JP5686996B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマにより被処理体に微細加工を施すプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs microfabrication on an object to be processed by plasma.
平板ディスプレイ、太陽電池、半導体等の製造工程では、薄膜の形成やエッチング等にプラズマが用いられている。プラズマは、例えば、真空チャンバ内にガスを導入し、チャンバ内に設けられた電極に数ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの高周波を印加することによって生成される。生産性を向上させるために、平板ディスプレイや太陽電池用のガラス基板のサイズは年々大きくなっており、既に２ｍ角を越えるガラス基板で量産が行われている。 In the manufacturing process of flat panel displays, solar cells, semiconductors, etc., plasma is used for the formation of thin films, etching, and the like. The plasma is generated, for example, by introducing a gas into a vacuum chamber and applying a high frequency of several MHz to several hundred MHz to an electrode provided in the chamber. In order to improve productivity, the size of a glass substrate for a flat panel display or a solar cell is increasing year by year, and mass production is already performed on a glass substrate exceeding 2 m square.
プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の成膜プロセスでは、成膜速度を向上させるために、より高い密度のプラズマが求められている。また、基板表面に入射するイオンのエネルギを低く抑えてイオン照射ダメージを低減するとともに、ガス分子の過剰解離を抑制するために、電子温度の低いプラズマが求められている。一般に、プラズマ励起周波数を高くすると、プラズマ密度が増加し電子温度が低下する。従って、高品質な薄膜を高いスループットで成膜するには、プラズマ励起周波数を高くすることが望ましい。そこで、通常の高周波電源の周波数である１３．５６ＭＨｚより高い３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波をプラズマ処理に用いることが行われている（たとえば、特許文献１、２参照）。 In a film formation process such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), a plasma with a higher density is required in order to improve the film formation speed. Further, in order to reduce ion irradiation damage by suppressing the energy of ions incident on the substrate surface and to suppress excessive dissociation of gas molecules, plasma having a low electron temperature is required. In general, when the plasma excitation frequency is increased, the plasma density increases and the electron temperature decreases. Therefore, it is desirable to increase the plasma excitation frequency in order to form a high-quality thin film with high throughput. Therefore, a high frequency in the VHF (Very High Frequency) band of 30 to 300 MHz, which is higher than the frequency of 13.56 MHz, which is a frequency of a normal high frequency power supply, is used for plasma processing (for example, see Patent Documents 1 and 2).
ところが、基板サイズが大きくなりプラズマ励起周波数が高くなると、高周波を印加する電極内に生じる表面波の定在波によりプラズマ密度の均一性が悪化してしまうという問題が生じる。一般には、高周波が印加される電極のサイズが自由空間の波長の１／２０より大きくなると、何らかの対策を行わないと均一なプラズマを励起することができない。 However, when the substrate size is increased and the plasma excitation frequency is increased, there is a problem that the uniformity of the plasma density is deteriorated due to the standing wave of the surface wave generated in the electrode to which the high frequency is applied. In general, when the size of an electrode to which a high frequency is applied is larger than 1/20 of the wavelength in free space, uniform plasma cannot be excited unless some measures are taken.
例えば、基板サイズが１ｍ角の場合、プラズマ励起周波数を１３．５６ＭＨｚにすると均一なプラズマが得られるが、プラズマ密度が低く電子温度が高いために高品質な薄膜を高速に形成することは困難である。一方、プラズマ励起周波数を約３倍の４０ＭＨｚにすると、膜質と成膜速度が改善するが、均一性が著しく悪化してしまう。４０ＭＨｚ以上の高周波でも２ｍ角を越える大面積基板上に均一なプラズマを励起する技術が必要である。 For example, when the substrate size is 1 m square, a uniform plasma can be obtained by setting the plasma excitation frequency to 13.56 MHz. However, it is difficult to form a high-quality thin film at high speed because the plasma density is low and the electron temperature is high. is there. On the other hand, when the plasma excitation frequency is about 3 times 40 MHz, the film quality and the film forming speed are improved, but the uniformity is remarkably deteriorated. A technique for exciting uniform plasma on a large area substrate exceeding 2 m square even at a high frequency of 40 MHz or higher is required.
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、プラズマ励起周波数を高周波化しても基板上に均一なプラズマを励起することが可能な、新規かつ改良されたプラズマ処理装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a new and improved plasma processing apparatus capable of exciting a uniform plasma on a substrate even when the plasma excitation frequency is increased. is there.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内部に、被処理体を載置する載置台と該載置台上方においてプラズマが発生されるプラズマ空間とを有する減圧容器と、第１の電極部と第２の電極部との２つの電極部を有し、前記減圧容器の内部に隙間を設けて配列された複数の電極対と、前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための電磁波を供給する伝送路とを備え、前記複数の電極対のそれぞれは、前記２つの電極部間に形成され、前記伝送路に接続され、前記プラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路と、前記導波路に挿入され、前記プラズマ空間に露出する誘電体板とを有し、前記伝送路から供給された電磁波が、前記導波路を伝搬した後に前記誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a decompression container having a mounting table on which an object to be processed is mounted and a plasma space in which plasma is generated above the mounting table, In order to excite plasma inside a plurality of electrode pairs having two electrode parts, one electrode part and a second electrode part, arranged in the decompression container with a gap therebetween, and the inside of the decompression container Each of the plurality of electrode pairs is formed between the two electrode portions, is connected to the transmission path, and opens in a slit shape toward the plasma space. And a dielectric plate that is inserted into the waveguide and exposed to the plasma space, and electromagnetic waves supplied from the transmission path propagate from the plasma exposure surface of the dielectric plate after propagating through the waveguide. Release into the decompression container The plasma processing apparatus characterized by exciting the is provided.
これによれば、複数の電極対のそれぞれは、２つの電極部間に形成され、伝送路に接続され、プラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路と、導波路に挿入され、プラズマ空間に露出する誘電体板とを有する。伝送路から供給された電磁波は、導波路を伝搬した後に誘電体板のプラズマ露出面から減圧容器内に放出され、電極部のプラズマ露出面を表面波として伝播しプラズマの励起に使われる。かかる電極構造では、電極対の内部（誘電体板のプラズマ露出面）から電磁波を放出することにより、電極対間を電気的に分離し、隣り合う電極対間での表面波の伝播を抑制することができる。これにより、電極対毎に独立にプラズマ励起強度を制御することが可能となる。サイズの小さな電極対を用いることによって定在波の影響を低減するとともに、複数配列された電極対毎に独立にプラズマ励起強度を制御することによって、プラズマ励起周波数を高周波化しても基板上に均一なプラズマを励起することができる。 According to this, each of the plurality of electrode pairs is formed between the two electrode portions, connected to the transmission path, opened in a slit shape toward the plasma space, inserted into the waveguide, and into the plasma space. And a dielectric plate exposed to the surface. The electromagnetic wave supplied from the transmission line propagates through the waveguide and is then emitted from the plasma exposure surface of the dielectric plate into the decompression vessel, propagates as a surface wave on the plasma exposure surface of the electrode portion, and is used for plasma excitation. In such an electrode structure, electromagnetic waves are emitted from the inside of the electrode pair (the plasma exposed surface of the dielectric plate), thereby electrically separating the electrode pairs and suppressing the propagation of surface waves between adjacent electrode pairs. be able to. This makes it possible to control the plasma excitation intensity independently for each electrode pair. The effect of standing waves is reduced by using small-sized electrode pairs, and the plasma excitation intensity is controlled independently for each of a plurality of arranged electrode pairs. Can excite a plasma.
前記複数の電極対は、前記スリット状の開口の短手方向に配列されてもよい。 The plurality of electrode pairs may be arranged in a short direction of the slit-shaped opening.
異なる前記電極対の電極部であって隣接する２つの前記電極部には、概ね同位相の電磁波が印加されてもよい。 Electromagnetic waves having substantially the same phase may be applied to two adjacent electrode portions that are electrode portions of different electrode pairs.
前記伝送路は同軸管であり、前記同軸管の内部導体は一方の電極部に接続され、前記同軸管の外部導体は他方の電極部に接続されてもよい。 The transmission line may be a coaxial tube, and an inner conductor of the coaxial tube may be connected to one electrode portion, and an outer conductor of the coaxial tube may be connected to the other electrode portion.
前記同軸管の内部導体は、前記誘電体板に設けられた穴を貫通していてもよい。 The inner conductor of the coaxial tube may pass through a hole provided in the dielectric plate.
隣接する電極対にそれぞれ設けられた前記同軸管の内部導体が前記誘電体板に設けられた穴を貫通する向きは、逆向きであってもよい。 The direction in which the inner conductor of the coaxial tube provided in each adjacent electrode pair passes through the hole provided in the dielectric plate may be reversed.
前記２つの電極部は、前記プラズマ空間近傍から、前記載置台と離れる方向に延在し、前記同軸管は、前記減圧容器内において前記２つの電極部の延在する方向に前記２つの電極部に沿って延在し、その前記内部導体は、前記プラズマ空間近傍から離れた位置において、前記誘電体板に設けられた穴を貫通して前記電極部のいずれか一方に接続されていてもよい。 The two electrode portions extend from the vicinity of the plasma space in a direction away from the mounting table, and the coaxial tube extends in the reduced pressure vessel in the direction in which the two electrode portions extend. And the inner conductor may be connected to any one of the electrode portions through a hole provided in the dielectric plate at a position away from the vicinity of the plasma space. .
前記各電極対の２つの電極部は、前記スリット状の開口とは逆側で、前記スリット状の開口の法線方向の端部において短絡されており、前記スリット状の開口の長手方向の端部において短絡されていなくてもよい。 The two electrode portions of each electrode pair are short-circuited at the end in the normal direction of the slit-shaped opening on the side opposite to the slit-shaped opening, and the end in the longitudinal direction of the slit-shaped opening The part may not be short-circuited.
前記各電極対の２つの電極部は、前記被処理体とは逆側の端部において前記減圧容器と短絡されていてもよい。 The two electrode portions of each electrode pair may be short-circuited to the decompression vessel at the end opposite to the object to be processed.
前記電極対の前記スリット状の開口の短手方向のピッチは、前記電極対と前記被処理体との間の距離の平方根の３１倍以下であってもよい。 The pitch in the short direction of the slit-like openings of the electrode pair may be not more than 31 times the square root of the distance between the electrode pair and the object to be processed.
前記隙間はガスの排気経路の一部になっていてもよい。 The gap may be part of a gas exhaust path.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内部に、被処理体を載置する載置台と該載置台上方においてプラズマが発生されるプラズマ空間とを有する減圧容器と、第１の電極部と第２の電極部との２つの電極部を有し、前記減圧容器の前記被処理体と対向する面に電気的に接続された電極対と、前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための電磁波を供給する同軸管とを備え、前記２つの電極部間は、前記同軸管に接続されプラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路となっており、前記導波路に挿入され、前記プラズマ空間に露出する誘電体板が設けられており、前記同軸管の内部導体は、前記誘電体板に設けられた穴を貫通した後に一方の電極部に接続され、前記同軸管の外部導体は他方の電極部に接続され、前記２つの電極部は、前記スリット状の開口の長手方向の端部において短絡されておらず、前記同軸管から供給された電磁波が、前記導波路を伝搬した後に前記誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a decompression container having a mounting table on which an object to be processed is mounted and a plasma space in which plasma is generated above the mounting table. A pair of electrodes electrically connected to a surface of the decompression container facing the object to be processed, and the decompression container of the decompression container A coaxial tube that supplies an electromagnetic wave for exciting plasma inside, and the waveguide between the two electrode portions is connected to the coaxial tube and opens in a slit shape toward the plasma space. A dielectric plate that is inserted into the waveguide and exposed to the plasma space is provided, and the inner conductor of the coaxial tube is connected to one electrode portion after passing through a hole provided in the dielectric plate, The outer conductor of the coaxial tube is connected to the other electrode part. The two electrode portions are not short-circuited at the longitudinal ends of the slit-shaped openings, and the electromagnetic wave supplied from the coaxial tube propagates through the waveguide, and then the plasma exposure of the dielectric plate is performed. A plasma processing apparatus is provided in which plasma is excited by being discharged from a surface into the decompression vessel.
前記電極対の２つの電極部のプラズマ露出面及び前記誘電体板のプラズマ露出面は概ね同一面であってもよい。 The plasma exposed surface of the two electrode portions of the electrode pair and the plasma exposed surface of the dielectric plate may be substantially the same surface.
前記電極対の２つの電極部のプラズマ露出面の面積は概ね等しくてもよい。 The areas of the plasma exposed surfaces of the two electrode portions of the electrode pair may be approximately equal.
前記各電極部のプラズマ露出面は矩形であり、前記誘電体板は前記電極部のプラズマ露出面に対して概ね垂直に配置されていてもよい。 The plasma exposure surface of each electrode part may be a rectangle, and the dielectric plate may be disposed substantially perpendicular to the plasma exposure surface of the electrode part.
前記各電極部のプラズマ露出面の前記スリット状の開口の短手方向の長さは、前記電磁波の自由空間波長の０．０１９倍以下であってもよい。 The length of the slit-like opening in the short direction of the plasma exposure surface of each electrode part may be 0.019 times or less of the free space wavelength of the electromagnetic wave.
前記各電極部のプラズマ露出面のうち、２０％以上、８０％以下の部分が絶縁膜で覆われていてもよい。 Of the plasma exposed surface of each electrode part, 20% or more and 80% or less of the part may be covered with an insulating film.
前記各電極部の前記スリット状の開口の短手方向の端面の少なくとも一部が、第１の誘電体カバーで覆われていてもよい。 At least a part of the end surface in the short-side direction of the slit-shaped opening of each electrode portion may be covered with a first dielectric cover.
前記各電極部の前記スリット状の開口の長手方向の端面の少なくとも一部が、第２の誘電体カバーで覆われていてもよい。 At least a part of the end face in the longitudinal direction of the slit-like opening of each electrode part may be covered with a second dielectric cover.
前記導波路の前記スリット状の開口の法線方向の電気長がπ／２以下であってもよい。 The electrical length in the normal direction of the slit-shaped opening of the waveguide may be π / 2 or less.
以上説明したように本発明によれば、プラズマ励起周波数を高周波化しても基板上に均一なプラズマを励起することができる。 As described above, according to the present invention, uniform plasma can be excited on the substrate even if the plasma excitation frequency is increased.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
＜第１実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
まず、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図１及び図２に示した縦断面図を参照しながら説明する。図１は図２の１−１断面図であり、図２は図１の２−２断面図である。図１及び図２に示したプラズマ処理装置１０は、複数の電極を設けて電極間に高周波電流を流すとともに、基板直上からガスを排気できるようにした装置構成の一例である。以下、プラズマ処理装置の各部構成を説明する。
<First Embodiment>
[Configuration of plasma processing apparatus]
First, the schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the longitudinal sectional views shown in FIGS. 1 is a sectional view taken along the line 1-1 in FIG. 2, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line 2-2 in FIG. The plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 is an example of an apparatus configuration in which a plurality of electrodes are provided so that a high-frequency current flows between the electrodes and gas can be exhausted from directly above the substrate. Hereinafter, the configuration of each part of the plasma processing apparatus will be described.
プラズマ処理装置１０は、内部に基板Ｇを載置する真空容器１００を有し、内部にてガラス基板(以下、基板Ｇと称呼する)をプラズマ処理する。真空容器１００は断面が矩形状であり、アルミ合金等の金属から形成され、接地されている。真空容器１００の上部開口は蓋１０５で覆われ、Ｏリング１１０により真空容器内の気密を保つようになっている。基板Ｇは、載置台１１５に載置されている。なお、基板Ｇは被処理体の一例であり、シリコンウエハであってもよい。 The plasma processing apparatus 10 includes a vacuum container 100 on which a substrate G is placed, and plasma-processes a glass substrate (hereinafter referred to as a substrate G) inside. The vacuum vessel 100 has a rectangular cross section, is formed of a metal such as an aluminum alloy, and is grounded. The upper opening of the vacuum vessel 100 is covered with a lid 105, and the O-ring 110 keeps the air tightness in the vacuum vessel. The substrate G is mounted on the mounting table 115. The substrate G is an example of an object to be processed, and may be a silicon wafer.
真空容器１００の基板側の面と対向する面（天井面）には、６つ（＝２×３）の電極対２００がアレイ状に並んでいる。電極対２００は、アルミ合金で形成された同じ大きさの第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂからなる。電極部２００ａ、２００ｂは、隙間を空けて左右に配列されている。電極部２００ａ、２００ｂは、蓋１０５にネジ（不図示）で固定されている。 Six (= 2 × 3) electrode pairs 200 are arranged in an array on the surface (ceiling surface) facing the substrate-side surface of the vacuum vessel 100. The electrode pair 200 includes a first electrode part 200a and a second electrode part 200b having the same size and made of an aluminum alloy. The electrode parts 200a and 200b are arranged on the left and right sides with a gap. The electrode parts 200a and 200b are fixed to the lid 105 with screws (not shown).
第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂは、プラズマ空間近傍から、載置台１１５と離れる方向に延在する。第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂ間はプラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路２０５として機能する。導波路２０５には、誘電体板２１０が挿入されている。誘電体板２１０は、アルミナ又は石英等の誘電体で形成されている。導波路２０５の上部が短絡されているため、導波路２０５の上側は下側に比べて電界が弱い。よって、電界の強い導波路２０５の下側を誘電体板２１０で閉塞しておけば導波路２０５の上部は空洞であってもよい。もちろん、導波路２０５の上部まで誘電体板２１０で埋められていてもよい。以下では、誘電体板２１０で閉塞されている導波路２０５の下面の開口を誘電体スリットと称呼する。左右の電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａの面積は概ね等しくなっている。これにより、電極部２００ａ、２００ｂの電極下面の電界強度が概ね等しくなり、電極対２００の下面での電界強度の分布を均一にすることができる。 The first electrode part 200a and the second electrode part 200b extend in the direction away from the mounting table 115 from the vicinity of the plasma space. A space between the first electrode portion 200a and the second electrode portion 200b functions as a waveguide 205 that opens in a slit shape toward the plasma space. A dielectric plate 210 is inserted into the waveguide 205. The dielectric plate 210 is made of a dielectric such as alumina or quartz. Since the upper portion of the waveguide 205 is short-circuited, the electric field on the upper side of the waveguide 205 is weaker than that on the lower side. Therefore, if the lower side of the waveguide 205 having a strong electric field is closed with the dielectric plate 210, the upper portion of the waveguide 205 may be a cavity. Of course, the upper part of the waveguide 205 may be filled with the dielectric plate 210. Hereinafter, the opening on the lower surface of the waveguide 205 closed by the dielectric plate 210 is referred to as a dielectric slit. The areas of the plasma exposed surfaces A of the left and right electrode portions 200a and 200b are substantially equal. Thereby, the electric field strengths on the lower surfaces of the electrodes 200a and 200b are substantially equal, and the electric field strength distribution on the lower surfaces of the electrode pair 200 can be made uniform.
同軸管２２５の外部導体２２５ｂは第２の電極部２００ｂと一体になっており、その内部導体２２５ａ１の端部は内部導体２２５ａ２に垂直にねじ止めされている。内部導体２２５ａ２は、誘電体板２１０に開いた穴を貫通して第１の電極部２００ａにつながっている。 The outer conductor 225b of the coaxial tube 225 is integrated with the second electrode portion 200b, and the end of the inner conductor 225a1 is screwed to the inner conductor 225a2 perpendicularly. The inner conductor 225a2 passes through a hole opened in the dielectric plate 210 and is connected to the first electrode portion 200a.
即ち、同軸管２２５の内部導体（２２５ａ１，２２５ａ２）は電極対２００の一方の電極部に接続され、同軸管２２５の外部導体２２５ｂは電極対２００の他方の電極部に接続される。同軸管２２５の上端には、整合器２４５を介して高周波電源２５０が接続されている。高周波電源２５０から出力された高周波電力は、同軸管２２５を介して２つの電極部２００ａ、２００ｂ間の導波路２０５を紙面に垂直方向に伝搬し、誘電体スリットから真空容器１００内に放出され、電極下面（電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａ）を表面波として伝搬してプラズマの励起に消費される。第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂの下面のシースには、それぞれ振幅が等しく、逆位相の高周波が印加される。 That is, the inner conductor (225a1, 225a2) of the coaxial tube 225 is connected to one electrode portion of the electrode pair 200, and the outer conductor 225b of the coaxial tube 225 is connected to the other electrode portion of the electrode pair 200. A high frequency power source 250 is connected to the upper end of the coaxial tube 225 via a matching unit 245. The high-frequency power output from the high-frequency power source 250 propagates through the waveguide 205 between the two electrode portions 200a and 200b through the coaxial tube 225 in the direction perpendicular to the paper surface, and is emitted into the vacuum container 100 from the dielectric slit. It propagates on the lower surface of the electrode (plasma exposed surface A of the electrode portions 200a and 200b) as a surface wave and is consumed for excitation of plasma. High-frequency waves having the same amplitude and opposite phases are applied to the sheaths on the lower surfaces of the first electrode part 200a and the second electrode part 200b.
内部導体２２５ａ２は、絶縁リング２３０を貫通した状態でロウ付けされている。内部導体２２５ａ２は、絶縁リング２３０を介して絶縁リング押さえ２３５によって第１の電極部２００ａに固定される。絶縁リング２３０と絶縁リング押さえ２３５との間にはＯリング２４０が設けられ、大気と真空とを隔てるようになっている。本実施形態では、同軸管２２５の内部は大気である。よって、真空容器内を機密に保持するために、蓋１０５と外部導体２２５ｂとの接合面はＯリング２５５により真空シールされている。内部導体２２５ａ２の先端はねじ構造になっていて袋ナット２６０を締め込みながら、内部導体２２５ａ２の先端に袋ナット２６０をかぶせる。 The inner conductor 225a2 is brazed while penetrating the insulating ring 230. The inner conductor 225a2 is fixed to the first electrode portion 200a by the insulating ring presser 235 through the insulating ring 230. An O-ring 240 is provided between the insulating ring 230 and the insulating ring retainer 235 so as to separate the atmosphere from the vacuum. In the present embodiment, the inside of the coaxial waveguide 225 is the atmosphere. Therefore, in order to keep the inside of the vacuum container secret, the joint surface between the lid 105 and the outer conductor 225b is vacuum-sealed by the O-ring 255. The tip of the inner conductor 225a2 has a screw structure, and the cap nut 260 is put on the tip of the inner conductor 225a2 while the cap nut 260 is tightened.
前述のように、内部導体２２５ａ２は、各電極対２００のプラズマ露出面と真空容器１００の天井面（基板Ｇと対向する面）との間で誘電体板２１０を貫通する。隣接する電極対２００にそれぞれ設けられた内部導体２２５ａ２が各電極対２００の誘電体板２１０を貫通する向きは、逆向きである。これにより、左右の同軸管２２５に同振幅、同位相の高周波を給電した場合、左右の電極対にはそれぞれ振幅が等しく逆位相の高周波が印加される。なお、本明細書では、高周波とは１０ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚの周波数帯をいい、電磁波の一例である。また、同軸管２２５は、高周波を供給する伝送路の一例であり、同軸管２２５の替わりに同軸ケーブルや矩形導波管等を用いてもよい。 As described above, the inner conductor 225a2 penetrates the dielectric plate 210 between the plasma exposed surface of each electrode pair 200 and the ceiling surface of the vacuum vessel 100 (the surface facing the substrate G). The direction in which the inner conductor 225a2 provided in each adjacent electrode pair 200 penetrates the dielectric plate 210 of each electrode pair 200 is opposite. As a result, when high frequency waves having the same amplitude and phase are fed to the left and right coaxial tubes 225, high frequency waves having the same amplitude and opposite phases are applied to the left and right electrode pairs, respectively. In the present specification, high frequency means a frequency band of 10 MHz to 3000 MHz, and is an example of electromagnetic waves. The coaxial tube 225 is an example of a transmission line that supplies a high frequency, and a coaxial cable, a rectangular waveguide, or the like may be used instead of the coaxial tube 225.
電極対２００の２つの電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａは矩形である。電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａに対して誘電体板２１０は概ね垂直に配置されている。電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａにおける、導波路２０５と垂直かつ載置台１１５と平行な方向（図１の紙面に対して左右方向）の長さは、導波路２０５と平行かつ載置台１１５と平行な方向（図１の紙面に対して奥行き方向）の長さよりも短い。 The plasma exposure surface A of the two electrode portions 200a and 200b of the electrode pair 200 is rectangular. The dielectric plate 210 is disposed substantially perpendicular to the plasma exposure surface A of the electrode portions 200a and 200b. The length of the plasma exposure surface A of the electrode parts 200a and 200b in the direction perpendicular to the waveguide 205 and parallel to the mounting table 115 (in the left-right direction with respect to the paper surface of FIG. 1) is parallel to the waveguide 205 and mounting table 115. Shorter than the length in the direction parallel to the depth (the depth direction with respect to the paper surface of FIG. 1).
電極部２００ａ、２００ｂの下部側面での放電と、上部へのプラズマの侵入を防止するため、電極部２００ａ、２００ｂの誘電体スリット短手方向の下部側面は、第１の誘電体カバー２２０で覆われている（図１参照）。電極部２００ａ、２００ｂの側面に設けられた凹部に第１の誘電体カバー２２０に設けられた凸部を嵌合させることにより第１の誘電体カバー２２０が固定されている。 In order to prevent discharge on the lower side surfaces of the electrode portions 200a and 200b and intrusion of plasma into the upper portion, the lower side surfaces of the electrode portions 200a and 200b in the dielectric slit short direction are covered with the first dielectric cover 220. (See FIG. 1). The first dielectric cover 220 is fixed by fitting the convex portions provided on the first dielectric cover 220 into the concave portions provided on the side surfaces of the electrode portions 200a and 200b.
誘電体スリットの短手方向に、誘電体スリット長手方向の端部まで均一な高周波電界を印加するには、導波路２０５の誘電体スリット長手方向の端面が開放状態になっていなければならない。導波路２０５の誘電体スリット長手方向の端面を開放状態にするとともに、両側面での放電を防止するために、電極部２００ａ、２００ｂの誘電体スリット長手方向の下部側面は、第２の誘電体カバー２１５で覆われている（図２参照）。第２の誘電体カバー２１５は、絶縁体のネジ（不図示）により電極部２００ａ、２００ｂに固定されている。電極対２００の下面の一部は、絶縁膜２９８で覆われている。絶縁膜２９８の作用、効果については後述する。 In order to apply a uniform high-frequency electric field in the short direction of the dielectric slit to the end in the longitudinal direction of the dielectric slit, the end surface of the waveguide 205 in the longitudinal direction of the dielectric slit must be open. In order to open the end face of the waveguide 205 in the longitudinal direction of the dielectric slit and to prevent discharge on both side faces, the lower side surface of the electrode sections 200a and 200b in the longitudinal direction of the dielectric slit is provided with a second dielectric. Covered with a cover 215 (see FIG. 2). The second dielectric cover 215 is fixed to the electrode portions 200a and 200b by an insulating screw (not shown). A part of the lower surface of the electrode pair 200 is covered with an insulating film 298. The function and effect of the insulating film 298 will be described later.
本実施形態では、電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａは、誘電体板２１０のプラズマ露出面Ｂと概ね同一面になるように形成されているが、誘電体板２１０のプラズマ露出面Ｂは電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａに対して突出していても凹んでいてもよい。 In the present embodiment, the plasma exposed surface A of the electrode portions 200a and 200b is formed to be substantially flush with the plasma exposed surface B of the dielectric plate 210, but the plasma exposed surface B of the dielectric plate 210 is The electrode portions 200a and 200b may protrude or be recessed with respect to the plasma exposure surface A.
電極対２００はシャワープレートになっている。具体的には、電極部２００ａ、２００ｂの下面には凹みが形成されていて、この凹みにシャワープレート用の電極蓋２７０がはめ込まれている。電極蓋２７０は、ネジ（不図示）によって電極部２００ａ、２００ｂに固定されている。電極部２００ａ、２００ｂと電極蓋２７０との間には隙間が設けられていて、この隙間がガス流路になっている。ガス流路の下端にはアルミナ等の絶縁体からなるガスノズル２７５がはめ込まれている。ガスノズル２７５は、紙面に垂直方向に細長い形状になっており、多数のガス放出穴が設けられている。ガス流路を通ったガスはガスノズル２７５に設けられたガス放出穴から真空容器内に放出される。このように、ガスノズル２７５を設けたことにより、電極蓋２７０を固定するネジがプラズマに接触しないようになっている。また、ガスノズル２７５を絶縁体で形成したことにより、ガス放出穴内部に印加される高周波電界を小さくしてガス放出穴内部での放電を防止している。 The electrode pair 200 is a shower plate. Specifically, a recess is formed on the lower surface of the electrode portions 200a and 200b, and an electrode lid 270 for a shower plate is fitted in the recess. The electrode lid 270 is fixed to the electrode portions 200a and 200b by screws (not shown). A gap is provided between the electrode portions 200a and 200b and the electrode lid 270, and this gap is a gas flow path. A gas nozzle 275 made of an insulator such as alumina is fitted at the lower end of the gas flow path. The gas nozzle 275 has a shape elongated in the direction perpendicular to the paper surface, and is provided with a number of gas discharge holes. The gas that has passed through the gas flow path is discharged into the vacuum container from a gas discharge hole provided in the gas nozzle 275. Thus, by providing the gas nozzle 275, the screw for fixing the electrode lid 270 does not come into contact with the plasma. Further, since the gas nozzle 275 is formed of an insulator, a high frequency electric field applied to the inside of the gas discharge hole is reduced to prevent discharge inside the gas discharge hole.
図２に示したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、誘電体スリットの長手方向に同軸管２２５が複数平行に配列されている。各同軸管２２５には同位相の高周波が印加される。この「多点給電」によれば、誘電体スリット長手方向に配列された同軸管のピッチを適切な値にすることにより、誘電体スリット長手方向に均一なプラズマを励起することが可能である。なお、電極対２００のスリット状の開口（誘電体スリット部分）の短手方向は、図１の紙面の横方向(図２の紙面の奥行き方向)をいい、電極対２００のスリット状の開口（誘電体スリット部分）の長手方向は、図２の紙面の横方向(図１の紙面の奥行き方向)をいう。 As shown in FIG. 2, in the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, a plurality of coaxial tubes 225 are arranged in parallel in the longitudinal direction of the dielectric slit. A high frequency wave having the same phase is applied to each coaxial tube 225. According to this “multi-point feeding”, it is possible to excite uniform plasma in the longitudinal direction of the dielectric slit by setting the pitch of the coaxial tubes arranged in the longitudinal direction of the dielectric slit to an appropriate value. The short direction of the slit-shaped opening (dielectric slit portion) of the electrode pair 200 refers to the horizontal direction of the paper surface of FIG. 1 (the depth direction of the paper surface of FIG. 2), and the slit-shaped opening ( The longitudinal direction of the dielectric slit portion) refers to the horizontal direction of the paper surface of FIG. 2 (the depth direction of the paper surface of FIG. 1).
隣り合う同軸管２２５の間で電極部２００ａ、２００ｂは分離されており、分離された部分に隙間が設けられている。この隙間には、アルミナ等の絶縁体からなる仕切り板２６５が挿入されている。このように、導波路２０５を誘電体スリット長手方向に電気的に分断すると、導波路毎に伝送電力を独立に変えることができるようになり、プラズマ分布の制御性が向上する。ただし、必ずしも電極部２００ａ、２００ｂを分離しなくてもよい。たとえば、電極部の上部で、２つの電極部が一体になっていてもよい。 The electrode portions 200a and 200b are separated between adjacent coaxial tubes 225, and a gap is provided in the separated portion. A partition plate 265 made of an insulator such as alumina is inserted into the gap. As described above, when the waveguide 205 is electrically divided in the longitudinal direction of the dielectric slit, the transmission power can be independently changed for each waveguide, and the controllability of the plasma distribution is improved. However, the electrode portions 200a and 200b are not necessarily separated. For example, two electrode portions may be integrated at the upper portion of the electrode portion.
電極対２００の下端近傍であって、真空容器１００の側壁の段差部には、サイドカバー２８０が配設されている。サイドカバー２８０は、アルミナ等の絶縁体又はアルミニウムから形成されていて、第２の排気路２８３にプラズマが侵入することを防止するようになっている。 A side cover 280 is provided in the vicinity of the lower end of the electrode pair 200 and on the step portion of the side wall of the vacuum vessel 100. The side cover 280 is made of an insulator such as alumina or aluminum, and prevents the plasma from entering the second exhaust path 283.
均一なプロセスを行うためには、プラズマが均一なだけでは十分ではない。ガスの圧力、原料ガスの密度、反応生成ガスの密度、ガスの滞在時間、基板温度等がプロセスに影響を与えるから、これらが基板上で均一になっていなければならない。通常のプラズマ処理装置では、基板Ｇと対向する部分にシャワープレートが設けられ、基板に向かってガスが供給される。ガスは、基板Ｇの中央部から外周部に向かって流れ、基板の周囲から排気されるようになっている。必然的に、圧力は基板の中央部が外周部より高く、滞在時間は基板の外周部が中央部より長くなる。基板サイズが大きくなると、この圧力と滞在時間の均一性の悪化により均一なプロセスが行えなくなる。大面積基板に対しても均一なプロセスを行うには、基板の直上からガスを供給すると同時に、基板の直上から排気する必要がある。 In order to perform a uniform process, it is not sufficient that the plasma is uniform. Since the gas pressure, source gas density, reaction product gas density, gas residence time, substrate temperature, etc. affect the process, they must be uniform on the substrate. In a normal plasma processing apparatus, a shower plate is provided at a portion facing the substrate G, and gas is supplied toward the substrate. The gas flows from the center of the substrate G toward the outer periphery, and is exhausted from the periphery of the substrate. Inevitably, the pressure is higher in the central part of the substrate than in the outer peripheral part, and the residence time is longer in the outer peripheral part of the substrate than in the central part. As the substrate size increases, a uniform process cannot be performed due to the deterioration in uniformity of the pressure and residence time. In order to perform a uniform process even on a large-area substrate, it is necessary to supply gas from directly above the substrate and to exhaust air from directly above the substrate.
そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、隣接する電極対２００間に排気用の隙間（以下、排気スリットＣと称呼する）を設ける。つまり、ガス供給器２９０から出力されたガスは、電極対２００のガス流路を通って電極対２００の底面から処理室内に供給され、基板Ｇの直上に設けられた排気スリットＣから上方向に排気される。排気スリットＣを通過したガスは、隣接する電極対２００により排気スリットＣの上部に形成される第１の排気路２８１中を誘電体スリット長手方向に流れ、第２の誘電体カバー２１５と真空容器１００との間に設けられた第２の排気路２８３に導かれる。さらに、真空容器１００の側壁に設けられた第３の排気路２８５中を下方向に流れ、第３の排気路２８５の下方に設けられた真空ポンプ（不図示）により排気される。 Therefore, in the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, an exhaust gap (hereinafter referred to as an exhaust slit C) is provided between adjacent electrode pairs 200. That is, the gas output from the gas supply device 290 is supplied into the processing chamber from the bottom surface of the electrode pair 200 through the gas flow path of the electrode pair 200, and upward from an exhaust slit C provided immediately above the substrate G. Exhausted. The gas that has passed through the exhaust slit C flows in the longitudinal direction of the dielectric slit in the first exhaust path 281 formed in the upper part of the exhaust slit C by the adjacent electrode pair 200, and the second dielectric cover 215 and the vacuum container 100 is led to a second exhaust passage 283 provided between the first exhaust passage 100 and the second exhaust passage 283. Further, it flows downward through a third exhaust passage 285 provided on the side wall of the vacuum vessel 100 and is exhausted by a vacuum pump (not shown) provided below the third exhaust passage 285.
蓋１０５には冷媒流路２９５ａが形成されている。冷媒供給器２９５から出力された冷媒は冷媒流路２９５ａに流され、これにより、電極対２００を介して蓋１０５側にプラズマから流入した熱を伝えるようになっている。 A coolant channel 295a is formed in the lid 105. The refrigerant output from the refrigerant supplier 295 flows into the refrigerant flow path 295a, thereby transferring the heat flowing from the plasma to the lid 105 side via the electrode pair 200.
(高周波電流)
特許文献１に記載されているように、現状のプラズマＣＶＤ装置では、基板を載置する基板電極と対向する位置に基板電極と同程度のサイズの高周波印加電極を設置し、基板電極と高周波印加電極との間に高周波を印加してプラズマを励起するようになっている。高周波電流は、基板電極と高周波印加電極間にプラズマを介して流れることになる。このような構成では、定在波の影響により、ＶＨＦ帯以上の高い周波数では大面積基板上に均一なプラズマを励起することができない。また、基板に大きな高周波電流が流れ込むため、基板表面に自己バイアス電位が発生してイオンを加速して入射させる。このため、イオン照射ダメージにより高品質なプロセスが行えない。
(High frequency current)
As described in Patent Document 1, in the current plasma CVD apparatus, a high-frequency application electrode having a size similar to that of the substrate electrode is installed at a position facing the substrate electrode on which the substrate is placed, and the substrate electrode and the high-frequency application are applied. A high frequency is applied between the electrodes to excite plasma. The high frequency current flows through the plasma between the substrate electrode and the high frequency application electrode. In such a configuration, uniform plasma cannot be excited on a large-area substrate at a frequency higher than the VHF band due to the influence of standing waves. In addition, since a large high-frequency current flows into the substrate, a self-bias potential is generated on the substrate surface, and ions are accelerated and incident. For this reason, a high quality process cannot be performed due to ion irradiation damage.
そこで、高周波印加電極を分割して、電極間に高周波を印加する手段が考えられる。電極を分割することにより、一つの電極のサイズを表面波の波長と比べて小さくすれば、均一なプラズマを励起することができると考えられる。さらに、基板には高周波電流が流れなくなるので、イオン照射ダメージを抑制することができる。 Therefore, a means for dividing the high frequency application electrode and applying a high frequency between the electrodes can be considered. It is considered that uniform plasma can be excited if the size of one electrode is made smaller than the wavelength of the surface wave by dividing the electrode. Furthermore, since high-frequency current does not flow through the substrate, ion irradiation damage can be suppressed.
電極を分割してそれぞれ異なる位相の高周波を印加してプラズマを励起するプラズマ処理装置の例として、図３Ｂが考えられる。図３Ａは、第１実施形態に係る電極対２００に印加される高周波を模式的に示した図である。矢印は、高周波電界の向きを表す。ここでは、便宜上、図３Ａに示した給電を電極内給電と称し、図３Ｂに示した給電を電極外給電と称することにより区別する。 FIG. 3B can be considered as an example of a plasma processing apparatus that excites plasma by dividing electrodes and applying high-frequency waves of different phases. FIG. 3A is a diagram schematically showing a high frequency applied to the electrode pair 200 according to the first embodiment. The arrow represents the direction of the high frequency electric field. Here, for the sake of convenience, the power supply shown in FIG. 3A is referred to as in-electrode power supply, and the power supply shown in FIG.
（電極外給電）
図３Ｂのように、基板Ｇ側から見て矩形の電極が横方向に複数枚配列されている。隣り合う電極には、振幅が等しく、逆位相の高周波が印加されるようになっている。高周波は、電極９９０，９９５の上面に接続された同軸管９００Ｌ，９００Ｒから供給される。同軸管９００Ｌ，９００Ｒはそれぞれ内部導体９００ａおよび外部導体９００ｂを有する。
(External electrode power supply)
As shown in FIG. 3B, a plurality of rectangular electrodes as viewed from the substrate G side are arranged in the horizontal direction. Adjacent electrodes are applied with high frequencies of equal amplitude and opposite phase. The high frequency is supplied from coaxial tubes 900L and 900R connected to the upper surfaces of the electrodes 990 and 995. The coaxial tubes 900L and 900R each have an inner conductor 900a and an outer conductor 900b.
同軸管９００Ｌ，９００Ｒから供給された互いに逆位相の高周波は、電極の上面を伝搬した後、電極９９０と電極９９５の間の隙間で一度合成され、再び分かれて電極９９０および電極９９５の下面に沿って伝搬していく。電極９９０と電極９９５の下面のシースには、それぞれ逆向きの高周波電界が印加される。高周波電流は、プラズマを介して電極間に流れる。 The high-frequency waves in opposite phases supplied from the coaxial tubes 900L and 900R propagate through the upper surface of the electrode, and then are combined once in the gap between the electrode 990 and the electrode 995, and are separated again along the lower surfaces of the electrode 990 and the electrode 995. And propagate. High-frequency electric fields in opposite directions are applied to the sheaths on the lower surfaces of the electrodes 990 and 995, respectively. A high frequency current flows between the electrodes via the plasma.
図４Ａ及び図４Ｂは図３Ｂの１２−１２断面から見た透視図であり、図３Ｂは図４Ａの１３−１３断面である。図４Ａ及び図４Ｂには、シミュレーションにより計算された電極とプラズマ間のシース中の高周波電界強度が濃淡で示されている。白い部分が電界が強い部分、黒い部分が弱い部分である。４×４＝１６個の直方体の電極が縦横に配列されたモデルで計算を行ったが、そのうち左上部（２×２＝４個）のみが表示されている。電極９９０，９９５には、それぞれ２本の同軸管９００Ｒ、９００Ｌが接続されている。図４Ａは、上部８本の同軸管９００Ｒ及び下部８本の同軸管９００Ｌからそれぞれ逆位相、同振幅の高周波を給電した場合、図４Ｂは、上部８本の同軸管９００Ｒからのみ高周波を給電した場合である。 4A and 4B are perspective views seen from the 12-12 cross section of FIG. 3B, and FIG. 3B is a 13-13 cross section of FIG. 4A. In FIG. 4A and FIG. 4B, the high-frequency electric field strength in the sheath between the electrode and the plasma calculated by simulation is shown by shading. The white part is the part where the electric field is strong, and the black part is the weak part. Calculation was performed using a model in which 4 × 4 = 16 rectangular parallelepiped electrodes were arranged vertically and horizontally, but only the upper left portion (2 × 2 = 4) was displayed. Two coaxial tubes 900R and 900L are connected to the electrodes 990 and 995, respectively. FIG. 4A shows a case where high frequencies of the opposite phase and the same amplitude are supplied from the upper eight coaxial tubes 900R and the lower eight coaxial tubes 900L, respectively, and FIG. 4B shows that a high frequency is supplied only from the upper eight coaxial tubes 900R. Is the case.
図４Ａのように、上下段の電極に接続された同軸管から同振幅の高周波を印加したにもかかわらず、上段の電極９９５の方が下段の電極９９０よりも電界強度が弱くなっている。また、図４Ｂのように、下段の電極に接続された同軸管９００Ｌには高周波を印加していないにもかかわらず、部分的には下段の電極９９０の方が上段の電極９９５よりも電界強度が強くなっている。 As shown in FIG. 4A, the electric field strength of the upper electrode 995 is weaker than that of the lower electrode 990 even though a high frequency wave having the same amplitude is applied from the coaxial tube connected to the upper and lower electrodes. Further, as shown in FIG. 4B, the electric field strength of the lower electrode 990 is partially higher than that of the upper electrode 995 even though no high frequency is applied to the coaxial tube 900L connected to the lower electrode. Is getting stronger.
このように、電極毎に独立にプラズマ励起強度を制御することができないと、大面積基板上に均一なプラズマを生成することができない。例えば、図４Ａのように、端部の列（上段）の電極の電界強度が弱いため、この電極に接続された同軸管から投入する高周波電力を大きくすると、逆に一列内側（下段）の電極の電界強度が強くなり、ますますプラズマの均一性が悪化してしまう。 Thus, if the plasma excitation intensity cannot be controlled independently for each electrode, uniform plasma cannot be generated on a large-area substrate. For example, as shown in FIG. 4A, since the electric field strength of the electrode in the end row (upper stage) is weak, if the high-frequency power input from the coaxial tube connected to this electrode is increased, the electrode on the inner side (lower stage) on the contrary The intensity of the electric field increases, and the uniformity of the plasma gets worse.
このように、電極毎に独立にプラズマ励起強度を制御することができないのは、同軸管９００Ｌ，９００Ｒから供給された高周波が一度交じり合い、再び分かれて電極９００及び９９５とプラズマとの間を伝搬するからである。これでは、ある電極に接続された同軸管に印加した高周波が、隣の電極にも伝わってしまうことになる。また、表面波は電極間を通り抜けて離れた電極まで伝搬していくので、意図しない表面波の定在波が生じてプラズマの均一性を悪化させる。さらに、排気路の一部である電極間の隙間に高周波電界が印加されるので、この部分で意図しないプラズマが発生してしまう。このように、高周波を電極の外周部から供給する「電極外給電」は、いくつかの問題を伴う。 In this way, the plasma excitation intensity cannot be controlled independently for each electrode because the high-frequency waves supplied from the coaxial tubes 900L and 900R once intersect and then split again to propagate between the electrodes 900 and 995 and the plasma. Because it does. In this case, the high frequency applied to the coaxial tube connected to a certain electrode is also transmitted to the adjacent electrode. Further, since the surface wave propagates through the electrodes to the distant electrodes, an unintended standing wave of the surface wave is generated and the uniformity of the plasma is deteriorated. Furthermore, since a high-frequency electric field is applied to the gap between the electrodes that are a part of the exhaust path, unintended plasma is generated in this part. As described above, “external electrode power feeding” for supplying a high frequency from the outer peripheral portion of the electrode involves several problems.
（電極内給電）
図３Ａは、電極を横方向に２等分し、この間から高周波を放出するようにしたものである。つまり、第１の電極部２００ａと第２の電極部２００ｂは、一対で電極対２００を構成し、それら電極部間には高周波を放出する誘電体スリットが形成されている。電極対を一つの電極とみなせば、高周波が電極の内部から給電されていると考えることができる。誘電体スリットから放出された高周波は、表面波となって電極部表面を左右に伝搬していく。第１の電極部２００ａと第２の電極部２００ｂの下面のシースには、それぞれ逆向きの高周波電界が印加される。隣り合う電極対２００間では、電極部間のインピーダンスが高くなっているので、電極部端まで伝搬した表面波は、隣の電極部まで伝搬することができずに反射されて戻ってくる。このため、電極対毎に独立にプラズマ励起強度を制御することが可能で、全体として極めて均一なプラズマを励起することができる。
(In-electrode feeding)
In FIG. 3A, the electrode is divided into two equal parts in the lateral direction, and a high frequency is emitted from this part. That is, the first electrode portion 200a and the second electrode portion 200b constitute a pair of electrodes 200, and a dielectric slit that emits a high frequency is formed between the electrode portions. If the electrode pair is regarded as one electrode, it can be considered that a high frequency is supplied from the inside of the electrode. The high frequency emitted from the dielectric slit becomes a surface wave and propagates left and right on the electrode part surface. A high-frequency electric field in the opposite direction is applied to the sheaths on the lower surfaces of the first electrode part 200a and the second electrode part 200b. Since the impedance between the electrode parts is high between the adjacent electrode pairs 200, the surface wave that has propagated to the end of the electrode part cannot be propagated to the adjacent electrode part but is reflected and returned. For this reason, it is possible to control the plasma excitation intensity independently for each electrode pair, and it is possible to excite extremely uniform plasma as a whole.
図５Ａ及び図５Ｂは図３Ａの１４−１４断面から見た透視図であり、図３Ａは図５Ａの１５−１５断面である。図５Ａ及び図５Ｂには、シミュレーションにより計算された電極とプラズマ間のシース中の高周波電界強度が濃淡で示されている。４個の電極対２００が縦方向に配列されたモデルで計算を行ったが、そのうち左上部のみが表示されている。電極対２００には、それぞれ４本の同軸管２２５が接続されている。図５Ａは、全ての同軸管２２５から同位相、同振幅の高周波を給電した場合、図５Ｂは、上部の同軸管２２５からのみ高周波を給電した場合である。 5A and 5B are perspective views seen from section 14-14 in FIG. 3A, and FIG. 3A is a section 15-15 in FIG. 5A. In FIG. 5A and FIG. 5B, the high-frequency electric field strength in the sheath between the electrode and the plasma calculated by simulation is shown by shading. The calculation was performed using a model in which four electrode pairs 200 are arranged in the vertical direction, and only the upper left part of the model is displayed. Four coaxial tubes 225 are connected to each electrode pair 200. FIG. 5A shows a case where high frequency waves having the same phase and the same amplitude are fed from all the coaxial tubes 225, and FIG. 5B shows a case where high frequency waves are fed only from the upper coaxial tube 225.
図５Ｂのように、上段の電極対２００に接続された同軸管２２５からのみ高周波を印加すると、上段の電極対２００の電界強度のみが大きくなっており、電極毎に独立にプラズマ励起強度を制御できることがわかる。図５Ａのように、中央部の電極対２００から端部の列（上段）の電極対２００まで均一なプラズマを励起できることがわかる。 As shown in FIG. 5B, when a high frequency is applied only from the coaxial tube 225 connected to the upper electrode pair 200, only the electric field strength of the upper electrode pair 200 increases, and the plasma excitation intensity is controlled independently for each electrode. I understand that I can do it. As shown in FIG. 5A, it can be seen that uniform plasma can be excited from the electrode pair 200 at the center to the electrode pair 200 at the end row (upper stage).
隣り合う電極対２００に逆位相の高周波を供給すれば、図３Ａに示したように、異なる電極対２００を構成し隣り合う２つの電極部には、同位相の高周波が印加される。この状態では、電極対２００間の隙間（排気スリットＣ）に高周波電界が印加されないので、この部分でプラズマが発生することがない。 When a high frequency of opposite phase is supplied to the adjacent electrode pair 200, as shown in FIG. 3A, the high frequency of the same phase is applied to the two adjacent electrode portions constituting the different electrode pair 200. In this state, no high frequency electric field is applied to the gap (exhaust slit C) between the electrode pair 200, so that plasma is not generated in this portion.
即ち、排気スリットＣに電界が生じないようにするためには、隣接する電極対２００の導波路２０５のそれぞれを伝搬する高周波の位相を１８０°ずらし、高周波の電界が逆向きにかかるようにする。 That is, in order to prevent an electric field from being generated in the exhaust slit C, the phase of the high frequency propagating through each of the waveguides 205 of the adjacent electrode pair 200 is shifted by 180 ° so that the high frequency electric field is applied in the opposite direction. .
そのために、本実施形態では、図１に示したように、左側の電極対２００に配置された同軸管の内部導体２２５ａ２と、右側の電極対２００に配置された同軸管の内部導体２２５ａ２が逆向きに配置される。かかる構成によれば、高周波電源２５０から供給される同位相の高周波は、同軸管を介して導波路２０５に伝えられるとき逆相になる。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the inner conductor 225a2 of the coaxial tube disposed on the left electrode pair 200 and the inner conductor 225a2 of the coaxial tube disposed on the right electrode pair 200 are reversed. Arranged in the direction. According to such a configuration, the in-phase high frequency supplied from the high frequency power supply 250 is in reverse phase when transmitted to the waveguide 205 via the coaxial tube.
なお、内部導体２２５ａ２を同じ向きに配置した場合には、高周波電源２５０から逆相の高周波を隣接する電極対にそれぞれ印加することにより、電極対２００の下面にかかる高周波の電界を同じ向きにでき、排気スリットＣで高周波の電界を０にすることができる。 When the inner conductor 225a2 is arranged in the same direction, a high-frequency electric field applied to the lower surface of the electrode pair 200 can be made in the same direction by applying a high-frequency power of opposite phase from the high-frequency power source 250 to each adjacent electrode pair. The high-frequency electric field can be reduced to zero by the exhaust slit C.
従来のプラズマ処理装置では、図３Ｂのように、電極の上面や同軸管内部導体を絶縁体およびシールドで覆う必要がある。この部分でプラズマが発生することを防止し、かつ高周波を反射させることなく伝送させるためである。大型の電極や同軸管内部導体を隙間無く絶縁体やシールドで覆うことは容易ではなく、装置のコストが高くなってしまう。 In the conventional plasma processing apparatus, as shown in FIG. 3B, it is necessary to cover the upper surface of the electrode and the inner conductor of the coaxial waveguide with an insulator and a shield. This is to prevent the generation of plasma in this portion and to transmit the high frequency without reflection. It is not easy to cover a large electrode or a coaxial pipe inner conductor with an insulator or a shield without a gap, and the cost of the apparatus increases.
電極下面にはプラズマから熱が流入してくるので、電極に冷媒流路を設けて冷媒を流すことにより放熱するようになっている。電極には高周波が印加されるから、電極に冷媒を供給する配管は、ＧＮＤから絶縁しなければならない。また、電極下面に多数のガス放出孔を設けてガスを放出するようになっている。電極にガスを供給する配管は、やはりＧＮＤから絶縁しなければならない。このように、電極に接続される配管は全てＧＮＤから絶縁しなければならないため、構造が複雑になる。 Since heat flows from the plasma into the lower surface of the electrode, heat is radiated by providing a coolant channel in the electrode and flowing the coolant. Since a high frequency is applied to the electrode, the piping for supplying the coolant to the electrode must be insulated from GND. In addition, a large number of gas discharge holes are provided on the lower surface of the electrode to discharge gas. The piping that supplies gas to the electrodes must still be insulated from GND. Thus, since all the pipes connected to the electrodes must be insulated from GND, the structure becomes complicated.
一方、本実施形態では、電極部２００ａ、２００ｂは上面で短絡されており、さらに接地されている。導波路２０５は、側面を第１の電極部２００ａおよび第２の電極部２００ｂ、上面を蓋１０５、下面をプラズマで囲まれた導波管とみなせる。導波管内には高周波電界が存在するが、導波管外には存在しない。すなわち、高周波電界は、導波路２０５および電極対２００の下面には存在するが、電極対２００の側面等には存在しない。従って、電極を絶縁体やシールドで覆う必要がないので、構造が極めて単純になる。 On the other hand, in this embodiment, the electrode parts 200a and 200b are short-circuited on the upper surface and further grounded. The waveguide 205 can be regarded as a waveguide surrounded by the first electrode part 200a and the second electrode part 200b on the side surfaces, the lid 105 on the upper surface, and the plasma on the lower surface. A high-frequency electric field exists in the waveguide, but does not exist outside the waveguide. That is, the high-frequency electric field exists on the lower surfaces of the waveguide 205 and the electrode pair 200 but does not exist on the side surfaces of the electrode pair 200. Therefore, it is not necessary to cover the electrode with an insulator or a shield, so that the structure becomes very simple.
電極部２００ａ、２００ｂは接地されているので、ガス供給用の配管等の電極に接続される配管をＧＮＤから絶縁する必要がなく、金属の配管で直接接続ができる。さらに、プラズマから流入した熱を電極を介して蓋１０５に逃がすようにすれば、電極対２００に冷媒流路を設ける必要もなくなり、構造が極めて単純になる。 Since the electrode parts 200a and 200b are grounded, it is not necessary to insulate pipes connected to electrodes such as gas supply pipes from GND, and direct connection can be made with metal pipes. Furthermore, if the heat flowing in from the plasma is released to the lid 105 through the electrodes, it is not necessary to provide a coolant channel in the electrode pair 200, and the structure becomes extremely simple.
ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯は、プラズマ処理装置に使われる通常の高周波電源の周波数帯域より高いため、波長は短くなる。この状態では、第１の電極部２００ａおよび第２の電極部２００ｂは、上部で短絡されており、さらにＧＮＤに接続されているものの、電極の高さ方向（装置の縦方向）の長さを適正化することにより、導波路の下部に高周波電界を印加することができ、さらに電極下部の排気スリット部分のインピーダンスを高くすることができる。これにより、隣接する電極対２００を電気的に分離し、各電極対２００のプラズマ露出面の電界強度を独立制御することができる。 Since the VHF (Very High Frequency) band is higher than the frequency band of a normal high-frequency power source used in the plasma processing apparatus, the wavelength becomes shorter. In this state, the first electrode part 200a and the second electrode part 200b are short-circuited at the upper part and further connected to GND, but the length of the electrode in the height direction (vertical direction of the device) is reduced. By optimizing, a high frequency electric field can be applied to the lower part of the waveguide, and the impedance of the exhaust slit part below the electrode can be increased. Thereby, the adjacent electrode pair 200 can be electrically separated, and the electric field strength of the plasma exposed surface of each electrode pair 200 can be independently controlled.
（電極対の幅）
図６は、図１の本実施形態に係る電極構造における電極表面のシース中の電界強度分布を電磁界シミュレーションにより計算した結果である。シース中の電界強度が大きいほどプラズマ密度が高くなるから、シース中の電界強度分布は、プラズマ密度の分布とみなすことができる。
(Electrode pair width)
FIG. 6 is a result of calculating the electric field strength distribution in the sheath on the electrode surface in the electrode structure according to the present embodiment of FIG. 1 by electromagnetic field simulation. Since the plasma density increases as the electric field strength in the sheath increases, the electric field strength distribution in the sheath can be regarded as a plasma density distribution.
横軸は、誘電体スリットの中心線を基準とした誘電体スリット短手方向の位置である。実線は第１の電極部２００ａおよび第２の電極部２００ｂの幅が１１０ｍｍの場合、破線は、８０ｍｍの場合である。プラズマ励起周波数は６０ＭＨｚ、シース厚は０．５ｍｍ、プラズマの比誘電率は−５５、プラズマの誘電損失は−１４、電極−基板間の間隔は、５０ｍｍとした。 The horizontal axis is the position in the short direction of the dielectric slit with respect to the center line of the dielectric slit. A solid line is a case where the width of the 1st electrode part 200a and the 2nd electrode part 200b is 110 mm, and a broken line is a case where it is 80 mm. The plasma excitation frequency was 60 MHz, the sheath thickness was 0.5 mm, the relative dielectric constant of plasma was −55, the dielectric loss of plasma was −14, and the distance between the electrode and the substrate was 50 mm.
電極対間では電極間のインピーダンスが高くなっている。よって、導波路２０５から放出されて電極部とプラズマとの間を外側に伝搬する表面波は、電極端まで来ると反射されて戻ってくる。このため、図６のように、電極下面には電極対の端部を腹とする定在波が形成される。第１の電極部及び第２の電極部の幅が１１０ｍｍの場合、シース中の電界強度の均一性は４０％であり、第１の電極部及び第２の電極部の幅が８０ｍｍの場合は２０％であり、１１０ｍｍの場合のほうが均一性が悪い。シース中の電界強度の均一性は、図６に１１０ｍｍのときを例として示したように、電極表面のシース中の電界強度の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎの差分ｄｉｆを電界強度の平均値で割った値で表される。 The impedance between the electrodes is high between the electrode pairs. Therefore, the surface wave emitted from the waveguide 205 and propagating outward between the electrode portion and the plasma is reflected and returned when it reaches the end of the electrode. For this reason, as shown in FIG. 6, a standing wave having an antinode at the end of the electrode pair is formed on the lower surface of the electrode. When the width of the first electrode portion and the second electrode portion is 110 mm, the uniformity of the electric field strength in the sheath is 40%, and when the width of the first electrode portion and the second electrode portion is 80 mm It is 20%, and the uniformity is worse in the case of 110 mm. The uniformity of the electric field strength in the sheath is shown by taking the difference dif between the maximum value Max and the minimum value Min in the sheath on the electrode surface as an average value of the electric field strength as shown in FIG. It is expressed as a divided value.
このようにして求められたシース中の電界強度の均一性と電極部の誘電体スリット短手方向の長さとの関係を、図７に示す。これによれば、電極部の誘電体スリット短手方向の長さが長くなると、均一性が悪化することがわかる。実用上、電界強度の均一性は３０％以下であることが望ましい。従って、図７より、電極部の誘電体スリット短手方向の長さは９６ｍｍ以下であることが望ましい。表面波の波長は自由空間波長にほぼ比例するから、電界強度の均一性を一定としたときの電極部の誘電体スリット短手方向の長さは自由空間波長にほぼ比例する。６０ＭＨｚでは自由空間波長は５０００ｍｍであるから、電極部の（プラズマ露出面の）誘電体スリット短手方向の長さは、高周波の自由空間波長の９６ｍｍ／５０００ｍｍ＝０．０１９倍以下であればよいことになる。 FIG. 7 shows the relationship between the uniformity of the electric field strength in the sheath thus obtained and the length of the electrode portion in the short direction of the dielectric slit. According to this, it can be seen that the uniformity deteriorates as the length of the electrode portion in the short direction of the dielectric slit increases. In practice, the uniformity of the electric field strength is desirably 30% or less. Therefore, from FIG. 7, it is desirable that the length of the electrode portion in the short direction of the dielectric slit is 96 mm or less. Since the wavelength of the surface wave is substantially proportional to the free space wavelength, the length of the electrode portion in the short direction of the dielectric slit when the electric field intensity uniformity is constant is substantially proportional to the free space wavelength. Since the free space wavelength at 5000 MHz is 5000 mm, the length of the electrode section (of the plasma exposed surface) in the short direction of the dielectric slit may be 96 mm / 5000 mm = 0.199 times or less of the high frequency free space wavelength. It will be.
（電極対を覆う絶縁膜）
以上は、電極の金属面がむき出しになっている場合の結果であった。電極の表面に絶縁膜が付着しているとシースにかかる電圧の一部が絶縁膜にかかるので、シース中の電界強度が弱くなる。電極上で、もともと電界が強い部分のみを絶縁膜で覆うことにより、シース中の電界強度の均一性を向上させることができる。
(Insulating film covering electrode pair)
The above is a result in the case where the metal surface of the electrode is exposed. If an insulating film adheres to the surface of the electrode, a part of the voltage applied to the sheath is applied to the insulating film, so that the electric field strength in the sheath is weakened. By covering only the portion where the electric field is originally strong on the electrode with the insulating film, the uniformity of the electric field strength in the sheath can be improved.
図８は、電極対端部の電界が強い部分のみ（１１０ｍｍ幅の電極のうち、外側から５５ｍｍの部分）を、比誘電率３．８、厚さ０．５ｍｍのシリコン酸化膜の絶縁膜で覆った場合（破線）と全面むき出しの場合（実線）のシース中の電界強度の分布を比較したものである。計算に用いた条件は、図６に示した全面むき出しの場合と同様である。シース中の電界強度の均一性は、全面むき出しの場合には４０％であったが、部分的に絶縁膜で覆った場合には２４％に改善している。このように、もともと電界が強い部分を絶縁膜で覆うことにより、効果的に電界を弱くして全体として均一性を向上可能なことがわかる。絶縁膜で覆う面積が小さすぎても大きすぎても均一性を向上させる効果が弱くなる。均一性を向上させるためには、実用上、電極部のプラズマ露出面のうち、２０％以上、８０％以下の部分が絶縁膜（誘電体）で覆われていればよい。 FIG. 8 shows an insulating film made of a silicon oxide film having a relative dielectric constant of 3.8 and a thickness of 0.5 mm only for a portion where the electric field at the end of the electrode pair is strong (a portion of the 110 mm wide electrode having a width of 55 mm from the outside). This is a comparison of the distribution of electric field strength in the sheath when covered (broken line) and when exposed entirely (solid line). The conditions used for the calculation are the same as in the case of the entire surface shown in FIG. The uniformity of the electric field intensity in the sheath was 40% when the entire surface was exposed, but improved to 24% when partially covered with an insulating film. Thus, it can be seen that by covering the portion where the electric field is originally strong with the insulating film, the electric field can be effectively weakened to improve the uniformity as a whole. If the area covered with the insulating film is too small or too large, the effect of improving the uniformity is weakened. In order to improve the uniformity, it is practical that 20% or more and 80% or less of the plasma exposed surface of the electrode part is covered with an insulating film (dielectric).
電極対の誘電体スリット短手方向のピッチが電極−基板間の間隔に対して狭くなると、プラズマの誘電体スリット短手方向の抵抗が無視できなくなり、基板や基板表面の導体膜に高周波電流が流れるようになる。基板に流れる高周波電流は、基板面内で強い部分も弱い部分もあり、極めて不均一である。基板や基板表面の導体膜に不均一に高周波電流が流れると、基板温度が不均一になったり、高周波電流による自己バイアス電圧が不均一に印加されたりする問題が生じる。 When the pitch of the electrode pair in the short direction of the dielectric slit is narrower than the distance between the electrode and the substrate, the resistance of the plasma in the short direction of the dielectric slit cannot be ignored, and high-frequency current is generated in the conductor film on the substrate or substrate surface. It begins to flow. The high-frequency current flowing through the substrate is extremely non-uniform because there are strong and weak portions in the substrate surface. If the high-frequency current flows non-uniformly through the substrate or the conductor film on the substrate surface, there arises a problem that the substrate temperature becomes non-uniform or the self-bias voltage due to the high-frequency current is applied non-uniformly.
図９は、電極表面および基板表面のシース中の電界強度分布を計算した結果である。プラズマ励起周波数は６０ＭＨｚ、シース厚は０．５ｍｍ、プラズマの比誘電率は−５５、プラズマの誘電損失は−１４、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチは７６ｍｍ、電極−基板間の間隔は６ｍｍとした。また、基板は導体とした。なお、「電極対のピッチ」は、電極対の中心間の距離をいう。 FIG. 9 shows the calculation results of the electric field strength distribution in the sheaths on the electrode surface and the substrate surface. Plasma excitation frequency is 60 MHz, sheath thickness is 0.5 mm, plasma dielectric constant is -55, plasma dielectric loss is -14, electrode slit dielectric slit pitch is 76 mm, electrode-substrate spacing Was 6 mm. The substrate was a conductor. The “electrode pair pitch” refers to the distance between the centers of the electrode pairs.
基板表面のシース中の電界強度は、高周波が放出される誘電体スリットの位置で最も小さく、電極対の両端で最も強くなることがわかる。図９の場合、電極表面の電界強度の最大値Ｅｍａｘと基板表面の電界強度の最大値Ｇｍａｘの比は、３：１になっている。実用上、基板表面のシース中の電界強度は、電極表面のシース中の電界強度の１／３以下に抑えることが望ましい。 It can be seen that the electric field strength in the sheath on the substrate surface is the smallest at the position of the dielectric slit from which the high frequency is emitted and the strongest at both ends of the electrode pair. In the case of FIG. 9, the ratio of the maximum value Emax of the electric field strength on the electrode surface to the maximum value Gmax of the electric field strength on the substrate surface is 3: 1. In practice, it is desirable that the electric field strength in the sheath on the substrate surface be suppressed to 1/3 or less of the electric field strength in the sheath on the electrode surface.
ところで、電極表面と基板表面の電界強度の比を一定とすれば、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチは、電極−基板間の距離の平方根にほぼ比例する。すなわち、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチは、電極対と基板との間の距離の平方根の３１（＝７６ｍｍ／√６ｍｍ）倍以下であればよい。 By the way, if the ratio of the electric field strength between the electrode surface and the substrate surface is constant, the pitch of the electrode pair in the short side direction of the dielectric slit is substantially proportional to the square root of the distance between the electrode and the substrate. That is, the pitch of the electrode pair in the short direction of the dielectric slit may be 31 (= 76 mm / √6 mm) times or less the square root of the distance between the electrode pair and the substrate.
このように、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチは、電極−基板間の距離によっても限定される。電極−基板間の距離が長ければ、大半の高周波電流はインピーダンスが低いプラズマ中を流れる。一方、電極−基板間の距離が短くなると、プラズマの幅がうすくなり、プラズマの誘電体スリット短手方向のインピーダンスが大きくなる。このため、多くの高周波電流が基板を通して基板ステージに流れこむ。これにより、基板や基板ステージに高周波が流れる部分や流れない部分が生じる、この結果、イオン入射エネルギや基板の温度が不均一になり、良好なプラズマ処理の妨げとなる。これを回避するために、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチは、上記のように電極−基板間の距離も考慮して限定される。 Thus, the pitch of the electrode pair in the short direction of the dielectric slit is also limited by the distance between the electrode and the substrate. If the distance between the electrode and the substrate is long, most of the high-frequency current flows in the plasma with low impedance. On the other hand, when the distance between the electrode and the substrate is shortened, the width of the plasma is reduced, and the impedance of the plasma in the short direction of the dielectric slit is increased. For this reason, many high-frequency currents flow into the substrate stage through the substrate. As a result, a portion where a high frequency flows or a portion where the high frequency does not flow is generated on the substrate or the substrate stage. As a result, the ion incident energy and the temperature of the substrate are not uniform, which hinders good plasma processing. In order to avoid this, the pitch of the electrode pair in the short direction of the dielectric slit is limited in consideration of the distance between the electrode and the substrate as described above.
以上に説明したように、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、基板と対向する位置に基板電極と同程度のサイズの１つの大きな電極を配置するのではなく、限定されたサイズの小さな電極を多数配列して電極間に高周波を印加するとともに、電極の外周から高周波を給電するのではなく、電極（対）の内部（誘電体スリット）から高周波を給電することにより、ＶＨＦ帯のような高い周波数の高周波でも大面積基板上に均一なプラズマを生成することが可能になる。また、導波路を設けて電極上部を接地したことにより、電極や電極に接続される配管を絶縁する必要がなくなり、構造を簡素化できる。 As described above, according to the plasma processing apparatus 10 according to the first embodiment, one large electrode having the same size as the substrate electrode is not disposed at a position facing the substrate, but a limited size. A large number of small electrodes are arranged and a high frequency is applied between the electrodes, and a high frequency is supplied from the inside (dielectric slit) of the electrode (pair) instead of supplying a high frequency from the outer periphery of the electrode, thereby providing a VHF band. It is possible to generate uniform plasma on a large-area substrate even at a high frequency such as the above. Moreover, since the waveguide is provided and the upper part of the electrode is grounded, it is not necessary to insulate the electrode and the pipe connected to the electrode, and the structure can be simplified.
＜第２実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０の左半分は図１１の３−３断面図、図１０の右半分は図１１の４−４断面図であり、図１１は図１０の５−５断面図である。図１０の左半分は同軸管がない部分の断面を示し、右半分は同軸管があるところの断面を示す。
Second Embodiment
[Configuration of plasma processing apparatus]
A schematic configuration of a plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. The left half of FIG. 10 is a 3-3 sectional view of FIG. 11, the right half of FIG. 10 is a 4-4 sectional view of FIG. 11, and FIG. 11 is a 5-5 sectional view of FIG. The left half of FIG. 10 shows a cross section where there is no coaxial pipe, and the right half shows a cross section where there is a coaxial pipe.
本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、電極−基板間の間隔が狭く、電極対の誘電体スリット短手方向のピッチも短い。第１実施形態に係るプラズマ処理装置では、誘電体スリット長手方向に複数の高周波給電点を設けた多点給電タイプであるのに対して、第２実施形態では、誘電体スリット長手方向の中心のみから給電し、カットオフ現象を利用して高周波の波長を無限大にして均一な高周波電界を作るカットオフタイプである点で異なる。 In the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, the distance between the electrode and the substrate is narrow, and the pitch of the electrode pair in the short direction of the dielectric slit is also short. The plasma processing apparatus according to the first embodiment is a multipoint feeding type in which a plurality of high-frequency feeding points are provided in the dielectric slit longitudinal direction, whereas in the second embodiment, only the center in the dielectric slit longitudinal direction is provided. It is different in that it is a cut-off type that produces a uniform high-frequency electric field by using a cut-off phenomenon and making the high-frequency wavelength infinite.
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０の基本的構成は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置と同じであるため、異なる構成を中心に説明する。第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、細長い電極対２００が誘電体スリット短手方向に何本も平行に並べられている。第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂの上部には、図１０の紙面に垂直な方向に長手方向を有する第１の導波板３２５ａ及び第２の導波板３２５ｂがそれぞれネジ（不図示）によって固定されている。第１の導波板３２５ａ及び第２の導波板３２５ｂは、アルミ合金等の金属からなる。第１の導波板３２５ａ、第２の導波板３２５ｂ、短絡板３５５は、同一のネジ（不図示）によって金属製の固定板３５６に固定されている。さらに、固定板３５６は、ネジ（不図示）によって蓋１０５に固定されている。 Since the basic configuration of the plasma processing apparatus 10 according to the second embodiment is the same as that of the plasma processing apparatus according to the first embodiment, the description will focus on different configurations. In the plasma processing apparatus 10 according to the second embodiment, a number of elongated electrode pairs 200 are arranged in parallel in the short direction of the dielectric slit. On top of the first electrode portion 200a and the second electrode portion 200b, a first waveguide plate 325a and a second waveguide plate 325b having a longitudinal direction in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. (Not shown). The first waveguide plate 325a and the second waveguide plate 325b are made of a metal such as an aluminum alloy. The first waveguide plate 325a, the second waveguide plate 325b, and the short-circuit plate 355 are fixed to a metal fixing plate 356 with the same screw (not shown). Further, the fixing plate 356 is fixed to the lid 105 by screws (not shown).
導波板３２５ａ、３２５ｂ間の隙間は導波路２０５になっていて、その下部にはアルミナ等からなる誘電体板２１０が挿入されている。 A gap between the waveguide plates 325a and 325b is a waveguide 205, and a dielectric plate 210 made of alumina or the like is inserted below the waveguide 205.
第２実施形態のプラズマ処理装置１０では、電極対間のピッチが短い。そこで、電極対間の第１の排気路２８１のスペースを確保するために導波板３２５ａ、３２５ｂの厚さ（導波路の壁面の厚さ）は３ｍｍと薄くなっている。隣接する電極対間はスペーサ３５０を導波板３２５ａ、３２５ｂに絶縁性のネジ４００で固定されている。スペーサ３５０は金属であってもよく、絶縁体であってもよい。 In the plasma processing apparatus 10 of the second embodiment, the pitch between the electrode pairs is short. Therefore, in order to secure the space of the first exhaust path 281 between the electrode pairs, the thickness of the waveguide plates 325a and 325b (thickness of the wall surface of the waveguide) is as thin as 3 mm. Between adjacent electrode pairs, a spacer 350 is fixed to the waveguide plates 325a and 325b with insulating screws 400. The spacer 350 may be a metal or an insulator.
図１０のように、第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂには、紙面に垂直方向に長いガス流路２９０ａが設けられている。ガス流路２９０ａの下部には多数のガス放出穴が設けられており、ガス流路２９０ａを流れてきたガスは、ガス放出穴から基板Ｇ側に放出される。本実施形態のプラズマ処理装置では、導波板３２５ａ、３２５ｂが薄いため、プラズマから電極に流入する熱を蓋１０５まで伝熱することができないので、第１の電極部２００ａ及び第２の電極部２００ｂには、紙面に垂直方向に長い冷媒流路２９５ａが設けられており、冷媒により直接電極を冷却するようになっている。 As shown in FIG. 10, the first electrode portion 200a and the second electrode portion 200b are provided with a gas flow path 290a that is long in the direction perpendicular to the paper surface. A large number of gas discharge holes are provided below the gas flow path 290a, and the gas flowing through the gas flow path 290a is discharged to the substrate G side from the gas discharge holes. In the plasma processing apparatus of this embodiment, since the waveguide plates 325a and 325b are thin, heat flowing from the plasma to the electrode cannot be transferred to the lid 105, so the first electrode part 200a and the second electrode part 200b is provided with a coolant channel 295a that is long in the direction perpendicular to the paper surface, and the electrode is directly cooled by the coolant.
電極―基板間の間隔及び電極対間のピッチが短い本実施形態にかかるプラズマ処理装置１０では、第１実施形態にかかるプラズマ処理装置１０のように同軸管２２５の内部導体２２５ａ２を対向して設けるスペースがない。よって、図１０の右半分に示したように、内部導体２２５ａ２を２本、内部導体２２５ａ１の両側に連結し、絶縁リング３６５に通してその両端をナット３７０で固定する。このようにして、内部導体２２５ａ２は２つの隣接する導波路につながる。内部導体２２５ａ２は、例えばニッケルメッキ銅で形成されている。 In the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment in which the distance between the electrode and the substrate and the pitch between the electrode pairs are short, the inner conductor 225a2 of the coaxial tube 225 is provided to be opposed to the plasma processing apparatus 10 according to the first embodiment. There is no space. Therefore, as shown in the right half of FIG. 10, two internal conductors 225 a 2 are connected to both sides of the internal conductor 225 a 1, and both ends thereof are fixed with nuts 370 through the insulating ring 365. In this way, the inner conductor 225a2 is connected to two adjacent waveguides. The inner conductor 225a2 is made of nickel plated copper, for example.
第１実施形態のプラズマ処理装置１０のように（図１）、電極対間のピッチが長いタイプでは、同軸管２２５の内部は大気であった。それに対して、第２実施形態のプラズマ処理装置１０では、同軸管２２５の内部は真空になっている。そのため、同軸管内は放電しやすい。これを防止するために同軸管２２５の内部は、テフロン（登録商標）、アルミナ、石英等の誘電体で埋められている。また、Ｏリング３４５により同軸管２２５の内部は大気側から真空シールされている。 As in the plasma processing apparatus 10 of the first embodiment (FIG. 1), in the type in which the pitch between the electrode pairs is long, the inside of the coaxial waveguide 225 is the atmosphere. On the other hand, in the plasma processing apparatus 10 of the second embodiment, the inside of the coaxial waveguide 225 is in a vacuum. Therefore, it is easy to discharge in the coaxial tube. In order to prevent this, the inside of the coaxial tube 225 is filled with a dielectric such as Teflon (registered trademark), alumina, or quartz. Further, the inside of the coaxial tube 225 is vacuum-sealed from the atmosphere side by the O-ring 345.
ここで、カットオフタイプの動作原理を説明する。先ず、長辺の長さａ、短辺の長さｂという断面をもった矩形導波管の管内波長について考える。管内波長λｇは式（１）で表される。
ここで、λは自由空間の波長、εｒは導波管内の比誘電率、μｒは導波管内の比透磁率である。式（１）によれば、εｒ＝μｒ＝１のとき導波管の管内波長λｇは自由空間の波長λよりも常に長いことがわかる。λ＜２ａのとき、管内波長λｇは長辺の長さａが短くなると長くなる。λ＝２ａのとき、即ち長辺の長さａが自由空間の波長λの１／２に等しくなると、分母が０になり管内波長λｇが無限大になる。このとき導波管はカットオフ状態となり、導波管内を伝搬する電磁波の位相速度は無限大、群速度は０になる。さらに、λ＞２ａになると、電磁波は導波管内を伝搬することができなくなるが、ある程度の距離は進入することができる。なお、一般にはこの状態もカットオフ状態といわれるが、ここでは、λ＝２ａのときをカットオフ状態ということにする。 Here, λ is the wavelength in free space, ε r is the relative permittivity in the waveguide, and μ r is the relative permeability in the waveguide. According to the equation (1), it is understood that the in-tube wavelength λ g of the waveguide is always longer than the free space wavelength λ when ε r = μ r = 1. When lambda <2a, the guide wavelength lambda g is longer the length a of the long sides is shortened. When lambda = 2a, i.e. the length a in the long side equal to half of the wavelength lambda of the free space, the guide wavelength lambda g denominator becomes 0 becomes infinite. At this time, the waveguide is cut off, the phase velocity of the electromagnetic wave propagating in the waveguide is infinite, and the group velocity is zero. Furthermore, when λ> 2a, the electromagnetic wave cannot propagate through the waveguide, but can enter a certain distance. In general, this state is also referred to as a cut-off state. Here, the state when λ = 2a is referred to as a cut-off state.
第２実施形態のプラズマ処理装置１０において、導波路２０５は、矩形導波管を長辺方向に２等分した伝送路とみなすことができる。即ち、図１０において導波路２０５の短辺は矩形導波管の短辺、導波路２０５の長辺は矩形導波管の長辺の１／２に相当する。導波路２０５がカットオフ状態になるように、導波路２０５の高さ（長辺の長さ）を調整することにより、導波路２０５中を紙面に垂直方向に伝搬する高周波の波長を無限大にすれば、誘電体スリットの長手方向に沿って均一な高周波電界が放出され均一なプラズマが励起される。条件によりプラズマのインピーダンスは変わるので、条件を変えても常に均一なプラズマを生成する装置を実現するために、導波路２０５の高さを変える機構が必要である。 In the plasma processing apparatus 10 of the second embodiment, the waveguide 205 can be regarded as a transmission line obtained by dividing a rectangular waveguide into two equal parts in the long side direction. That is, in FIG. 10, the short side of the waveguide 205 corresponds to the short side of the rectangular waveguide, and the long side of the waveguide 205 corresponds to ½ of the long side of the rectangular waveguide. By adjusting the height (long side length) of the waveguide 205 so that the waveguide 205 is cut off, the wavelength of the high-frequency wave propagating in the waveguide 205 in the direction perpendicular to the paper surface becomes infinite. Then, a uniform high-frequency electric field is emitted along the longitudinal direction of the dielectric slit, and uniform plasma is excited. Since the impedance of the plasma changes depending on the conditions, a mechanism for changing the height of the waveguide 205 is necessary to realize a device that always generates a uniform plasma even if the conditions are changed.
第２実施形態のプラズマ処理装置１０では、導波路２０５の上壁を可動にすることにより、導波路２０５の高さが変えられるようになっている。誘電体スリットの上部には、第１の導波板３２５ａ及び第２の導波板３２５ｂを短絡させる金属ブラシ３２０が挿入されている。金属ブラシ３２０は、ステンレススチール、リン青銅等のバネ性を備えた金属から形成される。導波路２０５の上壁が金属ブラシ３２０の位置となる。複数の金属ブラシ３２０には金属からなる第１支持棒３３０が貫通している。第１支持棒３３０は、第２支持棒３３５に連結されていて、第２支持棒３３５は装置外部で駆動機構３１０に連結されている。第２支持棒３３５と蓋１０５との間は、ベローズ３４０で真空シールされている。 In the plasma processing apparatus 10 of the second embodiment, the height of the waveguide 205 can be changed by making the upper wall of the waveguide 205 movable. A metal brush 320 for short-circuiting the first waveguide plate 325a and the second waveguide plate 325b is inserted above the dielectric slit. The metal brush 320 is made of a metal having spring properties such as stainless steel and phosphor bronze. The upper wall of the waveguide 205 is the position of the metal brush 320. A plurality of metal brushes 320 are penetrated by a first support bar 330 made of metal. The first support bar 330 is connected to the second support bar 335, and the second support bar 335 is connected to the drive mechanism 310 outside the apparatus. A space between the second support bar 335 and the lid 105 is vacuum-sealed with a bellows 340.
金属ブラシ３２０は可動式であり、駆動機構３１０の動力により第１支持棒３３０を上下させることによって第１支持棒３３０に連結する複数の金属ブラシ３２０が一体的に上下するようになっている。これにより、導波路の高さを変えることができる。金属ブラシ３２０の可動範囲は、誘電体板２１０の上面から蓋１０５の下面までである。 The metal brush 320 is movable, and a plurality of metal brushes 320 connected to the first support bar 330 are moved up and down integrally by moving the first support bar 330 up and down by the power of the drive mechanism 310. Thereby, the height of the waveguide can be changed. The movable range of the metal brush 320 is from the upper surface of the dielectric plate 210 to the lower surface of the lid 105.
誘電体スリットからプラズマ側を見たインピーダンスが仮に無限大だとすると、導波路２０５は、矩形導波管を長辺方向に丁度２等分した伝送路とみなすことができる。従って、導波路２０５の高さがλのとき、即ち導波路２０５の誘電体スリットの法線方向の電気長が丁度π／２のときに管内波長λｇが無限大になる。しかし、実際には誘電体スリットからプラズマ側を見たインピーダンスは容量性なので、管内波長λｇを無限大にする導波路２０５の誘電体スリットの法線方向の電気長は、π／２よりも小さくなる。 Assuming that the impedance when the plasma side is viewed from the dielectric slit is infinite, the waveguide 205 can be regarded as a transmission line obtained by dividing the rectangular waveguide into two equal parts in the long side direction. Therefore, when the height of the waveguide 205 of lambda, i.e. the guide wavelength lambda g when dielectric electrical length of the normal direction just a [pi / 2 of the slit of the waveguide 205 becomes infinite. However, since actually saw plasma side from the dielectric slit impedance capacitive, electrical length of the normal line direction of the dielectric slit of the waveguide 205 to the guide wavelength lambda g infinity than [pi / 2 Get smaller.
実際にプラズマ処理を行っているときには、通常、導波路２０５内の電磁界分布やプラズマの分布を測定することはできない。プラズマ処理装置の外部から、間接的にカットオフ状態を検出し、導波路２０５の高さを制御する手法が必要である。後述するように、各部の寸法を最適化することにより、カットオフ状態になったときに高周波を供給する同軸管２２５から見た反射係数の絶対値が最も小さくなるようにすることができる。即ち、同軸管２２５から見た反射を計測し、反射が最も小さくなるように導波路の高さを調節すれば、常に均一なプラズマが得られる。 When actually performing plasma processing, it is usually impossible to measure the electromagnetic field distribution or plasma distribution in the waveguide 205. A technique for detecting the cutoff state indirectly from the outside of the plasma processing apparatus and controlling the height of the waveguide 205 is required. As will be described later, by optimizing the size of each part, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube 225 that supplies a high frequency when the cutoff state is reached can be minimized. That is, if the reflection viewed from the coaxial tube 225 is measured and the height of the waveguide is adjusted so that the reflection is minimized, a uniform plasma can always be obtained.
そこで、本実施形態では、整合器２４５と同軸管２２５との間に反射計３００が取り付けられていて、同軸管２２５から見た反射の状態をモニタするようになっている。反射計３００による検出値は制御部３０５に送信される。制御部３０５では、検出値に基づき駆動機構３１０に所望量だけ第１支持棒３３０を上下させるように指示する。駆動機構３１０の駆動力により第１支持棒３３０を上下させると、これとともに金属ブラシ３２０が上下動し、これによって導波路の高さを調整して同軸管２２５から見た反射を最小にする。なお、以上の制御をすれば反射は常に小さく抑えることができるため、整合器２４５の設置を省略して高周波電源２５０と同軸管２２５とを直接接続してもよい。反射計は、反射電力や反射係数の絶対値のみを計測するものであってもよく、位相を含めて計測するものであってもよい。 Therefore, in the present embodiment, the reflectometer 300 is attached between the matching unit 245 and the coaxial tube 225 so as to monitor the state of reflection viewed from the coaxial tube 225. The detection value by the reflectometer 300 is transmitted to the control unit 305. The control unit 305 instructs the drive mechanism 310 to move the first support bar 330 up and down by a desired amount based on the detected value. When the first support rod 330 is moved up and down by the driving force of the drive mechanism 310, the metal brush 320 is moved up and down with it, thereby adjusting the height of the waveguide and minimizing the reflection seen from the coaxial tube 225. Since the reflection can always be kept small by performing the above control, the high frequency power supply 250 and the coaxial tube 225 may be directly connected without installing the matching unit 245. The reflectometer may measure only the absolute value of the reflected power or the reflection coefficient, or may measure the phase including the phase.
以上に説明したように、本実施形態では、導波路の高さを変えて管内波長λｇが長くなるように制御する。しかしながら、管内波長λｇをどこまで長くすればよいのか、その上限値が問題になる。これに対しては、導波路の管内波長λｇが図１１に示した導波路の長さｌの７倍以上になっていることが望ましい。その根拠について以下に説明する。 As described above, in the present embodiment, the guide wavelength lambda g by changing the height of the waveguide is controlled to be longer. However, what may be longer guide wavelength lambda g extent, the upper limit becomes a problem. For this, it is desirable that the in-tube wavelength λ g of the waveguide is 7 times or more the length l of the waveguide shown in FIG. The basis for this will be described below.
（管内波長λｇ）
導波路内に生じる定在波の分布は、次式で表される。
The distribution of the standing wave generated in the waveguide is expressed by the following equation.
ここで、Ｅは導波路下面に印加される電界強度、ｘは、導波路端を基準とする導波路長手方向の位置、Ａは比例定数、λｇは導波路の管内波長である。導波路中央部の電界強度Ｅ（ｌ／２）と導波路端部の電界強度Ｅ（０）の比をＫとする。ここで、ｌは導波路の長さである。（２）式より、次式が導かれる。
（金属ブラシの上下動とカットオフ）
図１２は、図１１の構造における電極表面のシース中の電界強度分布を電磁界シミュレーションにより計算した結果である。横軸は、電極の中心を基準とした電極の長手方向の位置である。曲線Ａ１は導波路の高さが３８０ｍｍの場合、曲線Ｂ１は３８５ｍｍの場合、曲線Ｃ１は３９０ｍｍの場合である。プラズマ励起周波数は６０ＭＨｚ、シース厚は０．５ｍｍ、プラズマの比誘電率は−５５、プラズマの誘電損失は−１４、電極対の電極短手方向のピッチは５０ｍｍ、電極−基板間の間隔は１０ｍｍ、電極の長さは２２００ｍｍとした。
(Metal brush up and down and cut off)
FIG. 12 shows the result of calculation of the electric field strength distribution in the sheath on the electrode surface in the structure of FIG. 11 by electromagnetic field simulation. The horizontal axis is the position in the longitudinal direction of the electrode with respect to the center of the electrode. Curve A1 is when the waveguide height is 380 mm, curve B1 is 385 mm, and curve C1 is 390 mm. Plasma excitation frequency is 60 MHz, sheath thickness is 0.5 mm, plasma dielectric constant is -55, plasma dielectric loss is -14, electrode pair pitch in the short direction is 50 mm, and electrode-substrate spacing is 10 mm The length of the electrode was 2200 mm.
この結果、導波路の高さを３８５ｍｍにすると（曲線Ｂ１）、導波路は長手方向の伝搬に対して丁度カットオフとなっている。このとき、カットオフ状態の矩形導波管と同様に、管内波長は無限大となる。管内波長が無限大のため定在波も生じず、図１２のように電極の長手方向に極めて均一な電界が印加されていることがわかる。同軸管から見た反射係数の絶対値は、０．０１と最も小さくなる。 As a result, when the height of the waveguide is 385 mm (curve B1), the waveguide is just cut off for propagation in the longitudinal direction. At this time, the in-tube wavelength becomes infinite as in the rectangular waveguide in the cut-off state. Since the in-tube wavelength is infinite, no standing wave is generated, and it can be seen that a very uniform electric field is applied in the longitudinal direction of the electrode as shown in FIG. The absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube is the smallest value of 0.01.
導波路の高さをカットオフ状態より少し低い３８０ｍｍにすると（曲線Ａ１）、高周波は導波路の長手方向に伝搬できなくなる。このため、電極中央部に設けられた同軸管の周辺で電界が最も強くなり、離れるに従って次第に弱くなる。同軸管から見た反射係数の絶対値は、０．５９と大きくなる。 If the height of the waveguide is set to 380 mm, which is slightly lower than the cutoff state (curve A1), the high frequency cannot propagate in the longitudinal direction of the waveguide. For this reason, the electric field is strongest around the coaxial tube provided in the central portion of the electrode, and gradually becomes weaker as the distance increases. The absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube is as large as 0.59.
逆に、導波路の高さをカットオフ状態より少し高い３９０ｍｍにすると（曲線Ｃ１）、高周波は導波路の長手方向に伝搬できるようになる。電極長手方向の端部はフローティングになっているので、端部付近の電界強度が最も大きくなる。同軸管から見た反射係数の絶対値は０．４４であり、やはりカットオフ状態と比べると大きい。 Conversely, when the height of the waveguide is set to 390 mm, which is slightly higher than the cut-off state (curve C1), the high frequency can propagate in the longitudinal direction of the waveguide. Since the end in the longitudinal direction of the electrode is in a floating state, the electric field intensity near the end becomes the largest. The absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube is 0.44, which is still larger than that in the cut-off state.
このように、金属ブラシ３２０を上下に動かして導波路の高さを調節し、カットオフ状態にすることにより、長さ２ｍ以上の電極上に極めて均一なプラズマを励起することが可能である。カットオフ状態になったときに同軸管から見た反射係数の絶対値が最も小さくなるので、反射が最も小さくなるように金属ブラシ３２０を移動させればよい。 In this way, by moving the metal brush 320 up and down to adjust the height of the waveguide to a cut-off state, it is possible to excite extremely uniform plasma on an electrode having a length of 2 m or more. Since the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube becomes the smallest when the cutoff state is reached, the metal brush 320 may be moved so that the reflection is minimized.
以上に説明したように、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、金属ブラシを上下動させて、導波路の管内波長を無限大にすることにより、電極の長手方向に極めて均一なプラズマを励起することができる。同軸管を長い電極の中央部にのみ配置すればよいので、第一実施形態と比較して、電極、同軸管、整合器、高周波電源等の数を著しく減らすことができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus 10 according to the second embodiment, the metal brush is moved up and down to make the in-tube wavelength of the waveguide infinite, so that it is extremely uniform in the longitudinal direction of the electrode. Plasma can be excited. Since the coaxial tube only needs to be arranged at the center of the long electrode, the number of electrodes, coaxial tubes, matching units, high-frequency power supplies, etc. can be significantly reduced as compared with the first embodiment.
＜第３実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
本発明の第３実施形態のカットオフタイプのプラズマ処理装置１０では、金属ブラシに替えて誘電体プランジャを用いる点が第２実施形態と異なる。よって、この相違点を中心に、本発明の第３実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図１３及び図１４を参照しながら説明する。図１３の左半分は図１４の６−６断面図、図１３の右半分は図１４の７−７断面図であり、図１４は図１３の８−８断面図である。図１３の左半分は同軸管がない部分の断面を示し、右半分は同軸管がある部分の断面を示す。
<Third Embodiment>
[Configuration of plasma processing apparatus]
The cut-off type plasma processing apparatus 10 according to the third embodiment of the present invention is different from the second embodiment in that a dielectric plunger is used instead of the metal brush. Therefore, the schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The left half of FIG. 13 is a 6-6 cross-sectional view of FIG. 14, the right half of FIG. 13 is a 7-7 cross-sectional view of FIG. 14, and FIG. 14 is an 8-8 cross-sectional view of FIG. The left half of FIG. 13 shows the cross section of the portion without the coaxial tube, and the right half shows the cross section of the portion with the coaxial tube.
導波板３２５ａ、３２５ｂ間の誘電体スリットの上部には、金属ブラシの替わりに誘電体プランジャ３６０が挿入されている。誘電体プランジャ３６０はアルミナ等の誘電体から形成されている。第１の導波板３２５ａ及び第２の導波板３２５ｂは、短絡板３５５によって短絡されている。複数の誘電体プランジャ３６０には誘電体からなる第１支持棒３３０が貫通している。第１支持棒３３０は、第２支持棒３３５に連結されていて、第２支持棒３３５の上部には駆動機構３１０が設けられている。第２支持棒３３５と蓋１０５との間は、ベローズ３４０で真空シールされている。 A dielectric plunger 360 is inserted above the dielectric slit between the waveguide plates 325a and 325b in place of the metal brush. The dielectric plunger 360 is made of a dielectric material such as alumina. The first waveguide plate 325a and the second waveguide plate 325b are short-circuited by a short-circuit plate 355. A plurality of dielectric plungers 360 are penetrated by a first support bar 330 made of a dielectric. The first support bar 330 is connected to the second support bar 335, and a drive mechanism 310 is provided on the second support bar 335. A space between the second support bar 335 and the lid 105 is vacuum-sealed with a bellows 340.
誘電体プランジャ３６０は可動式であり、駆動機構３１０の動力により第１支持棒３３０を上下させることによってすべての誘電体プランジャ３６０が一体的に上下するようになっている。これにより、導波路の実効的な高さを変えることができる。導波路上部が短絡されているため、導波板３２５ａ、３２５ｂの中では下方の電界が強く、上方の電界が弱い。よって、誘電体プランジャ３６０を下方（つまり、電界の強い方）に持っていくほど導波路の実効的な高さは高くなり、誘電体プランジャ３６０を上方（つまり、電界の弱い方）に持っていくほど導波路の実効的な高さは低くなる。 The dielectric plunger 360 is movable, and all the dielectric plungers 360 are integrally moved up and down by moving the first support bar 330 up and down by the power of the drive mechanism 310. Thereby, the effective height of the waveguide can be changed. Since the upper part of the waveguide is short-circuited, the lower electric field is strong and the upper electric field is weak in the waveguide plates 325a and 325b. Therefore, the effective height of the waveguide increases as the dielectric plunger 360 is moved downward (that is, the one with a stronger electric field), and the dielectric plunger 360 is held upward (that is, the one with a weaker electric field). The effective height of the waveguide becomes lower as it goes.
（誘電体プランジャの上下動とカットオフ）
図１５は、図１３に示したプラズマ処理装置１０の構造における、電極表面のシース中の電界強度分布を電磁界シミュレーションにより計算した結果である。曲線Ａ２は誘電体プランジャ３６０と誘電体板２１０との間の距離が３０ｍｍの場合、曲線Ｂ２は２０ｍｍの場合、曲線Ｃ２は１０ｍｍの場合である。計算に用いた条件は、図１２の場合と同様である。
(Up and down movement and cut-off of dielectric plunger)
FIG. 15 shows the result of calculation of the electric field strength distribution in the sheath on the electrode surface by the electromagnetic field simulation in the structure of the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. Curve A2 is when the distance between dielectric plunger 360 and dielectric plate 210 is 30 mm, curve B2 is 20 mm, and curve C2 is 10 mm. The conditions used for the calculation are the same as in FIG.
この結果、誘電体プランジャ３６０と誘電体板２１０との間の距離を２０ｍｍにすると（曲線Ｂ２）、導波路は長手方向の伝搬に対してカットオフとなり、電極の長手方向には均一な電界が印加される。このとき、同軸管から見た反射係数の絶対値は０．０１であった。 As a result, when the distance between the dielectric plunger 360 and the dielectric plate 210 is 20 mm (curve B2), the waveguide is cut off with respect to propagation in the longitudinal direction, and a uniform electric field is generated in the longitudinal direction of the electrode. Applied. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube was 0.01.
誘電体プランジャ３６０と誘電体板との間の距離をカットオフ状態より大きい３０ｍｍにすると（曲線Ａ２）、導波路の実効的な高さが低くなり、高周波は導波路の長手方向に伝搬できなくなる。このため、電極中央部に設けられた同軸管の周辺で電界が最も強くなり、離れるに従って次第に弱くなる。このとき、同軸管から見た反射係数の絶対値は０．４４であった。 When the distance between the dielectric plunger 360 and the dielectric plate is set to 30 mm larger than the cutoff state (curve A2), the effective height of the waveguide becomes low, and high frequency cannot propagate in the longitudinal direction of the waveguide. . For this reason, the electric field is strongest around the coaxial tube provided in the central portion of the electrode, and gradually becomes weaker as the distance increases. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube was 0.44.
逆に、誘電体プランジャ３６０と誘電体板との間の距離をカットオフ状態より小さい１０ｍｍにすると（曲線Ｃ２）、高周波は導波路の長手方向に伝搬できるようになる。電極長手方向の端部はフローティングになっているので、端部付近の電界強度が最も大きくなる。このとき、同軸管から見た反射係数の絶対値は０．２５であった。 Conversely, if the distance between the dielectric plunger 360 and the dielectric plate is 10 mm, which is smaller than the cutoff state (curve C2), the high frequency can propagate in the longitudinal direction of the waveguide. Since the end in the longitudinal direction of the electrode is in a floating state, the electric field intensity near the end becomes the largest. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube was 0.25.
このように、誘電体プランジャ３６０の位置を調節して導波路をカットオフ状態にすることにより、長さ２ｍ以上の電極上に極めて均一なプラズマを励起することが可能である。カットオフ状態になったときに同軸管から見た反射係数の絶対値が最も小さくなるので、反射が最も小さくなるように誘電体プランジャ３６０を移動させればよい。 As described above, by adjusting the position of the dielectric plunger 360 to cut off the waveguide, it is possible to excite extremely uniform plasma on the electrode having a length of 2 m or more. Since the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube becomes the smallest when the cutoff state is reached, the dielectric plunger 360 may be moved so that the reflection is minimized.
＜第４実施形態＞
［プラズマ処理装置の構成］
第２及び第３実施形態のカットオフタイプのプラズマ処理装置１０では、真空中で可動部材である金属ブラシ３２０や誘電体プランジャ３６０を上下させるため、粉塵が発生して処理室内を汚染する可能性がある。
<Fourth embodiment>
[Configuration of plasma processing apparatus]
In the cut-off type plasma processing apparatus 10 of the second and third embodiments, the metal brush 320 and the dielectric plunger 360 which are movable members are moved up and down in a vacuum, so that dust may be generated and contaminate the processing chamber. There is.
これに対して、本発明の第４実施形態のカットオフタイプのプラズマ処理装置１０では、処理室内の汚染を回避するために金属ブラシ３２０や誘電体プランジャ３６０に替えてインピーダンス可変回路を用いる。よって、以下ではインピーダンス可変回路を中心に、本発明の第４実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図１６及び図１７を参照しながら説明する。図１６の左半分は図１７の９−９断面図、図１６の右半分は図１７の１０−１０断面図であり、図１７は図１６の１１−１１断面図である。 In contrast, in the cut-off type plasma processing apparatus 10 according to the fourth embodiment of the present invention, an impedance variable circuit is used in place of the metal brush 320 and the dielectric plunger 360 in order to avoid contamination in the processing chamber. Therefore, hereinafter, a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17, focusing on the impedance variable circuit. 16 is a sectional view taken along line 9-9 in FIG. 17, the right half of FIG. 16 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG. 17, and FIG. 17 is a sectional view taken along line 11-11 in FIG.
導波板３２５ａ、３２５ｂ間の誘電体スリットの下部には誘電体板２１０が挿入されている。誘電体スリットの上部には可動部材は挿入されていない。本実施形態では、実効的な導波路の高さを電気的に変えるために、インピーダンス可変回路３８０が設けられている。電極長手方向の中央部に設けられた高周波を供給する同軸管２２５の他に、電極長手方向の両端付近には、２個のインピーダンス可変回路３８０をそれぞれ接続する２本の同軸管３８５が設けられている。第一のガス排気路２８１のガス流を妨げないようにするために、同軸管内部導体３８５ａ２は、同軸管内部導体２２５ａ２のよりも上方に設けられている。 A dielectric plate 210 is inserted below the dielectric slit between the waveguide plates 325a and 325b. A movable member is not inserted above the dielectric slit. In the present embodiment, an impedance variable circuit 380 is provided to electrically change the effective waveguide height. In addition to the coaxial tube 225 for supplying a high frequency provided at the center in the electrode longitudinal direction, two coaxial tubes 385 for connecting the two impedance variable circuits 380 are provided near both ends in the electrode longitudinal direction. ing. In order not to disturb the gas flow in the first gas exhaust path 281, the coaxial pipe inner conductor 385 a 2 is provided above the coaxial pipe inner conductor 225 a 2.
インピーダンス可変回路３８０の構成例としては、図１８に示したように、可変コンデンサのみの構成（３８０ａ）、可変コンデンサとコイルとを並列接続した構成（３８０ｂ）、可変コンデンサとコイルと直列接続した構成（３８０ｃ）等が考えられる。 As a configuration example of the impedance variable circuit 380, as shown in FIG. 18, a configuration having only a variable capacitor (380a), a configuration in which a variable capacitor and a coil are connected in parallel (380b), and a configuration in which a variable capacitor and a coil are connected in series (380c) or the like can be considered.
本実施形態においても、カットオフ状態になったとき、同軸管２２５から見た反射が最も小さくなるように導波路の実効的な高さを調節する。また、プロセス中であっても導波路の実効的な高さを調節することが好ましい。そこで、本実施形態では、整合器２４５と同軸管２２５との間に反射計３００が取り付けられていて、同軸管２２５から見た反射の状態をモニタするようになっている。反射計３００による検出値は制御部３０５に送信される。制御部３０５では、検出値に基づきインピーダンス可変回路３８０を調整するように指示する。これによって導波路の実効的な高さを調整して同軸管２２５から見た反射を最小にする。なお、以上の制御をすれば反射係数はかなり小さく抑えることができるため、整合器２４５の設置を省略することもできる。 Also in this embodiment, the effective height of the waveguide is adjusted so that the reflection viewed from the coaxial waveguide 225 is minimized when the cutoff state is reached. Further, it is preferable to adjust the effective height of the waveguide even during the process. Therefore, in the present embodiment, the reflectometer 300 is attached between the matching unit 245 and the coaxial tube 225 so as to monitor the state of reflection viewed from the coaxial tube 225. The detection value by the reflectometer 300 is transmitted to the control unit 305. The control unit 305 instructs to adjust the impedance variable circuit 380 based on the detected value. This adjusts the effective height of the waveguide to minimize reflection seen from the coaxial tube 225. If the above control is performed, the reflection coefficient can be kept very small, so that the installation of the matching unit 245 can be omitted.
図１９は、図１６に示したプラズマ処理装置１０の構造における電極表面のシース中の電界強度分布を電磁界シミュレーションにより計算した結果である。インピーダンス可変回路３８０として、図１８の３８０ａに示した可変コンデンサを用いた。すなわち、同軸管２２５ｂの上端において、外部導体と内部導体との間に可変コンデンサが接続されている。同軸管の長さは３００ｍｍであり、内部導体と外部導体との間には、石英が充填されている。曲線Ａ３は可変コンデンサと誘電体板２１０との間の距離が４８ｐＦの場合、曲線Ｂ３は８１ｐＦの場合、曲線Ｃ３は１３５ｐＦの場合である。計算に用いた条件は、図１２の場合と同様である。 FIG. 19 shows the result of calculation of the electric field strength distribution in the sheath on the electrode surface in the structure of the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 16 by electromagnetic field simulation. As the variable impedance circuit 380, the variable capacitor shown in 380a of FIG. That is, a variable capacitor is connected between the outer conductor and the inner conductor at the upper end of the coaxial waveguide 225b. The length of the coaxial tube is 300 mm, and quartz is filled between the inner conductor and the outer conductor. Curve A3 is when the distance between the variable capacitor and the dielectric plate 210 is 48 pF, curve B3 is 81 pF, and curve C3 is 135 pF. The conditions used for the calculation are the same as in FIG.
この結果、可変コンデンサの容量を８１ｐＦにすると（曲線Ｂ３）、導波路は長手方向の伝搬に対してカットオフとなり、電極の長手方向には均一な電界が印加される。このとき、同軸管２２５から見た反射係数の絶対値は０．０１であった。 As a result, when the capacitance of the variable capacitor is 81 pF (curve B3), the waveguide is cut off with respect to propagation in the longitudinal direction, and a uniform electric field is applied in the longitudinal direction of the electrode. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube 225 was 0.01.
可変コンデンサの容量をカットオフ状態より小さい４８ｐＦにすると（曲線Ａ３）、導波路の実効的な高さが小さくなり、高周波は導波路の長手方向に伝搬できなくなる。このため、電極中央部に設けられた同軸管の周辺で電界が最も強くなり、離れるに従って次第に弱くなる。このとき、同軸管２２５から見た反射係数の絶対値は０．３２であった。 When the capacitance of the variable capacitor is set to 48 pF smaller than the cutoff state (curve A3), the effective height of the waveguide becomes small and high frequency cannot propagate in the longitudinal direction of the waveguide. For this reason, the electric field is strongest around the coaxial tube provided in the central portion of the electrode, and gradually becomes weaker as the distance increases. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube 225 was 0.32.
逆に、可変コンデンサの容量をカットオフ状態より大きい１３５ｐＦにすると（曲線Ｃ３）、高周波は導波路の長手方向に伝搬できるようになる。電極長手方向の端部はフローティングになっているので、端部付近の電界強度が最も大きくなる。このとき、同軸管２２５から見た反射係数の絶対値は０．１９であった。 On the contrary, when the capacitance of the variable capacitor is set to 135 pF larger than the cutoff state (curve C3), the high frequency can propagate in the longitudinal direction of the waveguide. Since the end in the longitudinal direction of the electrode is in a floating state, the electric field intensity near the end becomes the largest. At this time, the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube 225 was 0.19.
このように、可変コンデンサの容量を調節して導波路をカットオフ状態にすることにより、長さ２ｍ以上の電極上に極めて均一なプラズマを励起することが可能である。カットオフ状態になったときに同軸管から見た反射係数の絶対値が最も小さくなるので、反射が最も小さくなるように可変コンデンサの容量を設定すればよい。 In this way, by adjusting the capacitance of the variable capacitor to bring the waveguide into a cut-off state, it is possible to excite extremely uniform plasma on an electrode having a length of 2 m or more. Since the absolute value of the reflection coefficient viewed from the coaxial tube becomes the smallest when the cutoff state is reached, the capacitance of the variable capacitor may be set so that the reflection is minimized.
以上説明したように各実施形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、プラズマ励起周波数を高周波化しても大面積基板上に均一なプラズマを励起することができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus 10 according to each embodiment, uniform plasma can be excited on a large-area substrate even if the plasma excitation frequency is increased.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記各実施形態に係るプラズマ処理装置では、複数の同軸管に対して一対一に高周波電源、整合器を接続したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、１つの高周波電源から高周波を出力し、同軸管を分岐させて複数の電極に高周波を供給してもよい。多出力の１台の高周波電源からの出力を、それぞれ整合器を介して同軸管に給電してもよい。複数の整合器を用いる場合には、１台毎に独立に制御してもよいし、全ての整合器を集中的に制御してもよい。また、配列する電極対の数もかかる例に限定されない。さらに、図２０に示すように、高周波電源を、第１の高周波電源２５０ａと、高周波電源２５０ａから出力される高周波の周波数よりも高い周波数の高周波を出力する第２の高周波電源２５０ｂとの２つの高周波電源により構成し、第１の高周波電源２５０ａから出力される低い周波数の高周波と第２の高周波電源２５０ｂから出力される高い周波数の高周波とを重畳させて供給してもよい。１つの電極対２００に接続される高周波印加用同軸管２２５やインピーダンス可変回路接続用同軸管３８５の数や位置も、かかる例に限定されない。上記実施の形態においては、導波路２０５及び誘電体板２１０は電極部２００ａ、２００ｂのプラズマ露出面Ａに対して垂直に配置されているが、垂直でなくてもよく、途中で曲がっていてもよい。また、電極対２００の導波路２０５または誘電体板２１０は、他の電極対２００の導波路２０５または誘電体板２１０とつながっていてもよい。電極対２００を構成する２つの電極部は、上部で短絡、接地されているが、必ずしも短絡、接地されていなくてもよい。 For example, in the plasma processing apparatus according to each of the above embodiments, the high-frequency power source and the matching unit are connected to the plurality of coaxial tubes on a one-to-one basis. For example, a high frequency may be output from one high frequency power supply, and the coaxial tube may be branched to supply a high frequency to a plurality of electrodes. The output from one multi-frequency high-frequency power supply may be fed to the coaxial tube via a matching unit. When a plurality of matching units are used, each unit may be controlled independently, or all the matching units may be controlled centrally. Further, the number of electrode pairs arranged is not limited to this example. Furthermore, as shown in FIG. 20, two high-frequency power sources are a first high-frequency power source 250a and a second high-frequency power source 250b that outputs a higher frequency than the high-frequency frequency output from the high-frequency power source 250a. A high-frequency power source may be configured so that a low-frequency high frequency output from the first high-frequency power source 250a and a high-frequency high frequency output from the second high-frequency power source 250b are superimposed and supplied. The numbers and positions of the high-frequency application coaxial tubes 225 and the impedance variable circuit connection coaxial tubes 385 connected to one electrode pair 200 are not limited to this example. In the above embodiment, the waveguide 205 and the dielectric plate 210 are arranged perpendicular to the plasma exposed surface A of the electrode portions 200a and 200b. However, they may not be perpendicular and may be bent in the middle. Good. The waveguide 205 or the dielectric plate 210 of the electrode pair 200 may be connected to the waveguide 205 or the dielectric plate 210 of another electrode pair 200. The two electrode parts constituting the electrode pair 200 are short-circuited and grounded at the upper part, but are not necessarily short-circuited and grounded.
また、高周波電源と電極との間を連結する伝送路は、矩形導波管、同軸管、同軸ケーブル、矩形導波管と同軸管との組合せのいずれであってもよい。 Further, the transmission path connecting the high frequency power source and the electrode may be any of a rectangular waveguide, a coaxial tube, a coaxial cable, and a combination of a rectangular waveguide and a coaxial tube.
１０ プラズマ処理装置
１００ 真空容器
１０５ 蓋
２００ 電極対
２００ａ 第１の電極部
２００ｂ 第２の電極部
２０５ 導波路
２１０ 誘電体板
２１５ 第２の誘電体カバー
２２０ 第１の誘電体カバー
２２５、３８５ 同軸管
２２５ａ１、２２５ａ２、３８５ａ１、３８５ａ２ 内部導体
２２５ｂ、３８５ｂ 外部導体
２４５ 整合器
２５０ 高周波電源
２６５ 仕切り板
２８１ 第１の排気路
２８３ 第２の排気路
２８５ 第３の排気路
２９０ａ ガス流路
２９５ａ 冷媒流路
３００ 反射計
３０５ 制御部
３１０ 駆動機構
３２０ 金属ブラシ
３２５ａ 第１の導波板
３２５ｂ 第２の導波板
３３０ 第１支持棒
３３５ 第２支持棒
３５５ 短絡板
３５６ 固定板
３６０ 誘電体プランジャ
３８０ インピーダンス可変回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus 100 Vacuum vessel 105 Cover 200 Electrode pair 200a 1st electrode part 200b 2nd electrode part 205 Waveguide 210 Dielectric board 215 2nd dielectric cover 220 1st dielectric cover 225, 385 Coaxial tube 225a1, 225a2, 385a1, 385a2 Inner conductor 225b, 385b Outer conductor 245 Matching device 250 High frequency power supply 265 Partition plate 281 First exhaust passage 283 Second exhaust passage 285 Third exhaust passage 290a Gas passage 295a Refrigerant passage 300 Reflectometer 305 Control unit 310 Drive mechanism 320 Metal brush 325a First waveguide plate 325b Second waveguide plate 330 First support rod 335 Second support rod 355 Short-circuit plate 356 Fixed plate 360 Dielectric plunger 380 Impedance variable circuit
Claims (20)
第１の電極部と第２の電極部との２つの電極部を有し、前記減圧容器の内部に隙間を設けて配列された複数の電極対と、
前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための電磁波を供給する伝送路とを備え、
前記複数の電極対のそれぞれは、
前記２つの電極部間に形成され、前記伝送路に接続され、前記プラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路と、
前記導波路に挿入され、前記プラズマ空間に露出する誘電体板とを有し、
前記伝送路から供給された電磁波が、前記導波路を伝搬した後に前記誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起することを特徴とするプラズマ処理装置。 A decompression container having a mounting table on which an object to be processed is mounted and a plasma space in which plasma is generated above the mounting table,
A plurality of electrode pairs having two electrode parts, a first electrode part and a second electrode part, arranged in the interior of the vacuum container with a gap;
A transmission path for supplying an electromagnetic wave for exciting plasma inside the decompression vessel;
Each of the plurality of electrode pairs is
A waveguide formed between the two electrode portions, connected to the transmission path, and opened in a slit shape toward the plasma space;
A dielectric plate inserted into the waveguide and exposed to the plasma space;
The plasma processing apparatus, wherein electromagnetic waves supplied from the transmission path are propagated through the waveguide and then emitted from the plasma exposure surface of the dielectric plate into the decompression vessel to excite the plasma.
前記同軸管の内部導体は前記各電極対の一方の電極部に接続され、前記同軸管の外部導体は前記各電極対の他方の電極部に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The transmission line is a coaxial pipe;
The inner conductor of the coaxial tube is connected to one electrode portion of each electrode pair, and the outer conductor of the coaxial tube is connected to the other electrode portion of each electrode pair. 4. The plasma processing apparatus according to any one of 3.
前記同軸管は、前記減圧容器内において前記２つの電極部の延在する方向に前記２つの電極部に沿って延在し、その前記内部導体は、前記プラズマ空間近傍から離れた位置において、前記誘電体板に設けられた穴を貫通して前記電極部のいずれか一方に接続されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。 The two electrode portions extend from the vicinity of the plasma space in a direction away from the mounting table,
The coaxial tube extends along the two electrode portions in the direction in which the two electrode portions extend in the decompression vessel, and the inner conductor is located at a position away from the vicinity of the plasma space. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the plasma processing apparatus is connected to either one of the electrode portions through a hole provided in the dielectric plate.
前記スリット状の開口とは逆側で、前記スリット状の開口の法線方向の端部において短絡されており、
前記スリット状の開口の長手方向の端部において短絡されていないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The two electrode portions of each electrode pair are:
On the opposite side to the slit-shaped opening, it is short-circuited at the end in the normal direction of the slit-shaped opening,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the slit-shaped opening is not short-circuited at an end portion in a longitudinal direction.
第１の電極部と第２の電極部との２つの電極部を有し、前記減圧容器の前記被処理体と対向する面に電気的に接続された電極対と、
前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための電磁波を供給する同軸管とを備え、
前記２つの電極部間は、前記同軸管に接続されプラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路となっており、
前記導波路に挿入され、前記プラズマ空間に露出する誘電体板が設けられており、
前記同軸管の内部導体は、前記誘電体板に設けられた穴を貫通した後に一方の電極部に接続され、前記同軸管の外部導体は他方の電極部に接続され、
前記２つの電極部は、前記スリット状の開口の長手方向の端部において短絡されておらず、
前記同軸管から供給された電磁波が、前記導波路を伝搬した後に前記誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起することを特徴とするプラズマ処理装置。 A decompression container having a mounting table on which an object to be processed is mounted and a plasma space in which plasma is generated above the mounting table,
An electrode pair having two electrode parts, a first electrode part and a second electrode part, electrically connected to a surface of the decompression container facing the object to be processed;
A coaxial tube for supplying electromagnetic waves for exciting plasma inside the decompression vessel;
Between the two electrode portions is a waveguide connected to the coaxial tube and opening in a slit shape toward the plasma space,
A dielectric plate inserted into the waveguide and exposed to the plasma space is provided;
The inner conductor of the coaxial tube is connected to one electrode part after passing through a hole provided in the dielectric plate, and the outer conductor of the coaxial pipe is connected to the other electrode part,
The two electrode portions are not short-circuited at the longitudinal ends of the slit-shaped openings,
The plasma processing apparatus, wherein electromagnetic waves supplied from the coaxial tube are propagated through the waveguide and then emitted from the plasma exposure surface of the dielectric plate into the decompression vessel to excite the plasma.
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