltet ist, um das dielektrische Element 25 und die Metallelektrode 151 zu befestigen, kann an dem Verbindungselement 166, das die Metallabdeckung 165 befestigt, und an dem Verbindungselement 180, das die Seitenabdeckung 175 befestigt, auf die gleiche Weise angewandt werden. Obwohl eine Drehanschlagfunktion der Schraube (Verbindungselement 152) in den 57 bis 59 nicht veranschaulicht ist, kann die Schraube (Verbindungselement 152) an der Metallelektrode 151 oder dergleichen mittels eines Presssitzes, eines Schrumpfsitzes, einer Schweißung, eines Zementierens oder dergleichen befestigt sein, oder die Schraube (Verbindungselement 152) und die Metallelektrode 151 können als ein Körper ausgestaltet sein. Ferner kann eine Keilnut zwischen der Schraube (Verbindungselement 152) und der Abdeckung 3 gebildet sein, und durch Einsetzen eines Keils darin kann eine Drehung verhindert werden. Ferner kann ein sechseckiges Teil in einem Endteil (oberen Teil) der Schraube (Verbindungselement 152) vorgesehen sein, und während auf diesen mit einem Schlüssel oder dergleichen Druck ausgeübt wird, kann die Schraube (Verbindungselement 152) befestigt werden.
(Nut, Vorsprung)
Nuten 50, 50' und 50'' können z. B. eine gewölbte, rechteckige Nut in 61A, eine Schwalbenschwanznut in 61B, Nuten, die symmetrisch mit Bezug auf eine Kerbe 220 angeordnet sind, in 61C, eine C-förmige Nut in 61D, eine Nut, die zwischen der oberen Oberfläche des Kammerhauptkörpers 2 und der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 gebildet ist, in 61E, Doppelnuten mit unterschiedlichen Größen in 61F sein.
Anstelle von oder zusammen mit den Nuten 50, 50' und 50'' können Vorsprünge gebildet sein. Es ist schwierig, eine Form der Nut in der Zukunft zu verändern, aber es ist relativ leicht, eine Form des Vorsprungs zu verändern.
Wie es in 62 veranschaulicht ist, können, wenn eine Leiteroberflächenwelle TM entlang einer Oberfläche eines Vorsprungs 105 ausgebreitet wird, vier winklige Teile C₁~C₄ als nicht durchgehende Impedanzpunkte betrachtet werden, und drei planare Teile zwischen den winkligen Teilen C₁ bis C₄ können als Übertragungsleitungen mit einer Impedanz einer bestimmten Eigenschaft angesehen werden. Die vier nicht durchgehenden Impedanzpunkte können als ein Übertragungsleitungsfilter kombiniert mit den drei Übertragungsleitungen angesehen werden. Obwohl ein einziger winkliger Teil C₁~C₄ die Leiteroberflächenwelle TM nicht ausreichend reflektieren kann, kann insgesamt ein kleiner Übertragungsbetrag erreicht werden, indem eine Länge der planaren Teile (Länge der Übertragungsleitungen) des Vorsprungs 225 optimiert wird.
In diesem Fall ist es erwünscht, dass eine Höhe H des Vorsprungs 225 so niedrig wie möglich ist. Wenn die Höhe H des Vorsprungs 225 derart festgelegt ist, dass sie höher als notwendig ist, werden ein Elektron und ein Ion in Plasma P miteinander an einer Wandfläche des Vorsprungs 225 rekombiniert, so dass eine Plasmadichte unerwünscht abgesenkt wird. Eine Phase eines Reflexionskoeffizienten der Übertragungsleitung wird 360 Grad mit einer Länge von etwa 1/2 einer Wellenlänge gedreht, so dass die gesamte Impedanz erhalten werden kann, indem die Höhe H des Vorsprungs 225 auf etwa 1/2 oder weniger einer Wellenlänge der Leiteroberflächenwelle TM festgelegt wird.
Auf die gleiche Weise wie die Nut muss die Höhe H des Vorsprungs 225 höher als eine Dicke t einer Raumladung sein, da, wenn der Vorsprung 225 eine Höhe aufweist, die nicht als ein Niveauunterschied von der Leiteroberflächenwelle TM wahrgenommen werden kann, der Vorsprung 225 keine Ausbreitungsunterdrückungsfunktion erfüllen kann.
In Anbetracht des Vorstehenden sind die Erfinder zu einem Schluss gelangt, dass zur Unterdrückung der Ausbreitung der Leiteroberflächenwelle TM die Höhe H des Vorsprungs 225 höher als die Dicke t der Raumladung und kürzer als etwa 1/2 der Wellenlänge λ der Leiteroberflächenwelle TM sein muss.
Wie es oben beschrieben wurde, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Ergänzungen von Fachleuten innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche abgeleitet werden können, und es ist zu verstehen, dass alle Modifikationen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
Beispielsweise kann ein leitender Film, z. B. ein Ni-Film oder ein Al-Film mit einer Dicke von etwa 10 μm an der Oberfläche des dielektrischen Elements 25 mit Ausnahme eines Teils, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, gebildet sein. Indem auf diese Weise der leitende Film auf der Oberfläche des dielektrischen Elements 25 gebildet ist, wird eine Mikrowelle nicht zu einer Fläche mit Ausnahme des Teils ausgebreitet, der zu dem Inneren der Prozesskammer 4 freigelegt ist, wodurch ein schlechter Einfluss auf den O-Ring 30 oder dergleichen verhindert wird. Die Position, an der der leitende Film gebildet ist, kann die Ausnehmung 3a sein, die in der Mitte der oberen Oberfläche des dielektrischen Elements 25 gebildet ist, eine Fläche benachbart zu dem Verbindungselement 160 oder zumindest ein Teil einer Oberfläche, die mit der Metallelektrode 151 zusätzlich zu der Fläche in Kontakt steht, die mit dem O-Ring 30 in Kontakt steht.
Ein Aluminiumoxidfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Teflon-(eingetragene Marke)-Film oder dergleichen kann als Schutzfilm auf der unteren Oberfläche der Abdeckung 3 oder der Innenfläche des Kammerhauptkörpers 2 verwendet werden. Ferner kann die Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Plasmabearbeitung an z. B. einem Glassubstrat mit großer Größe, einem scheibenförmigen Siliziumwafer oder einem viereckigen Silizium-auf-Isolator (SOI von silicon-on-insulator) durchführen. Darüber hinaus können in der Plasmabearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung alle Arten von Plasmaprozessen, wie etwa ein Filmbildungsprozess, ein Diffusionsprozess, ein Ätzprozess und ein Veraschungsprozess ausgeführt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 915 MHz als die Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 2 GHz oder weniger angewandt, aber es gibt keine Beschränkung auf diese Frequenz, so dass jede andere Mikrowelle mit einer Frequenz von etwa 896 MHz, 922 MHz oder dergleichen angewandt werden kann. Abgesehen davon kann eine andere elektromagnetische Welle als die Mikrowelle angewandt werden. Ferner kann ein Aluminiumoxidfilm auf den Oberflächen der Abdeckung 3, des Kammerhauptkörpers 3, der Metallelektrode 151, der Metallabdeckung 165, der Seitenabdeckung 175 und der Verbindungselemente 152, 166 und 180 oder dergleichen gebildet sein. In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Gas, obwohl das Gas aus den Gasaustragslöchern 162, 172 und 187, die in Richtung der oberen Oberfläche der Prozesskammer 4 geöffnet sind, ausgetragen wird, auch in Richtung des Raums unter der Abdeckung 3 von der Seitenwand der Kammer ausgetragen werden. Außerdem kann die Metallelektrode 151 ein Metallfilm, der auf der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 25 abgeschieden ist, anstelle der Metallplatte sein.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die vorliegende Erfindung kann auf z. B. einen CVD-Prozess und einen Ätzprozess angewandt werden.
Zusammenfassung
[PROBLEME]
Bereitstellung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung, die die Menge an zu verwendendem dielektrischem Material soweit wie möglich verringern kann.
[MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME]
Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung ist mit einem Metallprozessbehälter (4) zum Speichern eines Substrats (G), das mit Plasma bearbeitet werden soll, und einer Quelle (34) für elektromagnetische Wellen zum Versorgen des Prozessbehälters (4) mit einer elektromagnetischen Welle, die zum Erregen von Plasma (P) erforderlich ist, versehen. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung ist mit einem oder mehreren dielektrischen Körpern (25) an der unteren Oberfläche eines Gehäuses (3) des Prozessbehälters (4) versehen. Der dielektrische Körper überträgt die elektromagnetische Welle, die von der Quelle (34) für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, in den Prozessbehälter (4) und ist teilweise im Inneren des Prozessbehälters (4) freigelegt. Ein Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt (51) zum Ausbreiten der Mikrowelle entlang der Metalloberfläche, die im Inneren des Prozessbehälters (4) freigelegt ist, ist benachbart zu dem dielektrischen Körper (25) angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-310794 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Brian Chapman, ”Glow Discharge Processes”, A Wiley Interscience Publication, 1980 [0152]

Claims

Plasmabearbeitungsvorrichtung, umfassend: eine Metallprozesskammer, die ausgestaltet ist, um darin ein einer Plasmabearbeitung zu unterziehendes Substrat aufzunehmen; eine Quelle für elektromagnetische Wellen, die eine elektromagnetische Welle zuführt, die notwendig ist, um in der Prozesskammer Plasma zu erregen; ein oder mehrere dielektrische Elemente, die an einer unteren Oberfläche einer Abdeckung der Prozesskammer vorgesehen sind und ausgestaltet sind, um die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, in das Innere der Prozesskammer zu übertragen, wobei ein Teil jedes dielektrischen Elements zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist; und einen Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt, der benachbart zu dem dielektrischen Element eingebaut und ausgestaltet ist, um die elektromagnetische Welle entlang einer Metalloberfläche auszubreiten, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als etwa 1/2 einer Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als etwa 1/5 einer Fläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fläche des freigelegten Teils des dielektrischen Elements gleich oder kleiner als 1/5 einer Fläche einer Oberfläche des Substrats ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Frequenz der elektromagnetischen Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, gleich oder kleiner als etwa 2 GHz ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine durchgehende Nut in einer inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen ist, und das dielektrische Element in einer Fläche, die von der Nut umgeben ist, angeordnet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt durch die Nut unterteilt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein durchgehender Vorsprung in einer inneren Oberfläche der Prozesskammer vorgesehen ist, und das dielektrische Element in einer Fläche, die von dem Vorsprung umgeben ist, angeordnet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt durch den Vorsprung unterteilt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Metallstäbe, die dazu dienen, die elektromagnetische Welle zu dem dielektrischen Element auszubreiten, in einem oberen Teil des dielektrischen Elements derart vorgesehen sind, dass ein unteres Ende jedes Metallstabes benachbart zu oder nahe bei einer oberen Oberfläche des dielektrischen Elements liegt.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das dielektrische Element eine Form einer im Wesentlichen kreisförmigen Säule aufweist, und ein Dichtelement an einer Umfangsoberfläche des dielektrischen Elements eingebaut ist, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Dichtelement zwischen dem Metallstab und der Abdeckung eingebaut ist, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein oder mehrere Gasaustragslöcher, durch die ein Gas, das für einen Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Gasaustragsloch in der unteren Oberfläche der Abdeckung vorgesehen ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Metallelektrode an einer unteren Oberfläche des dielektrischen Elements eingebaut ist, und das dielektrische Element zu dem Inneren der Prozesskammer in der Nachbarschaft von oder im Inneren der Metallelektrode freigelegt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Metallstab, der elektrisch mit der Metallelektrode durch das dielektrische Element verbunden und ausgestaltet ist, um die elektromagnetische Welle zu dem dielektrischen Element zu übertragen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Dichtelement zwischen dem Metallstab und der Abdeckung eingebaut ist, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Metallkammer einen Raum herzustellen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei Dichtelemente zwischen einer oberen Oberfläche des dielektrischen Elements und der Abdeckung und zwischen der unteren Oberfläche des dielektrischen Elements und der Metallelektrode eingebaut sind, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Metallelektrode mit einem oder mehreren Gasaustragslöchern versehen ist, durch die das Gas, das für den Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird, und der Metallstab mit einem Gasdurchgang versehen ist, durch den das Gas strömt, um das Gasaustragsloch zu erreichen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: ein oder mehrere Verbindungselemente, die vorgesehen sind, um die Metallelektrode und die Abdeckung durch ein Loch in dem dielektrischen Element zu verbinden.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Verbindungselement aus Metall hergestellt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Metallelektrode mit einem oder mehreren Gasaustragslöchern versehen ist, durch die das Gas, das für den Plasmaprozess notwendig ist, in die Prozesskammer ausgetragen wird, und das Verbindungselement mit einem Gasdurchgang versehen ist, durch den das Gas strömt, um das Gasaustragsloch zu erreichen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen oder mehrere Wellenleiter, die ausgestaltet sind, um die elektromagnetische Welle, die von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird, zu dem dielektrischen Element auszubreiten.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei das dielektrische Element in einen Schlitz eingesetzt ist, der in einer unteren Oberfläche des Wellenleiters gebildet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 23, ferner umfassend: einen Wellenlängensteuermechanismus, der eine Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, die in dem Wellenleiter ausgebreitet wird, steuert.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei ein Dichtelement zwischen dem dielektrischen Element und der Abdeckung vorgesehen ist, um zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Prozesskammer einen Raum herzustellen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Element in der Abdeckung eingebettet ist und eine untere Oberfläche des dielektrischen Elements teilweise zu dem Inneren der Prozesskammer durch eine oder mehrere Öffnungen in der unteren Oberfläche der Abdeckung freigelegt ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Öffnungen in der unteren Oberfläche der Abdeckung konzentrisch angeordnet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die untere Oberfläche der Abdeckung eine Radiallinien-Schlitzantenne ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Schutzfilm an der unteren Oberfläche der Abdeckung gebildet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest die Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts aus Metall hergestellt ist, und der Oberflächenwellen-Ausbreitungsab schnitt durch eine Nut oder einen Vorsprung definiert ist, die/der sich auf der Oberfläche des Metalls erstreckt.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, von dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt umgeben ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, sich entlang dem Inneren der Prozesskammer erstreckt, und beide Enden der sich erstreckenden Oberfläche von dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt umgeben sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Oberflächen der dielektrischen Elemente, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt sind, voneinander beabstandet sind.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, sich nicht durchgehend oder durchgehend erstreckt, während ein Kreis oder ein Polygon gebildet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei ein Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt in einem zentralen Teil des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts innerhalb des Kreises oder des Polygons gebildet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei der Oberflächenwellen-Nichtausbreitungsabschnitt innerhalb des Kreises oder des Polygons durch eine Nut oder einen Vorsprung definiert ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Plasma zwischen dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt und einer Bearbeitungsoberfläche des Substrats durch die elektromagnetische Welle, die entlang dem Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitt ausgebreitet wird, erregt wird.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Gasaustragsöffnung, die in einer nicht freigelegten Fläche des dielektrischen Elements und in einer Innenfläche der Prozesskammer eingebaut ist, welche ausgestaltet ist, um ein Plasma erregendes Gas in die Prozesskammer auszutragen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts mit einem Schutzfilm bedeckt ist, der eine dünne Dicke aufweist, um die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle im Wesentlichen nicht zu beeinträchtigen.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Mittenrauwert des Oberflächenwellen-Ausbreitungsabschnitts gleich oder kleiner als etwa 2,4 μm ist.
Plasmabearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Substrats, indem eine elektromagnetische Welle in eine Metallprozesskammer hinein zugeführt wird, die das Substrat darin aufnimmt, indem die elektromagnetische Welle von einer Quelle für elektromagnetische Wellen durch ein oder mehrere dielektrische Elemente übertragen wird, die an einer unteren Oberfläche der Abdeckung der Prozesskammer freigelegt sind, und in der Prozesskammer Plasma erregt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Prozessgas in die Prozesskammer hinein zugeführt wird; die elektromagnetische Welle mit einer Frequenz gleich oder kleiner als etwa 2 GHz von der Quelle für elektromagnetische Wellen zugeführt wird; und das Substrat bearbeitet wird, indem das Plasma in der Prozesskammer mittels Ausbreiten der elektromagnetischen Welle entlang einer Innenfläche der Prozesskammer von einer Oberfläche des dielektrischen Elements, die zu dem Inneren der Prozesskammer freigelegt ist, erregt wird.