JP4883556B2 - Microwave transmission window, microwave plasma generator, and microwave plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波透過窓、マイクロ波プラズマ発生装置及びマイクロ波プラズマ処理装置に関し、特に、マイクロ波透過窓内に発生する定在波の再現性に優れたマイクロ波透過窓及びこれを備えたマイクロ波プラズマ発生装置、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave transmission window, a microwave plasma generation apparatus, and a microwave plasma processing apparatus, and more particularly, to a microwave transmission window excellent in reproducibility of a standing wave generated in the microwave transmission window and the same. The present invention relates to a microwave plasma generator and a microwave plasma processing apparatus.
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。 The dry process using plasma is used in a wide range of technical fields such as semiconductor manufacturing equipment, surface hardening of metal parts, surface activation of plastic parts, and non-chemical sterilization. For example, in manufacturing semiconductors and liquid crystal displays, various plasma treatments such as ashing, dry etching, thin film deposition, or surface modification are used. The dry process using plasma is advantageous in that it is low-cost, high-speed, and can reduce environmental pollution because it does not use chemicals.
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、波長数100MHz〜数10GHzのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、ダメージ無しのレジスト・アッシング(resist ashing)や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く使われる。 As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma with microwaves having a wavelength of several hundred MHz to several tens GHz. A microwave excitation type plasma source has a lower plasma potential than a high-frequency plasma source, and is therefore widely used for resist ashing without damage and anisotropic etching with a bias voltage applied.
処理すべき半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板は、年々大面積化が進められているため、これらをプラズマ処理するために大面積にわたって密度が高く且つ均一なプラズマ発生装置が必要とされている。 Semiconductor wafers to be processed and glass substrates for liquid crystal displays have been increasing in area year by year, so that a plasma generating apparatus having a high density and a uniform density over a large area is required to perform plasma processing on these.
このような要求に対して、各種のプラズマ処理装置が提案されている。
図14は、本発明者が本発明に至る過程で検討したマイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。
この装置は、処理チャンバ10と、この処理チャンバ10の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓30と、透過窓30の外側に設けられたマイクロ波導波管20と、透過窓30の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Wを載置して保持するためのステージ16と、を有する。
In response to such a demand, various plasma processing apparatuses have been proposed.
FIG. 14 is a schematic diagram showing the structure of a microwave excitation type plasma processing apparatus examined by the inventor in the course of reaching the present invention.
This apparatus includes a
処理チャンバ10は、真空排気系Eにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管(図示せず)が適宜設けられている。
例えば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Wの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Wが、その表面を上方に向けた状態でステージ16の上に載置される。次いで、真空排気系Eによって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に、処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管20からスロットアンテナ20Sにマイクロ波Mが導入される。
The
For example, when performing an etching process on the surface of the workpiece W using this plasma processing apparatus, first, the workpiece W is placed on the
マイクロ波Mは、スロットアンテナ20Sから透過窓30に向けて放射される。透過窓30は石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Mは、透過窓30を伝搬して、処理チャンバ10内の処理空間に放射されるが、この時、透過窓30内に定在波が形成される。処理チャンバ10内の処理空間に放射されたマイクロ波Mのエネルギーにより、処理ガスのプラズマPが形成される。
The microwave M is radiated from the
このようにして励起されたプラズマP中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより励起された原子や分子、遊離原子(ラジカル)などの励起活性種(プラズマ生成物)が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Aで表したように処理空間内を拡散して被処理物Wの表面に飛来し、エッチングなどのプラズマ処理が行われる。 In the plasma P excited in this manner, excited active species (plasma products) such as excited atoms, molecules, and free atoms (radicals) are generated when ions and electrons collide with molecules of the processing gas. Is done. These plasma products diffuse in the processing space as indicated by arrow A and fly to the surface of the workpiece W, and plasma processing such as etching is performed.
ところで、前述のようにマイクロ波Mは、透過窓30を伝搬して、チャンバ10内の処理空間に放射される。そのため、透過窓30はマイクロ波Mの導入に係わる重要要素と位置づけられ、その外周部分においても下記の技術が提案されている。
By the way, as described above, the microwave M propagates through the
特許文献1には、透過窓の外周部部分を金属で被覆する技術が開示されている。特許文献1に開示されている技術は、透過窓の外周部部分におけるマイクロ波の漏洩を防止し、昇温効率とパッキングシール部の長寿命化を図るものである。
特許文献2には、透過窓の外周部部分をシールド材で覆う技術が開示されている。特許文献2に開示されている技術は、シールド材によりチャンバの外部に電磁界が漏れないようにしたものである。
特許文献3には、透過窓の外周部部分に定在波制御部を設ける技術が開示されている。特許文献3に開示されている技術は、定在波制御部により透過窓内部の定在波電界分布を適正化し、プラズマ処理の均一化を図るものである。
Patent Document 3 discloses a technique in which a standing wave control unit is provided on an outer peripheral part of a transmission window. In the technique disclosed in Patent Document 3, the standing wave electric field distribution inside the transmission window is optimized by the standing wave control unit to achieve uniform plasma processing.
ところが、これまで透過窓の熱膨張と透過窓内に形成される定在波に関しては、配慮がされていなかった。 However, no consideration has been given to the thermal expansion of the transmission window and the standing wave formed in the transmission window.
図15は、図14に表したマイクロ波励起型プラズマ処理装置のマイクロ波透過窓取り付け部分の拡大図である。同図については、図14と同じ部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
透過窓30は、Oリングのようなシール部材50により処理チャンバ10に気密に取り付けられる。前記のように透過窓30内には定在波40が形成される。
FIG. 15 is an enlarged view of a microwave transmission window mounting portion of the microwave excitation type plasma processing apparatus shown in FIG. In this figure, the same parts as those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The
前述したように、プラズマ処理装置においては、処理ガスのプラズマが形成されるが、この時、プラズマからの輻射熱を受けて透過窓30の温度が上昇する。その結果、透過窓30は膨張するが、誘電体製の透過窓30と金属製の透過窓取り付け部分との熱膨張率が異なるため、膨張時の相互干渉が防止できるよう、透過窓30の外周部分と処理チャンバ10との間に隙間dを設けている。
As described above, in the plasma processing apparatus, plasma of a processing gas is formed. At this time, the temperature of the
定在波40は、透過窓30の外周部分と処理チャンバ10との間に存在する隙間dの影響を受ける。すなわち、隙間dの有無、大きさによりマイクロ波の反射状況が異なり定在波の波形が変化してしまうという問題があった。そして、定在波波形が変化するとプラズマPの分布や密度に影響を与え、処理能力や製品品質にも影響を及ぼす。
The standing
理論的には、隙間dが一定ならば同じ定在波波形を再現し得る。そのため、プロセス条件を調整することで各処理プロセスにおける対応が可能なようにもみえるが、実際には、プラズマ処理装置の輸送、経時的変化、メンテナンスなどで隙間dが変わってしまい、前述したような定在波波形の再現性に問題が生じる。 Theoretically, if the gap d is constant, the same standing wave waveform can be reproduced. For this reason, it seems that it is possible to cope with each processing process by adjusting the process conditions. However, in practice, the gap d changes due to transportation, change with time, maintenance, etc. of the plasma processing apparatus, as described above. A problem arises in the reproducibility of the standing wave waveform.
ここで、特許文献1〜3には、透過窓の外周を金属やシールド材などで覆う技術が記載されている。このように、透過窓の外周部分を覆えば、前記の隙間dは0(ゼロ)となり、定在波波形の再現性に関する問題は解消できるようにも思える。しかし、透過窓の外周を金属やシールド材などの構造体で覆うと、透過窓とこれら構造体との熱膨張率の差により熱応力が発生したり、また、隙間が発生するという問題がある。この場合、熱応力が発生すると透過窓や構造体の破損を招き、また、隙間ができると電磁界が漏れたり、特許文献3のようなものでは流動体が漏れ出すなどの問題を生じる。
Here,
また、特許文献1に記載されているように、透過窓の外周部部分を蒸着膜の様な薄膜で覆うものでは、前述の熱応力の問題は起きにくい。しかし、透過窓が膨張と収縮を繰り返す間にこの薄膜が剥がれるなどして、電磁界が漏れ出すなどの問題が生ずる。
本発明は、透過窓内に形成されるマイクロ波の定在波波形の再現性を高め、その結果、発生するプラズマの分布や密度の均一化、プラズマ処理装置間に生じる再現性などの差の問題を解決できうるマイクロ波透過窓、マイクロ波プラズマ発生装置及びマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。 The present invention improves the reproducibility of the standing wave waveform of the microwave formed in the transmission window. As a result, the distribution and density of the generated plasma are made uniform, and the reproducibility between plasma processing apparatuses is reduced. A microwave transmission window, a microwave plasma generation apparatus, and a microwave plasma processing apparatus that can solve the problem are provided.
本発明の一態様によれば、
誘電体からなる透過窓と、
前記透過窓の外周部の全周に当接するように設けられマイクロ波を反射させる材料からなる周辺部材と、
を備え、
前記周辺部材は、接合部分がずれる少なくとも一箇所の可動の接合部を有し、前記接合部分がずれることにより前記透過窓の熱膨張による熱応力を緩和することを特徴とする、プラズマ発生装置に用いられるマイクロ波透過窓が提供される。
According to one aspect of the invention,
A transmission window made of a dielectric;
A peripheral member made of a material that reflects the microwave and is provided so as to be in contact with the entire periphery of the outer peripheral portion of the transmission window;
With
The peripheral member has at least one movable joint portion where the joint portion is displaced, and the thermal stress due to thermal expansion of the transmission window is relieved by the displacement of the joint portion. The microwave transmission window used is provided.
また、本発明の他の一態様によれば、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内のプラズマを生成する空間に処理ガスを導入する手段と、
前記処理チャンバに取り付けられた前記マイクロ波透過窓と、
を備え、
前記マイクロ波透過窓を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを生成する空間においてプラズマを生成可能としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置が提供される。
According to another aspect of the present invention,
A processing chamber;
Means for introducing a processing gas into a space for generating plasma in the processing chamber;
The microwave transmitting window attached to the processing chamber;
With
There is provided a microwave plasma generator characterized in that plasma can be generated in a space where the plasma is generated by microwaves introduced through the microwave transmission window.
また、本発明の他の一態様によれば、
前記プラズマ発生装置を備え、
前記生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。
According to another aspect of the present invention,
Comprising the plasma generator,
There is provided a microwave plasma processing apparatus characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by the generated plasma.
本発明によれば、透過窓内に形成されるマイクロ波の定在波波形の再現性を高めることができる。その結果、発生するプラズマの分布や密度の均一化、プラズマ処理装置間に生じる再現性などの差の問題を解決できうるマイクロ波透過窓、マイクロ波プラズマ発生装置及びマイクロ波プラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reproducibility of the standing wave waveform of the microwave formed in a transmission window can be improved. As a result, there are provided a microwave transmission window, a microwave plasma generator, and a microwave plasma processing apparatus that can solve the problems of difference in distribution and density of generated plasma, reproducibility between plasma processing apparatuses, and the like. The industrial benefits are great.
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の態様にかかるマイクロ波透過窓の取り付け部分の拡大断面図である。すなわち、同図は、図15に表したようなプラズマ処理装置の処理チャンバ10の上部の一部を表す。同図については、図15に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
また、図2は、図1のB−B断面を表す模式図である。
図1及び図2に表したように、透過窓30の外周部には、その全周に当接するように周縁部材31が設けられている。周縁部材31は、通常、アルミニウムなどの金属で形成することができるが、これに限定されるものではなくマイクロ波を反射する材料であれば良い。このように、透過窓30の外周部に周縁部材31を当接させることにより、透過窓30の設置位置が変わったとしてもマイクロ波Mは当接面で反射され、定常波波形は安定する。その結果、プラズマPの密度や分布も安定し、均一性の高いプラズマ処理(例えば、前記のアッシング処理)が行えることとなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a mounting portion of a microwave transmission window according to an embodiment of the present invention. That is, this figure shows a part of the upper part of the
FIG. 2 is a schematic diagram showing a BB cross section of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
そして、図2に表したように、周縁部材31には、可動の接合部分32が設けられている。このような接合部分32を設けることにより、前述した熱応力の問題を解決できる。すなわち、プラズマPからの輻射熱で透過窓30が膨張しても接合部分32がずれることで熱応力の発生をなくしたり、緩和することができる。そのため、透過窓30や周縁部材31の破損を防止しつつ、安定した定常波波形を維持させ、均一性の高いプラズマ処理をすることができる。
As shown in FIG. 2, the
周縁部材31は、弾性体により形成することが望ましい。弾性体で作れば、透過窓30との密着性が増す上、熱応力の緩和にもさらに効果を発揮することができるからである。周縁部材31の厚みは、弾性変形や耐久性などを考慮して1〜5mm程度に選ばれるが、これに限定されるわけではない。また、周縁部材31の内周寸法を、常温時の透過窓30の外周寸法より若干小さめにするとさらに透過窓30との密着性を上げることができる。
The
以下、本実施形態のマイクロ波透過窓の取り付け部の作用効果について、実験例を参照しつつ説明する。
図3は、透過窓30の外周部分と処理チャンバ10との間に存在する隙間dの影響を説明するための概念図である。すなわち、同図は、図14に表したようなプラズマ処理装置の処理チャンバ10の上部を表す。図3については、図14、図15で説明したものと同じ部分には同一の符号を付して説明は省略する。
Hereinafter, the effect of the attachment part of the microwave transmission window of this embodiment is demonstrated, referring an experiment example.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the influence of the gap d existing between the outer peripheral portion of the
本具体例の場合、透過窓30の左外周部(A部)は処理チャンバ10の内壁面と当接し、逆に右外周部(B部)は処理チャンバ10内壁から離れて隙間dが生じている。
In the case of this specific example, the left outer peripheral portion (A portion) of the
マイクロ波Mは、図示しないマイクロ波発生手段で発生した後、マイクロ波導波管20内を伝搬する。マイクロ波導波管20を伝搬したマイクロ波Mは、スロットアンテナ20Sから透過窓30に向けて放射される。透過窓30に向けて放射されたマイクロ波Mは透過窓30内を伝搬し、定在波を形成する。
The microwave M is generated by a microwave generation means (not shown) and then propagates through the
ここで、定在波は透過窓30の外周部分と処理チャンバ10との間の隙間dの影響を受ける。すなわち、隙間dの有無、大きさによりマイクロ波の反射状況が異なり定在波の波形が変化する。
図4(a)は、透過窓30の左外周部(A部)の拡大図である。
同図に例示したように、透過窓30と処理チャンバ10の内壁面(金属面)が当接している場合には、当接面で入射波60aが全反射する。
図4(b)は、透過窓30の右外周部(B部)の拡大図である。
同図に例示したように、透過窓30と処理チャンバ10の内壁面(金属面)との間に隙間dがある場合には、入射波60aの入射角度θが浅くなると屈折波60bが発生する。屈折波が発生するときの条件は透過窓の材料である誘電体の誘電率、隙間(空気)の誘電率が関係する。例えば、透過窓の材質を石英とすれば誘電率は3.58であり、隙間(空気)の誘電率は1であるので、屈折波60bが発生する限界の入射波60aの入射角度θ、いわゆる臨界角は約32°となる。
Here, the standing wave is affected by the gap d between the outer peripheral portion of the
FIG. 4A is an enlarged view of the left outer peripheral portion (A portion) of the
As illustrated in the figure, when the
FIG. 4B is an enlarged view of the right outer peripheral portion (B portion) of the
As illustrated in the figure, when there is a gap d between the
入射波60aの入射角度θが浅いと(前記の例では、約32°より小さいと)屈折波が発生し、反射面は透過窓30の端面とはならず、隙間dの先にある処理チャンバ10の内壁面(金属面)となる。そして、隙間dの距離が変動すれば、屈折波60bが処理チャンバ10の内壁面(金属面)にあたる位置が変わり反射波60cの位置も変動してしまう。このように、隙間dの有無、大きさによりマイクロ波の反射状況が異なり定在波の波形が変化することとなる。
When the incident angle θ of the
発明者は、隙間dの有無が与える影響(定在波波形の変動が与える影響)を、アッシングレートの変動により定量的に評価した。
図5は、処理チャンバ10を上方から眺めた図である。同図に表したように、導入されるマイクロ波Mは、チャンバ10のY1からY2に向かって進行する。
図6及び図7は、透過窓30の位置(隙間dの有無)とアッシングレートとの関係を表すグラフである。
ここで、アッシングの条件としては、アッシングガスとして酸素を300sccm、処理圧力を40.5Pa、マイクロ波パワーを2kwとした。
The inventor quantitatively evaluated the influence of the presence or absence of the gap d (the influence of the fluctuation of the standing wave waveform) by the fluctuation of the ashing rate.
FIG. 5 is a view of the
6 and 7 are graphs showing the relationship between the position of the transmission window 30 (the presence or absence of the gap d) and the ashing rate.
Here, as the ashing conditions, oxygen was 300 sccm as the ashing gas, the processing pressure was 40.5 Pa, and the microwave power was 2 kW.
図6(a)は、透過窓30を図5に表したY2側の処理チャンバ10の内壁面(金属面)に当接させた場合のアッシングレートの変動を示すグラフである。図6(a)におけるX軸は図5におけるX1−X2軸に対応し、図6(a)におけるY軸は図5におけるY1−Y2軸に対応する。グラフの横軸はアッシングレートの測定位置を示し、0点は処理チャンバ10の中心すなわち図5のc点に対応する。図6(a)から明らかなように、この場合のアッシングレートの変動はその平均値からプラスマイナス14.5%となっている。
FIG. 6A is a graph showing fluctuations in the ashing rate when the
図6(b)は、透過窓30を図5のc、すなわち処理チャンバ10の中心に配置した場合のアッシングレートの変動を示すグラフである。図6(b)から明らかなように、この場合のアッシングレートの変動はその平均値からプラスマイナス19.1%となっている。
FIG. 6B is a graph showing fluctuations in the ashing rate when the
図6(c)は、透過窓30を図5のY1側の処理チャンバ10の内壁面(金属面)に当接させた場合のアッシングレートの変動を示すグラフである。図6(c)から明らかなようにこの場合のアッシングレートの変動はその平均値からプラスマイナス22.2%となっている。
FIG. 6C is a graph showing the fluctuation of the ashing rate when the
図7(a)は、透過窓30を図5のX1側の処理チャンバ10の内壁面(金属面)に当接させた場合のアッシングレートの変動を示すグラフである。同図から明らかなようにこの場合のアッシングレートの変動はその平均値からプラスマイナス16.8%となっている。
FIG. 7A is a graph showing fluctuations in the ashing rate when the
図7(b)は、透過窓30を図5のX2側の処理チャンバ10の内壁面(金属面)に当接させた場合のアッシングレートの変動を示すグラフである。同図から明らかなようにこの場合のアッシングレートの変動はその平均値からプラスマイナス15.8%となっている。
FIG. 7B is a graph showing fluctuations in the ashing rate when the
図6及び図7から、まず第一に、透過窓30の設置位置が変わればアッシングレートの変動幅も変わることがわかる。これは、前記したように透過窓30の設置位置が変われば隙間dが変わり定在波波形も変わるためである。また第二に、マイクロ波Mの進行方向手前側に隙間dがあれば影響が小さく、進行方向奥側に隙間dがあれば影響が大きくなり、マイクロ波Mの進行方向に直角方向の隙間dは進行方向の隙間dよりも影響が少ないことがわかる。このことは、特定の方向(進行方向奥側)の隙間dを無くしたり制御することでアッシングレートの変動を抑えることができることを意味する。
6 and 7, first of all, it can be seen that if the installation position of the
これに対して、図1及び図2に例示した本実施形態の構造によれば、透過窓30の外周部に周縁部材31を当接させることにより、透過窓30の設置位置が変わったとしてもマイクロ波Mは当接面で反射され、定常波波形は安定する。その結果、プラズマPの密度や分布も安定し、均一性の高いプラズマ処理(例えば、前記のアッシング処理)が行えることとなる。
On the other hand, according to the structure of this embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, even if the installation position of the
図8は、図1及び図2に例示した周縁部材31の接合部分32の構造を例示する拡大図である。
本具体例の場合、接合部分32は斜面32a、斜面32bで形成され、互いに当接しつつ摺動可動とされている。このように、接合部分32が当接するような構成となっているため、この部分からマイクロ波Mが外部に漏洩することはない。そして、透過窓30が熱膨張したときは、斜面32a、斜面32bがずれることで熱応力の発生をなくしたり、緩和することができる。なお、説明の便宜上、斜面32bが透過窓30側にあることにしたが、斜面32aが透過窓30側にあっても良い。
FIG. 8 is an enlarged view illustrating the structure of the
In the case of this specific example, the
図9は、接合部分32の第2の具体例を表す模式図である。
本具体例の場合、接合部分32は段差32c、段差32dで形成され、互いに当接するようになっている。このように、接合部分32が当接するような構成となっているため、この部分からマイクロ波Mが外部に漏洩することはない。透過窓30が熱膨張したときは、段差32c、段差32dがずれることで熱応力の発生をなくしたり、緩和することができる。隙間S1は、段差32c、段差32dがずれたときの干渉を防止するためのものである。説明の便宜上、二箇所の隙間S1は同寸法としているが、必ずしも同寸法である必要はない。また、常温の透過窓30の外周に周縁部材31を装着したとき、隙間S1は、0またはこれより大きな寸法となるよう適宜選択することができる。なお、説明では、段差32dが透過窓30側にあることにしたが、段差32cが透過窓30側にあっても良い。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a second specific example of the
In the case of this specific example, the
図10は、接合部分32の第3の具体例を表す模式図である。
本具体例の場合、接合部分32は重ね合わせ部32e、重ね合わせ部32fで形成され、互いに当接するようになっている。このように、接合部分32が当接するような構成となっているため、この部分からマイクロ波Mが外部に漏洩することはない。透過窓30が熱膨張したときは、重ね合わせ部32e、重ね合わせ部32fがずれることで熱応力の発生をなくしたり、緩和することができる。重ね合わせ部32e、重ね合わせ部32fの寸法は、透過窓30の熱膨張寸法を考慮しつつ適宜選択することができる。本実施形態の場合、周縁部材31の厚みをある程度薄くすれば、部材自身の有するたわみ性で重ね合わせ部32eを形成することができる。そのため、接合部分32のための特別な加工が必要なくなるという利点をも有する。なお、説明の便宜上、重ね合わせ部32fが透過窓30側にあることにしたが、重ね合わせ部32eが透過窓30側にあっても良い。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a third specific example of the
In the case of this specific example, the joining
図9及び図10に表した具体例においては、周縁部材31と透過窓30の間に空間(S1またはS2の部分)ができる。そのため、この部分で屈折波が生じることとなるが、この空間はわずかなためその影響は少ない。また、図3に関して説明したように、マイクロ波Mの進行方向によっては影響を受けにくい方向が存在する。そのため、この空間の設置方向を影響を受けにくい方向とすれば、さらに屈折波の影響を抑えることができる。
In the specific examples shown in FIGS. 9 and 10, a space (S1 or S2 portion) is formed between the
なお、接合部分32の形状は図8〜図10に例示したものには限られず、同様の機能を有するものを適宜選択することができる。また、図8〜図10に例示したものは接合部分32が一箇所のものであるがこれに限定されるものではなく、適宜接合数を決めることができる。
In addition, the shape of the
図11(a)は、本発明の他の実施の態様にかかるマイクロ波透過窓取り付け部分の拡大図である。また、図11(b)は、図11(a)のC−C断面を示す図である。
図4に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、説明は省略する。
透過窓30の外周部には、周縁部材31が当接するように設けられる。ここで、説明の便宜上、接合部分(32e、32f)の形状を図10に例示したものとしたがこれに限定されるわけではなく、前記した他の例も含めて、同様の機能を有するものを適宜選択することができる。
本具体例においては、周縁部材31と処理チャンバ10の内壁面(金属面)との間に付勢部材34が設けられている。このような付勢部材34により周縁部材31は透過窓30に当接されるので、密着性を高めた上、熱応力の緩和にも効果を期待することができる。また、接合部分を複数箇所設けるような場合や周縁部材31の弾性力が小さい場合などでも、このような付勢部材34を設けることで周縁部材31と透過窓30の密着性を高く保つことができる。付勢部材34は、例えば、コイルバネ、板バネ、ねじりコイルバネ、ゴムなどの弾性体が考えられるが、これに限定されるものではない。例えば、空気圧や電磁力などで付勢力を発生させる部材を設けるようにしても良い。付勢部材34の数も図示したものに限定されず、配置位置も適宜選択が可能であるが、対称配置とした方が望ましい。
Fig.11 (a) is an enlarged view of the microwave transmission window attachment part concerning the other embodiment of this invention. Moreover, FIG.11 (b) is a figure which shows CC cross section of Fig.11 (a).
Elements similar to those described above with reference to FIG. 4 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
A
In this specific example, an urging
以上図1〜図11を参照しつつ、本発明において用いることができるマイクロ波透過窓の具体例について説明した。しかし、本発明は、これら具体例を用いたものに限定されるものではない。例えば、マイクロ波透過窓の形状を円盤状としたが、平面形状は三角形、矩形、多角形、楕円など任意に選択が可能である、また、厚さ方向の寸法も一定である必要はなく中央部が厚いもの、周縁部が厚いものなど任意に選択が可能である。 The specific example of the microwave transmission window that can be used in the present invention has been described above with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to those using these specific examples. For example, although the microwave transmission window has a disk shape, the plane shape can be arbitrarily selected from triangles, rectangles, polygons, ellipses, etc. Also, the thickness dimension need not be constant and the center It is possible to arbitrarily select a thick part or a thick peripheral part.
図12は、本発明の実施例のマイクロ波プラズマ発生装置の構造を表す模式図である。このプラズマ発生装置は、処理チャンバ10と、この処理チャンバ10の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓30と、透過窓30の外側に設けられたマイクロ波導波管20と、を有する。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of the microwave plasma generator of the embodiment of the present invention. The plasma generator includes a
処理チャンバ10は、図示しない真空排気系により形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管(図示せず)が適宜設けられている。
このマイクロ波プラズマ発生装置においては、まず、図示しない真空排気系によって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に処理ガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管20からスロットアンテナ20Sにマイクロ波Mが導入される。
The
In this microwave plasma generator, first, the processing space is decompressed by an unillustrated evacuation system, and then a processing gas is introduced into the processing space. Thereafter, the microwave M is introduced from the
マイクロ波Mは、スロットアンテナ20Sから透過窓30に向けて放射される。透過窓30は石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Mは、透過窓30を伝搬して、透過窓30内に定在波を形成する。この時、前記したように、周縁部材31が透過窓30の外周部に当接しているので、反射面が安定し定在波波形も安定する。そのため、プラズマPの密度や分布も安定し、均一性の高いプラズマが生成できる。なお、便宜上、周縁部材31を図11で説明したものとしているが、これに限定されるものではなく、前記説明したものも含めて同様の機能を有するものを適宜選択して用いることができる。
The microwave M is radiated from the
透過窓30に向けて放射されたマイクロ波Mは、処理チャンバ10内の処理空間に放射される。そして、この放射されたマイクロ波Mのエネルギーにより、処理ガスのプラズマPが形成される。このようにして励起されたプラズマP中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子(ラジカル)などの励起活性種(プラズマ生成物)が生成される。
The microwave M radiated toward the
図13は、本発明の実施例のマイクロ波プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。マイクロ波プラズマ発生装置の部分は、図12で説明したものと同様のため、同じ要素には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
透過窓30の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Wを載置して保持するためのステージ16を有する。また、処理チャンバ10の底部には、処理チャンバ10内を減圧排気するための真空排気系Eが接続されている。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of the microwave plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention. Since the part of the microwave plasma generator is the same as that described with reference to FIG. 12, the same reference numerals are given to the same elements, and detailed description thereof is omitted.
A
このマイクロ波プラズマ処理装置においては、前記のマイクロ波プラズマ発生装置で生成した、励起された原子や分子、遊離原子(ラジカル)などの励起活性種(プラズマ生成物)を矢印Aで表したように処理空間内を拡散させ、被処理物Wの表面に飛来させ、エッチングなどのプラズマ処理を行う。この時、前記したように、周縁部材31が透過窓30の外周部に当接しているので、反射面が安定し定在波波形も安定する。そのため、プラズマPの密度や分布も安定し均一性の高いプラズマが生成でき、その結果安定したプラズマ処理ができる。なお、便宜上、周縁部材31を図11で説明したものとしているが、これに限定されるものではなく、前記説明したものも含めて同様の機能を有するものを適宜選択して用いることができる。
In this microwave plasma processing apparatus, as shown by the arrow A, excited active species (plasma products) such as excited atoms, molecules, and free atoms (radicals) generated by the microwave plasma generation apparatus are represented. The inside of the processing space is diffused, and is made to fly to the surface of the workpiece W, and plasma processing such as etching is performed. At this time, as described above, since the
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
例えば、本発明において用いる導波管などの要素は、図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズなどは適宜変更して同様の作用効果が得られ、本発明の範囲に包含される。 For example, the elements such as the waveguide used in the present invention are not limited to the illustrated shapes and sizes, and the cross-sectional shape, wall thickness, opening shape and size, etc. are appropriately changed to achieve the same effects. And is included within the scope of the present invention.
また、処理チャンバの形状やサイズ、あるいはステージなどの配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。また、透過窓はプラズマ発生室の上面だけでなく側面や下面に付設してもよく、または、これらを組み合わせてもよい。つまり、プラズマ発生室に複数の透過窓を付設してもよい。このようにすれば、被処理物の形状やサイズに合わせて均一あるいは所定の密度分布を有する大面積のプラズマを形成することが可能となる。 Further, the shape and size of the processing chamber, or the arrangement relationship of the stage and the like are not limited to those shown in the drawings, and can be appropriately determined in consideration of the contents and conditions of the plasma processing. Further, the transmission window may be provided not only on the upper surface of the plasma generation chamber but also on the side surface and the lower surface, or a combination thereof. That is, a plurality of transmission windows may be attached to the plasma generation chamber. This makes it possible to form a large-area plasma having a uniform or predetermined density distribution according to the shape and size of the object to be processed.
マイクロ波の導入に関しても、導波管を使用するものに限定されず、例えば、ラジアルラインスロットアンテナのようなものを使用したものでも良い。 The introduction of the microwave is not limited to that using a waveguide, and for example, a device such as a radial line slot antenna may be used.
さらにまた、上述した具体例においては、マイクロ波透過窓部の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなマイクロ波透過窓部を有する全てのマイクロ波プラズマ発生装置、マイクロ波プラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したマイクロ波プラズマ発生装置、マイクロ波プラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。 Furthermore, in the specific examples described above, only the configuration of the main part of the microwave transmission window has been described. However, the present invention is applicable to all microwave plasma generators and microwave plasma treatments having such a microwave transmission window. For example, any of a microwave plasma generator and a microwave plasma processing apparatus realized as an etching apparatus, an ashing apparatus, a thin film deposition apparatus, a surface treatment apparatus, a plasma doping apparatus, and the like are included in the scope of the present invention. The
10 処理チャンバ
20 マイクロ波導波管
20S スロットアンテナ
30 透過窓
31 周縁部材
32 接合部分
32a、32b 斜面
32c、32d 段差
32e、32f 重ね合わせ部
34 付勢部材
40 定在波
60a 入射波
60b 屈折波
60c 反射波
M マイクロ波
P プラズマ
W 被処理物
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記透過窓の外周部の全周に当接するように設けられマイクロ波を反射させる材料からなる周辺部材と、
を備え、
前記周辺部材は、接合部分がずれる少なくとも一箇所の可動の接合部を有し、前記接合部分がずれることにより前記透過窓の熱膨張による熱応力を緩和することを特徴とする、プラズマ発生装置に用いられるマイクロ波透過窓。 A transmission window made of a dielectric;
A peripheral member made of a material that reflects the microwave and is provided so as to be in contact with the entire periphery of the outer peripheral portion of the transmission window;
With
The peripheral member has at least one movable joint portion where the joint portion is displaced, and the thermal stress due to thermal expansion of the transmission window is relieved by the displacement of the joint portion. Microwave transmission window used .
前記処理チャンバ内のプラズマを生成する空間に処理ガスを導入する手段と、
前記処理チャンバに取り付けられた請求項1〜4のいずれか1つに記載のマイクロ波透過窓と、
を備え、
前記マイクロ波透過窓を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを生成する空間においてプラズマを生成可能としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。 A processing chamber;
Means for introducing a processing gas into a space for generating plasma in the processing chamber;
The microwave transmitting window according to any one of claims 1 to 4, attached to the processing chamber;
With
A microwave plasma generator characterized in that plasma can be generated in a space where the plasma is generated by microwaves introduced through the microwave transmission window.
前記生成された前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 A plasma generator according to claim 5,
A microwave plasma processing apparatus, characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by the generated plasma.
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