JP2015187951A - Plasma processing device and antenna unit for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いて被処理物の表面に薄膜形成やエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置及びそのプラズマ処理装置に用いられるアンテナユニットに関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as thin film formation and etching on the surface of an object to be processed using plasma, and an antenna unit used in the plasma processing apparatus.
この種のプラズマ処理装置としては、特許文献１に示すように、高周波電力が印加されて真空容器内にプラズマを発生させるアンテナユニットを具備し、この真空容器内の被処理物に表面処理を施すものがある。 As shown in Patent Document 1, this type of plasma processing apparatus includes an antenna unit that generates plasma in a vacuum vessel by applying high-frequency power, and performs surface treatment on an object to be processed in the vacuum vessel. There is something.
より詳細にこのアンテナユニットは、高周波電力が印加される給電端子と、接地点に接続される接地端子と、給電端子及び接地端子を接続するアンテナ導体とを具備し、前記アンテナ導体を例えばＵ字形状に形成したものである。これにより、アンテナ導体における平行部分の間隔に反比例した電磁界強度が発生し、真空容器内に高密度なプラズマを発生させることができる。 More specifically, the antenna unit includes a power supply terminal to which high-frequency power is applied, a ground terminal connected to a ground point, and an antenna conductor that connects the power supply terminal and the ground terminal, and the antenna conductor is, for example, U-shaped. It is formed into a shape. As a result, an electromagnetic field strength inversely proportional to the interval between the parallel portions of the antenna conductor is generated, and high-density plasma can be generated in the vacuum vessel.
しかしながら、上述した構成では、アンテナ導体が平行部分を有するように形成されているので、アンテナ導体の長さが長くなり、高周波電流経路のインピーダンスが大きくなってしまう。これにより、アンテナ導体の両端での電位差が大きくなり、均一なプラズマ密度を得にくいのみならず、給電端子近傍で異常放電が発生するという問題が生じる。 However, in the above-described configuration, the antenna conductor is formed so as to have a parallel portion, so that the length of the antenna conductor is increased and the impedance of the high-frequency current path is increased. As a result, the potential difference between both ends of the antenna conductor increases, and it becomes difficult not only to obtain a uniform plasma density, but also abnormal discharge occurs near the power supply terminal.
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、均一かつ高密度なプラズマを大面積にわたって発生させ、このプラズマを用いて被処理物に表面処理を施すことにより、被処理物に所望の特性を持たせることをその主たる課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and generates a uniform and high-density plasma over a large area, and surface treatment is performed on the workpiece by using this plasma. The main problem is to give the object desired characteristics.
すなわち本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理物を収容する処理チャンバと、高周波電力が印加されて前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるアンテナユニットとを具備するプラズマ処理装置であって、前記アンテナユニットが、前記高周波電力が給電される１又は複数の給電端子を備え、所定の長さを有する給電側電極と、前記給電側電極に対向して設けられるとともに、接地点に接続される１又は複数の接地端子を備え、所定の長さを有する接地側電極と、前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡された複数のアンテナ導体とを有することを特徴とするものである。 That is, the plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus comprising: a processing chamber that accommodates an object to be processed; and an antenna unit that generates plasma in the processing chamber by applying high-frequency power. The unit includes one or a plurality of power supply terminals to which the high-frequency power is supplied, and is provided opposite to the power supply side electrode having a predetermined length and the power supply side electrode, and is connected to a ground point A grounding side electrode having a plurality of grounding terminals and having a predetermined length, and a plurality of antenna conductors bridged between the power feeding side electrode and the grounding side electrode. .
このようなプラズマ処理装置であれば、給電側電極と接地側電極との間に複数のアンテナ導体が架け渡されているので、これらのアンテナ導体に高周波電流を流すことで高密度なプラズマを発生させることができる。そのうえ、各アンテナ導体の長さを短くして両端でのインピーダンス差を小さくすることで、上述した高密度プラズマを広い領域に均一に発生させることができる。これにより、均一かつ高密度なプラズマを用いて被処理物に表面処理を施すことが可能になり、ひいては、被処理物に所望の特性を持たせることができる。 In such a plasma processing apparatus, since a plurality of antenna conductors are bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode, high-density plasma is generated by flowing a high-frequency current through these antenna conductors. Can be made. In addition, by shortening the length of each antenna conductor and reducing the impedance difference at both ends, the above-described high-density plasma can be uniformly generated in a wide region. This makes it possible to perform surface treatment on the object to be processed using uniform and high-density plasma, and as a result, the object to be processed can have desired characteristics.
高密度なプラズマを広い領域で均一に発生させる具体的実施態様としては、前記給電側電極と前記接地側電極とが互いに平行に設けられており、前記各電極の長さ方向に沿って設けられた前記複数のアンテナ導体のうち、少なくとも両端のアンテナ導体を除く複数のアンテナ導体に均等な高周波電流が流れるように構成されているものが好ましい。 As a specific embodiment for uniformly generating a high-density plasma in a wide area, the power supply side electrode and the ground side electrode are provided in parallel to each other, and are provided along the length direction of each electrode. Of the plurality of antenna conductors, it is preferable that an even high frequency current flows through the plurality of antenna conductors excluding the antenna conductors at both ends.
前記給電側電極に設けられた前記給電端子が、互いに隣り合った前記接地端子の二等分線上に位置しており、前記アンテナ導体が、前記給電端子から互いに隣り合った前記接地端子に均等な高周波電流が流れるように前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡されているものが好ましい。
これならば、給電端子から互いに隣り合った接地端子までのインピーダンスを等しくすることができ、電極間に架け渡された複数のアンテナ導体に均等な電流を流すことができる。
The power supply terminal provided on the power supply side electrode is located on a bisector of the ground terminals adjacent to each other, and the antenna conductor is even from the power supply terminal to the ground terminals adjacent to each other. What is bridge | crossed between the said electric power feeding side electrode and the said ground side electrode so that a high frequency current may flow is preferable.
If this is the case, the impedance from the power supply terminal to the ground terminals adjacent to each other can be made equal, and an equal current can flow through the plurality of antenna conductors spanned between the electrodes.
具体的な実施態様としては、前記給電側電極が、当該給電側電極の長さ方向中央に設けられた１つの給電端子を有し、前記接地側電極が、当該接地側電極の両端に設けられた２つの接地端子を有し、前記アンテナ導体が、前記１つの給電端子から前記２つの接地端子に均等な高周波電流が流れるように前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡されているものが挙げられる。 As a specific embodiment, the power supply side electrode has one power supply terminal provided at the center in the length direction of the power supply side electrode, and the ground side electrode is provided at both ends of the ground side electrode. The antenna conductor is bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode so that an equal high frequency current flows from the one power supply terminal to the two ground terminals. Are listed.
前記アンテナユニットが、前記給電側電極及び前記接地側電極に対して前記アンテナ導体を直交させたラダー形状をなすものであり、前記アンテナ導体が、前記給電側電極及び前記接地側電極を等分するように架け渡されているものが好ましい。
これならば、アンテナユニットがラダー形状をなし、アンテナ導体が給電側電極及び接地側電極を等分するので、各アンテナ導体のインピーダンスにはほとんど差が生じず、各アンテナ導体に流れる電流をより均等にすることで、発生するプラズマをより均一なものにすることができる。
The antenna unit has a ladder shape in which the antenna conductor is orthogonal to the power supply side electrode and the ground side electrode, and the antenna conductor equally divides the power supply side electrode and the ground side electrode. What is spanned like this is preferable.
In this case, the antenna unit has a ladder shape, and the antenna conductor equally divides the power supply side electrode and the ground side electrode, so that there is almost no difference in the impedance of each antenna conductor, and the current flowing through each antenna conductor is more even. By doing so, the generated plasma can be made more uniform.
前記アンテナユニットを収容するとともに、前記処理チャンバに形成された開口に嵌め込まれた収容体を更に具備し、前記アンテナユニットが、前記収容体内において、前記開口の内側開口面と平行に設けられているものが好ましい。
これならば、アンテナユニットを収容体とともに着脱することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
さらに、アンテナユニットが、内側開口面と平行に設けられているので、この開口を介して処理チャンバ内に安定的にプラズマを発生させることができる。
The antenna unit is housed and further includes a housing body fitted into an opening formed in the processing chamber, and the antenna unit is provided in the housing body in parallel with the inner opening surface of the opening. Those are preferred.
If it is this, an antenna unit can be attached or detached with a container, and maintainability can be improved.
Further, since the antenna unit is provided in parallel with the inner opening surface, plasma can be stably generated in the processing chamber through this opening.
前記収容体が、前記内側開口面と平行な底板を具備し、前記底板が、前記収容体内から前記処理チャンバ内に向かって形成された複数の凹溝を有し、前記複数のアンテナ導体が、前記複数の凹溝に収容されているものが好ましい。
これならば、アンテナ導体を処理チャンバ内により近づけることができ、高周波電力を効率よく処理チャンバ内に誘導することが可能になり、高密度のプラズマを発生することができる。
The container includes a bottom plate parallel to the inner opening surface, the bottom plate includes a plurality of concave grooves formed from the container into the processing chamber, and the plurality of antenna conductors are provided. What is accommodated in the plurality of concave grooves is preferable.
In this case, the antenna conductor can be brought closer to the inside of the processing chamber, high-frequency power can be efficiently induced in the processing chamber, and high-density plasma can be generated.
前記収容体が、前記内側開口面と平行な平板状をなす誘電体板であって、前記誘電体板が、前記処理チャンバ内に向かって形成された複数の凹溝を有し、前記複数のアンテナ導体が、前記複数の凹溝に収容されているものが好ましい。
これならば、上述したように、アンテナ導体を処理チャンバ内により近づけることで、高密度のプラズマを発生することができるうえ、一枚の平板状をなす誘電体板を加工して収容体を製作することができ、製造コストを低減することができる。
The container is a dielectric plate having a flat plate shape parallel to the inner opening surface, and the dielectric plate includes a plurality of concave grooves formed toward the inside of the processing chamber, It is preferable that the antenna conductor is accommodated in the plurality of concave grooves.
In this case, as described above, the antenna conductor can be brought closer to the inside of the processing chamber, so that high-density plasma can be generated, and a single dielectric plate is processed to produce a container. Manufacturing cost can be reduced.
また、本発明に係るアンテナユニットは、プラズマ処理装置に用いられ、被処理物が収容される処理チャンバ内にプラズマを発生させるものであって、高周波電力が給電される１又は複数の給電端子を備え、所定の長さを有する給電側電極と、前記給電側電極に対向して設けられるとともに、接地点に接続される１又は複数の接地端子を備え、所定の長さを有する接地側電極と、前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡された複数のアンテナ導体とを有することを特徴とするものである。
このように構成されたアンテナユニットによれば、上述した作用効果を発揮することができる。
The antenna unit according to the present invention is used in a plasma processing apparatus, generates plasma in a processing chamber in which an object to be processed is accommodated, and has one or more power supply terminals to which high-frequency power is supplied. A power supply side electrode having a predetermined length, and a ground side electrode having a predetermined length, provided to face the power supply side electrode, and having one or a plurality of ground terminals connected to a ground point And a plurality of antenna conductors spanned between the power supply side electrode and the ground side electrode.
According to the antenna unit configured as described above, the above-described effects can be exhibited.
このように構成した本発明によれば、均一かつ高密度なプラズマを大面積にわたって発生させることができ、ひいては、このプラズマによる表面処理を施すことで被処理物に所望の特性を持たせることができる。 According to the present invention configured as described above, uniform and high-density plasma can be generated over a large area, and by applying surface treatment with this plasma, the object to be processed can have desired characteristics. it can.
以下に本発明に係るプラズマ処理装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus 100 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、アンテナユニット３０に高周波電流を流すことで発生する電磁界を用いて放電プラズマを発生させる、いわゆる誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式のものである。 The plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment is of a so-called inductively coupled plasma (ICP) system that generates discharge plasma using an electromagnetic field generated by flowing a high-frequency current through the antenna unit 30. is there.
具体的にこのプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、例えば燃料電池のセパレータに用いられる基板等の被処理物Ｗを収容する処理チャンバ１０と、収容体２０に収容されて、処理チャンバ１０内にプラズマを発生させるアンテナユニット３０とを具備するものである。 Specifically, as shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 100 includes a processing chamber 10 that stores an object to be processed W such as a substrate used for a separator of a fuel cell, and a processing chamber 10 that is stored in a container 20. 10 includes an antenna unit 30 that generates plasma.
処理チャンバ１０は、例えばアルゴンと水素との混合ガスが導入されるとともに、内部空間Ｓが密閉されて所定の真空度に保たれている。 In the processing chamber 10, for example, a mixed gas of argon and hydrogen is introduced, and the internal space S is sealed and kept at a predetermined degree of vacuum.
具体的にこの処理チャンバ１０は、図１に示すように、上壁部１１に上方から視て矩形状の開口１１１が形成されており、この開口１１１に後述する収容体２０をがた無く嵌め込むことにより内部空間Ｓが密閉されるように構成されている。 Specifically, as shown in FIG. 1, the processing chamber 10 has a rectangular opening 111 formed in the upper wall portion 11 when viewed from above, and a container 20 (to be described later) is fitted into the opening 111 without a backlash. The internal space S is configured to be hermetically sealed.
収容体２０は、概略直方体形状をなす筐体であり、内部にアンテナユニット３０を収容するとともに、上述した処理チャンバ１０の開口１１１にがた無く嵌め込まれている。本実施形態では、この収容体２０は、例えばシール部材４を介して図示しない螺子等により前記開口１１１に着脱可能に設けられている。 The container 20 is a case having a substantially rectangular parallelepiped shape. The container 20 houses the antenna unit 30 therein and is fitted in the opening 111 of the processing chamber 10 described above. In the present embodiment, the container 20 is detachably provided in the opening 111 by, for example, a screw (not shown) via the seal member 4.
より詳細にこの収容体２０は、図１及び図２に示すように、上部に開口２１が形成されるとともに、この開口２１を介してアンテナユニット３０を出し入れできるように構成されており、本実施形態では、この開口２１を塞ぐ蓋体２２が収容体２０の上部に例えば図示しない螺子等により着脱可能に設けられている。 In more detail, as shown in FIGS. 1 and 2, the container 20 has an opening 21 formed in the upper portion and is configured so that the antenna unit 30 can be taken in and out through the opening 21. In the embodiment, a lid 22 that closes the opening 21 is detachably provided on the upper portion of the container 20 by, for example, a screw or the like (not shown).
前記開口２１と対面した下部には底板として誘電体窓２３が設けられており、この誘電体窓２３は、所定の真空度に保たれている処理チャンバ１０の内部空間Ｓと大気圧に保たれている収容体２０内とを隔てるものであり、所定の厚み、つまり、所定の機械強度を有している。 A dielectric window 23 is provided as a bottom plate at the lower part facing the opening 21. The dielectric window 23 is maintained at an atmospheric pressure with the internal space S of the processing chamber 10 maintained at a predetermined degree of vacuum. It has a predetermined thickness, that is, a predetermined mechanical strength.
より詳細にこの誘電体窓２３は、特に図２に示すように、その厚み方向に向かって、つまり、収容体２０内から処理チャンバ１０の内部空間Ｓに向かって形成された複数の凹溝２３１を有しており、本実施形態では、これらの凹溝２３１は所定の方向に沿って互いに平行に設けられている。この誘電体窓２３は、その内面２３２に互いに平行に形成された複数の凹溝２３１が形成されたものである。
これら複数の凹溝２３１は、後述するアンテナ導体３３が収容されるものであり、本実施形態では、各凹溝２３１の深さ寸法は、大気圧に耐え得る厚さを必要とし、誘電体窓２３の厚み寸法の３分の２となるように形成されている。
なお、各凹溝２３１の深さ寸法は、大気圧に耐える強度の厚さを残せばよく特定されるものではない。
More specifically, as shown in FIG. 2, the dielectric window 23 has a plurality of concave grooves 231 formed in the thickness direction, that is, from the inside of the container 20 toward the internal space S of the processing chamber 10. In this embodiment, these concave grooves 231 are provided in parallel to each other along a predetermined direction. The dielectric window 23 has a plurality of concave grooves 231 formed in parallel to each other on the inner surface 232 thereof.
The plurality of concave grooves 231 accommodate an antenna conductor 33 to be described later. In this embodiment, the depth dimension of each concave groove 231 requires a thickness that can withstand atmospheric pressure. It is formed to be two-thirds of the thickness dimension of 23.
In addition, the depth dimension of each concave groove 231 is not particularly specified as long as the thickness is strong enough to withstand atmospheric pressure.
誘電体窓２３の外面２３３、すなわち前記内面２３２の裏面は、処理チャンバ１０の開口１１１の内側開口面と平行であり、処理チャンバ１０の上壁部１１の内側面１１２と同一平面状に設けられている。これにより、収容体２０は、処理チャンバ１０における上壁部１１の内側面１１２に対して段差なく嵌め込まれていることになる。
なお、収容体２０は、必ずしも処理チャンバ１０における上壁部１１の内側面１１２に対して段差なく嵌め込まれている必要はなく、収容体２０を内部空間Ｓに突出して設ける方が高周波電力の利用効率は高くなる。
The outer surface 233 of the dielectric window 23, that is, the back surface of the inner surface 232 is parallel to the inner opening surface of the opening 111 of the processing chamber 10 and is provided in the same plane as the inner surface 112 of the upper wall portion 11 of the processing chamber 10. ing. Accordingly, the container 20 is fitted into the inner surface 112 of the upper wall portion 11 in the processing chamber 10 without a step.
Note that the container 20 is not necessarily fitted into the inner side surface 112 of the upper wall portion 11 in the processing chamber 10 without a step, and it is more efficient to provide the container 20 so as to protrude into the internal space S. Efficiency increases.
本実施形態では、誘電体窓２３の外面２３３に、処理チャンバ１０で生じるダスト等の副生物により誘電体窓２３に汚れが付着することを防ぐ汚れ防止板２４が設けられており、本実施形態の汚れ防止板２４は、誘電体窓２３の外面２３３に例えば螺子によって固定された石英板である。
なお、上述したように、誘電体窓２３の外面２３３を処理チャンバ１０の上壁部１１の内側面１１２と略面一に形成している場合は、汚れ防止板２４は必ずしも設ける必要はない。
In the present embodiment, the outer surface 233 of the dielectric window 23 is provided with a dirt prevention plate 24 that prevents dirt from adhering to the dielectric window 23 due to by-products such as dust generated in the processing chamber 10. The anti-stain plate 24 is a quartz plate fixed to the outer surface 233 of the dielectric window 23 by, for example, screws.
As described above, when the outer surface 233 of the dielectric window 23 is formed to be substantially flush with the inner surface 112 of the upper wall portion 11 of the processing chamber 10, the anti-stain plate 24 is not necessarily provided.
上述した収容体２０は、本実施形態では、金属酸化物、窒化物、炭化物、又はフッ化物等の誘電体製のものであり、より具体的には石英、アルミナ、ジルコニア、イットリア、窒化珪素又は炭化珪素等を材質とするものである。 In the present embodiment, the container 20 is made of a dielectric such as metal oxide, nitride, carbide, or fluoride, and more specifically, quartz, alumina, zirconia, yttria, silicon nitride or The material is silicon carbide.
なお、本実施形態では、収容体２０の内部に冷媒を循環させる図示しない冷却手段が設けられており、冷媒としてはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが用いられている。 In the present embodiment, a cooling means (not shown) that circulates the refrigerant is provided inside the container 20, and an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used as the refrigerant.
そして、上述した収容体２０に収容されるアンテナユニット３０は、図３に示すように、上方から視てラダー形状をなすものであり、高周波電源４１に接続されて高周波電力が給電される給電端子３１１を有する給電側電極３１と、接地点４２に接続される接地端子３２１を有する接地側電極３２と、給電側電極３１と接地側電極３２との間に架け渡された複数のアンテナ導体３３とを具備するものである。 And the antenna unit 30 accommodated in the container 20 mentioned above makes a ladder shape seeing from the upper direction, as shown in FIG. 3, and is connected to the high frequency power supply 41 and is fed with high frequency power. A power supply side electrode 31 having 311, a ground side electrode 32 having a ground terminal 321 connected to the ground point 42, and a plurality of antenna conductors 33 spanned between the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32. It comprises.
より詳細にこのアンテナユニット３０は、給電端子３１１と接地端子３２１との間に形成された複数の電流経路に均等な高周波電流が流れるように、つまり、これら複数の電流経路のインピーダンスが互いに等しくなるように構成されており、本実施形態では、各電流経路の長さが互いに等しい長さになるように構成されている。 More specifically, the antenna unit 30 is configured such that equal high-frequency currents flow through a plurality of current paths formed between the power supply terminal 311 and the ground terminal 321, that is, the impedances of the plurality of current paths are equal to each other. In this embodiment, the lengths of the current paths are equal to each other.
以下、各端子３１１、３２１や各アンテナ導体３３の配置等、アンテナユニット３０の具体的な構成について図３を参照して説明する。 Hereinafter, a specific configuration of the antenna unit 30 such as the arrangement of the terminals 311 and 321 and the antenna conductors 33 will be described with reference to FIG.
給電側電極３１は、所定の長さを有し、長さ方向に延伸する帯状の導体であり、その長さ方向に沿った所定の位置に給電端子３１１が配置されたものである。
より具体的には、本実施形態の給電側電極３１は、図３に示すように、長さ６００ｍｍの銅板であり、その長さ方向における中央に１つの給電端子３１１が配置されている。
なお、本実施形態では、この給電端子３１１は、後述する接地側電極３２における長さ方向に沿って互いに隣り合う接地端子３２１の二等分線Ｌ上に配置されている。
The power supply side electrode 31 is a strip-shaped conductor having a predetermined length and extending in the length direction, and a power supply terminal 311 is disposed at a predetermined position along the length direction.
More specifically, as shown in FIG. 3, the power supply side electrode 31 of the present embodiment is a copper plate having a length of 600 mm, and one power supply terminal 311 is arranged at the center in the length direction.
In the present embodiment, the power supply terminal 311 is disposed on the bisector L of the ground terminals 321 adjacent to each other along the length direction of the ground side electrode 32 described later.
接地側電極３２は、前記給電側電極３１に対向するとともに当該給電側電極３１と平行に設けられており、所定の長さを有し、長さ方向に延伸する帯状の導体であり、その長さ方向に沿った所定の位置に接地端子３２１が配置されたものである。
より具体的にこの給電側電極３１は、図３に示すように、給電側電極３１と等しい長さ（６００ｍｍ）の銅板であり、その長さ方向において中央から線対称な位置、つまり、中央から互いに等距離な位置に複数の接地端子３２１が配置されている。
より詳細に本実施形態の接地側電極３２は、その長さ方向における両端にそれぞれ１つずつ、合計２つの接地端子３２１が配置されている。
The ground-side electrode 32 is a strip-shaped conductor that faces the power-feeding side electrode 31 and is provided in parallel with the power-feeding-side electrode 31, has a predetermined length, and extends in the length direction. A ground terminal 321 is disposed at a predetermined position along the vertical direction.
More specifically, as shown in FIG. 3, the power supply side electrode 31 is a copper plate having a length (600 mm) equal to that of the power supply side electrode 31, and is in a line-symmetrical position from the center in the length direction, that is, from the center. A plurality of ground terminals 321 are arranged at positions equidistant from each other.
More specifically, the ground-side electrode 32 of the present embodiment has two ground terminals 321 in total, one at each end in the length direction.
アンテナ導体３３は、上述したように、誘電体窓２３に形成された凹溝２３１に収容されており、前記給電端子３１１から前記接地端子３２１へ高周波電流が流れるように給電側電極３１と接地側電極３２との間に架け渡されたものである。本実施形態では、給電側電極３１及び接地側電極３２の長さ方向に沿って複数のアンテナ導体３３が設けられている。 As described above, the antenna conductor 33 is accommodated in the concave groove 231 formed in the dielectric window 23, and the power supply side electrode 31 and the ground side are arranged so that a high frequency current flows from the power supply terminal 311 to the ground terminal 321. It is bridged between the electrodes 32. In the present embodiment, a plurality of antenna conductors 33 are provided along the length direction of the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32.
より詳細には、図３に示すように、複数のアンテナ導体３３が、給電側電極３１及び接地側電極３２の長さ方向に沿って等間隔に配置されており、各アンテナ導体３３は互いに同一な形状をなしている。これにより、少なくとも両端に位置するアンテナ導体３３を除く各アンテナ導体３３に略均等な高周波電流が流れることになる。 More specifically, as shown in FIG. 3, the plurality of antenna conductors 33 are arranged at equal intervals along the length direction of the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32, and the antenna conductors 33 are identical to each other. It has a simple shape. As a result, a substantially uniform high-frequency current flows through each antenna conductor 33 except for the antenna conductors 33 located at both ends.
具体的に各アンテナ導体３３は、給電側電極３１及び接地側電極３２よりも細い帯状をなすものであり、本実施形態では、長さ２００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの銅板である。
なお、本実施形態では、アンテナ導体３３の長さ方向と給電側電極３１及び接地側電極３２の長さ方向とは直交している。つまり、本実施形態の各アンテナ導体３３は、給電側電極３１及び接地側電極３２に対して直交して延伸するように設けられている。
Specifically, each antenna conductor 33 has a strip shape thinner than the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32, and in this embodiment, is a copper plate having a length of 200 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 2 mm.
In the present embodiment, the length direction of the antenna conductor 33 and the length direction of the power feeding side electrode 31 and the ground side electrode 32 are orthogonal to each other. That is, each antenna conductor 33 of the present embodiment is provided so as to extend perpendicular to the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32.
本実施形態では、図３に示すように、各電極３１、３２を４等分するように５本のアンテナ導体３３が等間隔に設けられおり、この配置により、前記給電端子３１１は、真ん中のアンテナ導体３３と給電側電極３１との接続部に位置し、前記接地端子３２１は、両端のアンテナ導体３３と接地側電極３２との接続部に位置することになる。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, five antenna conductors 33 are provided at equal intervals so as to divide the electrodes 31 and 32 into four equal parts. With this arrangement, the feeding terminal 311 is arranged in the middle. The ground terminal 321 is located at a connection portion between the antenna conductor 33 and the power supply side electrode 31, and the ground terminal 321 is located at a connection portion between the antenna conductor 33 and the ground side electrode 32 at both ends.
上述の構成により、給電側電極３１と接地側電極３２と互いに隣り合うアンテナ導体３３とによって囲まれた領域Ｓ１は、いずれも同一形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。本実施形態では、これらの領域Ｓ１が誘電体窓２３の外面２３３と平行になるように、つまり、アンテナユニット３０が誘電体窓２３と平行になるように、当該アンテナユニット３０を収容体２０に収容させている。 With the above-described configuration, the region S1 surrounded by the power supply side electrode 31, the ground side electrode 32, and the adjacent antenna conductor 33 is formed in the same shape (rectangular shape in the present embodiment). In the present embodiment, the antenna unit 30 is placed in the container 20 so that these regions S1 are parallel to the outer surface 233 of the dielectric window 23, that is, the antenna unit 30 is parallel to the dielectric window 23. Contained.
このように構成された本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、給電側電極３１と接地側電極３２との間に複数のアンテナ導体３３が架け渡されているので、これらのアンテナ導体３３に高周波電流を流すことで高密度なプラズマを発生させることができる。
そのうえ、各アンテナ導体３３に均等な高周波電流を流しているので、領域Ｓ１と平行な平面において、上述した高密度なプラズマを均一に発生させることができ、ひいては、このプラズマを用いた表面処理により被処理物Ｗに所望の特性を持たせることができる。
According to the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment configured as described above, since the plurality of antenna conductors 33 are bridged between the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32, these antenna conductors 33 are provided. High-density plasma can be generated by supplying a high-frequency current to the substrate.
In addition, since a uniform high-frequency current is passed through each antenna conductor 33, the above-described high-density plasma can be uniformly generated on a plane parallel to the region S1, and by surface treatment using this plasma. The workpiece W can have desired characteristics.
また、アンテナユニット３０が誘電体窓２３と平行に設けられているので、この誘電体窓２３を介してプラズマを処理チャンバ１０内に安定的に発生させることができる。 In addition, since the antenna unit 30 is provided in parallel with the dielectric window 23, plasma can be stably generated in the processing chamber 10 through the dielectric window 23.
さらに、複数のアンテナ導体３３が誘電体窓２３に形成された凹溝２３１に収容されているので、アンテナ導体３３を処理チャンバ１０の内部空間Ｓに近接させることができ、高周波電力を効率よく処理チャンバ１０内に誘導することが可能になり、高密度のプラズマを発生させることができる。 Further, since the plurality of antenna conductors 33 are accommodated in the concave grooves 231 formed in the dielectric window 23, the antenna conductor 33 can be brought close to the internal space S of the processing chamber 10, and high-frequency power can be processed efficiently. It becomes possible to guide into the chamber 10, and a high-density plasma can be generated.
加えて、給電側電極３１と接地側電極３２とが互いに平行に設けられるとともに、アンテナ導体３３がこれらの電極３１、３２と直交して設けられ、アンテナユニット３０がラダー形状をなすので、高密度なプラズマを広い領域に亘って均一に発生させることができる。云うまでもなく、前記給電側電極３１及び前記接地側電極３２にも高周波電流が流れるので、アンテナ導体としてプラズマ生成に寄与する。 In addition, the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32 are provided in parallel to each other, and the antenna conductor 33 is provided orthogonal to these electrodes 31 and 32, and the antenna unit 30 has a ladder shape. Plasma can be generated uniformly over a wide area. Needless to say, since a high-frequency current flows through the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32, it contributes to plasma generation as an antenna conductor.
また、収容体２０の上部に蓋体２２が設けられているので、蓋体２２を取り外すことにより収容されているアンテナユニット３０の状態を確認することができ、この収容体２０が処理チャンバ１０に着脱可能に設けられているので、アンテナユニット３０に不具合が生じた場合には、収容体２０ごとアンテナユニット３０を取り替えることができ、また、汚れ防止板２４のメンテナンスが容易になる。 In addition, since the lid body 22 is provided on the upper portion of the container 20, the state of the antenna unit 30 accommodated by removing the lid body 22 can be confirmed. Since the antenna unit 30 is provided so as to be detachable, the antenna unit 30 can be replaced together with the container 20 when a problem occurs in the antenna unit 30, and the maintenance of the dirt prevention plate 24 is facilitated.
さらに、誘電体窓２３の外面２３３が処理チャンバ１０の上壁部１１の内側面１１２と同一平面状に配置されており、誘電体窓２３と処理チャンバ１０の内側面１１２との間に段部が形成されない構成なので、処理チャンバ１０内に生じるダスト等の副生物が処理チャンバ１０の内側面１１２に付着しても、この副生物をプラズマ洗浄により容易に除去することができる。 Further, the outer surface 233 of the dielectric window 23 is arranged in the same plane as the inner side surface 112 of the upper wall portion 11 of the processing chamber 10, and a step portion is provided between the dielectric window 23 and the inner side surface 112 of the processing chamber 10. Therefore, even if by-products such as dust generated in the processing chamber 10 adhere to the inner surface 112 of the processing chamber 10, the by-products can be easily removed by plasma cleaning.
加えて、アンテナユニット３０は高周波電流が流れることによりその温度が非常に高くなり、収容体２０における誘導体窓の内側は高密度のプラズマに晒されて数百度に加熱されるところ、冷却手段が収容体２０内に冷媒を循環させているので、上述したアンテナユニット３０及び収容体２０の誘電体窓２３を確実に冷却することができる。 In addition, the temperature of the antenna unit 30 becomes very high due to the flow of the high-frequency current, and the inside of the derivative window in the container 20 is exposed to high-density plasma and heated to several hundred degrees. Since the coolant is circulated in the body 20, the above-described antenna unit 30 and the dielectric window 23 of the container 20 can be reliably cooled.
また、プラズマ処理装置１００が、誘導結合型プラズマ方式を用いているので、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式に比べて、低ガス圧下においても高密度なプラズマを発生させることができ、電子温度が低いので、イオンエネルギーの小さいプラズマを生成することができる。 In addition, since the plasma processing apparatus 100 uses an inductively coupled plasma method, it is possible to generate a high-density plasma even under a low gas pressure, as compared with a capacitively coupled plasma (CCP) method. Since the electron temperature is low, plasma with low ion energy can be generated.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、アンテナユニット３０の構成については、図４の（ｂ）〜（ｄ）に示すようなものであっても良い。なお、図４の（ａ）は、前記実施形態のアンテナユニット３０を示す概略図であり、（ａ）〜（ｄ）において前記実施形態と対応する部材には同じ符号を付している。
詳述すると、前記実施形態では、（ａ）に示すように、アンテナ導体３３が５本設けられており、これらのアンテナ導体３３が給電側電極３１及び接地側電極３２を４等分するように配置されていたが、例えば（ｂ）に示すように、４本のアンテナ導体３３が各電極を３等分するように配置されても良いし、（ｄ）に示すように、さらに多数のアンテナ導体３３を設けても良い。アンテナ導体３３の数、長さ及びアンテナ導体３３同士の相互間隔は、アンテナユニット３０の設計要因であってプラズマ密度、均一性を考慮して任意に選択することができる。
また、前記実施形態では、給電端子３１１が１つであったが、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、複数の給電端子３１１を設けても良い。
さらに、前記実施形態では、接地端子３２１が２つであったが、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、３つの接地端子３２１を設けても良いし、さらに多数の接地端子３２１を設けても良い。加えて、アンテナ導体３３に流れる電流が略均一になる構成であれば、接地端子３２１を１つにしても良い。
For example, the configuration of the antenna unit 30 may be as shown in FIGS. 4B to 4D. FIG. 4A is a schematic diagram showing the antenna unit 30 of the embodiment, and members corresponding to those of the embodiment are denoted by the same reference numerals in FIGS.
More specifically, in the embodiment, as shown in FIG. 5A, five antenna conductors 33 are provided, and these antenna conductors 33 divide the power supply side electrode 31 and the ground side electrode 32 into four equal parts. For example, as shown in (b), four antenna conductors 33 may be arranged so as to divide each electrode into three equal parts, or as shown in (d), a larger number of antennas may be arranged. A conductor 33 may be provided. The number and length of the antenna conductors 33 and the mutual spacing between the antenna conductors 33 are design factors of the antenna unit 30 and can be arbitrarily selected in consideration of plasma density and uniformity.
Moreover, in the said embodiment, although the electric power feeding terminal 311 was one, as shown to (c) and (d), you may provide the several electric power feeding terminal 311. FIG.
Furthermore, in the embodiment, there are two ground terminals 321. However, as shown in (c) and (d), three ground terminals 321 may be provided, or a larger number of ground terminals 321 may be provided. May be. In addition, if the current flowing through the antenna conductor 33 is substantially uniform, the number of ground terminals 321 may be one.
また、前記実施形態では、収容体が概略直方体形状をなす筐体であったが、必ずしも匡体構造である必要はなく、例えば図５に示すように、収容体２０ｘは、処理チャンバ１０の開口１１１に設けられた概略平板状をなす誘電体板２３ｘから構成されるものであってもよい。
具体的にこの誘電体板２３ｘは、例えばシール部材４を介して図示しない螺子等により前記開口１１１内に形成された段部１１２ｘに着脱可能に設けられている。より詳細には、この誘電体板２３ｘは、処理チャンバ１０内に向かって形成された複数の凹溝２３１ｘを有し、複数のアンテナ導体３３が、前記複数の凹溝２３１ｘに収容されている構成である。
このように構成することにより、収容体２０ｘは、平板状をなす一枚の誘電体を加工すればよく、前記実施形態の概略直方体形状をなす筐体に比べて遥かに安価に製作することができる。
In the above embodiment, the container has a substantially rectangular parallelepiped shape. However, the container does not necessarily have a housing structure. For example, as illustrated in FIG. 111 may be constituted by a dielectric plate 23x having a substantially flat plate shape provided at 111.
Specifically, the dielectric plate 23x is detachably provided on a stepped portion 112x formed in the opening 111 by a screw or the like (not shown) through the seal member 4, for example. More specifically, the dielectric plate 23x has a plurality of concave grooves 231x formed toward the inside of the processing chamber 10, and a plurality of antenna conductors 33 are accommodated in the plurality of concave grooves 231x. It is.
With this configuration, the container 20x may be manufactured by processing a single dielectric plate having a flat plate shape, and can be manufactured at a much lower cost than the case having the substantially rectangular parallelepiped shape of the above embodiment. it can.
また、前記実施形態では、給電側電極と接地側電極とが互いに帯状をなしかつ等しい長さを有するものであったが、これらの電極の形状は棒状や線状をなすものであっても良いし、長さは必ずしも等しくする必要はない。さらに、前記実施形態のように、これらの電極は、必ずしも互いに平行に設けられている必要はなく、例えば互いに対向して、反対向きに湾曲した曲線状をなすものであっても良い。 In the above embodiment, the power supply side electrode and the ground side electrode are in the shape of a band and have the same length. However, the shape of these electrodes may be a rod shape or a line shape. However, the lengths are not necessarily equal. Further, as in the above-described embodiment, these electrodes do not necessarily have to be provided in parallel to each other, and for example, they may have curved shapes facing each other and curved in the opposite direction.
さらに、前記実施形態では、複数のアンテナ導体は、いずれも同じ形状をなすものであったが、例えば互いに幅寸法が異なるアンテナ導体を用いても良い。
また、アンテナ導体の形状に関しても、上述した給電側電極及び接地側電極と同様、棒状、線状、湾曲形状等をなすものであっても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the plurality of antenna conductors all have the same shape, but antenna conductors having different width dimensions may be used, for example.
Also, the shape of the antenna conductor may be a rod shape, a linear shape, a curved shape, or the like, similar to the above-described feeding side electrode and grounding side electrode.
加えて、前記実施形態では、処理チャンバに１つのアンテナユニットが設けられたプラズマ処理装置について説明したが、処理チャンバに複数のアンテナユニットを一列又は縦横に並べ設けた構成であっても良い。
これにより、アンテナユニットを標準化して使用することができるうえ、複数のアンテナユニットにより均一かつ高密度なプラズマをより大面積にわたって発生させることができる。そのうえ、大きなアンテナユニットを用いてプラズマを発生させる場合に比べて、耐圧構造や電流制御等の問題が生じにくい。
In addition, in the above embodiment, the plasma processing apparatus in which one antenna unit is provided in the processing chamber has been described. However, a configuration in which a plurality of antenna units are arranged in a row or vertically and horizontally in the processing chamber may be employed.
Thereby, the antenna unit can be standardized and used, and uniform and high-density plasma can be generated over a larger area by the plurality of antenna units. In addition, problems such as a withstand voltage structure and current control are less likely to occur than when plasma is generated using a large antenna unit.
また、前記実施形態では平板状の蓋体で処理チャンバの開口を塞ぐ構成であったが、この開口にはアンテナユニットを収容する収容体の他に、導線等の種々の部品が配置されるところ、この開口を内部空間が形成された筐体で塞ぐように構成しても良い。これにより、上述した種々の部品を配置する空間を広くすることができる。
さらに、前記実施形態の蓋体をメッシュ状のものにしても良い。これにより、例えばファンからこの蓋体に向けて送風することで、アンテナユニット等の冷却効果を得ることができる。
Further, in the above-described embodiment, the opening of the processing chamber is closed with the flat lid, but in this opening, various parts such as a conductor are arranged in addition to the housing for housing the antenna unit. The opening may be closed with a casing in which an internal space is formed. Thereby, the space which arrange | positions the various components mentioned above can be expanded.
Furthermore, the lid body of the embodiment may be mesh-shaped. Thereby, the cooling effect of an antenna unit etc. can be acquired by blowing air toward this lid body from a fan, for example.
接地端子は、前記実施形態では直接接地点に接続されるように構成されていたが、例えばコンデンサを介して接地点に接続されるように構成されていても良い。 The ground terminal is configured to be directly connected to the ground point in the above-described embodiment, but may be configured to be connected to the ground point via a capacitor, for example.
さらに、前記実施形態では冷媒として不活性ガスを用いていたが、空気や絶縁油等を用いても良い。 Further, in the embodiment, the inert gas is used as the refrigerant, but air, insulating oil, or the like may be used.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１００・・・プラズマ処理装置
Ｗ ・・・被処理物
１０ ・・・処理チャンバ
２０ ・・・収容体
２３ ・・・誘電体窓
２３１・・・凹溝
３０ ・・・アンテナユニット
３１ ・・・給電側電極
３１１・・・給電端子
３２ ・・・接地側電極
３２１・・・接地端子
３３ ・・・アンテナ導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Plasma processing apparatus W ... To-be-processed object 10 ... Processing chamber 20 ... Container 23 ... Dielectric window 231 ... Groove 30 ... Antenna unit 31 ... Electric power feeding Side electrode 311 ... feed terminal 32 ... ground side electrode 321 ... ground terminal 33 ... antenna conductor
Claims (9)
前記アンテナユニットが、
前記高周波電力が給電される１又は複数の給電端子を備え、所定の長さを有する給電側電極と、
前記給電側電極に対向して設けられるとともに、接地点に接続される１又は複数の接地端子を備え、所定の長さを有する接地側電極と、
前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡された複数のアンテナ導体とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus comprising: a processing chamber that accommodates an object to be processed; and an antenna unit that generates plasma in the processing chamber by applying high-frequency power,
The antenna unit is
Including one or a plurality of power supply terminals to which the high-frequency power is supplied, and a power supply side electrode having a predetermined length;
A ground-side electrode provided opposite to the power-feeding side electrode and provided with one or a plurality of ground terminals connected to a ground point, and having a predetermined length;
A plasma processing apparatus comprising: a plurality of antenna conductors bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode.
前記各電極の長さ方向に沿って設けられた前記複数のアンテナ導体のうち、少なくとも両端のアンテナ導体を除く複数のアンテナ導体に均等な高周波電流が流れるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。 The power supply side electrode and the ground side electrode are provided in parallel to each other,
Among the plurality of antenna conductors provided along the length direction of each electrode, at least a plurality of antenna conductors excluding the antenna conductors at both ends are configured to flow an equal high-frequency current. The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記アンテナ導体が、前記給電端子から互いに隣り合った前記接地端子に均等な高周波電流が流れるように前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。 The power supply terminal provided on the power supply side electrode is located on a bisector of the ground terminal adjacent to each other;
The antenna conductor is bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode so that an equal high frequency current flows from the power supply terminal to the ground terminals adjacent to each other. 3. The plasma processing apparatus according to 1 or 2.
前記接地側電極が、当該接地側電極の両端に設けられた２つの接地端子を有し、
前記アンテナ導体が、前記１つの給電端子から前記２つの接地端子に均等な高周波電流が流れるように前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The power supply side electrode has one power supply terminal provided at the center in the length direction of the power supply side electrode,
The ground side electrode has two ground terminals provided at both ends of the ground side electrode,
The antenna conductor is bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode so that an equal high frequency current flows from the one power supply terminal to the two ground terminals. The plasma processing apparatus according to any one of 1 to 3.
前記アンテナ導体が、前記給電側電極及び前記接地側電極を等分するように架け渡されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The antenna unit has a ladder shape in which the antenna conductor is orthogonal to the power supply side electrode and the ground side electrode,
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the antenna conductor is stretched so as to equally divide the power feeding side electrode and the ground side electrode. 6.
前記アンテナユニットが、前記収容体内において、前記開口の内側開口面と平行に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 The housing further accommodates the antenna unit and is fitted into an opening formed in the processing chamber.
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the antenna unit is provided in parallel with an inner opening surface of the opening in the housing.
前記底板が、前記収容体内から前記処理チャンバ内に向かって形成された複数の凹溝を有し、
前記複数のアンテナ導体が、前記複数の凹溝に収容されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。 The container includes a bottom plate parallel to the inner opening surface;
The bottom plate has a plurality of concave grooves formed from the container into the processing chamber;
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the plurality of antenna conductors are accommodated in the plurality of concave grooves.
前記誘電体板が、前記処理チャンバ内に向かって形成された複数の凹溝を有し、
前記複数のアンテナ導体が、前記複数の凹溝に収容されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。 The container is a dielectric plate having a flat plate shape parallel to the inner opening surface,
The dielectric plate has a plurality of grooves formed into the processing chamber;
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the plurality of antenna conductors are accommodated in the plurality of concave grooves.
高周波電力が給電される１又は複数の給電端子を備え、所定の長さを有する給電側電極と、
前記給電側電極に対向して設けられるとともに、接地点に接続される１又は複数の接地端子を備え、所定の長さを有する接地側電極と、
前記給電側電極と前記接地側電極との間に架け渡された複数のアンテナ導体とを有することを特徴とするアンテナユニット。 An antenna unit that is used in a plasma processing apparatus and generates plasma in a processing chamber in which an object to be processed is accommodated,
A power supply-side electrode having one or a plurality of power supply terminals to which high-frequency power is supplied and having a predetermined length;
A ground-side electrode provided opposite to the power-feeding side electrode and provided with one or a plurality of ground terminals connected to a ground point, and having a predetermined length;
An antenna unit comprising a plurality of antenna conductors bridged between the power supply side electrode and the ground side electrode.
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