JP2625756C

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Publication number: JP2625756C
Authority: JP
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Publication date: 1999-07-12

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子サイクロトロン共鳴を利用し、例えば高集積半導体装置の製造等
に使用されるプラズマプロセス装置に関する。〔従来技術〕第３図はプラズマプロセス装置をCVD 装置として構成した場合の概略縦断面図
であり、反応室32内にはウエハ38を保持した試料載置台37がウエハ38を反応室32
上壁外部に設置したプラズマ生成室31開口部に対向させて設置してある。プラズ
マ生成室31及び反応室32は予め真空ポンプ等を用い真空状態に保持されている。
プラズマ生成室31上部には導波管33が接続され、該導波管33はこれの他端を図示
しないマグネトロンに接続し、該マグネトロンにて発せられたマイクロ波を導波
管33の開口部に設けた誘電体窓36を介してプラズマ生成室31内に導く。該プラズ
マ生成室31を囲繞するように配置された励磁コイル35に直流電流を通流し、また
所要の原料ガスをプラズマ生成室31上部に配設されたガス導入管32より前記プラ
ズマ生成室31内へ供給すると、プラズマ生成室31内においてプラズマが生成され
、前記反応室32側へ磁束密度が低くなる発散磁界を形成し、前記プラズマのイオ
ン等を投射する。これにより試料載置台37上のウエハ38表面に対する成膜等が行わ
れる。第４図は前記導波管33とプラズマ生成室31との接続部周辺の拡大縦断面図であ
り、プラズマ生成室31の上壁には導波管33の内径よりも大径の開口部31b が設け
られており、該開口部31b 上にこれの孔径より少し大径の前記誘電体窓36が同心
的にプラズマ生成室31の真空状態を封止するＯリング40を介して載置してある。
前記開口部31b の周縁部分、即ちＯリング40の下側に位置する部分には冷却水路
41が内設されており、該冷却水路41内へ水等の冷却液を通流させることにより、
プラズマ生成時に発生する熱によるＯリング40の劣化を防止している。プラズマ生成室31上壁面の前記誘電体窓36の周囲は誘電体窓36を囲繞するよう
に微少間隙を隔てて誘電体窓36の上面よりも少し高く短筒状に突出させてあり、
この突出部31a 上にこれの外径と同一の外径を有するフランジ33a が取付けられ
、該フランジ33a は導波管33の開口端部に同心的に接続されている。〔発明が解決しようとする問題点〕ところで上述の如く構成されたプラズマプロセス装置において、誘電体窓36を
載置し、プラズマ生成室31内の真空状態を封止するＯリング40は、これの下側部
分は冷却水路41によって冷却されるか、誘電体窓36と接触している上側部分は、
誘電体窓36がプラズマ発生に伴う熱により温度上昇するため、下側部分の冷却だ
けでは対処できず、次第に劣化し、真空破壊を生じるという問題がある。更にこのＯリングの劣化は、１kw以下の低いマイクロ波パワー領域では進行しな
いが、数倍のマイクロ波パワーを投入すると急速に進行し、Ｏリングは数分で使
用不可能となる。本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、誘電体窓を冷却させること
によりＯリングに伝達される熱量を低下させ、Ｏリングの劣化を確実に防止し、
高マイクロ波パワーにおける連続運転を可能とするプラズマプロセス装置の提供
を目的とする。〔問題点を解決するための手段〕本発明に係るプラズマプロセス装置は、誘電体窓によって封止された開口部の
外部にマイクロ波導波管の一方の端部を対向配置したプラズマ生成室を有し、前記誘電体窓の周縁とこれに対向する前記開口部の周縁との間にＯリングを介在さ記端部を熱伝達可能に結合させている前記マイクロ波導波管と、前記誘電体窓と
前記端部との間、又は前記マイクロ波導波管外周部の前記端部近傍に設けられる
冷却液通流路とを具備することを特徴とする。〔作用〕誘電体窓と熱伝達可能に結合されているマイクロ波導波管の端部と誘電体窓と
の間、又はマイクロ波導波管外周部の前記端部近傍に冷却液通流路が設けられ、
該通流路に冷却液を通流させると、マイクロ波導波管を通じてこれと密着された
誘電体窓が冷却される。〔実施例〕以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説明する。第１図は本
発明に係るプラズマプロセス装置（以下、本発明装置という）の導波管とプラズ
マ生成室との接続部周辺を示す縦断面図である。ブラズマ生成室31の上壁には導波管33の内径よりも大径の開口部31b が設けら
れており、該開口部31b 上にこれの孔径より少し大径の誘電体窓36が同心的にプ
ラズマ生成室31の真空状態を封止するＯリング40を介して載置してある。前記開
口部31b の周縁部分、即ちＯリング40の下側に位置する部分には冷却水路41が内
設してある。プラズマ生成室31上壁面の前記誘電体窓36の周囲は誘電体窓36を囲繞するよう
に微小間隙を隔てて短筒状に誘電体窓36の上面よりも高く突出させてあり、この
突出部31a にはこれの外径と同一の外径を有し、その下面中心部に突出部31a の
内径と同径の突出部1aを形成したフランジ１が前記突出部1aを嵌入させている。
該フランジ１の内径は導波管33の内径と同径であり、フランジ１の上面に導波管
33の開口端部が同心的に接続されている。フランジ１はこれの突出部1aの先端面
寄りの位置に前記冷却水路41よりも幅広の前記冷却液通流路たる冷却水路1bを円
状に内設してあり、突出部1aのドーナツ板状の先端面と誘電体窓36の上面の周縁
部分との間に突出部1aの先端面と同形同大の例えばシリコーンゴムを用いてなるシート３が相互に密着されて挟持されている。このようなシート３を介在させると相対する面の平坦度に依存することなく接
触の度合が高められ、熱伝導性も高められ、また誘電体窓の破損も防止出来る。上述の如く構成された本発明装置においては、運転中に冷却水路1b及び41に図
示しないタンクより冷却水が供給され、通流されることにより、冷却水路1bの下
側に位置する誘電体窓36の周縁部がシート３を介して冷却される。これにより誘
電体窓36に接触しているＯリング40の上側部分の温度は上昇せず、またＯリング
40の下側部分は冷却水路41によって冷却されるので、Ｏリング40は高温にならず
劣化することがない。第２図は本発明装置の他の実施例を示す要部縦断面図であり、誘電体窓36は第
１図に示したものと同様にＯリング40上に載置され、該Ｏリング40の下側に位置
する部分に同じく冷却水路41が内設されている。さて、誘電体窓36を囲繞するよ
うに短筒状に突設された突出部31a はこれの突出高を誘電体窓36の上面と同じ高
さに設定してあり、突出部31a 及び誘電体窓36上に突出部31a の外径と同一の外
径を有するフランジ33a が密着固定されており、該フランジ33a は導波管33の開
口端部に形成されている。導波管33の前記フランジ33a 寄りの外周面には前記冷却液通流路たる冷却水管
22が巻装してある。上述の如く構成された本発明装置においては、前記冷却水管22に水等を通流さ
せることにより導波管33を通じてフランジ33a が冷却され、該フランジ33a と密
着されている誘電体窓36の周縁部が冷却されるので誘電体窓36と接触しているＯ
リング40の上側部分の温度は上昇しない。そして下側部分は従来と同様に冷却水
路41によって冷却されるのでＯリング40は高温にならず劣化することがない。これにより、従来プラズマプロセス装置の連続運転はＯリングの劣化により、
マイクロ波パワーが１kw以下に限定されていたが、本発明により2.5 kwにおいて
も可能となることが確認出来た。なお、本実施例においては、第１図に示したものにシートを使用しているか、
これをシートを介在させずに直接フランジと誘電体窓とを密着させても良く、ま
た第２図に示したものにシートを使用する構成としても良い。更に、上述の実施例は本発明をCVD 装置に適用した構成につき説明したが、何
らこれに限るものではなく、例えばエッチング装置、スパッタリング装置として
適用し得ることは言うまでもない。〔効果〕以上の如く本発明においては、誘電体窓と熱伝達可能に結合させているマイク
ロ波導波管の端部と誘電体窓との間、又はマイクロ波導波管外周部の端部近傍に
設けられた冷却液通流路によって誘電体窓を冷却させることによって、これと接
触しているＯリング等、熱に弱い材料で形成された部分の温度上昇を抑制出来る
ため、これら部材の熱による劣化を確実に防止でき、それだけマイクロ波パワー
を高く設定出来る等本発明は優れた効果を奏する。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma processing apparatus that utilizes electron cyclotron resonance and is used, for example, for manufacturing highly integrated semiconductor devices. [Prior Art] FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a case where a plasma processing apparatus is configured as a CVD apparatus. In a reaction chamber 32, a sample mounting table 37 holding a wafer 38 transfers the wafer 38 to the reaction chamber 32.
It is installed facing the opening of the plasma generation chamber 31 installed outside the upper wall. The plasma generation chamber 31 and the reaction chamber 32 are held in a vacuum state using a vacuum pump or the like in advance.
A waveguide 33 is connected to the upper part of the plasma generation chamber 31. The other end of the waveguide 33 is connected to a magnetron (not shown), and the microwave generated by the magnetron is transmitted to the opening of the waveguide 33. It is guided into the plasma generation chamber 31 through the dielectric window 36 provided in the above. A direct current is passed through an exciting coil 35 disposed so as to surround the plasma generation chamber 31, and a required raw material gas is supplied from a gas introduction pipe 32 disposed above the plasma generation chamber 31 to the inside of the plasma generation chamber 31. When plasma is supplied to the reaction chamber 32, plasma is generated in the plasma generation chamber 31, a diverging magnetic field having a low magnetic flux density is formed toward the reaction chamber 32, and the plasma ions and the like are projected. Thus, film formation on the surface of the wafer 38 on the sample mounting table 37 is performed. FIG. 4 is an enlarged vertical sectional view of the vicinity of the connection between the waveguide 33 and the plasma generation chamber 31. The upper wall of the plasma generation chamber 31 has an opening 31b having a diameter larger than the inner diameter of the waveguide 33. The dielectric window 36 having a diameter slightly larger than the diameter of the opening 31b is concentrically mounted on the opening 31b via an O-ring 40 for sealing the vacuum state of the plasma generation chamber 31. is there.
A cooling water passage is provided at a peripheral portion of the opening 31b, that is, a portion located below the O-ring 40.
41 is provided inside, by flowing a cooling liquid such as water into the cooling water passage 41,
This prevents deterioration of the O-ring 40 due to heat generated during plasma generation. The periphery of the dielectric window 36 on the upper wall surface of the plasma generation chamber 31 is protruded in a short cylindrical shape slightly higher than the upper surface of the dielectric window 36 with a small gap so as to surround the dielectric window 36,
A flange 33a having the same outer diameter as the outer diameter of the protrusion 31a is mounted on the protrusion 31a. The flange 33a is concentrically connected to the open end of the waveguide 33. [Problems to be Solved by the Invention] In the plasma processing apparatus configured as described above, the O-ring 40 for mounting the dielectric window 36 and sealing the vacuum state in the plasma generation chamber 31 is The lower part is cooled by the cooling water channel 41 or the upper part in contact with the dielectric window 36 is:
Since the temperature of the dielectric window 36 rises due to the heat generated by the plasma, cooling the lower portion alone cannot cope with the problem. Further, the deterioration of the O-ring does not progress in a low microwave power region of 1 kW or less, but when the microwave power of several times is applied, the deterioration rapidly progresses, and the O-ring becomes unusable in a few minutes. The present invention has been made in view of such circumstances, reduces the amount of heat transmitted to the O-ring by cooling the dielectric window, reliably prevent the O-ring degradation,
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that enables continuous operation at high microwave power. Plasma processing apparatus according to the present invention [Means for Solving the problems] can have a plasma generation chamber which is disposed opposite one end portion of the outside microwave waveguide openings sealed by the dielectric window and the O-ring is interposed between the peripheral edge of the peripheral edge and the opening opposite thereto before Symbol dielectric window The microwave waveguide having the ends coupled so as to allow heat transfer, and the dielectric window;
Characterized by comprising between said ends, or with the microwave waveguide outer peripheral portion said end is provided near the cooling fluid flow path of the. [Operation] and the end and the dielectric window of the dielectric window and the heat transfer can be a microwave waveguide that is coupled
During, or cold却液flow path is provided near the end of the microwave guide outer peripheral portion,
When the flow through the coolant vent passage, which the contact dielectric window through a microwave waveguide is cooled. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing the examples. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the vicinity of a connection portion between a waveguide and a plasma generation chamber of a plasma processing apparatus according to the present invention (hereinafter, referred to as the present apparatus). An opening 31b having a diameter larger than the inner diameter of the waveguide 33 is provided on the upper wall of the plasma generation chamber 31, and a dielectric window 36 having a diameter slightly larger than the hole diameter is concentrically formed on the opening 31b. Is mounted via an O-ring 40 for sealing the vacuum state of the plasma generation chamber 31. A cooling water passage 41 is provided in a peripheral portion of the opening 31b, that is, a portion located below the O-ring 40. The periphery of the dielectric window 36 on the upper wall surface of the plasma generation chamber 31 is projected to be higher than the upper surface of the dielectric window 36 in a short cylindrical shape with a minute gap therebetween so as to surround the dielectric window 36. The flange 1 having the same outer diameter as the outer diameter of the projection 31a and having a projection 1a having the same diameter as the inner diameter of the projection 31a in the center of the lower surface thereof fits the projection 1a.
The inner diameter of the flange 1 is the same as the inner diameter of the waveguide 33, and the upper surface of the
33 open ends are concentrically connected. The flange 1 has a cooling water passage 1b, which is wider than the cooling water passage 41, provided in a circular shape at a position near the tip end surface of the protruding portion 1a, and a donut plate shape of the protruding portion 1a. A sheet 3 made of, for example, silicone rubber and having the same shape and the same size as the distal end surface of the protruding portion 1a is sandwiched between the distal end surface and the peripheral portion of the upper surface of the dielectric window 36 in close contact with each other. When such a sheet 3 is interposed, the contact is made without depending on the flatness of the opposing surface.
The degree of contact is increased, the thermal conductivity is also increased, and the dielectric window can be prevented from being damaged. In the apparatus of the present invention configured as described above, during operation, cooling water is supplied from a tank (not shown) to the cooling water passages 1b and 41, and is passed therethrough, so that the dielectric window 36 located below the cooling water passage 1b. Is cooled via the sheet 3. As a result, the temperature of the upper part of the O-ring 40 in contact with the dielectric window 36 does not rise, and
Since the lower portion of the 40 is cooled by the cooling water passage 41, the O-ring 40 does not reach a high temperature and does not deteriorate. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of another embodiment of the device of the present invention. A dielectric window 36 is mounted on an O-ring 40 similarly to the one shown in FIG. Similarly, a cooling water passage 41 is internally provided in a portion located below. The projecting portion 31a projecting in a short cylindrical shape so as to surround the dielectric window 36 has its projecting height set to the same height as the upper surface of the dielectric window 36, and the projecting portion 31a and the dielectric A flange 33a having the same outer diameter as that of the protruding portion 31a is tightly fixed on the window 36. The flange 33a is formed at the open end of the waveguide 33. On the outer peripheral surface of the waveguide 33 near the flange 33a, a cooling water pipe as the cooling liquid passage is provided.
22 is wound. In the apparatus of the present invention configured as described above, the flange 33a is cooled through the waveguide 33 by allowing water or the like to flow through the cooling water pipe 22, and the periphery of the dielectric window 36 that is in close contact with the flange 33a. Since the part is cooled, the O contacting the dielectric window 36
The temperature in the upper part of the ring 40 does not rise. Since the lower portion is cooled by the cooling water passage 41 as in the conventional case, the O-ring 40 does not reach a high temperature and does not deteriorate. As a result, the continuous operation of the conventional plasma processing apparatus is deteriorated due to the deterioration of the O-ring.
Microwave power was limited to 1 kw or less, but according to the invention at 2.5 kw
It was confirmed that it was also possible. In this embodiment, whether a sheet is used for the one shown in FIG.
In this case, the flange and the dielectric window may be directly adhered to each other without interposing a sheet, or the structure shown in FIG. 2 using a sheet may be used. Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the present invention is applied to the CVD apparatus has been described. [Effects] As described above, according to the present invention, a microphone coupled to a dielectric window so as to allow heat transfer.
Between the end of the waveguide and the dielectric window, or near the end of the outer periphery of the microwave waveguide
By cooling the dielectric window by the provided cooling liquid passage, it is possible to suppress a rise in temperature of a portion made of a heat-sensitive material such as an O-ring in contact with the window.
Therefore, it is possible to reliably prevent deterioration of these members due to heat, and the microwave power
The present invention has an excellent effect, for example, can be set high .

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係るプラズマプロセス装置の要部縦断面図、第２図は他の実
施例を示す要部縦断面図、第３図はプラズマプロセス装置の構造を示す概略縦断
面図、第４図は従来装置の構造を示す第３図の一部拡大縦断面図である。 1b…冷却水路３…シート 22…冷却水管31…プラズマ生成室 33…導
波管 36…誘電体窓 40…ＯリングBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part showing another embodiment, and FIG. FIG. 4 is a partially enlarged longitudinal sectional view of FIG. 3 showing the structure of the conventional device. 1b Cooling water channel 3 Sheet 22 Cooling water tube 31 Plasma generation chamber 33 Waveguide 36 Dielectric window 40 O-ring

Claims

[Claims] 1. One end portion of the outside microwave waveguide openings sealed by the dielectric window have a plasma generation chamber which is disposed opposite a peripheral facing thereto of the dielectric window Wherein said dielectric window and said end is made to heat transfer coupled microwave waveguide, between the dielectric window and the end, or near the end of the microwave guide outer peripheral portion And a cooling liquid passage provided.