(57)【要約】【課題】亀裂の生じにくい又は生じても飛散しないＲＦ入射窓を有するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓３を介して容器内に入射して、容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、窓３の変形を防止する変形防止手段として、窓３の外周に複数回巻回された耐熱テープ２１を用いる。【選択図】図２
2007173512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周縁部に前記窓の変形を防止する変形防止手段を配設したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記変形防止手段は、前記窓の外周に複数回巻回された耐熱性テープであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記変形防止手段は、前記窓を内側に嵌合するリング状部材であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周縁部に圧縮応力を付与する圧縮応力付与手段を備え、
前記圧縮応力付与手段を、前記窓の外周に等間隔に複数配置され、前記窓の中心方向に均等に押し付けられた押付部材とすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段を備え、
前記引張応力緩和手段を、前記窓の外周部近傍に配置した前記アンテナとすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の変形を防止すると共に、前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する変形防止兼引張応力緩和手段を備え、
前記変形防止兼引張応力緩和手段を、前記窓の外周に複数回巻回され、所定温度に制御された帯状ヒータとすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、
更に、前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段を備え、
前記引張応力緩和手段を、前記窓の外周部近傍に配置した前記アンテナとすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、例えば、容器内に電磁波を入射する窓を有するプラズマ処理装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置において、誘導結合型のプラズマ処理装置では、装置の容器内に供給したガスをプラズマ化するため、ＲＦ（Radio Frequency）入射窓を介して、容器の外部のアンテナから容器内部へ電磁波を入射している。このようなＲＦ入射窓を有するプラズマ処理装置において、ＲＦ入射窓は、耐熱性、耐プラズマ性を考慮して、セラミクス材料が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３７４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ処理装置において、セラミクス製のＲＦ入射窓には、電磁波の吸収や発生したプラズマによる入熱分布や冷却ファン等の冷却装置による冷却分布があり、ＲＦ入射窓内に大きな温度差が発生すると、熱応力により亀裂が生じるおそれがある。そして、最悪の場合には、ＲＦ入射窓が破損して、装置の容器内部を損傷することも想定される。特に、近年の基板の大口径化に伴い、ＲＦ入射窓も大きくなるため、ＲＦ入射窓が損傷する可能性はますます大きくなってきている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、亀裂の生じにくいＲＦ入射窓を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理装置は、
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周縁部に前記窓の変形を防止する変形防止手段を配設したことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する第２の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第１の発明に係るプラズマ処理装置において、
前記変形防止手段は、前記窓の外周に複数回巻回された耐熱性テープであることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第３の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第１の発明に係るプラズマ処理装置において、
前記変形防止手段は、前記窓を内側に嵌合するリング状部材であることを特徴とする。
なお、リング状部材は、延性のあると共に強度のある金属材料等が望ましい。
【０００９】
上記課題を解決する第４の発明に係るプラズマ処理装置は、
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周縁部に圧縮応力を付与する圧縮応力付与手段を備え、
前記圧縮応力付与手段を、前記窓の外周に等間隔に複数配置され、前記窓の中心方向に均等に押し付けられた押付部材とすることを特徴とする。
なお、押付部材は、耐熱性があり、熱伝導率の低い材料からなることが望ましい。
【００１０】
上記課題を解決する第５の発明に係るプラズマ処理装置は、
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段を備え、
前記引張応力緩和手段を、前記窓の外周部近傍に配置した前記アンテナとすることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第６の発明に係るプラズマ処理装置は、
アンテナからの電磁波を絶縁性の円板状の窓を介して容器内に入射して、前記容器内のガスをプラズマ化するプラズマ処理装置において、
前記窓の変形を防止すると共に、前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する変形防止兼引張応力緩和手段を備え、
前記変形防止兼引張応力緩和手段を、前記窓の外周に複数回巻回され、所定温度に制御された帯状ヒータとすることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第７の発明に係るプラズマ処理装置は、
上記第１〜第４のいずれかの発明に係るプラズマ処理装置において、
更に、前記窓の周辺部を加熱して、前記窓の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段を備え、
前記引張応力緩和手段を、前記窓の外周部近傍に配置した前記アンテナとすることを特徴とする。
つまり、第１〜第４の発明の変形防止手段、圧縮応力付与手段に加えて、窓の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段を備えることで、より効果的に亀裂の発生を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、窓の変形を防止する構成、窓の周縁部に圧縮応力を付与する構成、窓の周辺部の引張り応力を低減する構成を備えたので、窓の周縁部における亀裂の発生を防止することができ、加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂の進展を止め、亀裂が広がるのを防いで、窓の破損に至らないようにすることができる。この場合、最悪の場合でも、亀裂のみに留めるため、亀裂部分での摩擦力により破片が落下することはなく、窓が完全に破損される可能性を大幅に低減でき、窓の破損による被害も小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
プラズマ処理装置におけるＲＦ入射窓は、端部よりも中心部の温度が高くなる傾向があるため、熱応力は、端部では周方向に引張り応力がかかり、中心部では圧縮応力がかかっている。そして、ＲＦ入射窓には端部に周方向に引張り応力がかかっていること、破損が起こる場合、端部から中心に亀裂が走り、中心部に差し掛かると周方向に回り込む傾向があることから、破損時には、必ず端部に亀裂が生じた後、端部から中心部へ亀裂が成長して、破損に至ることを、本発明者等は知見した。
【００１５】
このことから、ＲＦ入射窓の破損を防止するには、まず、亀裂の発生を防止することが重要であり、以下のような方法が有効であると考えた。
（１）変形を防止する（実施例１、２、３）。
（２）予め圧縮応力をかける（実施例４）。
（３）引張り応力を緩和させる（実施例２、５）。
従って、上記方法を実現する本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態のいくつかを以下に示し、その詳細を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
本発明に係るプラズマ処理装置は、図１に示すように、円筒状の真空チャンバ１（容器）の内部が処理室２として構成されるものであり、真空チャンバ１の上部開口部には、セラミクス製の円板状のＲＦ入射窓３が、開口部を塞ぐように配設されている。又、真空チャンバ１の下部には支持台４が備えられ、半導体等の基板５が支持台４の上面に載置される。
【００１７】
ＲＦ入射窓３の上部には、例えば、複数の円形リングからなる高周波アンテナ７が配置されており、高周波アンテナ７には整合器８を介して高周波（ＲＦ）電源９が接続されている。又、真空チャンバ１には、処理室２内に所望のガスを導入するガスノズル１０ａ、１０ｂが設けられている。
【００１８】
なお、基板５を支持する支持台４は、昇降装置１１により、その位置が上下移動可能である。又、基板５を支持する支持台４には、電極部１２が設けられており、電極部１２には整合器１３を介して低周波（ＬＦ）電源１４が接続されている。低周波電源１４は、高周波電源９より低い周波数を電極部１２に印加し、基板５にバイアス電力を印加できるようになっている。
【００１９】
上記構成のプラズマ処理装置では、高周波アンテナ７に電力を供給することにより、ＲＦ入射窓３を介して電磁波が処理室２に入射され、入射された電磁波が、ガスノズル１０ａ、１０ｂを介して処理室２内に導入されたガスをイオン化して、プラズマを発生させている。そして、発生させたプラズマを用いて、所望のプラズマ処理、例えば、エッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を、基板５に施している。
【００２０】
上記構成のプラズマ処理装置においては、上述したように、ＲＦ入射窓３を介して、高周波アンテナ７からの電磁波が処理室２に入射され、入射された電磁波により処理室２内のガスのプラズマが生成されている。そのため、ＲＦ入射窓３では、高周波アンテナ７からの電磁波の吸収により熱が発生すると共に、電磁波により生成されたプラズマの熱によりＲＦ入射窓３が加熱されることとなる。このとき、ＲＦ入射窓３には、高周波アンテナ７からの電磁波の強度分布や生成されたプラズマ密度分布に相関するように、ＲＦ入射窓３の中心部の温度が高く、周辺部の温度が低くなるような入熱分布が生成され、ＲＦ入射窓３内に温度差が発生することになる。通常は、図示していない冷却ファン等により、大きな温度差が発生しないようにして、温度差による熱応力によりＲＦ入射窓３が破損されないようにしている。しかしながら、誤って又は故意に負荷の大きいプロセスを行う場合や操作ミス等があった場合には、依然として、ＲＦ入射窓３が破損されるおそれは大きいものであった。
【００２１】
そこで、本実施例では、図１に示すプラズマ処理装置おいて、図２に示すような構成を有するＲＦ入射窓３を用いることで、熱応力による亀裂の発生や破損を確実に防止するようにしている。なお、図２は、本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓の一例を示すものであり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例では、円板状のＲＦ入射窓３の外周に、例えば、ポリイミド・テープ等の耐熱テープ２１を、テンションをかけて数回巻き付けるようにしている。このような構成とすることより、耐熱テープ２１がＲＦ入射窓３の変形を防止する変形防止手段として機能することとなり、亀裂の発生を防止することができる。加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂が進展して、亀裂が広がるのを、耐熱テープ２１が防ぐことによって、ＲＦ入射窓３の破損による被害を最小にすることができる。
【００２３】
なお、耐熱テープ２１は、耐熱性があり、粘着性の無いものが望ましい。又、多少でも伸縮性がある耐熱テープ２１を用いることで、容易に施工を行うことができる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例は、本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓の他の一例であり、実施例１の図２に示した構成において、耐熱テープ２１に代えて、帯状ヒータ２２を用いるようにした構成である。
【００２５】
具体的には、熱応力による亀裂の発生や破損を確実に抑制するため、円板状のＲＦ入射窓３の外周に、帯状ヒータ２２を、テンションをかけて数回巻き付けると共に、帯状ヒータ２２を、例えば、１５０℃程度の所定温度に加熱するようにした構成である（図２（ａ）、（ｂ）の符号２２参照）。このような構成とすることより、帯状ヒータ２２がＲＦ入射窓３の変形を防止すると共に帯状ヒータ２２の加熱によりＲＦ入射窓３の周辺部での引張応力を低減する変形防止兼引張応力緩和手段として機能することになり、亀裂の発生を防止することができる。加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂が進展して、亀裂が広がるのを、帯状ヒータ２２が防ぐことによって、ＲＦ入射窓３の破損による被害を最小にすることができる。
【００２６】
このように、本実施例では、ＲＦ入射窓３の変形を防止するだけではなく、ＲＦ入射窓３の周辺部における引張応力も減少させるので、ＲＦ入射窓３における亀裂の発生確率、そして、破損確率を確実に低減することができる。
【実施例３】
【００２７】
図３は、本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓の他の一例を示すものであり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００２８】
図３に示すように、本実施例は、熱応力による亀裂の発生や破損を確実に抑制するため、例えば、アルミニウム等の延性のある金属製の円形状のリング３１（リング状部材）の内側に、円形状のＲＦ入射窓３を嵌合した構成である。このような構成とすることより、リング３１がＲＦ入射窓３の変形を防止する変形防止手段として機能することとなり、亀裂の発生を防止することができる。加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂が進展して、亀裂が広がるのを、リング３１が防ぐことによって、ＲＦ入射窓３の破損による被害を最小にすることができる。又、実施例１、２と比較すると、金属製のリング３１は、耐熱テープ２１等のように切断されるおそれはなく、より確実に亀裂の発生及び進展を防止することができる。
【００２９】
なお、ＲＦ入射窓３をリング３１の内側に嵌合する際には、リング３１を加熱して、膨張させ、膨張したリング３１の内側にＲＦ入射窓３を挿入するようにすればよい。又、リング３１は、耐熱性があり、応力に耐えうる材料であれば、金属に限定することはなく、例えば、ポリイミド等のエンジニアリング・プラスチックを用いてよい。
【実施例４】
【００３０】
図４は、本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓の他の一例を示すものであり、その上面からの構成を示す図である。
【００３１】
図４に示すように、本実施例は、熱応力による亀裂の発生や破損を確実に抑制するため、円形状のＲＦ入射窓３の外周に、熱伝導率が低く、耐熱性材料からなるパッド４１（押付部材）を、等間隔に複数配置し、パッド４１の円弧状の先端部をＲＦ入射窓３の外周部に当て、ＲＦ入射窓３の中心方向に向けて、均等に押し付けるようにしたものである。このような構成とすることより、パッド４１がＲＦ入射窓３に予め圧縮応力を付与する圧縮応力付与手段として機能することとなり、亀裂の発生を防止することができる。加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂が進展して、亀裂が広がるのを、パッド４１が防ぐことによって、ＲＦ入射窓３の破損による被害を最小にすることができる。なお、本実施例の場合、実施例１〜３と異なり、ＲＦ入射窓３に加工を施す必要はない。
【実施例５】
【００３２】
図５（ａ）は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す概略構成図である。本実施例のプラズマ処理装置は、図５（ａ）に示すように、高周波アンテナ５１の構成を除いて、実施例１の図１に示すプラズマ処理装置と同等のものである。従って、図１に示すプラズマ処理装置と重複する装置構成には同じ符号を付し、主に、相違のある装置構成に基づいて、本実施例の説明を行う。
【００３３】
前述したように、プラズマ処理装置におけるＲＦ入射窓３の入熱分布は、高周波アンテナからの電磁波の強度分布やこの電磁波により生成されたプラズマ密度分布に相関して、ＲＦ入射窓３の中心部の温度が高く、周辺部の温度が低くなるようなプロファイルであり、この温度プロファイルにより、ＲＦ入射窓３内に温度差が発生することになる（図５（ｂ）の温度プロファイルＴ１参照）。
【００３４】
逆に言えば、電磁波の強度分布やプラズマの密度分布を適切に制御して、ＲＦ入射窓３における周辺部の温度と中心部の温度との差を小さくするような温度プロファイルを形成するようにすればよい。処理室２内のガスのプラズマ密度分布は、基本的には、高周波アンテナ近傍が最も高くなることから、ＲＦ入射窓３の温度プロファイルは、高周波アンテナの配置位置によって制御可能である。
【００３５】
以上のことから、本実施例においては、ＲＦ入射窓３における周辺部の温度と中心部の温度との差を小さくするような温度プロファイルＴ２（図５（ｂ）参照）に制御するため、高周波アンテナ５１を、ＲＦ入射窓３の周辺部に、より近づけた配置位置、換言すれば、高周波アンテナ５１の直径をＲＦ入射窓３の外径に、より近づけた構成としている（図５（ａ）参照）。このような構成とすることより、ＲＦ入射窓３の周辺部を加熱して、中心部における温度との差を低減して、ＲＦ入射窓３の周辺部の引張応力を緩和する引張応力緩和手段として機能することになり、亀裂の発生を防止することができる。
【００３６】
又、本実施例での構成に加えて、ＲＦ入射窓３を実施例１、３、４に示すような構成とすることで、更に亀裂の発生が防止可能となり、加えて、もし、亀裂が発生しても、亀裂が進展して、亀裂が広がるのを防いで、ＲＦ入射窓３の破損による被害を最小にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、容器内に電磁波を入射する窓を有するプラズマ処理装置であれば、どのようなものでも適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓部分の構成図である。
【図３】本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓部分の他の一例を示す構成図である。
【図４】本発明に係るプラズマ処理装置に用いるＲＦ入射窓部分の他の一例を示す構成図である。
【図５】本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態の他の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    真空チャンバ
２    処理室
３    ＲＦ入射窓
４    支持台
５    基板
７    高周波アンテナ
８    整合器
９    高周波電源
１０ａ  ガスノズル
１０ｂ  ガスノズル
１１  昇降装置
１２  電極部
１３  整合器
１４  低周波電源
２１  耐熱テープ
２２  帯状ヒータ
３１  リング
４１  パッド
５１  高周波アンテナ
【図１】
2007173512.tif 000003
【図２】
2007173512.tif 000004
【図３】
2007173512.tif 000005
【図４】
2007173512.tif 000006
【図５】
2007173512.tif 000007