JP2017010820A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナを構成する絶縁パイプに起因するプラズマ生成用ガスの真空容器外への漏洩の可能性を無くすると共に、アンテナを構成する金属パイプおよび絶縁パイプの両方を効果的に冷却することができるようにする。【解決手段】 このプラズマ処理装置は、真空容器２内に配置されたアンテナ２０を備えている。アンテナ２０は、絶縁パイプ２２と、その中に配置されていて内部に冷却水４４が流される金属パイプ２６とを有している。金属パイプ２６の両端部分は絶縁体４６を貫通しており、絶縁体４６と金属パイプ２６および真空容器２との間はパッキン４８、４９によって真空シールされている。絶縁パイプ２２と金属パイプ２６との間に隙間２４が設けられている。隙間２４にガス６２を充填するガス供給系統６０を備えている。【選択図】 図１

Description

この発明は、プラズマ生成用のガスが導入される真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置に関する。基板に施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。

アンテナに高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界によって真空容器内において誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させるプラズマ処理装置が従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、プラズマ生成用のガスが導入される真空容器内に、誘導結合型のプラズマ生成用のアンテナ導体（導電性ロッド）をその両端部分が当該真空容器を貫通するように配置し、かつ当該アンテナ導体を絶縁パイプ（絶縁管）内に収納して、当該絶縁パイプと真空容器との間をＯリングによって真空シールした構造のプラズマ処理装置が提案されている。即ちこの装置は、アンテナ部分に関しては、アンテナ導体を絶縁パイプ内に収納して、当該絶縁パイプで真空を保持する構造である。絶縁パイプは、アンテナ導体がプラズマと直接接触するのを防止するためのものである。

更に、絶縁パイプとアンテナ導体との間の隙間にガス（絶縁気体）を流して、通電に伴って発熱するアンテナ導体を冷却するようにしている。

また、特許文献２には、プラズマ生成用のガスが導入される真空容器内に、モノポールアンテナであるアンテナ導体（アンテナ素子）をその一端部分が当該真空容器を貫通するように配置し、かつ当該アンテナ導体を絶縁パイプ（管部材）内に収納して、当該絶縁パイプと真空容器との間を真空シールした構造のプラズマ処理装置が提案されている。即ちこの装置も、アンテナ部分に関しては、アンテナ導体を絶縁パイプ内に収納して、当該絶縁パイプで真空を保持する構造である。絶縁パイプを設ける目的は上記と同様である。

更に、絶縁パイプとアンテナ導体との間の隙間にガス（例えばＮ₂ 、Ａr 等の不活性ガス）を流して、通電に伴って発熱するアンテナ導体を冷却するようにしている。

但し、特許文献２に記載の装置は、一端が電気的に開放されたモノポールアンテナであるアンテナ導体から放射される電磁波を利用して容量結合型のプラズマ（略称ＣＣＰ）を生成するものであり、誘導結合型のプラズマを生成する装置とはプラズマ生成の原理が異なる。

特開２００４−５５６００号公報（段落００３１−００３５、図１） 特開２００７−２７３７５２号公報（段落００４６−００５３、００７３、図１、図３）

上記特許文献１および２に記載の装置はいずれも、アンテナ部分に関しては、アンテナ導体を絶縁パイプ内に収納して、当該絶縁パイプで真空を保持する構造をしている。

しかし、上記絶縁パイプは、例えば石英、セラミックス等の絶縁材料で構成されていて、一般的に金属パイプに比べて機械的強度の点で劣るので、破損する可能性が金属パイプに比べて高い。また、破損時に破壊に至る可能性も金属パイプに比べて高い。

プラズマ処理装置では、プラズマ生成用のガスが真空容器内に導入されるので、上記絶縁パイプが破損または破壊すると、当該プラズマ生成用のガスが真空容器外に漏れ出てしまう。これは一般的に好ましくない。

特に、プラズマ生成用のガスには、例えばＳiＨ₄ （シラン）、ＮＨ₃ （アンモニア）、ＮＦ₃ （三フッ化窒素）等の半導体用ガスのような、可燃性、毒性等の点で漏洩防止に著しく高い配慮を要するガスが含まれている場合があるので、絶縁パイプで真空を保持する構造は、安全上の観点から課題があると言うことができる。

また、絶縁パイプは高周波放電によるプラズマ生成に伴って加熱され、更に当該絶縁パイプからの輻射熱によって基板も加熱されるため、基板やその表面の膜の変形・変質等を抑制する観点から、絶縁パイプを効果的に冷却することも重要な課題である。

しかしこのような課題については、上記特許文献１および２のいずれにも記載されておらず、両文献には、アンテナ導体を冷却する目的で、絶縁パイプとアンテナ導体との間の隙間にガスを流すことが記載されているだけである。

上記特許文献１および２に記載の技術においても、上記ガスを流すことによって絶縁パイプもある程度は冷却されるけれども、当該ガスのみによって、アンテナ導体の冷却と絶縁パイプの冷却の両方を行うことになるので、絶縁パイプを効果的に冷却することができず、絶縁パイプの温度上昇を十分に抑制するのが難しいという課題がある。

そこでこの発明は、上記のような点を改善して、アンテナを構成する絶縁パイプに起因するプラズマ生成用ガスの真空容器外への漏洩の可能性を無くすると共に、アンテナを構成する金属パイプおよび絶縁パイプの両方を効果的に冷却することができるようにすることを主たる目的としている。

この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ生成用のガスが導入される真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって前記真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記アンテナは、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される金属パイプとを有しており、前記金属パイプは前記真空容器内に配置されていてその両端部分は、前記真空容器の壁面を貫通して設けられている二つの絶縁体をそれぞれ貫通して前記真空容器外に出されており、かつ当該絶縁体と前記金属パイプおよび前記真空容器との間はそれぞれ真空シールされており、前記絶縁パイプは前記真空容器内に配置されていて、前記絶縁パイプと前記金属パイプとの間には隙間が設けられており、かつ前記絶縁パイプの両端部は前記二つの絶縁体を用いて前記真空容器内で閉じられており、更に、前記隙間にガスを供給して前記隙間を当該ガスで満たすガス供給手段を備えている、ことを特徴としている。

このプラズマ処理装置によれば、アンテナ部分の真空シールは、真空容器の壁面を貫通している絶縁体および当該絶縁体を貫通している金属パイプの部分で行っており、絶縁パイプは真空容器内に配置されているので、絶縁パイプに起因するプラズマ生成用ガスの真空容器外への漏洩の可能性を無くすることができる。

しかも、アンテナを構成する金属パイプはその内部に冷却水が流されて水冷されるので、金属パイプを効果的に冷却することができると共に、絶縁パイプと金属パイプとの間の隙間をガスで満たす構成であるので、絶縁パイプと水冷された金属パイプとの間の上記ガスによる熱伝達によって、絶縁パイプを効果的に冷却することができる。

前記隙間と前記真空容器内とを連通させる配管と、当該配管の経路を開閉するバルブとを更に備えていても良い。

前記ガス供給手段は、前記真空容器内に導入するための前記プラズマ生成用のガスの一部分を前記隙間に前記ガスとして供給するものであっても良い。その場合、前記絶縁パイプの両端部と前記絶縁体との間の構造は、前記隙間内の前記ガスが前記真空容器内へ漏れるのを許容する構造であっても良い。

その他の変形例を採用しても良い。

請求項１に記載の発明によれば、アンテナ部分の真空シールは、真空容器の壁面を貫通している絶縁体および当該絶縁体を貫通している金属パイプの部分で行っており、絶縁パイプは真空容器内に配置されているので、絶縁パイプに起因するプラズマ生成用ガスの真空容器外への漏洩の可能性を無くすることができる。

しかも、アンテナを構成する金属パイプはその内部に冷却水が流されて水冷されるので、金属パイプを効果的に冷却することができると共に、絶縁パイプと金属パイプとの間の隙間をガスで満たす構成であるので、絶縁パイプと水冷された金属パイプとの間の上記ガスによる熱伝達によって、絶縁パイプを効果的に冷却することができる。従って、アンテナを構成する金属パイプおよび絶縁パイプの両方を効果的に冷却することができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの前記隙間と真空容器内とを連通させる配管と、当該配管の経路を開閉するバルブとを備えているので、アンテナ取り付け後等における真空容器内の真空排気時に、前記バルブを開いておくことによって、真空容器内の真空排気と同時に前記隙間も真空排気することができる。その結果、前記隙間の残留ガスを速やかに排出して、当該残留ガスに起因する真空容器内の真空度上昇不良等の悪影響を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、プラズマ生成用のガスの一部分をアンテナの前記隙間に前記ガスとして供給する構成であるので、アンテナの隙間用のガス源を特別に用意しなくて済む。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの絶縁パイプの両端部は、前記隙間内のガスが真空容器内へ漏れるのを許容する構造であるので、シール用のパッキン等を設けなくて済み、構造の簡素化を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの金属パイプを中空絶縁体によって複数区分に分割し、かつコンデンサによって中空絶縁体の両側の金属パイプを電気的に直列接続しているので、アンテナのインピーダンスを低減させることができ、それによってアンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができる。その結果、アンテナの両端部間に大きな電位差が発生するのを抑えて均一性の良いプラズマ生成が可能になると共に、アンテナに高周波電流が流れやすくなって誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることが可能になる。

請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、直線状のアンテナを複数、基板の表面に沿う方向に並列に配置しているので、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。

この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略縦断面図である。 アンテナの端部付近の構造の他の例を拡大して示す断面図である。 アンテナの端部付近の構造の更に他の例を拡大して示す断面図である。 アンテナの端部付近の構造の更に他の例を拡大して示す断面図である。 プラズマ生成用のガスの一部分をアンテナの絶縁パイプ内の隙間に供給する場合の一例を示す図である。 プラズマ生成用のガスの一部分をアンテナの絶縁パイプ内の隙間に供給する場合の他の例を示す図である。 プラズマ生成用のガスの一部分をアンテナの絶縁パイプ内の隙間に供給する場合の更に他の例を示す図である。 この発明に係るプラズマ処理装置の他の実施形態を示す概略縦断面図である。 図８中のコンデンサ周りの一例を拡大して示す概略断面図である。 図８中のコンデンサ周りの他の例を拡大して示す概略断面図である。 直線状のアンテナを複数有しているプラズマ処理装置の実施形態を示す概略横断面図である。 複数のアンテナの隙間にガスを供給するガス供給系統周りの構成の一例を示す図である。

図１に、この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、幾つかの図中に、１点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を図示している。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は垂直方向である。

このプラズマ処理装置は、プラズマ生成用のガス８が導入される真空容器２内に配置されたアンテナ２０に、高周波電源５６から整合回路５８を経由して高周波電流Ｉ_R を流すことによって、真空容器２内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマ１６を生成し、当該プラズマ１６を用いて基板１０に処理を施すように構成されている。

即ち、アンテナ２０に高周波電流Ｉ_R を流すことによって、アンテナ２０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流Ｉ_R と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器２内において、電子が加速されてアンテナ２０の近傍のガス８を電離させてアンテナ２０の近傍にプラズマ（即ち誘導結合型のプラズマ）１６が発生する。このプラズマ１６は基板１０の近傍まで拡散し、このプラズマ１６によって基板１０に処理を施すことができる。

真空容器２は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置４によって真空排気される。真空容器２はこの例では電気的に接地されている。

基板１０は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であるが、これに限られるものではない。

基板１０に施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。

このプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタ装置とも呼ばれる。

真空容器２内に、例えば流量調節器（図示省略）およびガス導入管６を経由して、ガス８が導入される。ガス８は、真空容器２内に、１箇所から導入しても良いし、複数箇所（図示例は３箇所であるが、これに限られない）から導入しても良い。ガス８は、基板１０に施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマＣＶＤ法によって基板１０に膜形成を行う場合は、ガス８は、原料ガスを希釈ガス（例えばＨ₂ ）で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがＳiＨ₄ の場合はＳi 膜を、ＳiＨ₄ ＋ＮＨ₃ の場合はＳiＮ膜を、ＳiＨ₄ ＋Ｏ₂ の場合はＳiＯ₂ 膜を、ＳiＦ₄ ＋Ｎ₂ の場合はＳiＮ：Ｆ膜（フッ素化シリコン窒化膜）を、それぞれ基板１０の表面に形成することができる。

真空容器２内に、基板１０を保持する基板ホルダ１２が設けられている。この例のように、基板ホルダ１２にバイアス電源１４からバイアス電圧を印加するようにしても良い。

アンテナ２０は、この例では直線状のアンテナであり、真空容器２内の上部付近に、基板１０の表面に沿うように（例えば基板１０の表面と実質的に平行に）配置されている。真空容器２内に配置するアンテナ２０は、一つでも良いし、複数でも良い。複数の場合の実施形態は後で説明する。

アンテナ２０は、絶縁パイプ２２と、その中に配置されていて内部に冷却水４４が流される金属パイプ２６とを有している。

絶縁パイプ２２の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。

金属パイプ２６の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これらに限られるものではない。

絶縁パイプ２２は、簡単に言えば、金属パイプ２６がプラズマ１６と直接接触するのを防止するためのものである。これを詳述すると、公知のように、導体と高周波プラズマとが近接する構造の場合、プラズマ中のイオンよりも電子の方が軽くて遥かに多く導体に入射するので、プラズマ電位が導体よりも正側に上昇する。これに対して、上記のような絶縁パイプ２２を設けておくと、絶縁パイプ２２によって、プラズマ１６中の荷電粒子がアンテナ２０を構成する金属パイプ２６に入射するのを抑制することができるので、金属パイプ２６に荷電粒子（主として電子）が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、金属パイプ２６が荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされてプラズマ１６および基板１０に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じるのを抑制することができる。

金属パイプ２６は真空容器２内に配置されていて、当該金属パイプ２６の両端部分は、真空容器２の対向する壁面を貫通して設けられている二つの絶縁体（例えば絶縁フランジ）４６をそれぞれ貫通して真空容器２外に出されている。各絶縁体４６と金属パイプ２６との間および各絶縁体４６と真空容器２との間は、真空シール手段（この例ではパッキン４８および４９）によってそれぞれ真空シールされている。パッキン４８、４９は、例えばＯリングである。後述するパッキン５０も同様である。

絶縁体４６の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等であるが、これに限られるものではない。

アンテナ２０（より具体的にはその金属パイプ２６）の大気中にある給電端部５１には、高周波電源５６から整合回路５８を経由して高周波電流Ｉ_R が供給される。アンテナ２０（より具体的にはその金属パイプ２６）の大気中にある終端部５２は、図示例のように直接接地しても良いし、コンデンサまたはコイル等を介して接地しても良い。高周波電流Ｉ_R の周波数は、例えば一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

絶縁パイプ２２は、その全体が真空容器２内に配置されていて、当該絶縁パイプ２２と金属パイプ２６との間には隙間２４が設けられている。かつ、絶縁パイプ２２の両端部は、真空容器２内で上記二つの絶縁体４６に支持されていて、この二つの絶縁体４６を用いて真空容器２内で閉じられている。従って、隙間２４は閉じた空間になっている。

上記「閉じられている」という文言は、この出願では、密閉（または密封）されていることに限定されるものではなく、少しの漏れを許容する程度に閉じられている場合も含む意味である。それでも、隙間２４に後述するガス６２を満たすことができるからである。例えば、図１、図３に示す例では、図２、図４に示す例と違って、絶縁体４６と絶縁パイプ２２との間にシール用のパッキン５０を設けていないけれども、これも上記「閉じられている」構造の一つである。

更にこのプラズマ処理装置は、アンテナ２０の上記隙間２４にガス６２を供給して隙間２４をガス６２で満たす（換言すればガス６２を充填する）ガス供給手段として、ガス供給系統６０を備えている。

ガス供給系統６０は、この例では、上記ガス６２を供給するガス源６４、当該ガス６２を通す配管６６、および、当該配管６６の経路を開閉するバルブ６８を有している。配管６６の先端付近６６ａは、上記絶縁体４６を貫通していて上記隙間２４に通じている。更にこの例のように、配管６６に圧力計７０を接続しておいても良い。この圧力計７０を用いて、隙間２４のガス圧の設定、管理等を行うことができる。

隙間２４に供給するガス６２の種類は、特定のものに限定されないが、熱伝導率の高いガスが好ましい。例えば、水素、ヘリウム、窒素、その他のガスである。また、前述したプラズマ生成用のガス８の一部分を、上記ガス６２として隙間２４に供給しても良い。これについては後で詳しく説明する。

隙間２４を満たすガス６２のガス圧は、特定のものに限定されないが、熱伝導の観点からは、ある程度高いのが好ましい。例えば、１３００Ｐａ程度以上が好ましい。これは、例えば特開平８−２５０４７７号公報の図３およびその説明にも記載されているように、ガス圧が１３００Ｐａ程度以上になると、多くのガスの場合、小さな隙間におけるガスの熱通過率Ｑ［Ｗ／ｍ² ・ｄｅｇ］が飽和するので、その程度のガス圧があれば十分だからである。

また、ガス供給系統６０は、更に後述する配管７２およびバルブ７４は、アンテナ２０の給電端部５１側に設けるよりも、この例のように、アンテナ２０の終端部５２側に設けるのが好ましい。これを詳述すると、給電端部５１側は、整合回路５８から給電端部５１への高周波電力の配線があり、上記ガス供給系統６０等を給電端部５１側に設けると、上記配線と接地電位の配管（配管６６、７２）との間の浮遊容量が原因で高周波電力をアンテナ２０に効率良く供給することができない、あるいは高周波電力の整合が安定しない等の問題が生じる可能性がある。複数のアンテナ２０を設ける場合は、高周波電力の配線がより複雑になるので、上記問題はより大きくなる。これに対して、終端部５２は接地されているので、ガス供給系統６０等を終端部５２側に設けることによって、上記問題を軽減することができる。配管も容易になる。

このプラズマ処理装置によれば、アンテナ２０の部分の真空シールは、真空容器２の壁面を貫通している絶縁体４６および当該絶縁体４６を貫通している金属パイプ２６の部分で行っており、絶縁パイプ２２は真空容器２内に配置されているので、前述した従来技術の場合と違って、絶縁パイプ２２に起因する、例えば絶縁パイプ２２の破損・破壊に起因するプラズマ生成用ガス８の真空容器２外への漏洩の可能性を無くすることができる。

ちなみに、絶縁体４６は、この種のプラズマ処理装置でよく用いられているものであり、パイプではないので、しかも厚さを大きくする等によって強度を大きくすることも容易であるので、絶縁パイプに比べれば、破損・破壊の可能性は小さい。

また、絶縁体４６とアンテナ２０との間の真空シールは、金属パイプ２６の部分で行っており、金属パイプ２６は絶縁パイプに比べれば、破損・破壊の可能性は小さい。

従って例えば、プラズマ生成用のガス８に、前述したような可燃性、毒性等の点で漏洩防止に著しく高い配慮を要するガスが含まれている場合でも、安全性が高いと言うことができる。

しかもこのプラズマ処理装置においては、アンテナ２０を構成する金属パイプ２６はその内部に冷却水４４が流されて水冷されるので、金属パイプ２６を効果的に冷却することができる。つまり、水（冷却水４４）はＨ₂ 、Ｎ₂ 等のガスに比べて熱容量が大きいので、金属パイプ２６を効果的に冷却することができる。更に、絶縁パイプ２２と金属パイプ２６との間の隙間２４をガス６２で満たす構成であるので、絶縁パイプ２２と水冷された金属パイプ２６との間のガス６２による熱伝達によって、絶縁パイプ２２を効果的に冷却することができる。従って、前述した従来技術のように絶縁パイプ内に流すガスのみによって冷却する場合よりも、アンテナ２０を構成する金属パイプ２６および絶縁パイプ２２の両方を効果的に冷却することができる。その結果、絶縁パイプ２２からの輻射熱によって基板１０が加熱されるのを抑制して、基板１０やその表面の膜の変形・変質等を抑制することができる。

次に、上記プラズマ処理装置の変形例や、プラズマ処理装置の他の実施形態を説明する。以下においては、上記実施形態との相違点を主に説明する。

図１に示す例のように、アンテナ２０の隙間２４と真空容器２内を連通させる配管７２と、当該配管７２の経路を開閉するバルブ７４とを更に備えていても良い。配管７２が絶縁体４６を貫通して隙間２４に通じる部分は、この例では、上記配管６６の先端付近６６ａを共用している。このようにすると構造の簡素化を図ることができる。

上記構成によれば、アンテナ２０の取り付け後等における真空容器２内の真空排気時に、バルブ７４を開いておくことによって、真空排気装置４による真空容器２内の真空排気と同時にアンテナ２０の隙間２４も矢印Ｅで示すように真空排気することができる。その結果、隙間２４の残留ガスを速やかに排出して、当該残留ガスに起因する真空容器２内の真空度上昇不良、残留ガスによる基板１０やその表面の膜の汚染（コンタミネーション）等の悪影響を防止することができる。

隙間２４を上記のようにして真空排気した後は、バルブ７４を閉じておけば良い。

上記ガス供給系統６０は、上記プラズマ生成用のガス８の一部分をアンテナ２０の隙間２４に上記ガス６２として供給するものでも良い。そのようにすると、アンテナ２０の隙間２４用のガス源６４を設けなくて済む。そのようにする場合の幾つかの例を次に説明する。

図５に示す例では、真空容器２内に上記プラズマ生成用のガス８を供給するガス供給系統８０は、ガス源８２ａ〜８２ｃ、流量調節器（例えば流量調整弁）８４ａ〜８４ｃおよび合流配管８６を有していて、ガス源８２ａ〜８２ｃからのガスを混合してガス８として真空容器２内に導入する構成である。例えば、ガス源８２ａ、８２ｂ、８２ｃのガスは、それぞれＳiＦ₄ 、Ｎ₂ 、Ｈ₂ （希釈ガス）であるが、もちろんこれ以外でも良い。アンテナ２０用のガス供給系統６０は、上記合流配管８６に配管６６を接続した構成をしている。

この図５に示す例は、簡素な構成で、必要なガスを選択してアンテナ２０の隙間２４にガス６２として供給することができるという利点を有している。但し、真空容器２内にガス８を供給中に、隙間２４のガス圧低下等による追加加圧が必要な際には、必要なガス種を選択することはできない。

この例の場合、アンテナ２０の隙間２４に供給するガス種は、絶縁パイプ２２をより効率良く冷却するためには、熱伝導率のより高いガスを選択するのが好ましい。例えば、上記例で言えば、Ｈ₂ 、Ｎ₂ 、ＳiＦ₄ の順で好ましい。以下の例においても同様である。

図６に示す例では、アンテナ２０用のガス供給系統６０は、ガス供給系統８０の一つのガス源（この例ではガス源８２ｃ）に配管６６を接続した構成をしている。この図６に示す例は、真空容器２内にガス８を供給中にも、ガス源８２ｃからのガスをガス６２としてアンテナ２０の隙間２４に供給して継続して加圧、または必要に応じて追加加圧することができるいう利点を有している。各ガス源８２ａ〜８２ｃをバルブを介して配管６６に接続しておいても良く、そのようにすれば、アンテナ２０の隙間２４に供給するガスの選択が可能になる。

図７に示す例は、ガス供給系統８０は、各ガス源８２ａ〜８２ｃからのガスを個別にガス８の一部として真空容器２内に導入し、真空容器２内でこれらのガスを混合させる構成である。可燃性ガスおよび支燃性ガスの同時使用の場合は、この構成がよく用いられる。アンテナ２０用のガス供給系統６０は、ガス供給系統８０の一つのガス源（この例ではガス源８２ｃ）に配管６６を接続した構成をしている。また、各ガス源８２ａ〜８２ｃをバルブを介して配管６６に接続しておいても良いことは、図６の例の場合と同様である。

この図７に示す例は、各ガスの系統が、ガス源８２ａ〜８２ｃから真空容器２まで単一の系統で構成されていて、各ガスが配管内で交わることがないので、ガスの純度を維持することができるという利点がある。

上記絶縁パイプ２２の両端部と絶縁体４６との間の構造は、例えば図２、図４に示す例のように、シール（封止）用のパッキン５０を設けて、密閉（密封）した構造でも良い。そのようにすると、隙間２４のガス圧低下を防ぐ効果が大きくなる。

また、アンテナ２０の隙間２４に供給するガス６２が真空容器２内へ漏れても支障のない場合もあり、例えば、（ａ）当該ガス６２の種類が、上記プラズマ生成用のガス８またはそれを構成する一部のガスと同一の場合、または（ｂ）上述したようにプラズマ生成用のガス８の一部分を隙間２４にガス６２として供給する場合がそれであり、この場合は、絶縁パイプ２２の両端部と絶縁体４６との間の構造は、例えば図１、図３に示す例のように、シール用のパッキンを設けずに、隙間２４内のガスが真空容器２内へ漏れるのを許容する構造でも良い。そのようにすると、シール用のパッキン等を設けなくて済むので、構造の簡素化を図ることができる。

隙間２４内のガスが真空容器２内へ漏れるのを許容する構造の場合、どの程度の漏れを許容するかについては、例えば、漏れたガスによる真空容器２内の圧力変動が、当該ガスがない場合の真空容器２内圧力の１０％以内に収まる程度にするのが好ましい。

なお、図１、図２は、絶縁パイプ２２の端部内に絶縁体４６を挿入して絶縁パイプ２２の端部を閉じている例であり、図３、図４は、絶縁パイプ２２の端部を絶縁体４６内に挿入して閉じている例である。

図３、図４の例の方が、隙間２４をより小さくすることができるので、隙間２４に充填されたガスによる絶縁パイプ２２と金属パイプ２６との間の熱伝達がより良くなり、絶縁パイプ２２に対する冷却性能をより高くすることができる。また、パッキン５０を設ける場合、それに当接するシール面が絶縁パイプ２２の外面になるので（図４参照）、シール面の加工が容易になる。

プラズマ処理装置の他の実施形態を図８に示す。以下においては、図１に示した実施形態との相違点を主に説明する。また、図２〜図７に示す構成を採用しても良いのは、図１に示した実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

この実施形態では、アンテナ２０は、金属パイプ２６の真空容器２内に位置する部分を、１以上の中空絶縁体（図９、図１０に示す中空絶縁体２８）を直列に介在させることによって電気的に複数区分に分割し、かつ中空絶縁体２８およびそれにつながる金属パイプ２６の少なくとも一方の外周部に、絶縁パイプ２２との間に前記隙間２４を残した状態でコンデンサ３０を形成して、当該コンデンサ３０を介して、中空絶縁体２８の両側の金属パイプ２６を電気的に直列接続した構造をしている。

金属パイプ２６の区分数ｎ（ｎは２以上の整数）ならびに中空絶縁体２８およびコンデンサ３０の数（ｎ−１）は、図８の例はｎ＝２であるが、ｎは３以上でも良い。

コンデンサ３０部分の構造のより具体例を図９に示す。このコンデンサ３０は、中空絶縁体２８の外周部に配置された層状のコンデンサであり、（ａ）中空絶縁体２８の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体２８の一方側に接続された金属パイプ２６に電気的に接続された第１の電極３２と、（ｂ）中空絶縁体２８の外周部に、第１の電極３２と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体２８の他方側に接続された金属パイプ２６に電気的に接続された第２の電極３４と、（ｃ）第１の電極３２および第２の電極３４間に配置された誘電体３６とを有している。

コンデンサ３０は、フィルム状の誘電体３６の両主面に電極３２、３４を金属蒸着等によって形成したものを、中空絶縁体２８の外周部に所定回数巻き付けた構造でも良い。

コンデンサ３０はまた、図１０に示すような構造でも良い。即ち、中空絶縁体２８の一方端部と金属パイプ２６との接続部を第１接続部３８、他方端部と金属パイプ２６との接続部を第２接続部４０と呼ぶと、このコンデンサ３０は、（ａ）第１接続部３８側の金属パイプ２６の一部分を当該コンデンサ３０の第１の電極として兼用しており、かつ（ｂ）第１接続部３８側の金属パイプ２６の外周部から中空絶縁体２８の外周部にかけての領域に設けられた誘電体３６と、（ｃ）誘電体３６の外周部から第２接続部４０側の金属パイプ２６の外周部にかけての領域に設けられていて、第２接続部４０側の金属パイプ２６に電気的に接続された電極であって、第１接続部３８側の金属パイプ２６に誘電体３６を介在させて重なる領域ＣＡを有している第２の電極３４とを備えている。

上記重なる領域ＣＡは、そこで静電容量が形成されるので、静電容量形成領域と呼ぶことができる。このコンデンサ３０は、この静電容量形成領域ＣＡを含む部分の金属パイプ２６を当該コンデンサの第１の電極として兼用している。

上記のようにアンテナ２０の金属パイプ２６を中空絶縁体２８によって複数区分に分割し、かつコンデンサ３０によって中空絶縁体２８の両側の金属パイプ２６を電気的に直列接続した構造にすると、アンテナ２０の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ２０のインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナ２０を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができる。従って、当該アンテナ２０の両端部間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。それによって均一性の良いプラズマ１６を発生させることが可能になる。ひいては基板１０の処理の均一性を高めることができる。

また、アンテナ２０を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるので、アンテナ２０に高周波電流Ｉ_R が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマ１６を効率良く発生させることが可能になる。ひいては基板１０の処理の効率を高めることができる。

プラズマ処理装置は、図１１に示す実施形態のように、直線状のアンテナ２０を複数、基板１０の表面に沿う方向に（例えば基板１０の表面と実質的に平行に）並列に配置している構成でも良い。このようにすると、より広い領域で均一性の良いプラズマ１６を発生させることができ、従ってより大型の基板１０の処理に対応することができる。図１１はアンテナ２０が４本の例を示しているが、それに限られるものではない。

各アンテナ２０は、図８等を参照して説明したコンデンサ３０部分を有するものでも良いし、図１等を参照して説明したもの（即ちコンデンサ３０部分を有していないもの）でも良い。

各アンテナの給電端部５１には、図１１に示す例のように、共通の高周波電源５６および整合回路５８から高周波電流Ｉ_R を供給しても良いし、複数の高周波電源５６および整合回路５８から高周波電流Ｉ_R を供給しても良い。各アンテナ２０の終端部５２は、図１１に示す例のように直接接地しても良いし、コンデンサまたはコイル等を介して接地しても良い。

アンテナ２０が複数の場合、上記ガス供給系統６０は、例えば、複数のアンテナ２０の隙間２４に上記ガス６２を供給して各隙間２４をガス６２で満たす構成にしても良い。そのようにした場合のガス供給系統６０周りの構成の一例を図１２に示す。

この例では、上記バルブ６８および圧力計７０から先の配管６６を複数のアンテナ２０に分岐している。分岐したそれぞれの配管６６の先端付近６６ａは、前記実施形態の場合と同様に、各絶縁体４６を貫通して各アンテナ２０の隙間２４に通じている。これによって、複数のアンテナ２０の隙間２４にガス６２を供給して各隙間２４をガス６２で満たすことができる。

ガス供給系統６０は、ガス源６４を設ける代わりに、プラズマ生成用のガス８の一部分を上記ガス６２として供給するものでも良いのは、前記実施形態の場合と同様である。

また、この例の場合も、配管６６の各先端付近６６ａが、各アンテナ２０の隙間２４と真空容器２内とを連通させる配管の一部分を兼ねているので、上記配管７２およびバルブ７４は１系統設ければ良い。複数のアンテナ２０の取り付け後等における真空容器２内の真空排気時に、バルブ７４を開いておくことによって、真空容器２の真空排気と同時に、全てのアンテナ２０の隙間２４を矢印Ｅで示すように真空排気することができる。

２ 真空容器
８ プラズマ生成用のガス
１０ 基板
１６ プラズマ
２０ アンテナ
２２ 絶縁パイプ
２４ 隙間
２６ 金属パイプ
３０ コンデンサ
４６ 絶縁体
４８〜５０ パッキン
５６ 高周波電源
６０ アンテナ用のガス供給系統（ガス供給手段）
８０ プラズマ生成用のガス供給系統

Claims (6)

1. プラズマ生成用のガスが導入される真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって前記真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記アンテナは、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される金属パイプとを有しており、
   前記金属パイプは前記真空容器内に配置されていてその両端部分は、前記真空容器の壁面を貫通して設けられている二つの絶縁体をそれぞれ貫通して前記真空容器外に出されており、かつ当該絶縁体と前記金属パイプおよび前記真空容器との間はそれぞれ真空シールされており、
   前記絶縁パイプは前記真空容器内に配置されていて、前記絶縁パイプと前記金属パイプとの間には隙間が設けられており、かつ前記絶縁パイプの両端部は前記二つの絶縁体を用いて前記真空容器内で閉じられており、
   更に、前記隙間にガスを供給して前記隙間を当該ガスで満たすガス供給手段を備えている、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記隙間と前記真空容器内とを連通させる配管と、当該配管の経路を開閉するバルブとを更に備えている請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ガス供給手段は、前記真空容器内に導入するための前記プラズマ生成用のガスの一部分を前記隙間に前記ガスとして供給するものである請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記絶縁パイプの両端部と前記絶縁体との間の構造は、前記隙間内の前記ガスが前記真空容器内へ漏れるのを許容する構造である請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記金属パイプの前記真空容器内に位置する部分は、１以上の中空絶縁体を直列に介在させることによって電気的に複数区分に分割されており、
   かつ前記中空絶縁体およびそれにつながる前記金属パイプの少なくとも一方の外周部に、前記絶縁パイプとの間に前記隙間を残した状態でコンデンサを形成して、当該コンデンサを介して、前記中空絶縁体の両側の金属パイプを電気的に直列接続している請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、
   前記ガス供給手段は、前記複数のアンテナの前記隙間にガスを供給して前記隙間を当該ガスで満たすものである請求項１記載のプラズマ処理装置。

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