JP3839628B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係わり、特に、プロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して被処理物の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造用のシリコンウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理するための装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処理物のドライエッチング処理やアッシング処理等を施すプラズマ処理装置がある。
【0003】
このプラズマ処理装置にはいくつかの種類があり、一例としては、誘電体で形成された放電管の内部にプロセスガスを導入し、マイクロ波導波管を介して導かれたマイクロ波を放電管の内部のプロセスガスに照射し、放電管の内部にプラズマを発生させるものがある。
【0004】
このタイプのプラズマ処理装置においては、放電管の内部にプラズマを生成することにより、プロセスガスから活性種を生成し、この活性種を真空容器の内部に形成された処理室に導いて被処理物の表面に供給し、ドライエッチング処理やアッシング処理等の表面処理が施される。
【0005】
また、プラズマ処理装置の他の例としては、マイクロ波導波管を介してマイクロ波を真空容器まで導いて、真空容器に設けられた板状の誘電体より成るマイクロ波透過窓部材を介して真空容器の内部にマイクロ波を導入し、このマイクロ波を、真空容器の内部に導入されたプロセスガスに照射して、真空容器の内部にプラズマを発生させ、このプラズマを利用して被処理物の処理を行うタイプがある。
【0006】
このタイプのプラズマ処理装置は、さらに、真空容器の内部で生成したプラズマを被処理物の表面に接触させ、プラズマ中の活性種等により被処理物の表面を処理するものと、真空容器の内部をプラズマ発生領域と処理室とに分離して、プラズマからのダウンフローを被処理物の表面に導いて表面処理を行うものとがある。
【0007】
なお、前述の放電管又はマイクロ波透過窓部材を形成するための誘電体としては、石英、アルミナ、サファイア等を使用することができる。
【0008】
また、プロセスガスとしては、例えば被処理物表面の薄膜のエッチングを行う場合には、酸素ガス(O2)、或いは酸素ガスにCF4、NF3等のフッ素系ガスを添加したガスが使用される。
【0009】
上述した従来のプラズマ処理装置においては、放電管又はマイクロ波透過窓部材として使用される誘電体は通常、セラミックであり、一般にセラミックは、材料の機械的強さを示す要素のうちの硬さには優れているが、靱性については他の材料に比べると劣っている。そのため、誘電体の機械的強度と機械加工精度に制約があり、また、誘電体を使用する部分にはOリング等の部品が使用されている。
【0010】
したがって、放電管等の冷却や固定を目的として、放電管等を構成する誘電体の周囲を金属材料から成る金属部材によって覆う場合、誘電体と金属部材とを直接接触させようとすれば、誘電体と金属部材とが接触する部分の両者の表面を、高い機械加工精度によって加工する必要があると共に、誘電体にかかる応力を均一化させるための構造上の工夫が必要となる。このため、誘電体の破損の可能性を完全に排除しようとすれば、加工費が増大すると共に設計の困難性が増してしまう。
【0011】
これらの事情から、放電管等を構成する誘電体の周囲を金属材料から成る金属部材によって覆う場合には、誘電体と金属部材とが直接接触しないようにしなければならない。
【0012】
そこで従来は、誘電体と金属部材との間に間隙を設けると共に、誘電体の固定及び冷却等を目的として、柔軟性と耐熱性を兼ね備えた材料を前記の間隙に挿入して間隙を埋めるようにしていた。間隙を埋めるための材料としては、フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂を使用することができる。
【0013】
また、上述した従来のプラズマ処理装置においては、誘電体を冷却するための方法として、誘電体に対向して配置された金属部材を冷却して、この金属部材の冷却により間接的に誘電体を冷却するようにしている。
【0014】
ここで、金属部材を冷却するための媒体としては、空気や窒素ガス等の気体を用いたり、或いは、柔軟性があり比較的耐熱温度の高い熱伝導シート等の固体を用いることができる。
【0015】
また、上述した従来のプラズマ処理装置において、放電管又はマイクロ波透過窓部材の近傍に隙間が存在すると、放電管等の内部で発生したプラズマからの紫外線等の電磁波により、空気中の酸素が反応を起こしてオゾンが生成される。オゾンはその反応性が強いために、人体への影響が問題となると共に、装置に使用されている部品等を劣化させる可能性がある。さらに、オゾンは塩素ガスのガス検知器に反応するために、装置周辺に設置してあるガス検知器等がオゾンの存在により誤作動を起こす可能性がある。
【0016】
そこで、オゾン発生を防止するために従来は、放電管又はマイクロ波透過窓部材の近傍に窒素等の比較的安定なガスを流して、放電管等の周囲を安定ガスの雰囲気にしている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
放電管やマイクロ波透過窓部材を構成する誘電体は、プラズマに曝されることにより、活性化されたプロセスガスと反応してエッチングされたり、或いは誘電体に含まれている物質とプロセスガスとが反応したりする。このため、エッチング処理やアッシング処理等の表面処理に際して、放電管等のエッチングに伴ってプラズマ分布が変化して処理速度が変動してしまったり、或いは被処理物の表面に不純物が付着してしまう。このような誘電体のエッチングや不純物の発生は、誘電体を冷却することによってある程度軽減できる。
【0018】
しかしながら、冷却媒体として気体を使用した場合、冷却方式が間接冷却であるために冷却効率が悪く、十分な冷却性能が得られず、また、冷却効率を上げようとすると大量のガスを使用しなければならない。
【0019】
一方、熱伝導シート等の固体を冷却媒体として使用した場合、冷却媒体を金属等の硬い物質から成る剛性の部材で構成すると、十分な接触面積が取れず、冷却効果に偏りができる。このため、冷却媒体を固体で構成する場合には、ある程度の弾力性を備えた材料を使用する必要があり、例えばフッ素系樹脂やシリコーン系樹脂から成る熱伝導シートを使用する必要がある。
【0020】
しかしながら、これらの樹脂材料は、耐熱温度や融点が最高でも200℃程度であり、これに対して放電管等を構成する誘電体の表面の温度は300℃から400℃、或いはそれ以上になることがある。このため、樹脂材料から成る熱伝導シートが熱により劣化する恐れがあるばかりでなく、熱伝導シートの燃焼の可能性を完全に排除することが難しい。もっとも、熱伝導シートにより放電管等を冷却する場合には、放電管等に接触する面と反対側の面を冷却することにより、冷却中においては熱伝導シートの温度をさほど上昇させないようにすることができる。
【0021】
しかし、このような場合でも、熱伝導シートの劣化や放電管等の表面との熱融着の可能性を否定できず、熱伝導シートが劣化して表面が硬化すると冷却能力が低下する。また、熱伝導シートが放電管等に融着すると、熱伝導シートの再利用ができなくなり、さらに、放電管のように途中で回転や反転を行う場合は、熱伝導シートが変形すると、熱伝導シートの形状と回転の軸が対称ではなくなり、回転や反転の動きが制限されてしまう。また、熱伝導シートと放電管等との融着により、使用済の放電管等を廃棄する際に、分別回収が困難になってしまう。
【0022】
放電管等の冷却効率を高めるためには液体の冷却媒体を使用することが好ましく、このような液体の冷却媒体としてはフッ素系の液状誘電体を使用することができる。しかしながら、この液状誘電体は非常に高価であり、しかも、熱分解によって有毒なフッ素ガスが発生することがある。また、液体による直接冷却の場合、冷却対象物である誘電体の交換作業や、真空容器を大気開放して内部の洗浄等の作業を行う際に、内部に残留した液体を完全に除去しないとこれらの作業を実施できない。さらに、液体による直接冷却の場合、何らかの原因で誘電体が破損した際に、真空容器の内部に液体が流れ込む可能性がある。
【0023】
また、放電管又はマイクロ波透過部材の周囲に空間が存在する場合には、上述したように、オゾンの発生を防止すべく窒素等の比較的安定なガスを流して酸素の存在しない雰囲気としているが、このような安定ガス雰囲気を作るために相当の設備が必要となり、使用頻度に応じて十分な量の窒素等のガスを準備しなければならない。
【0024】
オゾンの発生を確実に防止するためには、誘電体から成る放電管等とその周囲の金属部材との間の空隙を何らかの充填材料で埋めるか、又は空隙部分を何らかの密閉部材で密閉することによって、放電管等の周囲に酸素の存在しない雰囲気を作るやり方も考えられる。しかし、この場合にも、上述した熱伝導シートの場合と同様に、充填材料又は密閉部材が放電管等を構成する誘電体と熱融着を起こしたり、熱により劣化したりするという問題が発生する。
【0025】
また、誘電体の周囲に金属部材を配置する場合には、靱性に劣る誘電体が金属部材との接触により破損することを防止するために、金属部材と誘電体との間に柔軟性のある充填材料を挿入する方法が考えられるが、この場合にも、上述した熱伝導シートの場合と同様に、充填材料が誘電体と熱融着を起こしたり、熱により劣化したりするという問題が発生する。
【0026】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、放電管又はマイクロ波透過窓部材にシート部材を接触させて十分な冷却効率を確保すると共に、放電管又はマイクロ波透過窓部材とシート部材との熱融着や紫外線等によるシート部材の劣化を防止することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、誘電体で形成された放電管の内部にプロセスガスを導入し、前記放電管の内部の前記プロセスガスにマイクロ波導波管を介してマイクロ波を照射してプラズマを発生させ、前記プラズマ中の活性種を被処理物の表面に供給して処理を行うようにしたプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導波管と前記放電管との接続部において前記放電管の周囲に配置された金属材料より成る金属部材と、前記放電管と前記金属部材との間に周設された可撓性のシート部材と、を備え、前記シート部材は、前記放電管に面する内周側及び前記金属部材に面する外周側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層と、前記一対の耐熱層の間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層と、を含むことを特徴とする。
【0028】
上記課題を解決するために本発明は、金属材料より成るマイクロ波導波管を介して導かれたマイクロ波を、誘電体で形成されたマイクロ波透過窓部材を介して真空容器内に導入し、前記真空容器内に導入されたプロセスガスに前記マイクロ波を照射してプラズマを発生させ、前記プラズマによって被処理物の表面を処理するようにしたプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導波管と前記マイクロ波透過窓部材との間に配置された可撓性のシート部材を有し、前記シート部材は、前記マイクロ波透過窓部材に面する側及び前記マイクロ波導波管に面する側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層と、前記一対の耐熱層の間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層と、を含むことを特徴とする。
【0029】
また、好ましくは、前記熱伝導層は、シリコーン材料により形成されたシリコーンシートより成る。
【0030】
また、好ましくは、前記一対の耐熱層のうちの少なくとも一方は、金属材料により形成された金属シートより成る。
【0031】
また、好ましくは、前記金属シートは、アルミニウムにより形成されたアルミ箔である。
【0032】
また、好ましくは、前記一対の耐熱層のうちの少なくとも一方は、ポリイミド材料により形成されたシートより成る。
【0033】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
以下、本発明の第1実施形態によるプラズマ処理装置について図面を参照して説明する。
【0034】
図1に示したように本実施形態によるプラズマ処理装置は、内部を真空排気できる真空容器1を備えており、この真空容器1の内部には処理室2が形成され、この処理室2の内部には被処理物3を載置するための載置台4が設けられている。ここで、被処理物3は、半導体製造用のシリコンウエハ、液晶表示用のガラス基板等である。
【0035】
真空容器1にはガス導入管5を介して誘電体材料より成る放電管6が接続されており、放電管6はプロセスガス(反応性ガス)を導入するためのガス導入口7を備え、放電管6の内部には放電室9が形成されている。放電管6には、マイクロ波を放電管6の内部に供給するためのマイクロ波導波管10が接続されている。ここで、放電管6を形成する誘電体としては、石英、アルミナ、サファイア等を使用することができる。
【0036】
図2に示したように、マイクロ波導波管10の放電管6に面する面には、マイクロ波導波管10の内部から放電管6に向けてマイクロ波(M.W.)を放射するためのスリット11が形成されている。さらに、マイクロ波導波管10と放電管6との接続部には、金属材料より成る金属部材14が放電管6を包囲するようにして配置されている。
【0037】
さらに、図3に示したように、放電管6と金属部材14との間には、可撓性を有するシート部材12が介装されて放電管6の表面に密着されており、このシート部材12によって、放電管6と金属部材14との間の空隙が充填されている。
【0038】
シート部材12は、放電管6に面する内周側及び金属部材14に面する外周側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層12a、12cと、一対の耐熱層12a、12cの間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層12bと、から構成されている。
【0039】
熱伝導層12bは、熱伝導率が高く且つ柔軟性に富んだシリコーン材料により形成されたシリコーンシートによって構成されている。ここで、シリコーンシートは、窒化ホウ素等の添加物を含まない単純なシリコーン材料で形成されており、安価であり且つ十分な冷却能力を備えている。また、一対の耐熱層12a、12cは、金属材料により形成された金属シート(金属箔)によって構成されており、好ましくは、アルミニウムにより形成されたアルミ箔によって構成されている。
【0040】
また、アルミ箔に粘着層が塗布されたアルミテープを用いることもでき、アルミテープを用いることによりアルミ箔とシリコーンシートとが接着されて一体化されるので、シート部材12の取り付け及び取り外し作業が容易になる。
【0041】
また、一対の耐熱層12a、12cのうちの少なくとも一方を、金属シートに代えて、ポリイミド材料により形成されたシートによって構成することもできる。ここで、ポリイミドシートを用いることの利点としては、ポリイミドは誘電体であり誘電損失が小さいので、放電に対する電気的な悪影響を与えないことがあげられる。
【0042】
また、金属シートやポリイミドシートで構成された一対の耐熱層12a、12cを袋状に形成し、その内部にシリコーンシートから成る熱伝導層12bを収納することもできる。
【0043】
また、金属部材14には、水冷による冷却機構13が設けられており、放電管6の冷却効率の向上とオゾン生成の防止を図っている。
【0044】
上記構成よりなる本実施形態においては、ガス導入口7から放電管6内に供給されたプロセスガスにマイクロ波が照射されて、放電管6の内部でプロセスガスがプラズマ化され、プロセスガス中に活性種が生成される。この活性種がガス導入管5を経由して処理室2内の被処理物3の表面に供給され、エッチング処理やアッシング処理等の表面処理が施される。
【0045】
そして、本実施形態によれば、金属部材14と放電管6との間に可撓性のシート部材12を充填したので、金属部材14と放電管6とを直接接触させることなく互いに固定することができると共に、放電管6中のプラズマからの紫外線、マイクロ波等の電磁波を遮断してオゾンの生成を防止することができる。金属部材14を介して放電管6を固定することによって、放電管6を立てた状態で使用することが可能となり、装置構成上の自由度が増すと共に設置スペースの低減を図ることができる。
【0046】
また、シート部材12は、十分な熱伝導性を備えた熱伝導層12b及び耐熱層12a、12cにより多層構造にて構成され、且つその可撓性を利用して放電管6の表面に密着させたので、金属部材14と放電管6との間の十分な熱伝達を確保して放電管6の冷却効率を高めることが可能である。
【0047】
さらに、シリコーンシートより成る熱伝導層12bをその両面から、金属シート又はポリイミドより成る一対の耐熱層12a、12cによって挟むようにしたので、放電管6に面する耐熱層12aによって熱伝導層12bと放電管6との熱融着を防止できると共に、一対の耐熱層12a、12cによって、プラズマからの紫外線やオゾン等による熱伝導層12bの劣化を確実に防止することができる。
【0048】
第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態によるプラズマ処理装置について図面を参照して説明する。
【0049】
図4は本実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示した模式図であり、この装置は内部を真空排気できる真空容器20を備えており、この真空容器20の内部には処理室21が形成されている。処理室21には、例えば表面にレジストが塗布された被処理物23を載置するための載置台22が設けられている。
【0050】
真空容器20の上部にはマイクロ波導波管24の出口端24aが接続されており、この出口端24aには、マイクロ波導波管24の内部から処理室21に向けてマイクロ波を放射するためのスリット27が、マイクロ波導波管24の管軸方向に沿って細長状に形成されている。マイクロ波導波管24の出口端24aと処理室21との間には、板状の誘電体より成るマイクロ波透過窓部材25が設けられている。ここで、マイクロ波透過窓部材25を形成するための誘電体としては、石英、アルミナ、サファイア等を使用することができる。
【0051】
マイクロ波導波管24の入口端(図示せず)には、マイクロ波(M.W.)を生成するためのマイクロ波発信器(図示せず)が接続されている。
【0052】
マイクロ波導波管24の出口端24aとマイクロ波透過窓部材25との間には、可撓性を有するシート部材26が介装されてマイクロ波透過窓部材25の表面に密着されており、このシート部材26によって、マイクロ波透過窓部材25とマイクロ波導波管24の出口端24aとの間の空隙が充填されている。
【0053】
シート部材26は、マイクロ波透過窓部材25に面する側及びマイクロ波導波管24の出口端24aに面する側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層26a、26cと、一対の耐熱層26a、26cの間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層26bと、から構成されている。
【0054】
熱伝導層26bは、熱伝導率が高く且つ柔軟性に富んだシリコーン材料により形成されたシリコーンシートによって構成されている。ここで、シリコーンシートは、窒化ホウ素等の添加物を含まない単純なシリコーン材料で形成されており、安価であり且つ十分な冷却能力を備えている。また、一対の耐熱層26a、26cは、金属材料により形成された金属シート(金属箔)によって構成されており、好ましくは、アルミニウムにより形成されたアルミ箔によって構成されている。
【0055】
また、アルミ箔に粘着層が塗布されたアルミテープを用いることもでき、アルミテープを用いることによりアルミ箔とシリコーンシートとが接着されて一体化されるので、シート部材26の取り付け及び取り外し作業が容易になる。
【0056】
また、一対の耐熱層26a、26cのうちの少なくとも一方を、金属シートに代えて、ポリイミド材料により形成されたシートによって構成することもできる。ここで、ポリイミドシートを用いることの利点としては、ポリイミドは誘電体であり誘電損失が小さいので、放電に対する電気的な悪影響を与えないことがあげられる。
【0057】
また、金属シートやポリイミドシートで構成された一対の耐熱層26a、26cを袋状に形成し、その内部にシリコーンシートから成る熱伝導層26bを収納することもできる。
【0058】
上記構成よりなる本実施形態においては、マイクロ波透過窓部材25を介して処理室21内に放射されたマイクロ波が、処理室21内に供給されたプロセスガスに照射され、プロセスガスがプラズマ化される。プラズマ化されたプロセスガスが被処理物3の表面と反応し、エッチング処理やアッシング処理等の表面処理が施される。
【0059】
そして、本実施形態によれば、マイクロ波導波管24の出口端24aとマイクロ波透過窓部材25との間に可撓性のシート部材26を充填したので、マイクロ波導波管24の出口端24aとマイクロ波透過窓部材25とを直接接触させることなく互いに固定することができると共に、プラズマからの紫外線、マイクロ波等の電磁波を遮断してオゾンの生成を防止することができる。
【0060】
また、シート部材26は、十分な熱伝導性を備えた熱伝導層26b及び耐熱層26a、26cにより多層構造にて構成され、且つその可撓性を利用してマイクロ波透過窓部材25の表面に密着させたので、マイクロ波導波管24の出口端24aとマイクロ波透過窓部材25との間の十分な熱伝達を確保してマイクロ波透過窓部材25の冷却効率を高めることが可能である。
【0061】
さらに、シリコーンシートより成る熱伝導層26bをその両面から、金属シート又はポリイミドより成る一対の耐熱層26a、26cによって挟むようにしたので、マイクロ波透過窓部材25に面する耐熱層26aによって熱伝導層26bとマイクロ波透過窓部材25との熱融着を防止できると共に、一対の耐熱層26a、26cによって、プラズマからの紫外線やオゾン等による熱伝導層26bの劣化を確実に防止することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、一対の耐熱層とこれらに挟まれた熱伝導層とを含む可撓性のシート部材を、放電管と金属部材との間に設けたので、放電管の冷却効率を高めることができると共にシート部材と放電管との熱融着を防止でき、さらに、プラズマからの紫外線やオゾン等による熱伝導層の劣化を確実に防止することができる。
【0063】
また、本発明によれば、一対の耐熱層とこれらに挟まれた熱伝導層とを含む可撓性のシート部材を、マイクロ波導波管とマイクロ波透過窓部材との間に設けたので、マイクロ波透過窓部材の冷却効率を高めることができると共にシート部材とマイクロ波透過窓部材との熱融着を防止でき、さらに、プラズマからの紫外線やオゾン等による熱伝導層の劣化を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成図。
【図2】図1に示したプラズマ処理装置におけるマイクロ波導波管と放電管との接続部を示した斜視図。
【図3】図1に示したプラズマ処理装置におけるマイクロ波導波管と放電管との接続部を示した縦断面図。
【図4】本発明の第2実施形態によるプラズマ処理装置の概略構成を示した縦断面図。
【符号の説明】
1、20 真空容器
2、21 処理室
3、23 被処理物
4、22 載置台
6 放電管
9 放電室
10、24 マイクロ波導波管
11、27 スリット
12、26 シート部材
12a、12c、26a、26c 耐熱層
12b、26b 熱伝導層
14 金属部材
25 マイクロ波透過窓部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma generated by irradiating a process gas with microwaves.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for processing an object to be processed such as a silicon wafer for manufacturing a semiconductor or a glass substrate for a liquid crystal display, there is a plasma processing apparatus for performing a dry etching process or an ashing process on the object to be processed using microwave plasma.
[0003]
There are several types of plasma processing apparatuses. For example, a process gas is introduced into a discharge tube formed of a dielectric material, and a microwave guided through a microwave waveguide is converted into the discharge tube. Some irradiate an internal process gas to generate plasma inside the discharge tube.
[0004]
In this type of plasma processing apparatus, by generating plasma inside the discharge tube, active species are generated from the process gas, and the active species are led to a processing chamber formed inside the vacuum vessel to be processed. Then, the surface is subjected to surface treatment such as dry etching or ashing.
[0005]
As another example of the plasma processing apparatus, a microwave is guided to a vacuum container through a microwave waveguide, and a vacuum is transmitted through a microwave transmission window member made of a plate-like dielectric provided in the vacuum container. A microwave is introduced into the interior of the container, and this microwave is irradiated to the process gas introduced into the interior of the vacuum container to generate plasma inside the vacuum container. There is a type that performs processing.
[0006]
This type of plasma processing apparatus is further configured to bring the plasma generated inside the vacuum container into contact with the surface of the object to be processed, and to treat the surface of the object to be processed with active species in the plasma, and the inside of the vacuum container. Is separated into a plasma generation region and a processing chamber, and the surface treatment is performed by guiding the downflow from the plasma to the surface of the object to be processed.
[0007]
In addition, quartz, alumina, sapphire, etc. can be used as a dielectric material for forming the aforementioned discharge tube or microwave transmission window member.
[0008]
As the process gas, for example, when etching a thin film on the surface of the object to be processed, oxygen gas (O 2 ) or a gas obtained by adding a fluorine-based gas such as CF 4 or NF 3 to the oxygen gas is used. The
[0009]
In the above-described conventional plasma processing apparatus, the dielectric used as the discharge tube or the microwave transmission window member is usually a ceramic, and generally the ceramic has a hardness of an element indicating the mechanical strength of the material. Is superior, but the toughness is inferior to other materials. Therefore, there are restrictions on the mechanical strength and machining accuracy of the dielectric, and parts such as an O-ring are used in the portion where the dielectric is used.
[0010]
Therefore, when the periphery of the dielectric constituting the discharge tube or the like is covered with a metal member made of a metal material for the purpose of cooling or fixing the discharge tube or the like, if the dielectric and the metal member are directly brought into contact, the dielectric It is necessary to process both surfaces of the portion where the body and the metal member are in contact with each other with high machining accuracy, and it is necessary to devise a structure for making the stress applied to the dielectric uniform. For this reason, if it is attempted to completely eliminate the possibility of damage to the dielectric, the processing cost increases and the design difficulty increases.
[0011]
For these reasons, when the periphery of the dielectric constituting the discharge tube or the like is covered with a metal member made of a metal material, the dielectric and the metal member must not be in direct contact with each other.
[0012]
Therefore, conventionally, a gap is provided between the dielectric and the metal member, and a material having flexibility and heat resistance is inserted into the gap to fill the gap for the purpose of fixing and cooling the dielectric. I was doing. As a material for filling the gap, a fluorine-based resin or a silicone-based resin can be used.
[0013]
In the above-described conventional plasma processing apparatus, as a method for cooling the dielectric, the metal member disposed opposite to the dielectric is cooled, and the dielectric is indirectly cooled by cooling the metal member. I try to cool it down.
[0014]
Here, as a medium for cooling the metal member, a gas such as air or nitrogen gas can be used, or a solid such as a heat conductive sheet having flexibility and a relatively high heat resistance temperature can be used.
[0015]
Further, in the conventional plasma processing apparatus described above, when a gap exists in the vicinity of the discharge tube or the microwave transmission window member, oxygen in the air reacts with electromagnetic waves such as ultraviolet rays from the plasma generated inside the discharge tube. Ozone is generated. Since ozone has a strong reactivity, there is a problem of influence on the human body, and there is a possibility of deteriorating parts used in the apparatus. Furthermore, since ozone reacts with a chlorine gas detector, a gas detector installed around the apparatus may malfunction due to the presence of ozone.
[0016]
Therefore, conventionally, in order to prevent the generation of ozone, a relatively stable gas such as nitrogen is caused to flow in the vicinity of the discharge tube or the microwave transmission window member, and the periphery of the discharge tube or the like is made an atmosphere of a stable gas.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The dielectric constituting the discharge tube and the microwave transmission window member is exposed to plasma to be etched by reacting with the activated process gas, or the substance contained in the dielectric and the process gas. Reacts. For this reason, at the time of surface treatment such as etching or ashing, the plasma distribution changes with the etching of the discharge tube or the like, and the treatment speed fluctuates, or impurities adhere to the surface of the object to be treated. . Such dielectric etching and generation of impurities can be reduced to some extent by cooling the dielectric.
[0018]
However, when a gas is used as the cooling medium, the cooling method is indirect cooling, so the cooling efficiency is poor, sufficient cooling performance cannot be obtained, and a large amount of gas must be used to increase the cooling efficiency. I must.
[0019]
On the other hand, when a solid such as a heat conductive sheet is used as a cooling medium, if the cooling medium is composed of a rigid member made of a hard substance such as a metal, a sufficient contact area cannot be obtained, and the cooling effect can be biased. For this reason, when the cooling medium is composed of a solid, it is necessary to use a material having a certain degree of elasticity, and for example, it is necessary to use a heat conductive sheet made of a fluorine resin or a silicone resin.
[0020]
However, these resin materials have a heat-resistant temperature and a melting point of about 200 ° C. at the maximum, and on the other hand, the temperature of the surface of the dielectric constituting the discharge tube etc. is 300 ° C. to 400 ° C. or higher. There is. For this reason, there is a possibility that the heat conductive sheet made of a resin material may deteriorate due to heat, and it is difficult to completely eliminate the possibility of combustion of the heat conductive sheet. However, when the discharge tube or the like is cooled by the heat conductive sheet, the surface opposite to the surface that contacts the discharge tube or the like is cooled so that the temperature of the heat conductive sheet is not increased so much during the cooling. be able to.
[0021]
However, even in such a case, it is impossible to deny the possibility of deterioration of the heat conductive sheet or heat fusion with the surface of the discharge tube or the like, and the cooling capacity is lowered when the heat conductive sheet is deteriorated and the surface is cured. In addition, if the heat conductive sheet is fused to the discharge tube or the like, the heat conductive sheet cannot be reused. Further, if the heat conductive sheet is deformed or rotated in the middle like the discharge tube, the heat conductive sheet is deformed. The shape of the sheet and the axis of rotation are no longer symmetrical, and rotation and reversal movements are limited. Further, due to the fusion of the heat conductive sheet and the discharge tube or the like, when the used discharge tube or the like is discarded, it becomes difficult to separate and collect.
[0022]
In order to increase the cooling efficiency of the discharge tube or the like, it is preferable to use a liquid cooling medium. As such a liquid cooling medium, a fluorine-based liquid dielectric can be used. However, this liquid dielectric is very expensive, and toxic fluorine gas may be generated by thermal decomposition. In addition, in the case of direct cooling with liquid, it is necessary to completely remove the liquid remaining inside when replacing the dielectric that is the object to be cooled, or performing operations such as cleaning the interior by opening the vacuum vessel to the atmosphere. These operations cannot be performed. Further, in the case of direct cooling with a liquid, there is a possibility that the liquid flows into the vacuum container when the dielectric is damaged for some reason.
[0023]
In addition, when there is a space around the discharge tube or the microwave transmitting member, as described above, a relatively stable gas such as nitrogen is flowed to prevent the generation of ozone, so that the atmosphere is free of oxygen. However, considerable equipment is required to create such a stable gas atmosphere, and a sufficient amount of gas such as nitrogen must be prepared according to the frequency of use.
[0024]
In order to prevent the generation of ozone with certainty, the gap between the dielectric discharge tube and the surrounding metal member is filled with some filling material, or the gap is sealed with some sealing member. It is also conceivable to create an oxygen-free atmosphere around the discharge tube or the like. However, in this case as well, as in the case of the above-described heat conductive sheet, there is a problem that the filling material or the sealing member causes heat fusion with the dielectric constituting the discharge tube or the like, or deteriorates due to heat. To do.
[0025]
In addition, when a metal member is arranged around the dielectric, there is flexibility between the metal member and the dielectric in order to prevent the dielectric having poor toughness from being damaged by contact with the metal member. Although a method of inserting a filling material can be considered, in this case as well, as in the case of the above-described heat conductive sheet, there is a problem that the filling material causes thermal fusion with the dielectric or deteriorates due to heat. To do.
[0026]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and the object of the present invention is to ensure sufficient cooling efficiency by bringing a sheet member into contact with a discharge tube or a microwave transmission window member, and An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of preventing deterioration of a sheet member due to heat fusion between a tube or a microwave transmission window member and a sheet member, ultraviolet rays, or the like.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention introduces a process gas into a discharge tube formed of a dielectric, and irradiates the process gas inside the discharge tube with a microwave through a microwave waveguide. In the plasma processing apparatus for generating plasma and supplying the active species in the plasma to the surface of the object to be processed, the discharge tube is connected at the connection between the microwave waveguide and the discharge tube. A metal member made of a metal material disposed around the flexible tube member, and a flexible sheet member provided around the discharge tube and the metal member, the sheet member facing the discharge tube A pair of heat-resistant layers made of a heat-resistant material arranged on the inner circumference side and the outer circumference side facing the metal member, and a heat conductive layer made of a heat-conductive material arranged between the pair of heat-resistant layers, It is characterized by including.
[0028]
In order to solve the above problems, the present invention introduces a microwave guided through a microwave waveguide made of a metal material into a vacuum vessel through a microwave transmission window member formed of a dielectric, In the plasma processing apparatus in which a plasma is generated by irradiating the process gas introduced into the vacuum container with the microwave, and the surface of an object to be processed is processed by the plasma, the microwave waveguide and the microwave A flexible sheet member disposed between the wave transmission window member and the sheet member disposed on a side facing the microwave transmission window member and a side facing the microwave waveguide; It includes a pair of heat resistant layers made of a heat resistant material and a heat conductive layer made of a heat conductive material disposed between the pair of heat resistant layers.
[0029]
Preferably, the heat conductive layer is made of a silicone sheet formed of a silicone material.
[0030]
Preferably, at least one of the pair of heat-resistant layers is made of a metal sheet formed of a metal material.
[0031]
Preferably, the metal sheet is an aluminum foil formed of aluminum.
[0032]
Preferably, at least one of the pair of heat resistant layers is made of a sheet made of a polyimide material.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment Hereinafter, a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus according to the present embodiment includes a vacuum vessel 1 that can be evacuated, and a
[0035]
A
[0036]
As shown in FIG. 2, microwaves (MW) are emitted from the inside of the
[0037]
Further, as shown in FIG. 3, a
[0038]
The
[0039]
The heat
[0040]
In addition, an aluminum tape in which an adhesive layer is applied to an aluminum foil can be used, and by using the aluminum tape, the aluminum foil and the silicone sheet are bonded and integrated, so that the attachment and removal work of the
[0041]
In addition, at least one of the pair of heat-
[0042]
Further, a pair of heat-
[0043]
Further, the
[0044]
In the present embodiment having the above-described configuration, the process gas supplied from the
[0045]
According to this embodiment, since the
[0046]
In addition, the
[0047]
Further, since the heat
[0048]
Second Embodiment Next, a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0049]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. This apparatus includes a
[0050]
An outlet end 24 a of the
[0051]
A microwave transmitter (not shown) for generating a microwave (MW) is connected to an inlet end (not shown) of the
[0052]
A
[0053]
The
[0054]
The heat
[0055]
Also, an aluminum tape in which an adhesive layer is applied to an aluminum foil can be used. By using the aluminum tape, the aluminum foil and the silicone sheet are bonded and integrated, so that the attachment and removal work of the
[0056]
In addition, at least one of the pair of heat-
[0057]
Further, a pair of heat-
[0058]
In the present embodiment configured as described above, the microwave radiated into the
[0059]
And according to this embodiment, since the flexible sheet |
[0060]
Further, the
[0061]
Further, since the heat
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the flexible sheet member including the pair of heat-resistant layers and the heat conductive layer sandwiched between them is provided between the discharge tube and the metal member. The cooling efficiency of the sheet can be increased, the thermal fusion between the sheet member and the discharge tube can be prevented, and the deterioration of the heat conduction layer due to ultraviolet rays, ozone, etc. from the plasma can be reliably prevented.
[0063]
Further, according to the present invention, since the flexible sheet member including the pair of heat-resistant layers and the heat conductive layer sandwiched between them is provided between the microwave waveguide and the microwave transmission window member, The cooling efficiency of the microwave transmission window member can be increased, the thermal fusion between the sheet member and the microwave transmission window member can be prevented, and the deterioration of the heat conduction layer due to ultraviolet rays, ozone, etc. from the plasma can be reliably prevented. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a connection portion between a microwave waveguide and a discharge tube in the plasma processing apparatus shown in FIG.
3 is a longitudinal sectional view showing a connection portion between a microwave waveguide and a discharge tube in the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記マイクロ波導波管と前記放電管との接続部において前記放電管の周囲に配置された金属材料より成る金属部材と、
前記放電管と前記金属部材との間に周設された可撓性のシート部材と、を備え、
前記シート部材は、前記放電管に面する内周側及び前記金属部材に面する外周側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層と、前記一対の耐熱層の間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。A process gas is introduced into the inside of the discharge tube formed of a dielectric material, and plasma is generated by irradiating the process gas inside the discharge tube with a microwave through a microwave waveguide. In the plasma processing apparatus in which the seed is supplied to the surface of the object to be processed,
A metal member made of a metal material disposed around the discharge tube at a connection portion between the microwave waveguide and the discharge tube;
A flexible sheet member provided between the discharge tube and the metal member,
The sheet member includes a pair of heat-resistant layers made of a heat-resistant material disposed on an inner peripheral side facing the discharge tube and an outer peripheral side facing the metal member, and heat disposed between the pair of heat-resistant layers. And a heat conductive layer made of a conductive material.
前記マイクロ波導波管と前記マイクロ波透過窓部材との間に配置された可撓性のシート部材を有し、前記シート部材は、前記マイクロ波透過窓部材に面する側及び前記マイクロ波導波管に面する側に配置された耐熱性材料より成る一対の耐熱層と、前記一対の耐熱層の間に配置された熱伝導性材料より成る熱伝導層と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。A microwave guided through a microwave waveguide made of a metal material is introduced into a vacuum vessel through a microwave transmission window member formed of a dielectric, and the process gas introduced into the vacuum vessel is introduced into the vacuum vessel. In the plasma processing apparatus that generates plasma by irradiating the microwave and processes the surface of the object to be processed by the plasma,
A flexible sheet member disposed between the microwave waveguide and the microwave transmission window member, the sheet member facing the microwave transmission window member and the microwave waveguide; A plasma treatment comprising: a pair of heat-resistant layers made of a heat-resistant material arranged on the side facing the substrate; and a heat conductive layer made of a heat-conductive material arranged between the pair of heat-resistant layers apparatus.
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