JP2002237462A - Plasma-treating apparatus and window material for transmitting microwave used therefor - Google Patents

Plasma-treating apparatus and window material for transmitting microwave used therefor

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JP2002237462A
JP2002237462A JP2001034977A JP2001034977A JP2002237462A JP 2002237462 A JP2002237462 A JP 2002237462A JP 2001034977 A JP2001034977 A JP 2001034977A JP 2001034977 A JP2001034977 A JP 2001034977A JP 2002237462 A JP2002237462 A JP 2002237462A
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electromagnetic wave
window
thickness
excitation
plasma processing
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Akira Miyazaki
晃 宮崎
Taira Shin
平 辛
Masami Amano
正実 天野
Noriaki Kashiwaguma
憲章 柏熊
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a reliable, long-life plasma-treating apparatus by preventing a microwave-introducing window material from being cracked. SOLUTION: For solving the conventional, technical problem, the thickness of the window material is optimized. More specifically, the thickness of a section around a window that easily becomes a breakdown starting point due to the operation of tensile stress is increased, and a central section where electromagnetic waves pass is thinned, thus minimizing thermal stress due to the absorption of electromagnetic waves. Further, tensile stress at a periphery where a breakdown easily occurs is minimized to prevent the window material from being damaged. More specifically, a transmission window for the electromagnetic waves for excitation in a plasma-generating apparatus is made of a ceramics material and the thickness at the center is larger than a peripheral section.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
及びそれに用いるマイクロ波のような励起用電磁波透過
用窓材に関し、特に耐用寿命の改善されたプラズマ処理
装置及びそれに用いる励起用電磁波透過用窓材に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a window material for transmitting electromagnetic waves for excitation such as microwaves used in the plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus having an improved service life and a window for transmitting electromagnetic waves for excitation used therefor. About materials.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、半導
体ウェハに成膜を施すCVD装置あるいは半導体ウェハ
に微細な加工を施すエッチング装置などでは、高集積化
を目的としてプラズマ発生機構を備えた半導体製造装置
が使用されている。たとえば、図6に構成の概略を示す
ように、マイクロ波発生室1及び処理室7を有する電子
サイクロトロン共鳴を用いたCVD装置等の半導体処理
装置が知られている。この装置によれば、無電極でかつ
高真空でプラズマを形成することができ、高密度、低損
傷で成膜あるいはエッチングを行うことができる。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process, a CVD apparatus for forming a film on a semiconductor wafer or an etching apparatus for performing fine processing on a semiconductor wafer is provided with a semiconductor manufacturing apparatus having a plasma generating mechanism for the purpose of high integration. The device is being used. For example, as schematically shown in FIG. 6, a semiconductor processing apparatus such as a CVD apparatus using an electron cyclotron resonance having a microwave generation chamber 1 and a processing chamber 7 is known. According to this apparatus, plasma can be formed without electrodes and in a high vacuum, and film formation or etching can be performed with high density and low damage.

【0003】ここで、マイクロ波発生室1と導波管2、
及び処理室7とは、Oリング4を介してマイクロ波導入
窓13で離隔されており、また、処理室5の外周には、
磁界を形成する磁界形成コイル6が配置されている。さ
らに、処理室7は、成膜性ガス及び雰囲気ガスを供給す
るガス供給口10、処理室7内を真空排気するガス排気
口11、処理室7内を監視する監視窓12を有するとと
もに、処理室7内には、半導体ウェハ8を直接もしくは
サセプター(図示省略)を介して支持する支持・載置台
9が設置されている。
Here, a microwave generation chamber 1 and a waveguide 2,
The processing chamber 7 is separated from the processing chamber 7 by a microwave introduction window 13 via an O-ring 4.
A magnetic field forming coil 6 for forming a magnetic field is arranged. Further, the processing chamber 7 has a gas supply port 10 for supplying a film-forming gas and an atmosphere gas, a gas exhaust port 11 for evacuating the processing chamber 7, and a monitoring window 12 for monitoring the inside of the processing chamber 7. A support / mounting table 9 for supporting the semiconductor wafer 8 directly or via a susceptor (not shown) is provided in the chamber 7.

【0004】そして、このCVD装置による成膜は、次
のように行われる。すなわち、支持・載置台9面に半導
体ウェハ8を載置し、処理室7内を真空化した後に、ガ
ス供給口10から成膜性ガス及び雰囲気ガスを供給す
る。一方、マイクロ波発生室1で発生させたマイクロ波
は、マイクロ波導入窓13を介して処理室7内に導入さ
れる。また、このマイクロ波導入にあわせてコイル6に
通電し、磁界を発生させることにより、処理室7内に高
密度のプラズマを発生させる。このプラズマエネルギー
によって、成膜性ガスを原子状態に分解し、半導体ウェ
ハ8面に堆積・成膜する。
[0004] Film formation by this CVD apparatus is performed as follows. That is, after the semiconductor wafer 8 is mounted on the support / mounting table 9 and the inside of the processing chamber 7 is evacuated, a film forming gas and an atmosphere gas are supplied from the gas supply port 10. On the other hand, the microwave generated in the microwave generation chamber 1 is introduced into the processing chamber 7 through the microwave introduction window 13. In addition, by energizing the coil 6 in accordance with the introduction of the microwave to generate a magnetic field, high-density plasma is generated in the processing chamber 7. The plasma energy decomposes the film-forming gas into an atomic state, and deposits and forms a film on the surface of the semiconductor wafer 8.

【0005】ところで、この種の製造装置においては、
マイクロ波導入窓材13は、窒化アルミニウムや酸化ア
ルミニウムなどのセラミックスの板材から製造されてい
る。これらの材料は、耐熱性が高く、また、耐プラズマ
性に優れているため広く用いられている。
By the way, in this type of manufacturing apparatus,
The microwave introduction window material 13 is manufactured from a ceramic plate material such as aluminum nitride or aluminum oxide. These materials are widely used because of their high heat resistance and excellent plasma resistance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記プラズ
マ処理装置においてマイクロ波のような励起用電磁波を
透過させる窓材は、使用時に周辺部と中心部で大きな温
度差が生じることになる。これは、電磁波が持っている
エネルギーの一部が窓を透過する際、窓材に吸収されて
発熱を生じさせるためである。また、電磁波の入射側は
大気圧で、窓を隔てたプラズマ処理室は真空であるた
め、Oリングを真空のシールに用いることが多い。とこ
ろが、Oリングは200℃までの耐熱温度しか持たない
ため、Oリング受け部は水冷して用いることが一般的で
ある。このような水冷構造は、窓周辺部の温度を下げる
ため、窓中心部との温度差はますます大きくなる。
By the way, in the above-mentioned plasma processing apparatus, a large temperature difference occurs between a peripheral portion and a central portion of a window material that transmits an electromagnetic wave for excitation such as a microwave when used. This is because when a part of the energy of the electromagnetic wave passes through the window, it is absorbed by the window material to generate heat. Further, since the incident side of the electromagnetic wave is at atmospheric pressure and the plasma processing chamber separated from the window is under vacuum, an O-ring is often used for vacuum sealing. However, since the O-ring has only a heat-resistant temperature up to 200 ° C., it is common to use the O-ring receiving portion with water cooling. Since such a water-cooled structure lowers the temperature around the window, the temperature difference from the center of the window becomes larger.

【0007】また、このような温度差が、窓内部に熱応
力を生じせしめることになる。投入する電磁波の出力を
大きくすると、温度差は大きくなり、発生する熱応力が
窓材の破壊応力を超えたとき窓は割れて使用不能になる
ことがあった。
[0007] Such a temperature difference causes thermal stress inside the window. When the output of the electromagnetic wave to be applied is increased, the temperature difference increases, and when the generated thermal stress exceeds the breaking stress of the window material, the window may be broken and become unusable.

【0008】また、近年シリコンウェハが大口径化して
きており、上記熱要因によるクラック発生の傾向はます
ます増加してきている。すなわち、窓を大きくするほ
ど、この傾向は大きくなり、ウェハの大口径化に対応す
るには、割れにくい窓を開発する必要があった。また、
直径の大きな窓では、真空隔壁としての応力も大きくな
り、上述の熱応力と重畳されてますます破壊の危険が大
きくなる。
In recent years, silicon wafers have become larger in diameter, and the tendency for cracks to occur due to the above-mentioned thermal factors is increasing more and more. In other words, this tendency increases as the size of the window increases, and it is necessary to develop a window that is resistant to cracking in order to cope with an increase in the diameter of the wafer. Also,
In a window having a large diameter, the stress as a vacuum bulkhead is also increased, and the risk of destruction is further increased by being superimposed on the above-mentioned thermal stress.

【0009】さらに、近年、生産効率の向上のため、単
位時間あたりのウェハ処理枚数を大きくしたいという要
求から、投入する電磁波の出力を増加させたいという要
求がある。この点からも、割れにくい信頼性の高い電磁
波透過窓が望まれていた。
Further, in recent years, there has been a demand for increasing the number of processed wafers per unit time and an increase in the output of an electromagnetic wave to be input in order to improve production efficiency. From this point of view, a highly reliable electromagnetic wave transmission window that is difficult to crack has been desired.

【0010】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、マイクロ波のような励起用電磁波の透過窓材のク
ラックの発生及び破壊を防止し、信頼性の高い長寿命の
プラズマ処理装置を実現することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents generation and destruction of cracks in a window material for transmitting electromagnetic waves for excitation such as microwaves, thereby providing a highly reliable and long-life plasma processing apparatus. It is intended to realize.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の上
記課題を解決するためになされたもので、窓材の肉厚を
最適化することによって、すなわち、引っ張り応力が作
用し破壊起点となりやすい窓周辺部の厚みを大きくし、
電磁波が透過する中心部を薄くすることで、電磁波の吸
収による発熱を最小限に抑制し、さらに、破壊が生じや
すい周辺の引っ張り応力を最小限にし、以て、窓を割れ
にくくするものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and by optimizing the thickness of a window material, that is, a tensile stress acts to become a fracture starting point. Increase the thickness of the window area that is easy to
By reducing the thickness of the central part that transmits electromagnetic waves, heat generation due to the absorption of electromagnetic waves is minimized, and furthermore, the tensile stress in the vicinity where breakage is likely to occur is minimized, so that windows are less likely to break. .

【0012】すなわち、第1の本発明は、被処理体であ
る半導体ウェハが載置されている処理室内に励起用電磁
波を照射してプラズマを発生させて半導体ウェハを処理
するプラズマ処理装置において、励起用電磁波透過窓材
として中心部の肉厚が周辺部の肉厚より肉薄になってい
るセラミック板材を用いたことを特徴とするプラズマ処
理装置である。
That is, a first aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for processing a semiconductor wafer by irradiating an excitation electromagnetic wave into a processing chamber in which a semiconductor wafer as an object to be processed is mounted to generate plasma. A plasma processing apparatus characterized in that a ceramic plate having a thickness at a central portion smaller than a thickness at a peripheral portion is used as an electromagnetic wave transmitting window material for excitation.

【0013】前記励起用電磁波透過窓材の中心部の肉厚
は、該励起用電磁波透過窓の直径に0.020を乗じた
値よりも大きく、かつ周辺部の厚みは中心部の厚みの
1.2倍以上15倍以下であることが好ましい。
The thickness of the central portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window material is larger than a value obtained by multiplying the diameter of the exciting electromagnetic wave transmitting window by 0.020, and the thickness of the peripheral portion is 1% of the thickness of the central portion. It is preferably from 2 times to 15 times.

【0014】また、前記励起用電磁波透過窓の形状は、
その平面に垂直な軸を回転軸とする回転対称体であり、
該励起用電磁波透過窓材の周辺部の肉厚をt1とし中心
部の肉厚をt2とした場合、式(t2+(t1―t2)
/2)で表される肉厚を有する窓材部分を結ぶ仮想円の
直径が、窓の直径の1/4以上、95/100以下であ
ることが好ましい。
The shape of the exciting electromagnetic wave transmitting window is as follows:
It is a rotationally symmetric body whose axis of rotation is perpendicular to the plane,
When the thickness of the peripheral portion of the excitation electromagnetic wave transmitting window material is t1 and the thickness of the central portion is t2, the expression (t2 + (t1−t2)) is obtained.
It is preferable that the diameter of the virtual circle connecting the window portions having the thickness expressed by (/ 2) is not less than 1 / and not more than 95/100 of the diameter of the window.

【0015】さらに、前記励起用電磁波透過窓の平面に
垂直に切断した凹部の断面形状が、円錐台状凹部、曲線
状凹部または角部を面取りした階段状凹部のいずれかで
あればよい。また、前記励起用電磁波透過窓の凹部は、
窓材の少なくとも1表面に形成されていてもよいし、両
表面に形成されていてもよい。
Furthermore, the cross section of the recess cut perpendicularly to the plane of the excitation electromagnetic wave transmitting window may be any of a truncated conical recess, a curved recess, or a stepped recess with a chamfered corner. Further, the concave portion of the excitation electromagnetic wave transmission window,
It may be formed on at least one surface of the window material, or may be formed on both surfaces.

【0016】前記励起用電磁波透過窓材が、窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、及びYAGから選ばれた少
なくとも1種のセラミックスが用いられる。より好まし
い前記励起用電磁波透過窓材は、窒化アルミニウムもし
くは酸化アルミニウムである。
The electromagnetic wave transmitting window material for excitation is made of at least one ceramic selected from aluminum nitride, aluminum oxide, and YAG. The more preferable electromagnetic wave transmitting window material for excitation is aluminum nitride or aluminum oxide.

【0017】本発明においては、前記励起用電磁波とし
ては、周波数2.45GHzのマイクロ波に限られるこ
となく、種々の周波数の電磁波を用いることができる。
In the present invention, the exciting electromagnetic wave is not limited to a microwave having a frequency of 2.45 GHz, but may be an electromagnetic wave having various frequencies.

【0018】次に、第2の本発明は、被処理体である半
導体ウェハが載置されている処理室内に励起用電磁波を
照射してプラズマを発生させて半導体ウェハを処理する
プラズマ処理装置において用いる励起用電磁波透過窓に
おいて、励起用電磁波透過窓材として中心部の肉厚が周
辺部の肉厚より肉薄になっているセラミック板材を用い
たことを特徴とするプラズマ処理装置用電磁波透過窓で
ある。
Next, a second aspect of the present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a semiconductor wafer by irradiating an excitation electromagnetic wave into a processing chamber in which a semiconductor wafer as an object to be processed is mounted to generate plasma. The electromagnetic wave transmitting window for a plasma processing apparatus is characterized in that the excitation electromagnetic wave transmitting window used is a ceramic plate material in which the thickness of a central portion is thinner than the thickness of a peripheral portion as an exciting electromagnetic wave transmitting window material. is there.

【0019】前記励起用電磁波透過窓材の中心部の肉厚
が、該励起用電磁波透過窓の直径に0.020を乗じた
値よりも大きく、かつ周辺部の厚みは中心部の厚みの
1.2倍以上15倍以下であることが好ましい。
The thickness of the central part of the exciting electromagnetic wave transmitting window material is larger than the value obtained by multiplying the diameter of the exciting electromagnetic wave transmitting window by 0.020, and the thickness of the peripheral part is 1% of the thickness of the central part. It is preferably from 2 times to 15 times.

【0020】また、前記励起用電磁波透過窓の形状が、
その平面の中心を軸とする回転対称であり、該励起用電
磁波透過窓材の周辺部の肉厚をt1とし中心部の肉厚を
t2とした場合、式(t2+(t1―t2)/2)で表
される肉厚を有する窓材部分を結ぶ仮想円の直径が、窓
の直径の1/4以上、95/100以下であることが好
ましい。
Further, the excitation electromagnetic wave transmitting window has a shape as follows:
When the thickness of the periphery of the electromagnetic wave transmitting window material for excitation is t1 and the thickness of the center is t2, the expression (t2 + (t1−t2) / 2) is obtained. It is preferable that the diameter of the virtual circle connecting the window material portions having the wall thickness represented by ()) is not less than 4 of the diameter of the window and not more than 95/100.

【0021】前記励起用電磁波透過窓の平面に垂直に切
断した凹部の断面形状が、円錐台状、曲線状または角部
を面取りした階段状のいずれかであることが好ましい。
It is preferable that the cross-sectional shape of the concave portion cut perpendicular to the plane of the excitation electromagnetic wave transmission window is any one of a truncated cone, a curved line, and a stepped shape with a chamfered corner.

【0022】前記励起用電磁波透過窓の凹部は、窓材の
1表面に形成されていてもよいし両表面に形成されてい
てもよい。
The recess of the exciting electromagnetic wave transmitting window may be formed on one surface of the window material or on both surfaces.

【0023】本発明で用いられる前記励起用電磁波透過
窓材が、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びY
AGから選ばれた少なくとも1種のセラミックスであ
る。さらに、前記励起用電磁波透過窓材としては、窒化
アルミニウムもしくは酸化アルミニウムであることが好
ましい。
The electromagnetic wave transmitting window material for excitation used in the present invention is made of aluminum nitride, aluminum oxide, and Y.
At least one ceramic selected from AG. Further, it is preferable that the excitation electromagnetic wave transmitting window material is aluminum nitride or aluminum oxide.

【0024】[0024]

【発明の実施形態】以下、本発明のプラズマ処理装置に
ついて図を用いて説明する。 (処理装置)図1が本発明のプラズマ処理装置の概略図
である。図1において、1が励起用電磁波発生室であ
り、例えば2.45GHzの励起用電磁波であるマイク
ロ波を発振するようになっている。このマイクロ波は、
導波管2を経由して、励起用電磁波透過窓3を通過し、
空洞共振器5に放射される。この空洞共振器5の周囲に
は、コイル6が配置され、磁界を発生するようになって
いる。また、処理室7には、処理ガス及び雰囲気ガスを
供給するガス供給口10、処理室7内を真空排気する図
示しない真空排気ポンプに接続されたガス排気口11が
接続されており、処理室内を真空排気するとともに、処
理ガスを供給するようになっている。上記励起用電磁波
の周波数と磁界の磁束密度を最適化することによって効
率よく共振させ、高密度のプラズマを発生させることが
でき、処理ガスをイオン化したプラズマが、半導体ウェ
ハ支持載置台9上に配置された被処理体である半導体ウ
ェハ8を照射して成膜もしくはエッチングなど所要の処
理を行うようになっている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. (Processing Apparatus) FIG. 1 is a schematic view of a plasma processing apparatus of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an excitation electromagnetic wave generation chamber which oscillates a microwave which is, for example, a 2.45 GHz excitation electromagnetic wave. This microwave
After passing through the excitation electromagnetic wave transmission window 3 via the waveguide 2,
The light is radiated to the cavity resonator 5. A coil 6 is arranged around the cavity resonator 5 so as to generate a magnetic field. Further, the processing chamber 7 is connected to a gas supply port 10 for supplying a processing gas and an atmosphere gas, and a gas exhaust port 11 connected to a vacuum exhaust pump (not shown) for evacuating the processing chamber 7. Is evacuated and a processing gas is supplied. By optimizing the frequency of the excitation electromagnetic wave and the magnetic flux density of the magnetic field, resonance can be efficiently performed and high-density plasma can be generated. The semiconductor wafer 8 as the object to be processed is irradiated to perform required processing such as film formation or etching.

【0025】本発明は、このようなプラズマ処理装置に
おいて、励起用電磁波透過窓3として、セラミックスの
板材からできている励起用電磁波透過窓材の中心部を周
辺部より薄肉化した窓材を用いることにより、励起用電
磁波による窓材の熱応力を低減することを特徴とするも
のである。
According to the present invention, in such a plasma processing apparatus, as the excitation electromagnetic wave transmitting window 3, a window material made of a ceramic plate and having a central portion made thinner than a peripheral portion is used. Thereby, the thermal stress of the window material due to the excitation electromagnetic wave is reduced.

【0026】(窓材)以下、本発明において用いられる
励起用電磁波透過窓材の形状について説明する。本発明
においては、励起用電磁波透過窓材の中心部を周辺部よ
り薄肉化する点に特徴がある。すなわち、励起用電磁波
透過窓材の中心部の厚みは窓の直径に0.020を乗じ
た値よりも大きくなければならない。中心部の厚みがこ
れより小さい場合、処理室内の高真空化におかれた場
合、真空隔壁としての十分な強度を保持できなくなる。
(Window Material) The shape of the exciting electromagnetic wave transmitting window material used in the present invention will be described below. The present invention is characterized in that the central part of the electromagnetic wave transmitting window material for excitation is made thinner than the peripheral part. That is, the thickness of the center portion of the excitation electromagnetic wave transmitting window material must be larger than a value obtained by multiplying the diameter of the window by 0.020. If the thickness of the central portion is smaller than this, if the processing chamber is placed in a high vacuum, sufficient strength as a vacuum partition cannot be maintained.

【0027】また、励起用電磁波透過窓材の周辺部の厚
みは中心部の厚みの1.2倍以上15倍以下とすること
が望ましい。励起用電磁波透過窓材の周辺部の厚みが中
心部の厚みの1.2倍以下では、熱応力の発生に起因す
る周辺部の引っ張り応力に対する本発明の破損防止の効
果が小さく肉厚が均一な従来品の窓と大差ない物になっ
てしまう。また、15倍以上では、熱応力の発生に起因
する周辺部の引っ張り応力に対する抵抗は十分である
が、破壊応力に対する周辺部の強度が過剰であり、設計
的に意味をなさなくなる。
It is desirable that the thickness of the peripheral portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window material be 1.2 to 15 times the thickness of the central portion. When the thickness of the peripheral part of the electromagnetic wave transmitting window material for excitation is 1.2 times or less the thickness of the central part, the effect of the present invention for preventing the damage to the tensile stress in the peripheral part due to the generation of thermal stress is small and the thickness is uniform. It will not be much different from a conventional window. If it is 15 times or more, the resistance to the tensile stress in the peripheral portion caused by the generation of the thermal stress is sufficient, but the strength of the peripheral portion to the breaking stress is excessive, and it becomes meaningless in design.

【0028】励起用電磁波透過窓の形状としては、図2
に示すように窓材の片面だけ凹面状としても良いし、図
3に示すように両面を凹面状としてもよい。これらの形
状において、凹面は、直線的な平面であってもよいが、
曲線的な平面となっていることが望ましい。また、図4
に示すように中心部が薄肉化されるように階段状に加工
した形状でもよいが、このような形状においては段差部
に適度な面取り加工を行うことが好ましい。
The shape of the excitation electromagnetic wave transmission window is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, only one surface of the window material may be concave, or as shown in FIG. 3, both surfaces may be concave. In these shapes, the concave surface may be a linear plane,
Desirably, it is a curved plane. FIG.
As shown in (2), the shape may be stepwise processed so that the center portion is thinned, but in such a shape, it is preferable to perform an appropriate chamfering process on the step portion.

【0029】さらに、励起用電磁波透過窓材の薄肉部が
照射される励起用電磁波の照射径と窓材の薄肉部の径と
の関係が、窓材の寿命を左右し、かつ励起用電磁波照射
によるプラズマ発生の効率を左右することとなる。すな
わち、照射励起用電磁波の大部分は窓材の薄肉部を通過
するよう装置を設計することが重要である。そのために
は、図5に示すように、本実施の形態における励起用電
磁波透過窓材がその平面の中心を軸とする回転対称であ
る場合、窓材の最肉厚部の厚さをt1とし、最肉薄部の
厚さをt2とした場合、(t1+t2)/2の厚さだけ
最肉厚部より厚みが減少している部分を、追跡描画する
と図5における仮想円となる。そして、この仮想円の直
径が、窓の直径の1/4以上、95/100以下となる
ように窓材の厚みを制御することが望ましい。この仮想
円の直径が窓の直径の1/4以下では、肉厚部が電磁波
の透過による発熱箇所にかかるため、熱応力の発生を下
げるという本発明の効果が小さく、肉厚が均一な従来品
の窓と大差ない物になってしまう。一方、この仮想円の
直径が窓の直径の95/100以上では、本発明の目的
とする周辺部引っ張り応力に対する抵抗の効果はあるも
のの、取り扱いや製造しやすさの点で問題がある。前
記、両表面に凹部を形成した励起用電磁波透過窓を用い
る場合には、両表面における仮想円の直径が上記範囲内
であることが望ましい。
Further, the relationship between the irradiation diameter of the excitation electromagnetic wave that irradiates the thin portion of the excitation electromagnetic wave transmitting window material and the diameter of the thin portion of the window material affects the life of the window material, and the excitation electromagnetic wave irradiation. Will affect the efficiency of plasma generation. In other words, it is important to design the apparatus so that most of the radiation excitation electromagnetic wave passes through the thin portion of the window material. For this purpose, as shown in FIG. 5, when the exciting electromagnetic wave transmitting window material in the present embodiment is rotationally symmetric about the center of the plane, the thickness of the thickest portion of the window material is defined as t1. When the thickness of the thinnest portion is t2, the portion where the thickness is smaller than the thickest portion by the thickness of (t1 + t2) / 2 is traced to be a virtual circle in FIG. It is desirable to control the thickness of the window material so that the diameter of this virtual circle is not less than 1/4 and not more than 95/100 of the diameter of the window. When the diameter of the virtual circle is 1/4 or less of the diameter of the window, the thick portion is applied to the heat-generating portion due to the transmission of the electromagnetic wave. It will not be much different from the window of the product. On the other hand, when the diameter of the virtual circle is 95/100 or more of the diameter of the window, there is an effect of resistance to the tensile stress at the peripheral portion, which is the object of the present invention, but there is a problem in handling and manufacturing. In the case of using the excitation electromagnetic wave transmission window having the concave portions formed on both surfaces, it is desirable that the diameter of the virtual circle on both surfaces be within the above range.

【0030】以上に記載した条件によって、励起用電磁
波透過窓を設計すれば、本発明の課題であるプラズマ処
理装置における窓材の寿命を大幅に改善した信頼性ある
プラズマ処理装置が実現できる。また、本発明の励起用
電磁波透過窓は、中心部は薄肉化されるが、窓材を把持
する周辺部は肉厚であり、窓材全体は肉厚な外周により
しっかりと支持され、強度上の問題が生じない。
By designing the electromagnetic wave transmission window for excitation under the above-described conditions, a reliable plasma processing apparatus in which the life of the window material in the plasma processing apparatus, which is an object of the present invention, is greatly improved can be realized. In the excitation electromagnetic wave transmitting window of the present invention, the center portion is thinned, but the peripheral portion for gripping the window material is thick, and the entire window material is firmly supported by the thick outer periphery, so that the strength is improved. Problem does not occur.

【0031】(材料)励起用電磁波透過窓材を構成する
セラミックスとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミ
ニウム、YAG等を用いることができるが、特に窒化ア
ルミニウム、及び酸化アルミニウムが耐プラズマ性及び
強度の点で好ましい。この励起用電磁波透過窓材は、通
常の半導体製造装置における高純度セラミックス部材と
同様にして製造することができる。
(Material) Aluminum nitride, aluminum oxide, YAG, etc. can be used as ceramics constituting the electromagnetic wave transmitting window material for excitation. Aluminum nitride and aluminum oxide are particularly preferable in terms of plasma resistance and strength. preferable. This electromagnetic wave transmitting window material for excitation can be manufactured in the same manner as a high-purity ceramic member in an ordinary semiconductor manufacturing apparatus.

【0032】本発明において好ましい励起用電磁波透過
窓材は、窒化アルミニウム円板状焼結体で、直径100
〜300mm、周辺部の厚さが10〜30mm、中心部
の厚さが5〜15mmで、上記図5における仮想円の直
径が40〜120mmの片面凹面化窓材である。
The preferred electromagnetic wave transmitting window material for excitation in the present invention is an aluminum nitride disc-shaped sintered body having a diameter of 100 mm.
This is a single-sided concave window material having a thickness of about 300 mm, a thickness of a peripheral part of 10 to 30 mm, a thickness of a central part of 5 to 15 mm, and a diameter of a virtual circle in FIG. 5 of 40 to 120 mm.

【0033】以下、実施例により本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

【0034】実施例、比較例 直径220mm、厚さ20mmの窒化アルミニウム円板
の片面を研削により凹面化し、図2に示す本発明の励起
用電磁波透過窓を作製した。なお、中心部の厚みは8m
mとした。また、図5に示す仮想円の直径は90mmで
あった。一方、従来例である直径220mmで厚み20
mmの窒化アルミニウム窓を作製した。これらの試料を
マイクロ波装置に取り付け、マイクロ波出力を種々変更
して、10分間プラズマを発生させた。各実験におい
て、5枚テストを行い割れた窓材の枚数を調べた。その
結果を表1に示す。表中の数値は、割れ数/テスト数で
ある。
Examples and Comparative Examples One side of an aluminum nitride disk having a diameter of 220 mm and a thickness of 20 mm was made concave by grinding to produce an excitation electromagnetic wave transmission window of the present invention shown in FIG. The thickness at the center is 8m
m. The diameter of the virtual circle shown in FIG. 5 was 90 mm. On the other hand, the conventional example has a diameter of 220 mm and a thickness of 20 mm.
mm aluminum nitride windows were fabricated. These samples were attached to a microwave device, and the microwave output was changed variously to generate plasma for 10 minutes. In each experiment, a five-sheet test was performed to check the number of broken window materials. Table 1 shows the results. The numerical values in the table are the number of cracks / the number of tests.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】上記表1の結果から明らかなように、本発
明の凹部を設けた励起用電磁波透過窓材は、マイクロ波
出力1400Wまで全く破壊もされずに使用することが
できたが、一方、凹部を形成しない従来の励起用電磁波
透過窓材は、1200Wのマイクロ波出力ですでに破壊
が発生しており、本発明の窓材の信頼性が高いことが実
証された。
As is evident from the results in Table 1, the electromagnetic wave transmitting window material for excitation provided with the concave portion of the present invention could be used without any destruction up to a microwave output of 1400 W. The conventional electromagnetic wave transmitting window material for excitation without forming a concave portion has already been broken at a microwave output of 1200 W, which proved that the window material of the present invention has high reliability.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、高出力の励起用電磁波
を用いたプラズマ処理装置においてもその窓材のクラッ
ク発生ないし破壊を効果的に防止でき、信頼性の高いプ
ラズマ発生装置及びそれに用いる窓材を実現することが
できた。
According to the present invention, even in a plasma processing apparatus using a high-output excitation electromagnetic wave, the generation or destruction of the window material can be effectively prevented, and a highly reliable plasma generator and its use. Window material could be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のプラズマ処理装置の概略構成を示す断
面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus of the present invention.

【図2】本発明の励起用電磁波透過窓の一例を示す概略
構成を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of an example of an excitation electromagnetic wave transmission window of the present invention.

【図3】本発明の励起用電磁波透過窓の他の例を示す概
略構成を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of another example of the excitation electromagnetic wave transmission window of the present invention.

【図4】本発明の励起用電磁波透過窓の他の例を示す概
略構成を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of another example of the excitation electromagnetic wave transmission window of the present invention.

【図5】本発明の励起用電磁波透過窓の他の例を示す概
略構成を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of the excitation electromagnetic wave transmission window of the present invention.

【図6】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面
図。
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……マイクロ波発生室 2……導波管 3……励起用電磁波透過窓 4……Oリング 5……空洞共振室 6……磁界形成コイル 7……処理室 8……半導体ウェハ 9……半導体ウェハ支持・載置台 10……処理ガス供給口 11……ガス排出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microwave generation chamber 2 ... Waveguide 3 ... Electromagnetic wave transmission window for excitation 4 ... O-ring 5 ... Cavity resonance chamber 6 ... Magnetic field forming coil 7 ... Processing chamber 8 ... Semiconductor wafer 9 ... ... Semiconductor wafer support / mounting table 10 ... Process gas supply port 11 ... Gas discharge port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 正実 神奈川県秦野市曾屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 柏熊 憲章 神奈川県秦野市曾屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 Fターム(参考) 4K030 CA04 FA01 KA30 KA46 LA15 5F045 AA09 BB20 EH03 EH17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masami Amano 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Noriaki Kashiwa 30 Soya, Hadano-shi, Kanagawa Toshiba Ceramics, Inc F term in development laboratory (reference) 4K030 CA04 FA01 KA30 KA46 LA15 5F045 AA09 BB20 EH03 EH17

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被処理体である半導体ウェハが載置されて
いる処理室内に励起用電磁波を照射してプラズマを発生
させて半導体ウェハを処理するプラズマ処理装置におい
て、励起用電磁波透過窓材として中心部の肉厚が周辺部
の肉厚より肉薄になっているセラミック板材を用いたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus for processing a semiconductor wafer by irradiating an excitation electromagnetic wave into a processing chamber in which a semiconductor wafer as an object to be processed is mounted and generating a plasma, as a window material for transmitting an electromagnetic wave for excitation. A plasma processing apparatus using a ceramic plate material in which a thickness at a central portion is smaller than a thickness at a peripheral portion.
【請求項2】前記励起用電磁波透過窓材の中心部の肉厚
が、該励起用電磁波透過窓の直径に0.020を乗じた
値よりも大きく、かつ周辺部の厚みは中心部の厚みの
1.2倍以上15倍以下であることを特徴とする請求項
1記載のプラズマ処理装置。
2. A thickness of a central portion of the electromagnetic wave transmitting window material for excitation is larger than a value obtained by multiplying a diameter of the electromagnetic wave transmitting window for excitation by 0.020, and a thickness of a peripheral portion is a thickness of the central portion. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the value is 1.2 times or more and 15 times or less.
【請求項3】前記励起用電磁波透過窓の形状が、その平
面の中心を軸とする回転対称であり、該励起用電磁波透
過窓材の周辺部の肉厚をt1とし中心部の肉厚をt2と
した場合、式(t2+(t1―t2)/2)で表される
肉厚を有する窓材部分を結ぶ仮想円の直径が、窓の直径
の1/4以上、95/100以下であることを特徴とす
る請求項1もしくは請求項2に記載のプラズマ処理装
置。
3. The exciting electromagnetic wave transmitting window has a rotationally symmetric shape with respect to the center of the plane, and the thickness of the peripheral portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window material is t1, and the thickness of the central portion is t1. When t2 is set, the diameter of the virtual circle connecting the window portions having the wall thickness represented by the formula (t2 + (t1-t2) / 2) is equal to or more than 1/4 of the diameter of the window and equal to or less than 95/100. The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】前記励起用電磁波透過窓の平面に垂直に切
断した凹部の断面形状が、円錐台状、曲線状または角部
を面取りした階段状のいずれかであることを特徴とする
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。
4. A cross section of the recess cut perpendicular to the plane of the excitation electromagnetic wave transmission window is a truncated cone, a curve, or a step with a chamfered corner. The plasma processing apparatus according to claim 1.
【請求項5】前記励起用電磁波透過窓の凹部は、窓材の
少なくとも1表面に形成されていることを特徴とする請
求項1ないし請求項4のいずれかに記載のプラズマ処理
装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the concave portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window is formed on at least one surface of the window material.
【請求項6】前記励起用電磁波透過窓材が、窒化アルミ
ニウム、酸化アルミニウム、及びYAGから選ばれた少
なくとも1種のセラミックスであることを特徴とする請
求項1ないし請求項5のいずれかに記載のプラズマ処理
装置。
6. The electromagnetic wave transmitting window material for excitation is at least one kind of ceramics selected from aluminum nitride, aluminum oxide, and YAG. Plasma processing equipment.
【請求項7】前記励起用電磁波が、マイクロ波であるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記
載のプラズマ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the excitation electromagnetic wave is a microwave.
【請求項8】被処理体である半導体ウェハが載置されて
いる処理室内に励起用電磁波を照射してプラズマを発生
させて半導体ウェハを処理するプラズマ処理装置におい
て用いる励起用電磁波透過窓において、励起用電磁波透
過窓材として中心部の肉厚が周辺部の肉厚より肉薄にな
っているセラミック板材を用いたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置用電磁波透過窓。
8. An excitation electromagnetic wave transmission window used in a plasma processing apparatus for processing a semiconductor wafer by irradiating an excitation electromagnetic wave into a processing chamber in which a semiconductor wafer as a processing object is mounted to generate plasma. An electromagnetic wave transmitting window for a plasma processing apparatus, wherein a ceramic plate having a center portion having a smaller thickness than a peripheral portion is used as an exciting electromagnetic wave transmitting window material.
【請求項9】前記励起用電磁波透過窓材の中心部の肉厚
が、該励起用電磁波透過窓の直径に0.020を乗じた
値よりも大きく、かつ周辺部の厚みは中心部の厚みの
1.2倍以上15倍以下であることを特徴とする請求項
8記載のプラズマ処理装置用電磁波透過窓。
9. A thickness of a central portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window material is larger than a value obtained by multiplying a diameter of the exciting electromagnetic wave transmitting window by 0.020, and a thickness of a peripheral portion is a thickness of the central portion. 9. The electromagnetic wave transmission window for a plasma processing apparatus according to claim 8, wherein said window is 1.2 times or more and 15 times or less.
【請求項10】前記励起用電磁波透過窓の形状が、その
平面の中心を軸とする回転対称であり、該励起用電磁波
透過窓材の周辺部の肉厚をt1とし中心部の肉厚をt2
とした場合、式(t2+(t1―t2)/2)で表され
る肉厚を有する窓材部分を結ぶ仮想円の直径が、窓の直
径の1/4以上、95/100以下であることを特徴と
する請求項8もしくは請求項9に記載のプラズマ処理装
置用電磁波透過窓。
10. The excitation electromagnetic wave transmitting window is rotationally symmetric about the center of the plane, and the thickness of the peripheral portion of the exciting electromagnetic wave transmitting window material is t1, and the thickness of the central portion is t1. t2
Where the diameter of the imaginary circle connecting the window material portions having the wall thickness expressed by the formula (t2 + (t1-t2) / 2) is not less than 1/4 of the diameter of the window and not more than 95/100. The electromagnetic wave transmission window for a plasma processing apparatus according to claim 8 or 9, wherein:
【請求項11】前記励起用電磁波透過窓の平面に垂直に
切断した凹部の断面形状が、円錐台状、曲線状または角
部を面取りした階段状のいずれかであることを特徴とす
る請求項8ないし請求項10のいずれかに記載のプラズ
マ処理装置用電磁波透過窓。
11. The cross section of the recess cut perpendicular to the plane of the excitation electromagnetic wave transmission window is any of a truncated cone, a curve, or a step having a chamfered corner. An electromagnetic wave transmission window for a plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 10.
【請求項12】前記励起用電磁波透過窓の凹部は、窓材
の少なくとも1表面に形成されていることを特徴とする
請求項8ないし請求項11のいずれかに記載のプラズマ
処理装置用電磁波透過窓。
12. The electromagnetic wave transmission for a plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the recess of the excitation electromagnetic wave transmission window is formed on at least one surface of the window material. window.
【請求項13】前記励起用電磁波透過窓材が、窒化アル
ミニウム、酸化アルミニウム、及びYAGから選ばれた
少なくとも1種のセラミックスであることを特徴とする
請求項8ないし請求項12のいずれかに記載のプラズマ
処理装置用電磁波透過窓。
13. The electromagnetic wave transmitting window material for excitation is at least one kind of ceramics selected from aluminum nitride, aluminum oxide, and YAG. Electromagnetic wave transmission window for plasma processing equipment.
【請求項14】前記励起用電磁波が、マイクロ波である
ことを特徴とする請求項8ないし請求項13のいずれか
に記載のプラズマ処理装置用電磁波透過窓。
14. An electromagnetic wave transmission window for a plasma processing apparatus according to claim 8, wherein said excitation electromagnetic wave is a microwave.
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