JP2021068600A - Antenna and plasma processing apparatus - Google Patents

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誓治 中田
Seiji Nakada
誓治 中田
靖典 安東
Yasunori Ando
靖典 安東
入澤　一彦
Kazuhiko Irisawa
一彦 入澤
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Abstract

To reduce the resistance of an antenna to make generated plasma uniform while making it difficult for deformation and deterioration due to its own weight to occur.SOLUTION: An antenna 3 that generates inductively coupled plasma P includes an inner member 31 extending in the axial direction and a conductive outer member 32 provided on the outer peripheral surface of the inner member 31, and the inner member 31 is made of a material having a lower specific gravity than the outer member 32, and the outer member 32 is made of a material having resistivity lower than that of the inner member 31.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、誘導結合型のプラズマを生成するためのアンテナ、及び、当該アンテナを用いたプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna for generating inductively coupled plasma and a plasma processing apparatus using the antenna.

従来、プラズマを生成するためのアンテナとしては、特許文献１に示すように、高周波電流が流れることにより、誘導結合型のプラズマを生成するものがある。このアンテナに用いられる導体の材質としては、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金又はステンレス等が挙げられている。 Conventionally, as an antenna for generating plasma, as shown in Patent Document 1, there is an antenna that generates inductively coupled plasma by flowing a high frequency current. Examples of the material of the conductor used for this antenna include copper, aluminum, alloys thereof, stainless steel, and the like.

特開２０１８−１５６９２９号公報JP-A-2018-156929

ここで、アンテナに銅を用いた場合には、抵抗率が低い（１．６８×１０−６Ωｍ）ものの、比重が大きい（８．９６ｇ／ｃｍ２）ために重くなってしまい、自重による変形や劣化が生じる可能性がある。また、アンテナを支えるための強度を有する支持構造が必要となってしまう。 Here, when copper is used for the antenna, the resistivity is low (1.68 × 10-6 Ωm), but the specific gravity is large (8.96 g / cm 2 ), so that the antenna becomes heavy and deformed due to its own weight. And deterioration may occur. In addition, a support structure having strength to support the antenna is required.

一方で、アルミニウム等の銅よりも比重が小さい導電体を用いた場合には、抵抗率が高くなってしまい、アンテナの長手方向においてアンテナ電圧変化が大きくなってしまう。その結果、生成されるプラズマがアンテナの長手方向において不均一になってしまう。 On the other hand, when a conductor having a specific gravity smaller than that of copper such as aluminum is used, the resistivity becomes high and the change in antenna voltage becomes large in the longitudinal direction of the antenna. As a result, the generated plasma becomes non-uniform in the longitudinal direction of the antenna.

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り、自重による変形や劣化を生じにくくしつつ、アンテナの抵抗を小さくして、生成されるプラズマを均一化す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 problems, and its main problem is to reduce the resistance of the antenna and make the generated plasma uniform while making it difficult for deformation and deterioration due to its own weight to occur. Is to be.

すなわち本発明に係るアンテナは、誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、軸方向に延びる内側部材と、前記内側部材の外側周面に設けられた導電性を有する外側部材とを備え、前記内側部材は前記外側部材よりも比重の小さい材料から構成され、前記外側部材は前記内側部材よりも抵抗率が小さい材料から構成されていることを特徴とする。 That is, the antenna according to the present invention is an antenna for generating inductively coupled plasma, and includes an inner member extending in the axial direction and a conductive outer member provided on the outer peripheral surface of the inner member. The inner member is made of a material having a specific gravity smaller than that of the outer member, and the outer member is made of a material having a resistivity lower than that of the inner member.

このようなアンテナであれば、内側部材及び外側部材を用いており、内側部材は外側部材よりも比重の小さい材料から構成され、外側部材は内側部材よりも抵抗率が小さい材料から構成されているので、アンテナ全体として軽量化することができ、自重による変形や劣化を生じにくくすることができる。これにより、生成されるプラズマを均一化することができる。また、電流が流れるアンテナ表面（外側部材）を抵抗率が小さい材料で構成しているので、アンテナの長手方向において生じるアンテナ電圧変化を小さくすることができる。これによっても、生成されるプラズマを均一化することができる。その他、電流が流れるアンテナ表面（外側部材）を抵抗率が小さい材料から構成しているので、抵抗によるジュール発熱（ジュール損）を抑えることができる。 In such an antenna, an inner member and an outer member are used, the inner member is made of a material having a lower specific gravity than the outer member, and the outer member is made of a material having a resistivity lower than that of the inner member. Therefore, the weight of the antenna as a whole can be reduced, and deformation and deterioration due to its own weight can be prevented from occurring. This makes it possible to homogenize the generated plasma. Further, since the surface (outer member) of the antenna through which the current flows is made of a material having a low resistivity, it is possible to reduce the change in the antenna voltage that occurs in the longitudinal direction of the antenna. This also makes it possible to homogenize the generated plasma. In addition, since the antenna surface (outer member) through which current flows is made of a material having a low resistivity, Joule heat generation (Joule loss) due to resistance can be suppressed.

アンテナをできるだけ軽量化するとともに、高周波電流を流れやすくしてプラズマの生成効率を向上させるためには、前記外側部材は、流れる電流の周波数に対する表皮深さ以上の厚みを有することが望ましい。 In order to reduce the weight of the antenna as much as possible and to facilitate the flow of high-frequency current and improve the plasma generation efficiency, it is desirable that the outer member has a thickness equal to or greater than the skin depth with respect to the frequency of the flowing current.

前記外側部材の具体例としては、銅であることが望ましい。 As a specific example of the outer member, copper is desirable.

前記内側部材の具体例としては、アルミニウムであることが望ましい。 As a specific example of the inner member, aluminum is desirable.

アンテナを冷却するためには、前記内側部材の内部に冷却水が流れる内部流路が形成されていることが望ましい。このとき、内側部材の外側周面に外側部材が密着して設けられていることによって、ジュール発熱する外側部材を効率的に冷却することができる。 In order to cool the antenna, it is desirable that an internal flow path through which cooling water flows is formed inside the inner member. At this time, since the outer member is provided in close contact with the outer peripheral surface of the inner member, the outer member that generates heat with joules can be efficiently cooled.

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記のアンテナを備えていることを特徴とする。 Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized by including the above-mentioned antenna.

このように構成した本発明によれば、自重による変形や劣化を生じにくくしつつ、アンテナの抵抗を小さくして、生成されるプラズマを均一化することができる。 According to the present invention configured in this way, it is possible to reduce the resistance of the antenna and make the generated plasma uniform while making it difficult for deformation and deterioration due to its own weight to occur.

本発明に係る一実施形態のプラズマ処理装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the plasma processing apparatus of one Embodiment which concerns on this invention. 同実施形態のアンテナの断面図である。It is sectional drawing of the antenna of the same embodiment.

以下、本発明に係るアンテナを用いたプラズマ処理装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus using an antenna according to the present invention will be described with reference to the drawings.

＜装置構成＞
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗ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。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。 <Device configuration>
The plasma processing apparatus 100 of the present embodiment processes the substrate W using an inductively coupled plasma P. Here, the substrate W is, for example, a substrate for a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display or an organic EL display, a flexible substrate for a flexible display, and the like. The treatment applied to the substrate W is, for example, film formation, etching, ashing, sputtering, etc. by the plasma CVD method.

なお、このプラズマ処理装置１００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リング装置とも呼ばれる。 The plasma processing apparatus 100 includes a plasma CVD apparatus when forming a film by a plasma CVD method, a plasma etching apparatus when performing etching, a plasma ashing apparatus when performing ashing, and a plasma sputtering apparatus when performing sputtering. be called.

具体的にプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、真空排気され且つガス７が導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された直線状のアンテナ３と、真空容器２内に誘導結合型のプラズマＰを生成するための高周波をアンテナ３に印加する高周波電源４とを備えている。なお、アンテナ３に高周波電源４から高周波を印加することによりアンテナ３には高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。 Specifically, as shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 100 includes a vacuum container 2 that is evacuated and into which a gas 7 is introduced, a linear antenna 3 arranged in the vacuum container 2, and a inside of the vacuum container 2. It is provided with a high-frequency power source 4 that applies a high frequency to generate an inductively coupled plasma P to the antenna 3. By applying a high frequency from the high frequency power supply 4 to the antenna 3, a high frequency current IR flows through the antenna 3, an induced electric field is generated in the vacuum vessel 2, and an inductively coupled plasma P is generated.

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６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。 The vacuum container 2 is, for example, a metal container, and the inside thereof is evacuated by the vacuum exhaust device 6. The vacuum vessel 2 is electrically grounded in this example.

真空容器２内に、例えば流量調整器（図示省略）及びアンテナ３に沿う方向に配置された複数のガス導入口２１を経由して、ガス７が導入される。ガス７は、基板Ｗ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Ｗに膜形成を行う場合には、ガス７は、原料ガス又はそれを希釈ガス（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Ｗ上に形成することができる。 The gas 7 is introduced into the vacuum vessel 2 via, for example, a flow rate regulator (not shown) and a plurality of gas introduction ports 21 arranged in a direction along the antenna 3. The gas 7 may be one according to the processing content to be applied to the substrate W. For example, when performing film formation on the substrate W by the plasma CVD method, a gas 7 is a gas diluted with the raw material gas or a dilution gas (e.g., H 2). More specifically, when the raw material gas is SiH 4, a Si film is used, when SiH 4 + NH 3 is used, a SiN film is used, when SiH 4 + O 2 is used, a SiO 2 film is used, and when SiF 4 + N 2 is used, a SiN film is used. : The F film (fluoride silicon nitride film) can be formed on the substrate W, respectively.

また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ８が設けられている。この例のように、基板ホルダ８にバイアス電源９からバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は、例えば負の直流電圧であるが、これに限られるものではない。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマＰ中の正イオンが基板Ｗに入射する時のエネルギーを制御して、基板Ｗの表面に形成される膜の結晶化度の制御等を行うことができる。基板ホルダ８内に、基板Ｗを加熱するヒータ８１を設けておいても良い。 Further, a substrate holder 8 for holding the substrate W is provided in the vacuum container 2. As in this example, a bias voltage may be applied to the substrate holder 8 from the bias power supply 9. The bias voltage is, for example, a negative DC voltage, but is not limited thereto. With such a bias voltage, for example, the energy when the cations in the plasma P are incident on the substrate W can be controlled to control the crystallinity of the film formed on the surface of the substrate W. .. A heater 81 for heating the substrate W may be provided in the substrate holder 8.

アンテナ３は、真空容器２内における基板Ｗの上方に、基板Ｗの表面に沿うように配置されている。本実施形態では、直線状のアンテナ３を複数、基板Ｗに沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）並列に配置している。このようにすると、より広い範囲で均一性の良いプラズマＰを発生させることができ、従ってより大型の基板Ｗの処理に対応することができる。 The antenna 3 is arranged above the substrate W in the vacuum vessel 2 along the surface of the substrate W. In the present embodiment, a plurality of linear antennas 3 are arranged in parallel along the substrate W (for example, substantially parallel to the surface of the substrate W). In this way, the plasma P having good uniformity can be generated in a wider range, and therefore, it is possible to cope with the processing of a larger substrate W.

アンテナ３の両端部付近は、図１に示すように、真空容器２の相対向する一対の側壁２ａ、２ｂをそれぞれ貫通している。アンテナ３の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部材１１がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材１１を、アンテナ３の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン１２によって真空シールされている。この絶縁部材１１を介してアンテナ３は、真空容器２の相対向する側壁２ａ、２ｂに対して電気的に絶縁された状態で支持される。各絶縁部材１１と真空容器２との間も、例えばパッキン１３によって真空シールされている。なお、絶縁部材１１の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニレンサルファイド（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。 As shown in FIG. 1, the vicinity of both ends of the antenna 3 penetrates a pair of side walls 2a and 2b of the vacuum vessel 2 facing each other. Insulating members 11 are provided at portions that allow both ends of the antenna 3 to penetrate the outside of the vacuum vessel 2. Both ends of the antenna 3 penetrate each of the insulating members 11, and the penetrating portions are vacuum-sealed by, for example, packing 12. The antenna 3 is supported via the insulating member 11 in a state of being electrically insulated from the side walls 2a and 2b of the vacuum vessel 2 facing each other. The insulating member 11 and the vacuum container 2 are also vacuum-sealed by, for example, packing 13. The material of the insulating member 11 is, for example, ceramics such as alumina, quartz, or engineering plastics such as polyphenylene sulfide (PPS) and polyetheretherketone (PEEK).

アンテナ３は、図１に示すように、アンテナ方向（長手方向Ｘ）において高周波が給電される給電端部３ａと、接地された接地端部３ｂとを有している。具体的には、各アンテナ３の長手方向Ｘの両端部において一方の側壁２ａ又は２ｂから外部に延出した部分が給電端部３ａとなり、他方の側壁２ａ又は２ｂから外部に延出した部分が接地端部３ｂとなる。 As shown in FIG. 1, the antenna 3 has a feeding end portion 3a to which a high frequency is fed in the antenna direction (longitudinal direction X) and a grounded end portion 3b that is grounded. Specifically, at both ends of each antenna 3 in the longitudinal direction X, the portion extending outward from one side wall 2a or 2b becomes the feeding end portion 3a, and the portion extending outward from the other side wall 2a or 2b becomes. It becomes the grounding end portion 3b.

ここで、各アンテナ３の給電端部３ａには、高周波電源４から整合器４１を介して高周波が印加される。高周波の周波数は、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。 Here, a high frequency is applied from the high frequency power supply 4 to the feeding end 3a of each antenna 3 via the matching unit 41. The high frequency is, for example, 13.56 MHz, which is common, but is not limited to this.

そして、本実施形態のアンテナ３は、図２に示すように、軸方向に延びる内側部材３１と、内側部材３１の外側周面に設けられた導電性を有する外側部材３２とを備えている。 As shown in FIG. 2, the antenna 3 of the present embodiment includes an inner member 31 extending in the axial direction and a conductive outer member 32 provided on the outer peripheral surface of the inner member 31.

内側部材３１は、外側部材３２よりも比重の小さい材料から構成されており、外側部材３２は、内側部材３１よりも抵抗率が小さい材料から構成されている。本実施形態では、内側部材３１がアルミニウムであり、外側部材３２が銅である。 The inner member 31 is made of a material having a specific gravity smaller than that of the outer member 32, and the outer member 32 is made of a material having a resistivity lower than that of the inner member 31. In this embodiment, the inner member 31 is aluminum and the outer member 32 is copper.

内側部材３１は、外側部材３２よりも機械的強度が強いものであり、アルミニウム製の断面円形のパイプから構成されている。また、内側部材３１の中空部は冷却媒体（例えば冷却水）が流れる内部流路３１Ｒとなる。なお、冷却媒体により内側部材３１の内側周面が酸化・腐食等を起こす可能性があれば、内側周面に表面処理を施してもよい。内側部材３１がアルミニウム製の場合には、内側周面にアルマイト処理を施すことが考えられる。 The inner member 31 has a higher mechanical strength than the outer member 32, and is composed of a pipe made of aluminum and having a circular cross section. Further, the hollow portion of the inner member 31 is an internal flow path 31R through which a cooling medium (for example, cooling water) flows. If there is a possibility that the inner peripheral surface of the inner member 31 may be oxidized or corroded by the cooling medium, the inner peripheral surface may be surface-treated. When the inner member 31 is made of aluminum, it is conceivable to apply anodizing treatment to the inner peripheral surface.

外側部材３２は、例えば、メッキ、焼き嵌め、冷やし嵌め等によって、内側部材３１の外側周面の全体に密着して設けられている。この外側部材３２は、流れる高周波電流の周波数に対する表皮深さ以上の厚み（例えば２０μｍ以上）を有する。 The outer member 32 is provided in close contact with the entire outer peripheral surface of the inner member 31 by, for example, plating, shrink fitting, cooling fitting, or the like. The outer member 32 has a thickness equal to or greater than the skin depth (for example, 20 μm or more) with respect to the frequency of the flowing high-frequency current.

＜本実施形態の効果＞
このように構成されたプラズマ処理装置１００によれば、内側部材３１及び外側部材３２を用いており、内側部材３１は外側部材３２よりも比重の小さい材料から構成され、外側部材３２は内側部材３１よりも抵抗率が小さい材料から構成されているので、アンテナ全体として軽量化することができ、アンテナ３の自重による変形や劣化を生じにくくすることができる。これにより、生成されるプラズマＰを均一化することができる。また、電流が流れるアンテナ表面（外側部材３２）を抵抗率が小さい材料で構成しているので、アンテナ３の長手方向において生じるアンテナ電圧変化を小さくすることができる。これによっても、生成されるプラズマＰを均一化することができる。その他、電流が流れるアンテナ表面（外側部材３２）を抵抗率が小さい材料から構成しているので、抵抗によるジュール発熱（ジュール損）を抑えることができる。 <Effect of this embodiment>
According to the plasma processing apparatus 100 configured in this way, the inner member 31 and the outer member 32 are used, the inner member 31 is made of a material having a specific gravity smaller than that of the outer member 32, and the outer member 32 is the inner member 31. Since it is made of a material having a resistivity smaller than that of the antenna 3, the weight of the antenna as a whole can be reduced, and deformation and deterioration due to the weight of the antenna 3 can be prevented from occurring. Thereby, the generated plasma P can be made uniform. Further, since the surface of the antenna (outer member 32) through which the current flows is made of a material having a low resistivity, it is possible to reduce the change in the antenna voltage that occurs in the longitudinal direction of the antenna 3. This also makes it possible to homogenize the generated plasma P. In addition, since the antenna surface (outer member 32) through which current flows is made of a material having a low resistivity, Joule heat generation (Joule loss) due to resistance can be suppressed.

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、前記実施形態の内側部材３１の材質がアルミニウム、外側部材３２の材質が銅であったが、それ以外にも、内側部材３１の材質としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、青板ガラス、石英等のガラス、ベリリウム、チタニウム、カーボン（グラファイト）等の導電性物質、又はポリフェニンサルファイド（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を用いることができる。また、外側部材３２の材質としては、銀又は金等を用いることができる。 For example, the material of the inner member 31 of the embodiment is aluminum and the material of the outer member 32 is copper, but other than that, the material of the inner member 31 is ceramics such as alumina and zirconia, blue plate glass, and quartz. Glass, conductive substances such as beryllium, titanium, carbon (graphite), engineering plastics such as polyphenin sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), and the like can be used. Further, as the material of the outer member 32, silver, gold or the like can be used.

また、前記実施形態の外側部材３２は内側部材３１に密着して設けられているが、隙間を空けて設けられていてもよい。この場合、内側部材３１が外側部材３２を支持する構造であれば良い。 Further, although the outer member 32 of the above embodiment is provided in close contact with the inner member 31, it may be provided with a gap. In this case, the structure may be such that the inner member 31 supports the outer member 32.

なお、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。 Needless to say, 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
Ｐ ・・・プラズマ
３ ・・・アンテナ
３１ ・・・内側部材
３２ ・・・外側部材
３１Ｒ・・・内部流路 100 ... Plasma processing device P ... Plasma 3 ... Antenna 31 ... Inner member 32 ... Outer member 31R ... Internal flow path

Claims (6)

誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、
軸方向に延びる内側部材と、
前記内側部材の外側周面に設けられた導電性を有する外側部材とを備え、
前記内側部材は前記外側部材よりも比重の小さい材料から構成され、
前記外側部材は前記内側部材よりも抵抗率が小さい材料から構成されている、アンテナ。 An antenna for generating inductively coupled plasma
An inner member that extends in the axial direction and
A conductive outer member provided on the outer peripheral surface of the inner member is provided.
The inner member is made of a material having a lower specific gravity than the outer member.
The outer member is an antenna made of a material having a resistivity smaller than that of the inner member. 前記外側部材は、流れる電流の周波数に対する表皮深さ以上の厚みを有する、請求項１記載のアンテナ。 The antenna according to claim 1, wherein the outer member has a thickness equal to or greater than the skin depth with respect to the frequency of the flowing current. 前記外側部材は、銅である、請求項１又は２記載のアンテナ。 The antenna according to claim 1 or 2, wherein the outer member is copper. 前記内側部材は、アルミニウムである、請求項１乃至３の何れか一項に記載のアンテナ。 The antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the inner member is aluminum. 前記内側部材の内部に冷却媒体が流れる内部流路が形成されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のアンテナ。 The antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein an internal flow path through which a cooling medium flows is formed inside the inner member. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナを備えたプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus including the antenna according to any one of claims 1 to 5.
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