JP5461040B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波を用いて生成されたプラズマにより半導体ウェハ、液晶用基板、有機EL素子等の被処理体をプラズマ処理するマイクロ波プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that performs plasma processing on an object to be processed such as a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, and an organic EL element using plasma generated using microwaves.
プラズマ処理は、半導体製造工程のエッチング、薄膜成膜などのプロセスに広く使用されている。近年、LSIの高集積化、高速化、小電力化の観点からLSIを構成する半導体のプロセスルール(ICの線幅)が益々微細化されている。しかし、従来から多用されている平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、電子温度が高いので、基板にダメージを与えてしまうという課題がある。 Plasma treatment is widely used in processes such as etching and thin film deposition in semiconductor manufacturing processes. In recent years, the process rules (IC line width) of semiconductors constituting an LSI have been increasingly miniaturized from the viewpoint of high integration, high speed, and low power consumption of the LSI. However, the parallel plate type and inductively coupled plasma processing apparatuses that have been widely used conventionally have a problem in that the substrate is damaged due to the high electron temperature.
さらに、半導体のウェハサイズも大口径化しており、これに伴って大口径の半導体ウェハに偏りなく均一に処理を行うことが要請されている。 Furthermore, the size of semiconductor wafers has been increased, and accordingly, it has been demanded to uniformly process large-diameter semiconductor wafers without deviation.
そこで近年、高密度で低電子温度のプラズマを均一にすることができるRLSA(Radial Line Slot Antenna)を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されている。このマイクロ波プラズマ処置装置は、均一なマイクロ波を発するように配列された多数のスロットを有する平面状のマイクロ波アンテナから処理容器内にマイクロ波を放射し、マイクロ波の電界により処理容器内のガスを電離してプラズマを励起させるものである。マイクロ波プラズマ処理装置によれば、アンテナ直下の広い領域に高いプラズマ密度を実現できるので、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかも、低電子温度のプラズマを生成することができるので、被処理基板へのダメージを少なくすることができるという利点もある。 Therefore, in recent years, a microwave plasma processing apparatus using RLSA (Radial Line Slot Antenna) that can make a high-density, low-electron temperature plasma uniform has attracted attention. This microwave plasma treatment apparatus radiates microwaves into a processing container from a planar microwave antenna having a large number of slots arranged to emit uniform microwaves. The gas is ionized to excite the plasma. According to the microwave plasma processing apparatus, since a high plasma density can be realized in a wide region directly under the antenna, it is possible to perform uniform plasma processing in a short time. Moreover, since plasma having a low electron temperature can be generated, there is an advantage that damage to the substrate to be processed can be reduced.
図1に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器1の天井部の開口は誘電体窓2により塞がれる。誘電体窓2の上にはマイクロ波アンテナ3が載せられる。内側導波管及び外側導波管からなる同軸導波管の断面円環状の同軸導波路4を伝搬したマイクロ波は、ディスク状の誘電体板6を放射方向に伝搬する。誘電体板6内で圧縮され、かつ共振するマイクロ波は、導電材料からなるスロット板7のスロットを透過し、誘電体窓2を介して処理容器1内に放射される。
As shown in FIG. 1, in the microwave plasma processing apparatus, the opening of the ceiling portion of the
処理容器の誘電体窓は処理容器内部のプラズマに晒されるので、誘電体窓には熱が蓄積する。誘電体窓に熱が蓄積するのを防止するために、特許文献1には、マイクロ波アンテナを誘電体窓に密着させ、マイクロ波アンテナに設けられた冷却板によって誘電体窓に蓄積された熱を吸い上げるプラズマ処理装置が開示されている。特許文献1に記載のプラズマ処理装置において、マイクロ波アンテナのスロット板と誘電体窓の接触面は、接触面における伝熱性を向上させるために、0.8〜0.9atm(608〜684Torr)の範囲内の圧力に維持される。
Since the dielectric window of the processing container is exposed to the plasma inside the processing container, heat accumulates in the dielectric window. In order to prevent heat from being accumulated in the dielectric window,
マイクロ波の伝搬や放射に影響を与えるものとして、スロット板周辺の隙間が挙げられる。具体的には(1)冷却板と誘電体板との間の隙間や、誘電体とスロット板との間の隙間、(2)スロット板と誘電体窓との間の隙間が挙げられる。(1)の隙間は誘電体板内のマイクロ波の伝播に悪影響を与える。(2)の隙間は、スロット板からのマイクロ波放射率を変化させる。(1)及び(2)の隙間が時間的に変動したり、空間的に非対称であったりすると、マイクロ波電界分布に乱れが生じてしまい、プラズマ密度が変化してしまう。 A gap around the slot plate can be cited as one that affects microwave propagation and radiation. Specifically, there are (1) a gap between the cooling plate and the dielectric plate, a gap between the dielectric and the slot plate, and (2) a gap between the slot plate and the dielectric window. The gap (1) adversely affects the propagation of microwaves in the dielectric plate. The gap (2) changes the microwave emissivity from the slot plate. If the gap between (1) and (2) fluctuates with time or is spatially asymmetric, the microwave electric field distribution is disturbed, and the plasma density changes.
スロット板の周囲に隙間が発生する原理は以下のとおりである。図2に示すように、スロット板7の中心部は同軸導波管の内導体8にボルト等で結合され、スロット板7の外周は冷却板9にボルト等で結合される。マイクロ波アンテナ3から処理容器1にマイクロ波を投入すると、スロット板7にマイクロ波電流が流れることでジュール熱が発生するので、スロット板7は加熱されて熱膨張してしまう。スロット板7の外周は冷却板9に固定されているので、スロット板7が撓んでスロット板と誘電体板6との間に隙間が生ずる。また、処理容器1内にプラズマが発生すると、誘電体窓2、誘電体板6にはプラズマからの熱が入ってくる。時間変動する熱の移動によって、誘電体窓2及び誘電体板6の温度分布が変化し、誘電体窓2及び誘電体板6に反る等の変形を生じさせる。さらに、処理容器1の内部は真空であり、誘電体窓2には外側から大気圧がかかっているので、誘電体窓2は元々撓んでいる。この結果、上述の(1)及び(2)の隙間が発生する。
The principle of generating a gap around the slot plate is as follows. As shown in FIG. 2, the central portion of the
隙間を発生させないためには、冷却板9及び誘電体板6が撓むぐらいの強い力でこれらを誘電体窓2に押さえ付ける必要がある。しかしそのためには、アンテナ押え10の剛性を高める必要があるし、仮に冷却板9及び誘電体板6を撓ませたとしても、偏った当たり方になってしまう。
In order not to generate the gap, it is necessary to press these against the
特許文献1に記載のプラズマ処理装置のように、スロット板7と誘電体窓2との接触面を0.8〜0.9atm、つまり、608〜684Torr(8.106×104〜9.1192×104Pa)の負圧に設定しても、誘電体窓の撓み等に起因した隙間の発生をなくすことができない。
As in the plasma processing apparatus described in
本発明は上記従来のプラズマ処置装置の課題を解決するもので、誘電体窓の撓み等に起因した隙間が発生するのを防止できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional plasma treatment apparatus, and to provide a microwave plasma processing apparatus capable of preventing the occurrence of a gap due to the bending of a dielectric window.
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、前記誘電体窓と前記誘電体板との間が1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にされ、前記誘電体板と前記冷却板との間が1〜600Torr(1.3332×10 2 〜7.9993×10 4 Pa)の範囲の負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。
In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention includes a processing container having a ceiling portion defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, and supplying plasma gas to the processing container. A microwave plasma processing apparatus comprising: a plasma gas supply unit configured to perform a microwave antenna mounted on the dielectric window of the processing container and exciting the plasma gas in the processing container. A dielectric plate that propagates microwaves in a direction and compresses the wavelength of the microwave, a slot plate that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and has a slot that transmits microwaves, and the dielectric anda cooling plate for cooling said dielectric plate is placed on top a surface opposite from the processing chamber side surface of the body plate, between the dielectric window and said dielectric plate 1-60 Torr is a negative pressure in the range of (1.3332 × 10 2 ~7.9993 × 10 4 Pa), the between the dielectric plate and the
本発明の第二の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a processing container having a ceiling defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, a plasma gas supply unit for supplying plasma gas to the processing container, A microwave plasma processing apparatus comprising: a microwave antenna mounted on the dielectric window of a processing container and exciting a plasma gas in the processing container. The microwave antenna propagates microwaves in a horizontal direction. A dielectric plate that compresses the wavelength of the microwave; a slot plate that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and has a slot through which microwaves are transmitted; and a surface of the dielectric plate on the processing container side And a cooling plate that cools the dielectric plate placed on the upper surface that is the opposite surface, and the negative pressure between the dielectric plate and the cooling plate is lower than the atmospheric pressure. Ma A black wave plasma processing apparatus.
本発明の第三の態様は、天井部が誘電体窓により画定される処理容器と、前記処理容器を減圧するガス排気系と、前記処理容器にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器の前記誘電体窓に載せられ、前記処理容器内のプラズマガスを励起するマイクロ波アンテナと、を備えるマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、前記誘電体窓と前記誘電体板との間、及び前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a processing container having a ceiling portion defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, a plasma gas supply unit for supplying plasma gas to the processing container, A microwave plasma processing apparatus comprising: a microwave antenna mounted on the dielectric window of a processing container and exciting a plasma gas in the processing container. The microwave antenna propagates microwaves in a horizontal direction. A dielectric plate that compresses the wavelength of the microwave; a slot plate that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and has a slot through which microwaves are transmitted; and a surface of the dielectric plate on the processing container side A cooling plate that is placed on an upper surface that is the opposite surface to cool the dielectric plate, and between the dielectric window and the dielectric plate and between the dielectric plate and the cooling plate. while A microwave plasma processing apparatus the pressure is lower negative pressure than the atmospheric pressure.
本発明の第一の態様によれば、誘電体窓と誘電体板との間を1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にするので、誘電体板を誘電体窓に押し付け、誘電体窓の撓みに合わせて誘電体板を密着させることができる。このため、誘電体板とスロット板との間、又はスロット板と誘電体窓との間に隙間が発生するのを防止することができる。さらに、大気圧が直接誘電体窓にかからなくなるので、誘電体窓の撓みも低減する。その結果、マイクロ波が投入されて温度変動が生じても、安定した均一なプラズマを発生させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the negative pressure in the range of 1 to 600 Torr (1.3332 × 10 2 to 7.9993 × 10 4 Pa) is provided between the dielectric window and the dielectric plate. The dielectric plate can be pressed against the dielectric window, and the dielectric plate can be brought into close contact with the deflection of the dielectric window. For this reason, it is possible to prevent a gap from being generated between the dielectric plate and the slot plate or between the slot plate and the dielectric window. Furthermore, since the atmospheric pressure is not directly applied to the dielectric window, the deflection of the dielectric window is also reduced. As a result, stable and uniform plasma can be generated even when a microwave is input and temperature fluctuation occurs.
ここで、圧力が低ければ低いほど、誘電体板を誘電体窓に押し付ける力を働かせることができる。このため、負圧の上限は600Torr(7.9993×104Pa)に設定される。その一方、圧力が1Torr(1.3332×102)未満だと、ガスの分子の量が減り、熱伝達を悪くする。このため負圧の下限は1Torr(1.3332×102)に設定される。 Here, the lower the pressure, the more force can be applied to press the dielectric plate against the dielectric window. Therefore, the upper limit of the negative pressure is set to 600 Torr (7.9993 × 10 4 Pa). On the other hand, if the pressure is less than 1 Torr (1.3332 × 10 2 ), the amount of gas molecules decreases and heat transfer becomes worse. Therefore, the lower limit of the negative pressure is set to 1 Torr (1.3332 × 10 2 ).
本発明の第一の態様において、さらに誘電体板と冷却板との間を1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にすることにより、冷却板を誘電体窓の方向に押し付け、誘電体窓の撓みに合わせて冷却板を密着させることができる。このため、冷却板と誘電体板との間に隙間が発生するのを防止することができる。 In the first aspect of the present invention, cooling is further achieved by setting a negative pressure in the range of 1 to 600 Torr (1.3332 × 10 2 to 7.9993 × 10 4 Pa) between the dielectric plate and the cooling plate. The plate can be pressed toward the dielectric window, and the cooling plate can be brought into close contact with the deflection of the dielectric window. For this reason, it is possible to prevent a gap from being generated between the cooling plate and the dielectric plate.
本発明の第二の態様によれば、冷却板と誘電体板との間を負圧にすることで、冷却板と誘電体板との密着性が向上する。誘電体板及びスロット板に蓄積される熱が冷却板に吸い上げられるので、スロット板の熱膨張の伸び量を誘電体窓の熱膨張の伸び量よりも抑えることができる。これにより、誘電体窓からスロット板に引っ張り力を作用させることができ、スロット板が撓むのを防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, the adhesion between the cooling plate and the dielectric plate is improved by setting a negative pressure between the cooling plate and the dielectric plate. Since the heat accumulated in the dielectric plate and the slot plate is sucked up by the cooling plate, the expansion amount of the thermal expansion of the slot plate can be suppressed from the expansion amount of the thermal expansion of the dielectric window. As a result, a tensile force can be applied to the slot plate from the dielectric window, and the slot plate can be prevented from being bent.
本発明の第三の態様によれば、誘電体窓と誘電体板との間、及び誘電体板と冷却板との間を大気圧よりも圧力が低い負圧にすることで、冷却板と誘電体窓との間に誘電体板を挟む力を生じさせることができる。このため、これらの間に隙間が発生するのを防止することができる。 According to the third aspect of the present invention, by setting the negative pressure lower than the atmospheric pressure between the dielectric window and the dielectric plate and between the dielectric plate and the cooling plate, A force for sandwiching the dielectric plate between the dielectric window and the dielectric window can be generated. For this reason, it is possible to prevent a gap from occurring between them.
以下、添付図面を参照して、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の実施形態を説明する。図3は、本発明の第一の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の全体の構成図を示す。 Hereinafter, embodiments of a microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 shows an overall configuration diagram of the microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
マイクロ波プラズマ処理装置は、外壁によって区画される処理容器11と、処理容器11内に設けられ、被処理基板を静電チャックにより保持するAlN又はAl2O3からなる保持台16と、を含む。処理容器11には、保持台を囲む円環状の空間に周方向に均等に排気ポートが形成される。処理容器11は、排気ポートを介して真空ポンプにより排気・減圧される。
The microwave plasma processing apparatus includes a
処理容器11は、Al好ましくはAlを含有するステンレス鋼からなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。処理容器11の天井部には、Al2O3、石英等の誘電体からなる誘電体窓12が外壁の一部として設けられる。誘電体窓12は処理容器11の側壁にシールリング13を介して装着される。誘電体窓12は処理容器11の側壁の上部に取り付けられる誘電体窓押え14によって処理容器11に固定される。誘電体窓押え14は、処理容器11と同様にAl若しくはAlを含有するステンレス鋼からなる。
The
処理容器11の側壁には、プラズマガスを処理容器11内に供給するための環状のガス供給部15が設けられる。ガス供給部15にはガス供給系が接続されている。Arガス、Krガス等のプラズマ励起用ガスや、プラズマ処理の種類に応じた処理ガスがガス供給部15から処理容器11に供給される。かかるプラズマ処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマCVD処理等が含まれる。ガス供給部からC4F8,C5F8又はC4F6などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、F系あるいはCl系などのエッチングガスを供給し、保持台16上に高周波電源から高周波電圧を印加することにより、被処理基板に対して反応性イオンエッチングを行うことも可能である。
An annular
処理容器11の側壁には、被処理基板を搬入及び搬出するための図示しない搬出入口が設けられる。搬出入口はゲートバルブによって開閉される。
On the side wall of the
誘電体窓12上には、処理容器11内のプラズマガスを励起する平面状のマイクロ波アンテナ18が載せられる。マイクロ波アンテナ18は、同軸モードでマイクロ波を上下方向に伝搬する同軸導波管19と、同軸導波管19の同軸導波路20を通過したマイクロ波を放射方向に伝搬するディスク状の誘電体板22と、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板23と、誘電体板22の上面に載せられて誘電体板22を冷却する冷却板24と、を含む。
On the
マイクロ波を給電する給電手段としての同軸導波管19は、垂直方向に伸びる内導体19aと、内導体19aを囲む筒状の外導体19bと、からなる。内導体19aと外導体19bとの間に断面環状の同軸導波路20が形成される。同軸導波管19の上端部は水平方向に伸びる矩形導波管21(図1参照)に接続される。矩形導波管21と同軸導波管19の接続部には円錐形のモード変換器25(図1参照)が設けられる。矩形導波管21は整合器を介してマグネトロン等のマイクロ波発生装置に接続されている。マイクロ波発生装置は、例えば周波数2.45GHz,8.35GHz,1.98GHz,915MHz等のマイクロ波を発生する。矩形導波管21を伝搬するマイクロ波はモード変換器25によって同軸モードに変換され、同軸導波路20(図3参照)を上下方向に伝搬する。整合器は、マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波を矩形導波管21及び同軸導波路20を介して誘電体板22へ伝搬させる。
A
誘電体板22は、Al2O3、石英等の誘電体からなる。マイクロ波は、電界と磁界が非常に速く変化しながら伝搬する電磁波である。誘電体板22の下面には金属からなるスロット板23が設けられ、誘電体板22の上面には金属からなる冷却板24が設けられる。金属面に当たったマイクロ波は、金属内にはほとんど進入せず、ごく表面(表皮深さ)に電流を流し、大部分が反射する。このため、同軸導波路20から誘電体板22に照射されたマイクロ波は、スロット板23及び冷却板24によって反射されながら誘電体板22を放射方向に伝搬する。また、同軸導波路20から誘電体板22に入るとき、マイクロ波の伝搬する媒質が空気から誘電体に変化するので、マイクロ波の波長が圧縮される。誘電体板22の厚みは、TEモードでマイクロ波が伝搬するように、すなわち電界が厚み方向にだけできるように決められる。誘電体板22の厚みが誘電体板22内におけるマイクロ波の波長の1/4以下であれば問題ない。ただし、あまり薄いと強度の問題があり、また厚すぎると撓みにくくなる。このため本実施形態において、誘電体板22の材質にアルミナを使用した場合、3〜6mm程度が最適な厚みになる。
The
銅板等からなるスロット板23には、マイクロ波を透過させる多数のスロット23aが空けられる。誘電体板22内で共振したマイクロ波は、スロット板23の多数のスロット23aを透過し、処理容器11内に放射される。
A
図3に示すように、マイクロ波アンテナ18の誘電体板22上には、冷却板24が載せられる。冷却板24には冷却水流路24aが形成される。冷却水流路24aに冷却水を流すことにより、誘電体板22を冷却することができる。熱伝導性を向上させるため、冷却板24と誘電体板22との間には、緩衝シートが介在されてもよい。
As shown in FIG. 3, a cooling
マイクロ波アンテナ18は、誘電体窓押え14に取り付けられるアンテナ押え26によって誘電体窓12に固定される。アンテナ押え26は処理容器11と同様にAl若しくはAlを含有するステンレス鋼からなる。冷却板24とアンテナ押え26との間には、電磁遮蔽弾力体27が設けられる。スロット板23のスロット23aを透過するマイクロ波は、一部がスロット板23と誘電体窓12との間の小さな隙間から外側に漏れ出す。それだけでなく、誘電体窓12を外周方向に伝搬したマイクロ波は誘電体窓押え14と冷却板24との間の隙間から外側に漏れ出す。電磁遮蔽弾力体27は漏れ出したマイクロ波をシールドする。
The
同軸導波管19の内導体19aと外導体19b(正確に言えば外導体19bを構成する冷却板24)との間には、環状誘電体28が嵌められる。この環状誘電体28は誘電体板22に一体に結合される。そして、内導体19aと環状誘電体28との間が内側シール部材としてのシールリング29によってシールされ、外導体19bと環状誘電体28との間が外側シール部材としてのシールリング30によってシールされる。
An
誘電体窓12、誘電体板22及び冷却板24の外周と、誘電体窓押え14及びアンテナ押え26の内周との間に負圧路35が形成される。冷却板24とアンテナ押え26との間はシールリング31によってシールされ、アンテナ押え26と誘電体窓押え14との間はシールリング32によってシールされる。誘電体窓押え14と処理容器11との間はシールリング33によってシールされる。負圧路35には、空気を吸引する吸引口34が空けられる。吸引口34には、負圧路35の圧力を調整する圧力調整器が接続される。圧力調整器には真空ポンプが接続される。負圧路35の圧力を調整することにより、誘電体窓12と誘電体板22との密着度合、及び誘電体板22と冷却板24との密着度合を調整することができ、このため誘電体窓12及び誘電体板22の温度制御を行うことが可能になる。
A
同軸導波管19がシールされているので、吸引口34から空気を吸引すると、誘電体板22と誘電体窓12との間、及び誘電体板22と冷却板24との間が負圧になる。負圧の範囲は1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)、望ましくは200〜400Torr(2.6664×104〜5.3328×104Pa)に設定される。圧力が低ければ低いほど、誘電体板22及び冷却板24を誘電体窓12に押し付ける力を働かせることができる。このため、負圧の範囲は600Torr(7.9993×104Pa)以下に設定される。誘電体板22及び冷却板24を誘電体窓12に押し付ける力を大きくするためには、400Torr(5.3328×104Pa)以下であることが望ましい。誘電体窓12は処理容器11内の真空や熱膨張によって、0.1mm程度撓むこともある。誘電体板22と誘電体窓12との間、及び誘電体板22と冷却板24との間を600Torr(7.9993×104Pa)以下の負圧にすることで、誘電体窓12の撓みに合わせて誘電体板22及び冷却板24を撓ませることができる。
Since the
負圧の範囲を1Torr(1.3332×102)以上にしたのは、1Torr(1.3332×102)未満だと、ガスの分子の量が減り、熱伝達を悪くするからである。熱を伝達するのは分子であるから真空状態から気体の圧力が高くなればなるほど、気体の分子の量が増え、熱伝達率が向上する。しかし、ある圧力を超えると、熱伝達率が圧力に依存しなくなる。その圧力が1Torr(1.3332×102)程度である。ただし、強いマイクロ波が伝搬する空間を負圧にすると、異常放電(望ましくない放電)が起こり易くなる。異常放電を防止するために200Torr(2.6664×104)以上が望ましい。 The reason why the negative pressure range is set to 1 Torr (1.3332 × 10 2 ) or more is that if it is less than 1 Torr (1.3332 × 10 2 ), the amount of gas molecules decreases and heat transfer is deteriorated. Since molecules transfer heat, the higher the pressure of the gas from the vacuum state, the greater the amount of molecules of the gas and the higher the heat transfer rate. However, when a certain pressure is exceeded, the heat transfer coefficient does not depend on the pressure. The pressure is about 1 Torr (1.3332 × 10 2 ). However, if the space in which strong microwaves propagate is set to a negative pressure, abnormal discharge (undesirable discharge) is likely to occur. In order to prevent abnormal discharge, 200 Torr (2.6664 × 10 4 ) or more is desirable.
図4は、本発明の第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。なお、第一の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同一の構成には同一の符号を附してその説明を省略する。この実施形態においては、誘電体板22の上面、下面及び外周面には、導電膜41が形成される。そして、誘電体窓12と誘電体板22との間には、第一のシール部材としてOリング等からなるシールリング42が設けられる。誘電体板22と冷却板24との間には、第二のシール部材としてOリング等からなるシールリング43が設けられる。誘電体板22の上面及び下面に導電膜が形成されているので、誘電体板22と導電膜41との間をシールする必要はない。
FIG. 4 shows a microwave plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the microwave plasma processing apparatus of 1st embodiment, and the description is abbreviate | omitted. In this embodiment, a
図5は導電膜41が形成された誘電体板22の詳細図を示す。誘電体板22の上面、下面及び外周面には、金属の層からなる導電膜41がめっきされる。誘電体板22の中心部には、同軸導波管19の内導体19aに接続されるスロット中心コンタクトフランジ40(図4参照)が貫通する孔22aが空けられる。孔22aの周囲(誘電体板22の上面及び下面の一部及び内周面)には、導電膜41が成膜されていない非成膜エリア22bが形成される。
FIG. 5 shows a detailed view of the
誘電体板22の下面側の導電膜41には、マイクロ波を透過させる多数のスロット41aが形成される。隣接する一組のスロット41aは、直交するようにT字状に配列される。多数のスロット41aはディスク状の導電膜41に同心円状に配置される。スロット41aの長さや配列は、スロット41aから処理容器11に強い電界が放射されるように、誘電体板22によって圧縮されたマイクロ波の波長に応じて適宜決定される。スロット41aの形状は直線形状の他に円弧形状でもよく、スロット41aの配列は同心円状の他に螺旋状や放射状でもよい。
The
導電膜41は誘電体板22に以下の工程を経て成膜される。誘電体板22を製作した後、スロット41aに対応する非成膜エリアをマスキングし、その後、誘電体板22に金属層をめっきし、その後、マスキングを除去する。又は、誘電体板22を製作した後、誘電体板22に金属層をめっきし、その後、スロット41aに対応する部分をエッチングする。
The
図4に示すように、誘電体板22の下面の導電膜41は、スロット中心コンタクトフランジ40を介して内導体19aに電気的に接続される。誘電体板22の上面の導電膜41は、冷却板24を介して同軸導波管19の外導体19bに電気的に接続される。誘電体板22の下面の導電膜41と同軸導波管19の内導体19aとを電気的に接続する必要があることから、円柱状のスロット中心コンタクトフランジ40と板状のスロット中心コンタクト板44とが設けられる。スロット中心コンタクトフランジ40とスロット中心コンタクト板44とは、接着、ねじ等により結合される。スロット中心コンタクトフランジ40は、内導体19aにねじ等により結合される。Oリング等からなるコンタクト補強弾性体45は、スロット中心コンタクト板44と導電膜41との電気的接触を補強し、また誘電体板22の上面側の導電膜41と冷却板24との電気的接触を補強する。スロット外周コンタクトリング46とスロット外周コンタクト板47とは結合される。スロット外周コンタクトリング46は冷却板24にボルト等で結合される。Oリング等からなるコンタクト補強弾性体48は、スロット外周コンタクト板47と誘電体板22の下面側の導電膜41との電気的接触を補強する。
As shown in FIG. 4, the
図6は、本発明の第三の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構成は、第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理とほぼ同様であるが、シール箇所が変更されている。すなわち、誘電体窓押え14と誘電体窓12との間、及び誘電体窓押え14と冷却板24との間にシールリング51,52を配置している。負圧路53は誘電体板22及び冷却板24の外周と誘電体窓押え14の内周との間に形成される。空気を吸引する吸引口54は誘電体窓押え14に設けられる。このようにシールリングを配置しても、誘電体窓12と誘電体板22との間、及び誘電体板22と冷却板24との間を負圧にすることができる。
FIG. 6 shows a microwave plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. The configuration of the microwave plasma processing apparatus of this embodiment is substantially the same as the microwave plasma processing of the second embodiment, but the seal location is changed. That is, seal rings 51 and 52 are disposed between the
図7は、本発明の第四の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態のプラズマ処理装置においては、冷却板24と誘電体板22との密着性を向上させるために、冷却板24と誘電体板22との間が負圧にされる。誘電体板22の上面及び下面には導電膜41が形成される。冷却板24と誘電体板22の内周側との間には、内側シール部材としてOリング等からなるシールリング56が設けられる。冷却板24と誘電体板22の外周側との間には、外側シール部材としてOリング等からなるシールリング57が設けられる。冷却板24の、内側のシールリング56と外側のシールリング57との間には空気を吸引する吸引口58が設けられる。誘電体板22の上面にマイクロ波を反射する導電膜41を形成することで、冷却板24に吸引口58や溝を形成してもマイクロ波の伝搬特性に影響を与えることはない。このため、誘電体板22に導電膜41を形成させるのが望ましいが、必ずしも形成させなくてもよい。
FIG. 7 shows a microwave plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the plasma processing apparatus of this embodiment, a negative pressure is applied between the cooling
冷却板24と誘電体板22との間を負圧にすることで、冷却板24と誘電体板22との密着性を向上させることができる。さらに、誘電体窓12から導電膜41に引っ張り力を作用させることができ、誘電体窓12が撓むのを防止することができる。
Adhesiveness between the cooling
図8は、本発明の第五の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態では、図4に示される第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置のシールリングの位置43を変えている。すなわち、誘電体板22と冷却板24との間をシールするシールリング43を、誘電体板22及び冷却板24の外周側に配置している。シールリング43を誘電体板22及び冷却板24の外周側に配置することにより、誘電体板22と誘電体窓12との間だけを負圧にすることが可能になる。残りの構成、例えば誘電体板22の上面及び下面に導電膜41が形成される点、誘電体板22と誘電体窓12との間にシールリング42が配置される点等は、図4に示される第二の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。誘電体板22と誘電体窓12との間を1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にすることにより、誘電体板22を誘電体窓12に押し付け、誘電体窓12の撓みに合わせて誘電体板22を密着させることができる。
FIG. 8 shows a microwave plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
図9は、本発明の第六の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。この実施形態でも、第五の実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と同様に、誘電体板22と誘電体窓12との間だけを負圧にするための工夫がなされている。誘電体板22の上面及び下面には導電膜41が形成される。誘電体板22の内周側と誘電体窓12の内周側との間には、内側シール部材としてOリング等からなるシールリング61が設けられる。誘電体板22の外周側と誘電体窓12の外周側との間には、外側シール部材としてOリング等からなるシールリング62が設けられる。誘電体窓12の、内側のシールリング61と外側のシールリング62との間には空気を吸引する吸引口63が設けられる。吸引口63に繋がる吸引経路64は、吸引口63から鉛直下方に伸びた後、90度曲って水平方向に伸び、誘電体窓12の外周面に露出する。
FIG. 9 shows a microwave plasma processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. Also in this embodiment, like the microwave plasma processing apparatus of the fifth embodiment, a device for making a negative pressure only between the
誘電体窓12の外周面と処理容器11の誘電体窓受け枠65の内周面との間に負圧路66が形成される。誘電体窓押え14と処理容器11との間はシールリング67によってシールされ、アンテナ押え26と誘電体窓12との間はシールリング68によってシールされる。誘電体窓12と処理容器11の誘電体窓受け枠65との間はシールリング69によってシールされる。処理容器11には、負圧路66に繋がる吸引経路70が形成される。吸引経路70から空気を吸引することにより、誘電体板22と誘電体窓12との間を負圧にすることができる。誘電体板22と誘電体窓12との間を1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にすることにより、誘電体板22を誘電体窓12に押し付け、誘電体窓12の撓みに合わせて誘電体板22を密着させることができる。
A
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。例えば図10に示すように、本発明のアンテナは、同軸導波路のように中心から外に向かってマイクロ波を広げる構造でなくても、給電手段としての矩形導波管51によって水平方向にマイクロ波を導入する構造であってもよい。
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, In the range which does not change the summary of this invention, it can change variously. For example, as shown in FIG. 10, the antenna of the present invention has a structure in which a microwave is horizontally spread by a
誘電体板と誘電体窓との間、及び/又は誘電体板と冷却板との間を排気しやすいように、誘電体板の誘電体窓側及び/又は冷却板側に、排気用の溝(深さ20μm程度、幅3mm程度)を形成することが望ましい。 In order to facilitate exhausting between the dielectric plate and the dielectric window and / or between the dielectric plate and the cooling plate, an exhaust groove ( It is desirable to form a depth of about 20 μm and a width of about 3 mm.
誘電体板と誘電体窓との間、及び/又は誘電体板と冷却板との間を負圧にできれば、シールリングの配置個数、位置は上記実施形態に限られることはなく、適宜変更できる。 As long as the negative pressure can be set between the dielectric plate and the dielectric window and / or between the dielectric plate and the cooling plate, the number and position of the seal rings are not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate. .
また、誘電体と誘電体窓との間、及び/又は誘電体板と冷却板との間には、熱伝導性のよいテフロン(登録商標)シート、カーボンシート等の緩衝シートを介在させてもよい。 Further, a buffer sheet such as a Teflon (registered trademark) sheet or carbon sheet having good thermal conductivity may be interposed between the dielectric and the dielectric window and / or between the dielectric plate and the cooling plate. Good.
さらに、空気を吸引した負圧路にHeガス等の伝熱性ガスを封入してもよい。伝熱性ガスを封入したときも圧力は大気圧よりも低い負圧に調整される。 Further, a heat transfer gas such as He gas may be sealed in the negative pressure path through which air is sucked. Even when the heat transfer gas is sealed, the pressure is adjusted to a negative pressure lower than the atmospheric pressure.
さらに、誘電体窓に処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給経路を形成し、誘電体窓と被処理基板との間に処理ガスを供給する中段シャワーヘッドを設けてもよい。 Further, a plasma gas supply path for supplying plasma gas into the processing container may be formed in the dielectric window, and an intermediate shower head for supplying the processing gas may be provided between the dielectric window and the substrate to be processed.
11…処理容器
12…誘電体窓
14…誘電体窓押え
15…ガス供給部
16…保持台
18…マイクロ波アンテナ
19…同軸導波管
19a…内導体
19b…外導体
20…同軸導波路
22…誘電体板
23…スロット板
23a…スロット
24…冷却板
28…環状誘電体
29…シールリング(内側シール部材)
30…シールリング(外側シール部材)
34…吸引口
35…負圧路
41…導電膜(スロット板)
41a…スロット
42…シールリング(第一のシール部材)
43…シールリング(第二のシール部材)
53…負圧路
54…吸引口
56…シールリング(内側シール部材)
57…シールリング(外側シール部材)
58…吸引口
DESCRIPTION OF
30 ... Seal ring (outer seal member)
34 ...
41a ...
43 ... Seal ring (second seal member)
53 ...
57. Seal ring (outer seal member)
58 ... Suction port
Claims (11)
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、
前記誘電体窓と前記誘電体板との間が1〜600Torr(1.3332×102〜7.9993×104Pa)の範囲の負圧にされ、
前記誘電体板と前記冷却板との間が1〜600Torr(1.3332×10 2 〜7.9993×10 4 Pa)の範囲の負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。 A processing container having a ceiling defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, a plasma gas supply unit for supplying plasma gas to the processing container, and a dielectric window of the processing container A microwave antenna for exciting a plasma gas in the processing vessel, and a microwave plasma processing apparatus comprising:
The microwave antenna includes a dielectric plate that propagates microwaves in the horizontal direction and compresses the wavelength of the microwave, and a slot that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and transmits microwaves. A slot plate, and a cooling plate that is placed on an upper surface that is opposite to the surface of the dielectric plate on the processing container side and cools the dielectric plate ,
The negative pressure in the range of 1 to 600 Torr (1.3332 × 10 2 to 7.9993 × 10 4 Pa) is set between the dielectric window and the dielectric plate .
A microwave plasma processing apparatus in which a negative pressure in a range of 1 to 600 Torr (1.3332 × 10 2 to 7.9993 × 10 4 Pa) is provided between the dielectric plate and the cooling plate .
前記同軸導波路には、環状誘電体が嵌められ、
前記内導体と前記環状誘電体との間が内側シール部材でシールされると共に、前記外導体と前記環状誘電体との間が外側シール部材でシールされることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 The coaxial waveguide is formed in a coaxial waveguide including an inner conductor on the inner circumference side and an outer conductor on the outer circumference side,
The coaxial waveguide is fitted with an annular dielectric,
According to claim 1, between the annular dielectric and the inner conductor while being sealed inside the sealing member, between said annular dielectric body and the outer conductor, characterized in that it is sealed by the outer seal member Microwave plasma processing equipment.
前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面には、マイクロ波を反射する導電膜が形成され、
前記誘電体板の処理容器側の面である下面側の導電膜と前記誘電体窓との間が環状の第一のシール部材でシールされると共に、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面側の導電膜と前記冷却板との間が環状の第二のシール部材でシールされることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 A conductive film as the slot plate is formed on the lower surface, which is the surface on the processing container side of the dielectric plate,
A conductive film that reflects microwaves is formed on the top surface of the dielectric plate opposite to the surface on the processing container side ,
The space between the conductive film on the lower surface side, which is the surface on the processing container side of the dielectric plate, and the dielectric window is sealed with an annular first sealing member, and the surface on the processing container side of the dielectric plate 2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein a gap between the conductive film on the upper surface side which is an opposite surface and the cooling plate is sealed with an annular second sealing member.
前記誘電体窓、前記誘電体板及び前記前記冷却板の外周と、前記誘電体窓押え及び前記アンテナ押えの内周との間に負圧路が形成され、
前記負圧路にガスを吸引する吸引口が設けられることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 The processing container is provided with a dielectric window presser for fixing the dielectric window to the processing container, and an antenna presser for fixing the microwave antenna to the dielectric window,
A negative pressure path is formed between the outer periphery of the dielectric window, the dielectric plate, and the cooling plate, and the inner periphery of the dielectric window retainer and the antenna retainer,
The microwave plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein a suction port for sucking a gas is provided in the negative pressure path.
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、
前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。 A processing container having a ceiling defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, a plasma gas supply unit for supplying plasma gas to the processing container, and a dielectric window of the processing container A microwave antenna for exciting a plasma gas in the processing vessel, and a microwave plasma processing apparatus comprising:
The microwave antenna includes a dielectric plate that propagates microwaves in the horizontal direction and compresses the wavelength of the microwave, and a slot that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and transmits microwaves. A slot plate, and a cooling plate that is placed on an upper surface that is opposite to the surface of the dielectric plate on the processing container side and cools the dielectric plate,
A microwave plasma processing apparatus, wherein a negative pressure lower than an atmospheric pressure is set between the dielectric plate and the cooling plate.
前記冷却板の、前記内側シール部材と外側シール部材との間には、ガスを吸引する吸引口が設けられることを特徴とする請求項9に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 The space between the cooling plate and the inner peripheral side of the dielectric plate is sealed with an annular inner seal member, and the space between the cooling plate and the outer peripheral side of the dielectric plate is sealed with an annular outer seal member. ,
The microwave plasma processing apparatus according to claim 9 , wherein a suction port for sucking a gas is provided between the inner seal member and the outer seal member of the cooling plate.
前記マイクロ波アンテナは、水平方向にマイクロ波を伝播すると共にマイクロ波の波長を圧縮する誘電体板と、前記誘電体板と前記誘電体窓との間に設けられ、マイクロ波を透過させるスロットを有するスロット板と、前記誘電体板の処理容器側の面とは逆の面である上面に載せられて前記誘電体板を冷却する冷却板と、を含み、
前記誘電体窓と前記誘電体板との間、及び前記誘電体板と前記冷却板との間が大気圧よりも圧力が低い負圧にされるマイクロ波プラズマ処理装置。 A processing container having a ceiling defined by a dielectric window, a gas exhaust system for depressurizing the processing container, a plasma gas supply unit for supplying plasma gas to the processing container, and a dielectric window of the processing container A microwave antenna for exciting a plasma gas in the processing vessel, and a microwave plasma processing apparatus comprising:
The microwave antenna includes a dielectric plate that propagates microwaves in the horizontal direction and compresses the wavelength of the microwave, and a slot that is provided between the dielectric plate and the dielectric window and transmits microwaves. A slot plate, and a cooling plate that is placed on an upper surface that is opposite to the surface of the dielectric plate on the processing container side and cools the dielectric plate,
A microwave plasma processing apparatus in which a negative pressure lower than an atmospheric pressure is set between the dielectric window and the dielectric plate and between the dielectric plate and the cooling plate.
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