CN113841218A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子体处理装置，使用等离子体对配置于处理室中的被处理物进行真空处理，所述等离子体处理装置包括：容器主体，在形成所述处理室的壁具有开口；金属板，以堵塞所述开口的方式设置，并形成有在厚度方向上贯通的狭缝；电介质板，与所述金属板接触而受到支撑，并自所述处理室的外部侧堵塞所述狭缝；以及天线，以与所述金属板相向的方式设置于所述处理室的外部，并与高频电源连接而产生高频磁场，所述等离子体处理装置满足h‑D/2＞0.7(h为所述天线的中心轴与所述金属板中的所述天线侧的表面之间的距离(mm)，D为所述天线的直径(mm))。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及一种使用等离子体对被处理物进行处理的等离子体处理装置。
背景技术
以往提出了一种等离子体处理装置，其通过在天线中流动高频电流而产生的感应电场来产生感应耦合型的等离子体(简称ICP(inductively coupled plasma))，并使用所述感应耦合型的等离子体对基板等被处理物实施处理。作为此种等离子体处理装置，在专利文献1中公开了如下装置：将天线配置于真空容器的外部，并经由以堵塞真空容器的侧壁的开口的方式设置的电介质窗，使自天线产生的高频磁场透过至真空容器内，由此在处理室内产生等离子体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2017-004665号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在所述等离子体处理装置中，由于将电介质窗用作真空容器的侧壁的一部分，因此电介质窗必须具有充分的强度，以便在对真空容器内进行真空排气时可耐受容器内外的差压。特别是构成电介质窗的电介质材料为韧性低的陶瓷或玻璃，因此为了具备可耐受所述差压的充分的强度，需要充分增大电介质窗的厚度。因此，自天线至真空容器内的处理室的距离变远，故存在处理室中的感应电场的强度变弱、等离子体生成的效率降低的问题。
本发明是鉴于此种问题而成，其主要课题在于提供一种等离子体处理装置，所述等离子体处理装置于在处理室的外部配置天线的装置中，可效率良好地向处理室供给自天线产生的高频磁场。
解决问题的技术手段
即，本发明的等离子体处理装置是使用等离子体对配置于处理室中的被处理物进行真空处理的装置，其包括：容器主体，在形成所述处理室的壁具有开口；金属板，以堵塞所述开口的方式设置，并形成有在厚度方向上贯通的狭缝；电介质板，与所述金属板接触而受到支撑，并自所述处理室的外部侧堵塞所述狭缝；以及天线，以与所述金属板相向的方式设置于所述处理室的外部，并与高频电源连接而产生高频磁场，所述等离子体处理装置满足下述(1)式。
h-D/2＞0.7 (1)
此处，h为所述天线的中心轴与所述金属板中的所述天线侧的表面之间的距离(mm)，D为所述天线的直径(mm)。
即，本发明的等离子体处理装置通过形成于金属板的狭缝、及其上所配置的电介质板形成了磁场透过窗，所述磁场透过窗使自天线产生的高频磁场透过至处理室侧。若为此种结构，则形成磁场透过窗的构件的一部分是由韧性比陶瓷等电介质材料大的金属材料构成，因此与仅由电介质材料构成磁场透过窗的情况相比，可减小磁场透过窗的厚度。另外，由于电介质板与金属板接触而受到支撑，因此可减轻真空处理时的电介质板的变形，减少电介质板内产生的弯曲应力。因此，可减小电介质板自身的厚度。由此，可缩短天线至处理室的距离，从而可效率良好地向处理室内供给自天线产生的高频磁场。
另外，若电介质板的厚度过小，则有无法耐受真空处理时的差压而破裂之虞，但由于如上所述那样使金属板的表面与天线的表面之间的距离大于0.7mm，故可将设置于天线与金属板之间的电介质板的厚度设计为可耐受真空处理时的差压的程度的厚度。
进而，由于以堵塞容器主体的开口的方式设置金属板，因此可使包围作为等离子体生成空间的处理室的构件全部电性接地。由此，可降低天线的电压对等离子体带来的影响，从而可降低电子温度并降低离子能量。
若天线的表面与金属板的表面之间的距离过长，则难以效率良好地向处理室供给自天线产生的高频磁场。因此，所述等离子体处理装置优选为更满足下述式(2)。
15≧h-D/2 (2)
自所述厚度方向观察，所述狭缝优选为以位于所述天线与所述处理室之间的方式形成。若为此种装置，则可效率更良好地向处理室内供给自天线产生的高频磁场。
优选为所述天线呈直线状，且多个所述狭缝彼此平行地形成。若为此种装置，则可更均匀地向处理室内供给高频磁场，因此，可使处理室中生成的等离子体密度更均匀。
优选为在所述金属板的内部形成有冷却用流体能够流通的流路。
若为此种装置，则可将由金属板中流动的感应电流产生的电阻热传递至冷却用流体中而逸散。由此，可抑制使用过程中的金属板的温度上升，抑制自金属板对被处理物的辐射热所引起的温度上升，从而可更稳定地对被处理物进行等离子体处理。
作为所述金属板的形态，可列举所述流路以至少通过彼此相邻的狭缝之间的方式形成的形态。
在自厚度方向观察时在天线与处理室之间形成有狭缝的情况下，在金属板中相邻的狭缝间(特别是天线的正下方)流动比较大的感应电流，在所述部分产生的热量最大。因此，通过以通过彼此相邻的狭缝之间的方式形成流路，可效率良好地将金属板冷却，并效率良好地抑制温度上升。
优选为所述等离子体处理装置包括：窗构件，以堵塞所述开口的方式安装于所述容器主体，并形成使自所述天线产生的高频磁场透过至所述处理室内的磁场透过窗，所述窗构件具有所述金属板、所述电介质板、以及保持所述金属板及所述电介质板的保持框。
若为此种装置，则形成磁场透过窗的窗构件与容器主体为不同的构件，因此，即便在因气体所导致的腐蚀或热所导致的劣化等而金属板消耗或污染的情况下，也可容易地与窗构件一同拆下以进行金属板的更换及清洗。
若自所述金属板的厚度方向观察时狭缝与天线所成的角度变小(即，若接近平行)，则金属板中流动的感应电流会变大以抵消自天线产生的高频磁场，从而有向处理室供给的高频磁场的强度降低之虞。
因此，自所述金属板的厚度方向观察，所述狭缝与所述天线所成的角度优选为30°以上、90°以下。若如此，则以自厚度方向观察时与天线交叉的方式形成狭缝，因此，沿着天线的轴向在金属板中流动的感应电流被狭缝切为多段。由此，可减小在金属板中流动的感应电流，从而可提高向处理室供给的高频磁场的强度。所述狭缝与所述天线所成的角度越大(即，越接近垂直)越优选。所述角度更优选为45°以上、90°以下，进而更优选为约90°。
若狭缝的宽度尺寸相对于金属板的板厚而言过大，则在天线与金属板之间产生的电场容易通过狭缝进入处理室内，有对所生成的等离子体带来影响之虞。
因此，所述狭缝的宽度尺寸优选为所述金属板的板厚以下，更优选为1/2以下。由此，可抑制电场进入处理室内，减少对所生成的等离子体带来的影响。再者，本说明书中所谓“狭缝的宽度尺寸”是指自厚度方向观察时与天线重叠的部位的、沿着天线的方向上的狭缝的长度。
彼此相邻的狭缝间的所述金属板的宽度尺寸优选为15mm以下，更优选为5mm以下。
若如此，则可进一步减小金属板中流动的感应电流，可进一步提高向处理室供给的高频磁场的强度。
为了更有效地抑制真空处理时的电介质窗的破损，所述等离子体处理装置优选为：所述电介质板(i)层叠有包含无机材料的无机层与包含有机材料的有机层；或(ii)包含在无机纤维中含浸有有机材料的纤维强化材料。
若如此，则是将磁场透过性优异的玻璃或陶瓷等无机材料、与柔软性比所述无机材料优异的有机材料组合而构成了电介质板，因此，可在减小电介质板的厚度的同时，抑制真空处理时的处理室内外的差压所导致的电介质板的急剧破损。
在所述电介质板层叠有无机层与有机层的情况下，优选为所述无机层呈板状，且所述有机层呈片状。
若为此种装置，则由于使电介质板的柔软性提高的有机层为片状，因此可减小电介质板自身的厚度。再者，所谓“片状”是指“可卷绕的形状”，所谓“板状”是指“无法卷绕的形状”。
在所述电介质板层叠有无机层与有机层的情况下，优选为自所述处理室朝向所述天线依序层叠有所述无机层与所述有机层。
当对处理室过度进行真空排气时，在柔软性比有机层低的无机层中产生大的应力，有无机层比有机层先发生破裂等破损之虞。若为如上所述的结构，则由于在无机层上层叠有有机层(即，有机层位于大气侧)，故即便在无机层发生破裂等而意外破损的情况下，也可通过具有柔软性的有机层自大气侧将所述无机层密封。因此，可防止由真空泄漏导致的处理室内的急剧的压力变动，从而可防止真空泵等的破损。
另外，就防止由溅射气体导致的有机层的腐蚀的观点而言，也优选为无机层及有机层以此种顺序层叠。
在所述电介质板层叠有无机层与有机层的情况下，优选为所述无机层与所述有机层彼此接合。
若如此，则由于有机层与无机层经层叠接合，故即便在过度进行真空排气等而无机层发生破裂等破损的情况下，也可防止其碎片飞散。
在所述电介质板层叠有无机层与有机层的情况下，就降低电介质损耗、降低由高频引起的自发热的观点而言，优选为所述无机材料为选自无碱玻璃、石英玻璃或陶瓷中的一种，且所述有机材料为选自聚四氟乙烯或聚酰亚胺中的一种。
在所述电介质板包含纤维强化材料的情况下，就降低电介质损耗、降低由高频引起的自发热的观点而言，优选为所述无机纤维为玻璃纤维，所述有机材料为聚酰亚胺。
在所述电介质板包含纤维强化材料的情况下，优选为所述电介质板层叠有包含所述纤维强化材料的纤维强化层与包含无机材料的无机层。在所述情况下，优选为纤维强化层呈片状，无机层呈板状。
发明的效果
根据如上所述的本发明，可提供一种等离子体处理装置，所述等离子体处理装置于在处理室的外部配置天线的装置中，可效率良好地向处理室供给自天线产生的高频磁场。
附图说明
图1是示意性地表示本实施方式的等离子体处理装置的整体构成的、与天线的长边方向正交的剖面图。
图2是示意性地表示所述实施方式的等离子体处理装置的整体构成的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图3是示意性地表示所述实施方式的等离子体处理装置的窗构件的结构的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图4是示意性地表示所述实施方式的等离子体处理装置的窗构件的结构的、从天线侧观察而得的平面图。
图5是示意性地表示所述实施方式的等离子体处理装置的天线与狭缝的关系的平面图。
图6是示意性地表示将所述实施方式的金属板冷却的冷却机构的结构的平面图。
图7是示意性地表示另一实施方式的等离子体处理装置的整体构成的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图8是示意性地表示另一实施方式的等离子体处理装置的天线与狭缝的关系的平面图。
图9是示意性地表示另一实施方式的金属板的结构的平面图(a)及正视图(b)。
图10是示意性地表示另一实施方式的窗构件的电介质板的结构的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图11是示意性地表示另一实施方式的窗构件的电介质板的结构的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图12是示意性地表示另一实施方式的窗构件的电介质板的结构的、沿着天线的长边方向的剖面图。
图13是示意性地表示另一实施方式的窗构件的电介质板的结构的沿着天线的长边方向的剖面图。
图14是说明狭缝间长度对高频磁场的强度带来的影响的图表。
图15是说明狭缝角度对高频磁场的强度带来的影响的图表。
图16是说明狭缝宽度对高频磁场的强度带来的影响的图表。
图17是说明金属板的厚度对高频磁场的强度带来的影响的图表。
图18是说明施加至天线的高频电力与等离子体发光强度的关系的图表。
图19是说明天线的中心轴-金属板的表面间的距离与等离子体发光强度的关系的图表。
符号的说明
100：等离子体处理装置
1：处理室
21：容器主体
211：开口
221：金属板
221s：狭缝
222：电介质板
3：天线
4：高频电源
5：磁场透过窗
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一实施方式的等离子体处理装置进行说明。再者，以下说明的等离子体处理装置用于将本发明的技术思想具体化，只要无特定记载，则本发明并不限定于以下的装置。另外，在一实施方式中说明的内容也可适用于其他的实施方式。另外，为使说明明确，有时会夸大各附图所示的构件的大小或位置关系等。
＜装置构成＞
本实施方式的等离子体处理装置100使用感应耦合型的等离子体P对基板等被处理物W实施真空处理。此处，基板例如为液晶显示器或有机电致发光(electroluminescence，EL)显示器等平板显示器(flat panel display，FPD)用的基板、可挠式显示器用的可挠式基板等。另外，对基板实施的处理例如为通过等离子体化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法进行的膜形成、蚀刻、灰化、溅射等。
再者，本实施方式的等离子体处理装置100在通过等离子体CVD法进行膜形成的情况下也称为等离子体CVD装置，在通过等离子体CVD法进行蚀刻的情况下也称为等离子体蚀刻装置，在通过等离子体CVD法进行灰化的情况下也称为等离子体灰化装置，在通过等离子体CVD法进行溅射的情况下也称为等离子体溅射装置
具体而言，如图1所示，等离子体处理装置100包括：真空容器2，在内侧形成有被真空排气且导入气体G的处理室1；天线3，设置于处理室1的外部；以及高频电源4，对天线3施加高频。在真空容器2形成有磁场透过窗5，所述磁场透过窗5使自天线3产生的高频磁场透过至处理室1内。若自高频电源4对天线3施加高频，则自天线3产生的高频磁场透过磁场透过窗5而形成于处理室1内，由此在处理室1内的空间中产生感应电场，从而生成感应耦合型的等离子体P。
真空容器2包括容器主体21、以及形成磁场透过窗5的窗构件22。
容器主体21例如为金属制的容器，通过其壁(内壁)而在内侧形成了处理室1。在容器主体21的壁(此处为上壁21a)形成有在厚度方向上贯通的开口部211。窗构件22以堵塞所述开口部211的方式可装卸地安装于容器主体21。再者，容器主体21电性接地，且窗构件22与容器主体21之间通过O形环等垫圈或粘接剂而经真空密封。
真空容器2构成为通过真空排气装置6对处理室1进行真空排气。另外，真空容器2构成为经由例如流量调整器(省略图示)及容器主体21中所设置的多个气体导入口212而向处理室1导入气体G。气体G只要设为与对基板W实施的处理内容相对应的气体即可。例如，在通过等离子体CVD法在基板上进行膜形成的情况下，气体G为原料气体或利用稀释气体(例如H2)对所述原料气体进行稀释后的气体。若列举更具体的例子，则在原料气体为SiH4的情况下，可在基板上形成Si膜，在原料气体为SiH4+NH3的情况下，可在基板上形成SiN膜，在原料气体为SiH4+O2的情况下，可在基板上形成SiO2膜，在原料气体为SiF4+N2的情况下，可在基板上形成SiN：F膜(氟化氮化硅膜)。
另外，在真空容器2内设置有对基板W予以保持的基板支架7。可如所述例那样自偏压电源8对基板支架7施加偏电压。偏电压例如为负的直流电压、负的偏电压等，但并不限于此。通过此种偏电压，例如可对等离子体P中的正离子入射至基板W时的能量进行控制，从而对形成于基板W的表面的膜的结晶度进行控制等。也可在基板支架7内设置对基板W进行加热的加热器71。
如图1及图2所示，天线3设置有多根，且各天线3以与磁场透过窗5相向的方式配置于处理室1的外部。此处，各天线3与磁场透过窗5之间的距离设为2mm左右。各天线3配置成与处理室1中所设置的基板W的表面实质上平行。
各天线3为相同构成的天线，自外观来看，呈长度为数十cm以上的直线状(具体而言为圆柱状)。作为天线3的一端部的供电端部3a经由匹配电路41而连接有高频电源4，作为另一端部的终端部3b直接接地。再者，终端部3b也可经由电容器或线圈等接地。
此处，各天线3是在内部形成有冷却液CL可流通的流路的中空结构。具体而言，如图2所示，各天线3包括至少两个导体单元31、以及与彼此相邻的导体单元31电性串联连接的作为定量元件的电容器32。此处，各天线3包括三个导体单元31与两个电容器32。各导体单元31为相同形状而呈于内部形成有供冷却液流动的直线状流路的直管状(具体而言为圆管状)。各导体单元31的材质例如为铜、铝、这些的合金或不锈钢等金属，但并不限于此，也可适当变更。
通过以所述方式构成各天线3，天线3的合成电抗简单而言成为自电感电抗减去电容电抗的形式，因此可降低天线3的阻抗。其结果，即便在延长天线3的情况下也可抑制其阻抗的增大，在天线3中容易流动高频电流IR，从而可在处理室1内效率良好地产生感应耦合型的等离子体P。
高频电源4可经由匹配电路41使高频电流IR流至天线3。高频的频率例如为通常的13.56MHz，但并不限于此，也可适当变更。
然后，在本实施方式的等离子体处理装置100中，如图3所示，窗构件22包括自处理室1侧朝向天线3侧依序设置的金属板221及电介质板222。金属板221形成有在其厚度方向上贯通的狭缝221s，并以堵塞容器主体21的开口部211的方式设置。电介质板222与金属板221接触而受到支撑，并以自处理室1的外部侧(即天线3侧)堵塞狭缝221s的方式设置于金属板221的天线3侧的表面。在本实施方式的等离子体处理装置100中，通过金属板221的狭缝221s与堵塞所述狭缝221s的电介质板222形成了磁场透过窗5。即，自天线3产生的高频磁场透过电介质板222与狭缝221s而被供给至处理室1。再者，通过堵塞开口211的金属板221与堵塞金属板221的狭缝221s的电介质板222，处理室1内的真空得到保持。在以下的说明中，将金属板221的厚度方向简称为“厚度方向”。
金属板221使自天线3产生的高频磁场透过至处理室1内，并且防止电场自处理室1外进入处理室1内。具体而言，对金属材料进行轧制加工(例如冷轧或热轧)而形成为平板状。此处，将金属板221的厚度设为约5mm，但并不限于此，也可根据规格适当变更。金属板221的板厚只要是在真空处理时可耐受处理室1的内外压的差压的厚度即可，优选为1mm以上。
如图3及图4所示，金属板221在俯视时呈可覆盖容器主体21的开口211的整体的形状(此处为矩形)。由金属板221的外周缘包围的面积比容器主体21的开口211的面积大。而且，金属板221设置成：以包围容器主体21的开口211的天线3侧的周缘部的方式与容器主体21接触而受到支撑。金属板221配置成与处理室1中所配置的基板W的表面实质上平行。金属板221与容器主体21通过在其间夹入密封结构(未图示)而经真空密封。此处，密封结构通过设置于金属板221与容器主体21之间的、例如O形环或垫圈等密封构件或者粘接剂来实现。所述密封构件以包围开口211的外周缘的方式设置。
在本实施方式中，金属板221与容器主体21电性接触，从而经由容器主体21接地。金属板221并不限于此，也可直接接地。
构成金属板221的材料例如可为选自包括Cu、Al、Zn、Ni、Sn、Si、Ti、Fe、Cr、Nb、C、Mo、W或Co的群组中的一种金属或者这些的合金(例如不锈钢合金、铝合金等)等。另外，也可包含根据原料、材料、制造设备等的状况而混入的微量的元素(不可避免的杂质)。就提高耐腐蚀性、耐热性的观点而言，也可对金属板221的处理室1侧的表面进行涂敷处理。
如图4所示，自厚度方向观察，狭缝221s呈采用与天线3正交的方向作为长边方向的矩形，且以位于天线3与处理室1之间的方式形成于天线3的正下方。狭缝221s形成于与各天线3对应的位置。具体而言，在与一根天线3对应的位置形成有多个狭缝221s。更具体而言，在与天线3所包括的各导体单元31对应的位置形成有一个或多个狭缝221s。在本实施方式中，在与各导体单元31对应的位置形成有六个狭缝221s。狭缝221s的数量并不限于此，也可根据规格适当变更。各狭缝221s在此处呈相同的形状，但也可为不同的形状。
狭缝221s在与各天线3(具体而言为各导体单元31)对应的位置彼此平行地形成。具体而言，如图5所示，自厚度方向观察，各狭缝221s形成为其长边方向与天线3所成的角度θs大致相同。此处，将狭缝221s与天线3所成的所述角度θs设为约90°。
各狭缝221s形成为其宽度尺寸dw大致相同。狭缝221s的宽度尺寸dw优选为金属板221的板厚以下，更优选为约1/2以下，进而更优选为约1/3以下。
另外，狭缝221s沿着天线3而以规定的间距长度dp等间隔地形成。此处所谓“间距长度”是指如图5所示那样沿着天线3的方向上的彼此相邻的狭缝221s各自的中心位置间的距离。
另外，狭缝221s形成为彼此相邻的狭缝221s间的金属板221的宽度尺寸相同。此处所谓“彼此相邻的狭缝间的金属板的宽度尺寸”(在以下也简称为“狭缝间长度”)是指自狭缝221s的间距长度dp减去狭缝221s的宽度尺寸dw而得的长度。狭缝间长度ds优选为15mm以下，更优选为5mm以下。
本实施方式的等离子体处理装置100包括将金属板221冷却的冷却机构9。具体而言，如图6所示，所述冷却机构9包括：形成于金属板221的内部的、冷却用流体可流通的流路91、以及将冷却用流体供给至流路91的冷却流体供给机构(未图示)。流路91的两端在金属板221的表面开口，冷却用流体自其中一个开口91a供给至流路91，并自另一个开口91b排出。
流路91形成为沿一方向使流体自其中一个开口91a流至另一个开口91b。此处，流路91与每根天线3(具体而言为导体单元31)对应地设置。流路91包括与狭缝221s的短边方向平行地形成的第一流路部分91x、及与狭缝221s的长边方向平行地形成的第二流路部分91y，且形成为第一流路部分91x与第二流路部分91y组合并于多个狭缝221s之间蛇行。流路91以至少通过彼此相邻的狭缝221s之间的方式形成。更具体而言，第二流路部分91y以通过彼此相邻的狭缝221s之间的中央部的方式形成。再者，向流路91供给的冷却用流体可为液体或气体的任一种。
电介质板222使自天线3产生的高频磁场透过至处理室1内，并且堵塞狭缝221s来保持处理室1内的真空。具体而言，所述电介质板222整体由电介质物质构成且呈平板状。此处，使电介质板222的板厚比金属板221的板厚小，但并不限于此。就缩短天线3与处理室1之间的距离的观点而言，优选为薄的电介质板222。电介质板222的板厚只要具备在对处理室1进行了真空排气的状态下可耐受自狭缝221s接受的处理室1内外的差压的强度即可，可根据狭缝221s的数量及长度、电介质板222的材质等规格适当设定。
例如，在狭缝221s的宽度尺寸dw为20mm、狭缝221s的长度尺寸dl为30mm、狭缝间长度ds为5mm、电介质板222包含无碱玻璃的情况下，电介质板222的板厚优选为0.7mm以上。
构成电介质板222的材料可为氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷；石英玻璃、无碱玻璃等无机材料；氟树脂(例如特氟龙(Teflon))等树脂材料等已知的材料。另外，就降低电介质损耗的观点而言，构成电介质的材料的电介质损耗角正切优选为0.01以下，更优选为0.005以下。
电介质板222以覆盖并堵塞金属板221中所形成的多个狭缝221s的方式设置于金属板221的天线3侧的表面。具体而言，电介质板222以包围多个狭缝221s的周围并密接的方式与金属板221的天线3侧的表面接触。电介质板222与金属板221通过在其间夹入密封结构(未图示)而经真空密封。此处，密封结构通过设置于电介质板222与金属板221之间的、例如O形环或垫圈等密封构件或者粘接剂来实现。这些密封构件可设置成一起包围全部的多个狭缝221s，也可设置成各别地包围多个狭缝221s。另外，在电介质板222包含树脂材料等具有高弹性的材料的情况下，密封结构也可通过电介质板222的弹力来实现。
窗构件22还包括对金属板221与电介质板222予以保持的保持框223。保持框223将金属板221与电介质板222按压于容器主体21的上表面21b而予以保持。如图3及图4所示，保持框223呈平板状，并以与处理室1中所设置的基板W的表面实质上平行的方式配置于电介质板222上。具体而言，保持框223以其下表面与电介质板222及金属板221的上表面接触的方式配置。保持框223通过螺钉机构等固定构件(未图示)可装卸地安装于容器主体21的上表面21b。
构成保持框223的材料例如可为选自包括Cu、Al、Zn、Ni、Sn、Si、Ti、Fe、Cr、Nb、C、Mo、W或Co的群组中的一种金属或者这些的合金等。另外，就减小在内部流动的感应电流的观点而言，保持框223优选为由电介质构成。作为此种电介质材料，例如可列举氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷；石英玻璃、无碱玻璃等无机材料；氟树脂(例如特氟龙(Teflon))等树脂材料等。另外，用于固定保持框223的螺栓等固定构件也与保持框223同样地，优选为由陶瓷等电介质材料构成。
在保持框223中形成有多个在厚度方向上贯通的长孔状的开口223o，且自所述开口223o露出了电介质板222。如图4所示，开口223o形成于与各天线3(具体而言为各导体单元31)对应的位置。更具体而言，自厚度方向观察，开口223o以包围各天线3及位于与所述天线3对应的位置的磁场透过窗5的方式形成。此处，以与三根天线3(即九根导体单元31)对应的方式形成有九个开口223o。
本实施方式的等离子体处理装置100可包括将保持框223冷却的保持框冷却机构(未图示)。保持框冷却机构例如可通过水冷或空冷的手段来冷却保持框223。在水冷的情况下，可构成为通过使保持框223成为在其内部具有冷却液可流通的流路的中空结构来冷却保持框223。另外，在空冷的情况下，可构成为通过利用风扇等进行的送风来冷却保持框223。
而且，如图3所示，本实施方式的等离子体处理装置100以天线3的直径(具体而言为各导体单元31的直径)D(mm)及天线3的中心轴(具体而言为各导体单元31的中心轴)与金属板221的天线3侧的表面之间的距离h(mm)满足以下(1)式及(2)式的方式设定天线3的位置。
h-D/2＞0.7 (1)
15≧h-D/2 (2)
再者，所述(1)式及(2)式中的“h-D/2”的值使用天线3的表面与金属板221的天线3侧的表面之间的距离最短的位置处的h(mm)及D(mm)的值来计算。
＜本实施方式的效果＞
根据以所述方式构成的本实施方式的等离子体处理装置100，由于形成磁场透过窗5的窗构件22的一部分是由韧性比陶瓷等电介质材料大的金属材料构成，因此与仅由电介质材料构成磁场透过窗5的情况相比，可减小磁场透过窗5的厚度。由此，可缩短天线3至处理室1的距离，从而可效率良好地向处理室1内供给自天线3产生的高频磁场。
进而，由于以堵塞容器主体21的开口211的方式设置金属板221，因此，可使包围作为等离子体生成空间的处理室1的构件全部电性接地。由此，可降低天线3的电压对等离子体带来的影响，从而可降低电子温度并降低离子能量。
＜其他变形实施方式＞
再者，本发明并不限于所述实施方式。
所述实施方式的等离子体处理装置100以天线3的直径D(mm)、及天线3的中心轴与金属板221的天线3侧的表面之间的距离h(mm)满足所述(1)式及(2)式的方式设定天线3的位置，但并不限于此。在另一实施方式中，也可以不满足所述(2)式而仅满足(1)式的方式设定天线3的位置。
在所述实施方式中，金属板221为平板状，但并不限定于此。在另一实施方式中，也可如图7所示那样构成为载置电介质板222的面位于比容器主体21的上壁21a更靠基板W侧的位置。若为此种结构，则可使天线3更接近处理室1，因此可进一步提高处理室1中形成的等离子体密度。
在所述实施方式中，狭缝221s与天线3所成的角度θs为约90°，但并不限于此。在另一实施方式中，所述角度θs可为约30°以上、约90°以下的任意的角度θs。所述角度θs更优选为约60°以上、约90°以下，最优选为约90°。
在又一实施方式中，也可如图8所示那样，在金属板221中不仅形成了与天线3所成的角度θs为约30°以上、约90°以下的狭缝221s，更形成了与天线3所成的角度为约0°以上、未满约30°的狭缝221t。在所述情况下，狭缝221t与天线3所成的角度优选为0°。另外，所述狭缝221t优选为以位于天线3的正下方的方式形成。
在所述实施方式中，狭缝221s以彼此平行的方式形成，但并不限定于此。狭缝221s也可形成为与天线3所成的角度彼此不同。
另外，狭缝221s也可不以一定的间距长度dp形成。例如，在狭缝221s的宽度尺寸dw一定的情况下，也可在天线3(具体而言为导体单元31)的长边方向上的中央位置附近增大间距长度dp及狭缝间长度ds，且越接近天线3的长边方向上的两端部越减小间距长度dp及狭缝间长度ds。若如此，则在处理室1内，可使沿着天线3的长边方向的等离子体密度接近均匀。
另外，狭缝221s各自的宽度尺寸dw也可不同。例如，在狭缝221s以一定的间距长度dp形成的情况下，也可在天线3的长边方向上的中央位置附近减小宽度尺寸dw(即，增大狭缝间长度ds)，且越接近天线3的长边方向上的两端部越增大宽度尺寸dw(即，减小狭缝间长度ds)。若如此，则在处理室1内，可使沿着天线3的长边方向的等离子体密度接近均匀。
在所述实施方式中，在相邻的狭缝221s之间形成有仅一条第二流路部分91y，但并不限于此，也可形成有多条。另外，流路91并不限于自其中一个开口91a至另一个开口91b不分支地形成，也可形成为在中途分支。另外，开口91a及开口91b并非必须设置于流路91的两端，也可设置于流路91的中途。
所述实施方式的等离子体处理装置包括一片金属板221，但并不限定于此。在另一实施方式中，也可包括在厚度方向上重叠的多片金属板221。在所述情况下，各金属板221的构成材料可彼此不同，也可为相同的构成材料。
在所述实施方式中，窗构件22安装于容器主体21的上表面21b，但并不限于此。在另一实施方式中，也可安装于容器主体21的上表面所设置的凸缘等。
在所述实施方式中，保持框223的开口223o在与各导体单元31对应的位置形成有多个，但并不限定于此。在另一实施方式中，自厚度方向观察，也可以包围全部导体单元31的方式形成有一个开口。
所述实施方式的等离子体处理装置100包括多根天线3，但并不限于此，也可包括仅一根天线3。
所述实施方式的等离子体处理装置100中，天线3包括多个导体单元31、以及与彼此相邻的导体单元31电性串联连接的作为定量元件的电容器32，但并不限于此。在另一实施方式中，天线3也可仅包括一个导体单元31，且不包括电容器32。
在另一实施方式的等离子体处理装置100中，也可如图9所示那样在金属板221的侧面2211形成开口，并以堵塞所述开口的方式嵌入侧板92。而且，流路91(此处为第一流路部分91x)的内侧壁的一部分也可由侧板的侧面921形成。此种流路91例如可通过如下方式形成：通过自金属板221的侧面2211沿着狭缝的长边方向进行切削而形成第二流路部分91y，通过沿着与狭缝的长边方向正交的方向进行切削而形成第一流路部分91x，并以堵塞通过所述切削加工而形成于侧面2211的开口的方式设置侧板92。当然，也可通过其他方法形成流路91。
在所述实施方式中，天线3为直线状的导体，但并不限于此，也可为螺旋形的导体或圆顶状线圈。
在所述实施方式中，电介质板222为包含已知的材料的单层结构，但并不限于此。以下，对其他实施方式中的电介质板222的形态进行说明。
在另一实施方式中，电介质板222也可如图10(图3的A部的放大图)所示那样以呈层叠结构的方式构成，所述层叠结构层叠有包含无机材料的无机层222a与包含有机材料的有机层222b。再者，本说明书中所谓“包含无机材料”是指含有无机材料作为主成分(超过50％)，并不排除包含无机材料以外的材料的情况。“包含有机材料”也为相同的含义。
在所述情况下，无机层222a呈板状，且其板厚优选为具备在对处理室1进行了真空排气的状态下可耐受自狭缝221s接受的处理室1内外的差压的强度。板厚例如优选为约0.7mm～约14.5mm左右，但并不限于此。就效率良好地向处理室1供给高频磁场的观点而言，其厚度越薄越优选。构成无机层222a的无机材料优选为可使高频磁场透过、且可发挥比有机层222b更优异的耐压性的材料。具体而言，无机材料优选为选自无碱玻璃、石英玻璃或陶瓷中的至少一种。
有机层222b呈片状，且其厚度越薄越优选。具体而言，有机层222b的厚度优选为约0.5mm～约2.0mm左右。构成有机层222b的有机材料优选为可使高频磁场透过、且可发挥比无机层222a更优异的柔软性的材料。具体而言，有机材料优选为选自聚四氟乙烯(特氟龙(Teflon))或聚酰亚胺中的至少一种。
另一实施方式的电介质板222中，也可自处理室1朝向天线3依序层叠有此种无机层222a与有机层222b。有机层222b可以自天线3侧俯视时至少位于各狭缝221s上的方式层叠于无机层222a上。有机层222b也可层叠于无机层222a的整个上表面上。
无机层222a与有机层222b也可在其界面处彼此接合。无机层222a与有机层222b的层叠接合可通过任意的接合方法来进行，但就减少由高频引起的自发热的观点而言，优选为无机层222a与有机层222b直接接合而不经由粘接剂等粘接构件。
若如此，则由于将包含磁场透过性优异的无机材料的无机层222a与包含柔软性比所述无机材料优异的有机材料的有机层222b层叠而构成了电介质板222，因此可在减小电介质板222自身的厚度的同时，防止由真空处理时的处理室1内外的差压导致的电介质板222的急剧破损。此处，由于自处理室1侧朝向天线3侧依序层叠有板状的无机层222a与片上的有机层222b，因此即便在无机层222a发生破裂等而破损的情况下，也可通过有机层222b堵塞所述破损部位并进行密封。由此，即便在无机层222a意外破裂的情况下，也可防止由真空泄漏引起的处理室内1的急剧压力变动，并防止真空泵等的破损，从而可减小其损失。
在又一实施方式中，也可如图11所示那样自处理室1朝向天线3依序层叠有有机层222b与无机层222a。
另外，电介质基板222并不限于层叠有一个无机层222a与一个有机层222b的双层结构，也可为层叠有三层以上的结构。例如，也可如图12所示那样构成为在两个有机层222b之间配置一个无机层222a。
又一实施方式的电介质板222中，无机层222a也可在其内部包括金属性的线材(wire)等线状的增强构件。若如此，则即便在过度进行真空排气等而无机层发生破裂等破损的情况下，也可更有效地防止其碎片飞散。在所述情况下，增强构件优选为以自天线3侧俯视时与天线3交叉的方式设置，且优选为例如与天线3所成的角度为约30°以上、约90°以下。若如此，则在增强构件中可减少在沿着天线3的方向上流动的逆电流，从而可减少发热、及高频磁场的透过性的降低等。
又一实施方式的电介质板222也可如图13所示那样为由纤维强化层构成的单层结构，所述纤维强化层包含在无机纤维中含浸有有机材料的纤维强化材料。在所述情况下，电介质板222优选为由在玻璃纤维中含浸有聚酰亚胺的纤维强化型材料构成。
另外，电介质板222也可为层叠有由纤维强化型复合材料构成的所述纤维强化层、与包含无机材料(无碱玻璃、石英玻璃、陶瓷等)的无机层的多层结构。在所述情况下，优选为纤维强化层呈片状，无机层呈板状，且自处理室1朝向天线3依序层叠有无机层与纤维强化层。
此外，本发明并不限于所述实施方式，当然可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。
＜高频磁场强度的评价＞
关于所述等离子体处理装置100中的金属板221的规格(狭缝间长度ds、狭缝的角度θs、狭缝宽度dw、板厚等)的不同对高频磁场带来的影响，通过实验进行评价。再者，本发明并不受以下实验例的限制，也可在适合于前述及后述的主旨的范围内加入变更来实施，这些均包含于本发明的技术范围内。
(1)狭缝间长度ds所带来的影响
评价狭缝间长度ds对高频磁场带来的影响。具体而言，准备六个包含不锈钢合金(SUS316)的厚度为10μm的金属板。在各金属板中，使狭缝间长度ds各不相同(分别为0mm、5mm、15mm、45mm、70mm、140mm)来形成宽度尺寸为0.5mm的狭缝。再者，使各金属板中形成的狭缝与之后安置的天线所成的角度θs均为90°。然后，对各金属板，自其中一面侧所设置的天线供给高频磁场，并使用一匝的拾取线圈(pick-up coil)测定透过至相反的一面侧(处理室侧)的高频磁场的平行磁场强度。此处，向天线供给150W的高频电力(频率：13.56MHz)来产生高频磁场。然后，算出各金属板中的平行磁场强度相对于狭缝间长度为0mm的金属板中的平行磁场强度之比(磁场强度比)。将其结果示于图14。
根据图14所示的结果可知，狭缝间长度越短，越可效率良好地向处理室侧供给自天线产生的高频磁场。可知特别是通过将狭缝间长度设为约15mm以下，平行磁场强度变得更强，通过设为约5mm以下，平行磁场强度进一步变强。
(2)狭缝的角度θs所带来的影响
评价狭缝的角度θs对高频磁场带来的影响。具体而言，准备四个包含不锈钢合金(SUS316)的厚度10μm的金属板。在各金属板中，以一定的间距长度(5mm)平行地形成一定的宽度尺寸(0.5mm)的狭缝。此处，使各金属板中形成的狭缝与之后安置的天线所成的角度θs(狭缝的角度θs)各不相同(分别为90°、60°、45°、30°)。然后，以与所述(1)相同的程序测定各金属板的处理室侧的平行磁场强度。然后，计算各金属板中的平行磁场强度相对于狭缝的角度θs为90°(即，狭缝与天线正交)的金属板中的平行磁场强度之比(磁场强度比)。将其结果示于图15。
根据图15所示的结果可知，在30°～90°的任一狭缝角度θs下，均可效率良好地向处理室侧供给自天线产生的高频磁场。而且可知，狭缝的角度θs越大、即相对于天线越接近直角，越可效率良好地供给高频磁场。可知特别是通过将狭缝的角度θs设为约45°以上，平行磁场强度变得更强，通过设为约60°以上，平行磁场强度进一步变强。
(3)狭缝宽度dw所带来的影响
评价狭缝宽度dw对高频磁场带来的影响。具体而言，准备三个厚度1mm的金属板(Cu)。在各金属板中，以规定的狭缝间长度(5mm)形成宽度尺寸各不相同(1mm、3mm、5mm)的狭缝。即，将各金属板中的狭缝的间距长度分别设为6mm、8mm、10mm。再者，使各金属板中形成的狭缝与之后安置的天线所成的角度θs均为90°。然后，以与所述(1)相同的程序测定各金属板的处理室侧的平行磁场强度。另外，准备狭缝间距为0mm的金属板(即，以连续的方式形成狭缝而完全开口)，以相同的程序测定平行磁场强度。计算各金属板中的平行磁场强度相对于狭缝间距为0mm的金属板中的平行磁场强度之比(磁场强度比)。将其结果示于图16。
根据图16所示的结果可知，无论为1mm～5mm的哪一狭缝宽度，均可效率良好地向处理室侧供给自天线产生的高频磁场。而且可知，狭缝宽度越大，越可效率良好地供给高频磁场。
(4)金属板的厚度所带来的影响
评价金属板的厚度对高频磁场带来的影响。具体而言，准备厚度1mm的金属板(Cu)与厚度3mm的金属板(Cu)。在各金属板中以间距长度8mm形成宽度尺寸3mm的狭缝。再者，使各金属板中形成的狭缝与之后安置的天线所成的角度θs均为90°。然后，以与所述(1)相同的程序测定各金属板的处理室侧的平行磁场强度。此处，使向天线供给的高频电力以50W为单位在100W～300W间变化，来测定平行磁场强度。然后，在所供给的每一高频电力的大小下，计算厚度3mm的金属板中的平行磁场强度相对于厚度1mm的金属板中的平行磁场强度之比(磁场强度比)。将其结果示于图17。
根据图17所示的结果，与向天线供给的高频电力的大小无关，厚度1mm的金属板中的平行磁场强度均比厚度3mm的金属板中的平行磁场强度大。由此可知，在金属板的板厚较小时，可效率更良好地向处理室侧供给自天线产生的高频磁场。
＜等离子体的发光强度的评价＞
(1)高频电力的大小对等离子体发光强度带来的影响
在所述实施方式的等离子体处理装置100中，以如下方式确认了使自天线3产生的高频磁场经由磁场透过窗5而透过，并可在处理室1内产生等离子体P。
具体而言，准备在厚度方向上形成有多个狭缝221s(宽度尺寸dw为3mm，长度尺寸dl为30mm，狭缝间长度ds为3mm)的包含Cu合金的板厚3mm的金属板221、以及板厚0.6mm的电介质板222，利用保持框223按照所述实施方式的要领对这些予以保持并安装于容器主体21。作为天线3，使用直径D为6mm的天线3，并将所述天线3设置成使得天线3的中心轴与金属板221的天线3侧的表面之间的距离h为4.5mm。然后，在对真空容器2进行真空排气后，一边导入7.0sccm的Ar气体，一边将处理室1内的压力调整为18×10-3托(Torr)。然后，相对于天线3，一边变更电力值一边供给高频电力(频率：13.56MHz)，利用发光分光分析装置测量处理室1中所产生的等离子体P的发光强度。将其结果示于图18。如根据图18可知那样，可确认到通过利用电介质板222覆盖形成有狭缝221s的金属板221来形成磁场透过窗5，使自天线3产生的高频磁场经由磁场透过窗5而透过，并可在处理室1内产生等离子体P。
(2)天线中心轴～金属板表面的距离对等离子体发光强度带来的影响
接着，在所述(1)的评价中所使用的等离子体处理装置100中，使天线3的中心轴与金属板221的表面之间的距离变化，并评价由此带来的对等离子体发光强度的影响。具体而言，使天线3的中心轴与金属板221的天线3侧的表面之间的距离h在4.5mm～11mm内变化，并对天线3供给1000W的高频电力，利用发光分光分析装置测量处理室1中所产生的等离子体P的发光强度。将其结果示于图19。如根据图19可知那样，可知处理室1中所产生的等离子体P的发光强度和天线3的中心轴与金属板221的天线3侧的表面之间的距离h的倒数大致成比例，距离h越短，等离子体P的发光强度越强。另外，若将h＝4.5mm时的发光强度作为基准值(100％)，并将其25％的发光强度设定为可进行真空处理的下限，则所述下限处的距离h为约18mm，“h-D/2”的值为约15mm。

Claims (20)

1.一种等离子体处理装置，使用等离子体对配置于处理室中的被处理物进行真空处理，所述等离子体处理装置包括：
容器主体，在形成所述处理室的壁具有开口；
金属板，以堵塞所述开口的方式设置，并形成有在厚度方向上贯通的狭缝；
电介质板，与所述金属板接触而受到支撑，并自所述处理室的外部侧堵塞所述狭缝；以及
天线，以与所述金属板相向的方式设置于所述处理室的外部，并与高频电源连接而产生高频磁场，
所述等离子体处理装置满足下述(1)式，
h-D/2＞0.7 (1)
此处，h为所述天线的中心轴与所述金属板中的所述天线侧的表面之间的距离(mm)，D为所述天线的直径(mm)。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，更满足下述式(2)，
15≧h-D/2 (2)。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，自所述厚度方向观察，所述狭缝以位于所述天线与所述处理室之间的方式形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其中，所述天线呈直线状，多个所述狭缝彼此平行地形成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子体处理装置，其中，在所述金属板的内部形成有冷却用流体能够流通的流路。
6.根据引用权利要求4的权利要求5所述的等离子体处理装置，其中，所述流路以至少通过彼此相邻的狭缝之间的方式形成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的等离子体处理装置，包括：窗构件，以堵塞所述开口的方式安装于所述容器主体，并形成使自所述天线产生的高频磁场透过至所述处理室内的磁场透过窗，
所述窗构件具有所述金属板、所述电介质板、以及保持所述金属板及所述电介质板的保持框。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的等离子体处理装置，其中，自所述厚度方向观察，所述狭缝与所述天线所成的角度为30°以上且90°以下。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其中，所述狭缝与所述天线所成的角度为45°以上且90°以下。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的等离子体处理装置，其中，所述狭缝的宽度尺寸为所述金属板的板厚以下。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理装置，其中，所述狭缝的宽度尺寸为所述金属板的板厚的1/2倍以下。
12.根据权利要求4或引用权利要求4的权利要求5至11中任一项所述的等离子体处理装置，其中，彼此相邻的狭缝间的所述金属板的宽度尺寸为15mm以下。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其中，彼此相邻的狭缝间的所述金属板的宽度尺寸为5mm以下。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板
(i)层叠有包含无机材料的无机层与包含有机材料的有机层；或
(ii)包含在无机纤维中含浸有有机材料的纤维强化材料。
15.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(i)层叠有所述无机层与所述有机层，且
所述无机层呈板状，
所述有机层呈片状。
16.根据权利要求14或15所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(i)层叠有所述无机层与所述有机层，且
自所述处理室朝向所述天线依序层叠有所述无机层与所述有机层。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(i)层叠有所述无机层与所述有机层，且
所述无机层与所述有机层彼此接合。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(i)层叠有所述无机层与所述有机层，且
所述无机材料为选自无碱玻璃、石英玻璃或陶瓷中的一种，
所述有机材料为选自聚四氟乙烯或聚酰亚胺中的一种。
19.根据权利要求14所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(ii)包含所述纤维强化材料，且
所述无机纤维为玻璃纤维，所述有机材料为聚酰亚胺。
20.根据权利要求14或19所述的等离子体处理装置，其中，所述电介质板(ii)包含所述纤维强化材料，且
层叠有包含所述纤维强化材料的纤维强化层与包含无机材料的无机层。
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