JP2022184132A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電を回避するためのガス供給構造を有するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】処理容器と、前記処理容器内においてプラズマを生成するための高周波又はマイクロ波の電力を供給する電源と、内部にガス流通路を有する複数のガスノズルと、前記処理容器を画成する天壁及び／又は側壁と一体に形成され、前記天壁及び／又は側壁から突出する複数の突出部と、を有し、前記複数の突出部のそれぞれは、先端にガス孔を有し、前記天壁及び／又は側壁は、前記複数の突出部のそれぞれが有する前記ガス孔に前記ガス流通路が連通するように前記複数のガスノズルのそれぞれが配置される凹部を有する、プラズマ処理装置が提供される。
【選択図】図４

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

例えば、特許文献１は、マイクロ波により表面波プラズマを発生させるプラズマ処理装置において、処理容器に第１のガスと第２のガスを供給するシャワープレートを備えたプラズマ処理装置を開示する。シャワープレートには、処理容器内に第１のガスを供給する複数のガス孔と、当該複数のガス孔と異なる位置に、シャワープレートの下面から鉛直下方に突出し処理容器内に第２のガスを供給する複数の供給ノズルとが形成されている。

例えば、特許文献２は、処理容器と、処理容器を構成する天壁及び／又は側壁から突出し、処理容器内にガスを供給するガス供給孔を有する複数のガスノズルとを備えたプラズマ処理装置を開示する。複数のガスノズルは、複数のガスノズルのガス供給孔の先端にてガス供給孔の細孔から拡大し、処理空間に開口する拡径部を有する。

特開２０１４－１８３２９７号公報 特開２０２１－０６４５０８号公報

本開示は、異常放電を回避するためのガス供給構造を有するプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内においてプラズマを生成するための高周波又はマイクロ波の電力を供給する電源と、内部にガス流通路を有する複数のガスノズルと、前記処理容器を画成する天壁及び／又は側壁と一体に形成され、前記天壁及び／又は側壁から突出する複数の突出部と、を有し、前記複数の突出部のそれぞれは、先端にガス孔を有し、前記天壁及び／又は側壁は、前記複数の突出部のそれぞれが有する前記ガス孔に前記ガス流通路が連通するように前記複数のガスノズルのそれぞれが配置される凹部を有する、プラズマ処理装置が提供される。

一の側面によれば、異常放電を回避するためのガス供給構造を有するプラズマ処理装置を提供することができる。

実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 実施形態に係るマイクロ波導入モジュールの構成を示す図。 参考例に係るガスノズルの一例を示す図。 実施形態に係るガス供給構造の一例を示す図。 図４のガスノズルの斜視図。 実施形態に係るディンプル深さと電界強度の相関関係を示す図。 実施形態に係るガスノズルの組み込みを説明するための図。 実施形態に係るガスノズルの取り出し治具及び取り出しを説明するための図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［プラズマ処理装置］
図１を参照して、実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の一例について説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。実施形態に係るプラズマ処理装置１は、例えば半導体ウエハを一例とする基板Ｗに対して、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理等の所定の処理を施す装置である。

プラズマ処理装置１は、処理容器２と載置台２１とガス供給機構３と排気装置４とマイクロ波導入モジュール５と制御装置８とを有する。処理容器２は、被処理体である基板Ｗを収容する。載置台２１は、処理容器２の内部に配置され、基板Ｗを載置する載置面２１ａを有する。ガス供給機構３は、処理容器２内にガスを供給する。排気装置４は、処理容器２内を減圧排気する。マイクロ波導入モジュール５は、処理容器２内にプラズマを生成させるためのマイクロ波を導入する。制御装置８は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。

処理容器２は、例えば略円筒形状を有する。処理容器２は、例えばアルミニウム及びその合金等の金属材料によって形成されている。マイクロ波導入モジュール５は、処理容器２の上部に配置され、処理容器２内に高周波又はマイクロ波（本実施形態ではマイクロ波）を導入し、プラズマを生成するプラズマ生成部として機能する。

処理容器２は、板状の天壁１１と、底壁１３と、天壁１１と底壁１３とを連結する側壁１２とを有している。天壁１１、側壁１２、底壁１３は、アルミニウム等の導電性部材により構成されている。天壁１１及び／又は側壁１２は、処理容器２を画成する天壁１１及び／又は側壁１２と一体に形成され、天壁１１及び／又は側壁１２から突出する複数の突出部１１ａを有する。本開示では、天壁１１が複数の突出部１１ａを有し、複数のガスノズル１６のそれぞれが配置される凹部１１ｇを有する。複数の突出部１１ａは周方向に均等に例えば１２個配置されている。ただし、複数の突出部１１ａの個数及び配置はこれに限らない。複数の突出部１１ａのそれぞれの先端には、ガス孔１１ｂを有する。天壁１１及び／又は側壁１２は、複数のガスノズル１６のそれぞれが配置される凹部１１ｇを有する。複数のガスノズル１６は、内部にガス流通路１６ａを有する（図４参照）。複数のガスノズル１６は、複数の突出部１１ａのそれぞれが有する複数のガス孔１１ｂにガス流通路１６ａが連通するように凹部１１ｇに組み込まれるカートリッジ式のガス供給部品である。

複数の突出部１１ａの内周側には、天壁１１及び／又は側壁１２に形成された複数のガス孔１１ｃを有する。複数のガス孔１１ｃは周方向に均等に例えば１２個形成されている。ただし、複数のガス孔１１ｃの個数及び配置はこれに限らない。

天壁１１及び／又は側壁１２は、複数のガスノズル１７のそれぞれが配置される凹部１１ｈを有する。本開示では、天壁１１が複数のガスノズル１７のそれぞれが配置される凹部１１ｈを有する。複数のガスノズル１７は、内部にガス流通路１７ａを有する（図４参照）。複数のガスノズル１７は、複数のガス孔１１ｃにガス流通路１７ａが連通するように凹部１１ｈに組み込まれるカートリッジ式のガス供給部品である。

複数の突出部１１ａは、天壁１１から下向きに載置台２１に向かって突出しているが、これに限らず、側壁１２と一体に形成され、側壁１２から処理容器２の内側に向かって突出してもよいし、天壁１１と側壁１２との両方から突出してもよい。また、本開示では、複数のガス孔１１ｃは、天壁１１から下向きに開口しているが、これに限らず、側壁１２から処理容器２の内側に向かって開口してもよいし、天壁１１と側壁１２との両方に設けられてもよい。これにより、天壁１１及び／又は側壁１２の少なくともいずれかから下向き又は横向きにガスを供給することができる。

ガス供給機構３は、ガス供給源３１を含むガス供給装置３ａと、ガス供給源３１と複数のガスノズル１６とを接続する配管３２ａと、ガス供給源３１と複数のガスノズル１７とを接続する配管３２ｂとを有する。なお、図１では、１つのガス供給源３１を図示しているが、ガス供給装置３ａは、使用されるガスの種類に応じて複数のガス供給源を含んでよい。

ガス供給装置３ａは、更に、配管３２ａ、３２ｂの途中に設けられた図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを含んでいる。処理容器２内に供給されるガスの種類やこれらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。

ガス供給源３１は、例えば、プラズマ生成用の希ガスや、酸化処理、窒化処理、成膜処理、エッチング処理およびアッシング処理に使用されるガス等のガス供給源として用いられる。例えば、分解し難いガスは複数のガスノズル１７から導入し、分解し易いガスは複数のガスノズル１６から導入してもよい。例えばＳｉＮ膜を成膜する際に使用するＮ_２ガスとシランガスのうち分解し難いＮ_２ガスは複数のガスノズル１７から導入し、分解し易いシランガスは複数のガスノズル１６から導入してもよい。

側壁１２は、処理容器２に隣接する図示しない搬送室との間で基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有している。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが配置されている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有している。ゲートバルブＧは、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間で基板Ｗの移送を可能にする。

底壁１３は、複数（図１では２つ）の排気口１３ａを有している。プラズマ処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置４とを接続する排気管１４を有する。排気装置４は、ＡＰＣバルブと、処理容器２の内部空間を所定の真空度まで高速に減圧することが可能な高速真空ポンプとを有している。このような高速真空ポンプとしては、例えばターボ分子ポンプ等がある。排気装置４の高速真空ポンプを作動させることによって、処理容器２は、その内部空間が所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで減圧される。

プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２内において載置台２１を支持する支持部材２２と、支持部材２２と底壁１３との間に設けられた絶縁部材２３とを有する。載置台２１は、基板Ｗを水平に載置するためのものである。支持部材２２は、底壁１３の中央から処理容器２の内部空間に向かって延びる略円筒形状を有している。載置台２１および支持部材２２は、例えば表面にアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されたアルミニウム等によって形成されている。

プラズマ処理装置１は、載置台２１に高周波電力を供給する高周波バイアス電源２５と、載置台２１と高周波バイアス電源２５との間に設けられた整合器２４とを有する。高周波バイアス電源２５は、基板Ｗにイオンを引き込むために、載置台２１に高周波電力を供給する。整合器２４は、高周波バイアス電源２５の出力インピーダンスと負荷側（載置台２１側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。

プラズマ処理装置１は、更に、載置台２１を加熱または冷却する、図示しない温度制御機構を有してもよい。温度制御機構は、例えば、基板Ｗの温度を、２５℃（室温）～９００℃の範囲内で制御する。

プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御装置８に接続されて、制御装置８によって制御される。制御装置８は、典型的にはコンピュータである。図１に示した例では、制御装置８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ８７、プロセスコントローラ８７に接続されたユーザーインタフェース８８及びメモリ８９を有する。

プロセスコントローラ８７は、プラズマ処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、バイアス印加用の高周波電力、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部を制御する。例えばプロセスコントローラ８７は、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入モジュール５を制御する。

ユーザーインタフェース８８は、管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。

メモリ８９には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ８７の制御によって実現するための制御プログラムや、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。プロセスコントローラ８７は、ユーザーインタフェース８８からの指示等、必要に応じて任意の制御プログラムやレシピをメモリ８９から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ８７による制御下で、プラズマ処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。

上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。

次に、マイクロ波導入モジュールの構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１に示すように、マイクロ波導入モジュール５は、天壁１１の上部に設けられ、処理容器２内にマイクロ波を導入する。マイクロ波導入モジュール５は、マイクロ波出力部５０とアンテナユニット６０とを有する。マイクロ波出力部５０は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力する。アンテナユニット６０は、マイクロ波出力部５０から出力されたマイクロ波を処理容器２に導入する。マイクロ波出力部５０は、処理容器２内においてプラズマを生成するための高周波又はマイクロ波の電力を供給する電源の一例である。本開示ではマイクロ波を出力するが、マイクロ波帯に替えてＶＨＦ帯又はＵＨＦ帯を含む帯域の高周波の電力を供給してもよい。

図２に示すようにマイクロ波出力部５０は、電源部５１と、マイクロ波発振器５２と、マイクロ波発振器５２によって発振されたマイクロ波を増幅するアンプ５３と、アンプ５３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する分配器５４とを有している。マイクロ波発振器５２は、所定の周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）でマイクロ波を発振させる。なお、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限らず、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等であってもよい。また、このようなマイクロ波出力部５０は、マイクロ波の周波数を例えば８６０ＭＨｚ等、８００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内とする場合にも適用することが可能である。分配器５４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。

アンテナユニット６０は、複数のアンテナモジュール６１を含んでいる。複数のアンテナモジュール６１は、それぞれ、分配器５４によって分配されたマイクロ波を処理容器２内に導入する。本実施形態では、複数のアンテナモジュール６１の構成は全て同一である。各アンテナモジュール６１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部６２と、アンプ部６２から出力されたマイクロ波を処理容器２内に導入するマイクロ波導入機構６３とを有している。

アンプ部６２は、位相器６２Ａと可変ゲインアンプ６２Ｂとメインアンプ６２Ｃとアイソレータ６２Ｄとを有する。位相器６２Ａは、マイクロ波の位相を変化させる。可変ゲインアンプ６２Ｂは、メインアンプ６２Ｃに入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する。メインアンプ６２Ｃは、ソリッドステートアンプとして構成される。アイソレータ６２Ｄは、マイクロ波導入機構６３のアンテナ部で反射されてメインアンプ６２Ｃに向かう反射マイクロ波を分離する。

位相器６２Ａは、マイクロ波の位相を変化させて、マイクロ波の放射特性を変化させる。位相器６２Ａは、例えば、アンテナモジュール６１毎にマイクロ波の位相を調整することによって、マイクロ波の指向性を制御してプラズマの分布を変化させることに用いられる。なお、このような放射特性の調整を行わない場合には、位相器６２Ａを設けなくてもよい。

可変ゲインアンプ６２Ｂは、個々のアンテナモジュール６１のばらつきの調整や、プラズマ強度の調整のために用いられる。例えば、可変ゲインアンプ６２Ｂをアンテナモジュール６１毎に変化させることによって、処理容器２内全体のプラズマの分布を調整することができる。

メインアンプ６２Ｃは、例えば、図示しない入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路および高Ｑ共振回路を含んでいる。半導体増幅素子としては、例えば、Ｅ級動作が可能なＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ（Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ）－ＭＯＳが用いられる。

アイソレータ６２Ｄは、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、マイクロ波導入機構６３のアンテナ部で反射された反射マイクロ波をダミーロードへ導くものである。ダミーロードは、サーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換するものである。なお、前述のように、本実施形態では、複数のアンテナモジュール６１が設けられており、複数のアンテナモジュール６１の各々のマイクロ波導入機構６３によって処理容器２内に導入された複数のマイクロ波は、処理容器２内において合成される。そのため、個々のアイソレータ６２Ｄは小型のものでもよく、アイソレータ６２Ｄをメインアンプ６２Ｃに隣接して設けることができる。

図１に示したように、複数のマイクロ波導入機構６３は、天壁１１に組み込まれる。マイクロ波導入機構６３を構成する本体容器６７の内側面６７ａと内側導体６８の外側面６８ａとの間の空間は、マイクロ波伝送路を形成する。マイクロ波伝送路を通ったマイクロ波は、スロットを通り、誘電体７３を透過し、処理容器２内に供給される。

［ガス供給構造］
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、天壁１１に複数のガスノズル１６と複数のガスノズル１７とを有する。ただし、プラズマ処理装置１は、天壁１１及び／又は側壁１２に複数のガスノズル１６と複数のガスノズル１７とのいずれかを有していればよい。

次に、図３に示す参考例に係るガスノズルの構成の一例を説明した後、図４に示す本実施形態に係るガスノズル１６とガスノズル１７を有するガス供給構造の一例について説明する。

参考例では、天壁１１と一体に形成され、天壁１１から突出する複数の突出部の内部にガス流通路１０９ａが形成されている。また、ガス流通路１０９ａの先端には、ボルト１０８により天壁１１と一体化した突出部の先端に先端ノズル１０７が固定されている。先端ノズル１０７はアルミニウムから形成されている。これにより、ガス流通路１０９ａと、先端ノズル１０７に設けられたガス孔１０７ａとがボルト１０８の穴１０８ａを介して連通する。先端ノズル１０７のガス孔１０７ａは直径が約１ｍｍであり細い。このため、ガス流通路１０９ａから処理容器２内にガスを供給する際に詰まり易い。よって、先端ノズル１０７はガス孔１０７ａの詰まりに対応するために交換が容易なように構成される。

突出部の下面と先端ノズル１０７の上面との間にはＯリング１０６が設けられている。Ｏリング１０６は、ガス流通路１０９ａからボルト１０８の穴１０８ａを通りガス孔１０７ａから処理容器２内に供給されるガスが、突出部の下面と先端ノズル１０７の上面の間の隙間から外周側に漏れることを回避する。

突出部を含む天壁１１と先端ノズル１０７の表面には、マイクロ波が伝搬し、プラズマに曝される。よって、突出部を含む天壁１１と先端ノズル１０７の表面は、プラズマの影響を受け難いようにイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）膜で被膜されている。マイクロ波が、天壁１１の突出部と先端ノズル１０７との繋ぎ目１０５を伝搬する際、繋ぎ目１０５の隙間にマイクロ波の電界が集中することにより異常放電が生じる場合がある。異常放電が生じると、繋ぎ目１０５付近のイットリア膜（溶射膜）が剥がれ、パーティクルとなって基板Ｗの成膜プロセスに影響を与える。

そこで、実施形態に係るプラズマ処理装置１は異常放電を回避するためのガス供給構造を有する。以下、実施形態のガス供給構造について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係るプラズマ処理装置１が有するガス供給構造の構成を示す。図５（ａ）及び（ｂ）は、図４のガスノズル１７，１６を天壁１１から取り出したときの斜視図である。

突出部１１ａは天壁１１を削り出して、天壁１１の下面から下向きに突出する略円筒形状をなす。突出部１１ａは天壁１１と一体であり、アルミニウム等の導電性材料から構成される。突出部１１ａを含む天壁１１の表面は、プラズマの影響を受け難いようにイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）膜で被膜されている。突出部１１ａの先端は丸みを有し、突出部１１ａを含む天壁１１の表面に角部や隙間はない。このため、マイクロ波が突出部１１ａを含む天壁１１の表面を伝搬する際にマイクロ波の集中が生じず、これにより異常放電の発生を回避できる。

複数の突出部１１ａの形状及び長さは同一である。突出部１１ａの先端には、ガスノズル１６の先端からの長さＨが５ｍｍ以上であり、直径が３ｍｍ以上のガス孔１１ｂが形成され、ガス孔１１ｂの先端は処理容器２内の処理空間に開口する開口部１１ｅとなっている。

ガスノズル１６はカートリッジ式であり、処理容器２内に組み込む構造である。ガスノズル１６は、天壁１１の凹部１１ｇに挿入して天壁１１へ装着することができ、かつ、天壁１１からの取り出しが可能である。ガスノズル１６内のガス流通路１６ａは、ガスノズル１６の出口側で細孔１６ｃにつながっている。細孔１６ｃの直径はガス流通路１６ａの直径よりも小さい。ガス孔１１ｂの直径は、ガス流通路１６ａの出口側の細孔１６ｃの直径よりも大きい。細孔１６ｃとガス孔１１ｂとの組み合わせによりガス供給構造の先端構造はディンプル形状になっている。ガス孔１１ｂ及びその開口部１１ｅの直径は、例えば４ｍｍであってよく、細孔１６ｃの直径は１ｍｍ又は１ｍｍよりも小さくてよい。係る細孔１６ｃは直径が１ｍｍ程度と小さく詰まり易い。ガスノズル１６は、ガス流通路１６ａの内面に取り出し用の溝１６ｂが形成され、溝１６ｂに後述する取り出し治具の先端部を勘合し、取り出し治具によりガスノズル１６を引っ張り上げることで、細孔１６ｃが詰まったとき等のガスノズル１６の交換を容易にする。また、ガスノズル１６を交換可能なカートリッジ方式とすることで、各ガスノズル１６の流量を計測して、ガスノズル１６から処理容器２内に供給されるガスの分布が均等になるように、ガスノズル１６の配置を並び替えることが可能となる。

ガスノズル１６は、アルミニウム等の導電性材料により形成されている。ガスノズル１６が天壁１１に設けられた突出部１１ａ及び／又は側壁１２に設けられた突出部に取り付けられる場合、ガスノズル１６の長さ（図４のｈ２の寸法）は、天壁１１及び／又は側壁１２の厚さ（図４のｈ１の寸法）よりも長い。なお、図４では、便宜上Ｏリング１８の厚み分もガスノズル１６の長さに含めている。

ガスノズル１６の外側面には、長手方向に伸びるガス抜き用の溝１６ｅが周方向に均等な位置に４本形成されている。ガス抜き用の溝１６ｅは、ガスノズル１６の外側面から先端面まで延在する溝である。ガス抜き用の溝１６ｅの先端を先端溝１６ｅ１とする。また、図４及び図５（ｂ）に示すように、４つの溝１６ｅは、ガスノズル１６の入口側にて周方向に設けられた溝１６ｄにより連通する。

図４のＡ－Ａ断面を示す図５（ｃ）を参照すると、ガス抜き用の溝１６ｅがガスノズル１６の外側面に周方向に等間隔に設けられ、突出部１１ａの内側面とガスノズル１６の外側面の隙間にガスが滞留しないように設けられている。つまり、ガスノズル１６は、排気装置４によって処理容器２内を排気する間に溝１６ｅを通して複数のガスノズル１６の周りのガスを排出するように構成される。

図４のＢ－Ｂ断面を示す図５（ｄ）を参照する。ガス抜き用の溝１６ｅがガスノズル１６の外側面から先端面まで延在し、ガスノズル１６の先端面に形成された先端溝１６ｅ１は、天壁１１の凹部１１ｇの底面とガスノズル１６の先端面の隙間にガスが滞留しないように設けられている。先端溝１６ｅ１の先端１６ｅ２は、ガス孔１１ｂの開口よりも内側に位置し、ガス孔１１ｂと連通する。

これにより、排気装置４は、ガス孔１１ｂ及び先端溝１６ｅ１を通して溝１６ｅから複数のガスノズル１６とガスノズル１６のそれぞれが配置される凹部１１ｇの隙間のガスを排出するように構成される。これにより、ガスノズル１６と天壁１１との隙間にてガスが滞留することを防止できる。

天壁１１に突出部１１ａがない場合のガス供給構造について図４及び図５を参照しながら説明する。天壁１１は、ガスノズル１７を装着するための凹部１１ｈを有する。凹部１１ｈの先端にはガスノズル１７の先端からの長さが５ｍｍ以上であり直径が３ｍｍ以上のガス孔１１ｃが形成され、ガス孔１１ｃの先端は処理容器２に開口する開口部１１ｄとなっている。

ガスノズル１７はカートリッジ式であり、処理容器２内に組み込む構造である。ガスノズル１７は、天壁１１の凹部１１ｈに挿入して天壁１１へ装着することができ、かつ、天壁１１からの取り出しが可能である。ガスノズル１７内のガス流通路１７ａは、ガスノズル１７の出口側で細孔１７ｃにつながっている。細孔１７ｃの直径はガス流通路１７ａの直径よりも小さい。ガス孔１１ｃの直径は、ガス流通路１７ａの出口側の細孔１７ｃの直径よりも大きい。細孔１７ｃとガス孔１１ｃとの組み合わせによりガス供給構造の先端構造はディンプル形状になっている。ガス孔１１ｃ及びその開口部１１ｄの直径は、例えば４ｍｍであってもよく、細孔１７ｃの直径は１ｍｍ又は１ｍｍよりも小さくてよい。係る細孔１７ｃは直径が１ｍｍ程度と小さく詰まり易い。ガスノズル１７は、ガス流通路１７ａの内面に取り出し用の溝１７ｂが形成され、溝１７ｂに後述する取り出し治具の先端部を勘合し、取り出し治具によりガスノズル１７を引っ張り上げることで、細孔１７ｃが詰まったときのガスノズル１７の交換を容易にする。

ガスノズル１７は、アルミニウム等の導電性材料により形成されている。ガスノズル１７が天壁１１及び／又は側壁１２に取り付けられている場合、ガスノズル１７の長さ（図４のｈ３の寸法）は、天壁１１及び／又は側壁１２の厚さ（図４のｈ１の寸法）よりも短い。なお、図４では、便宜上Ｏリング１８の厚み分もガスノズル１７の長さに含めている。

ガスノズル１７の外側面には、長手方向に伸びるガス抜き用の溝１７ｅが周方向に均等な位置に４本形成されている。ガス抜き用の溝１７ｅは、ガスノズル１７の外側面から先端面まで延在する溝である。ガス抜き用の溝１７ｅの先端を先端溝１７ｅ１とする。また、図４及び図５（ａ）に示すように、４つの溝１７ｅは、ガスノズル１７の入口側にて周方向に設けられた溝１７ｄにより連通する。

これにより、排気装置４は、ガス孔１１ｃ及び先端溝１７ｅ１を通して溝１７ｅから複数のガスノズル１７とガスノズル１７のそれぞれが配置される凹部１１ｈの隙間のガスを排出するように構成される。これにより、ガスノズル１７と天壁１１との隙間にてガスが滞留することを防止できる。

以上により、ガス抜き用の溝１６ｅ、１７ｅを真空引きラインとして機能させ、ガスノズル１６、１７と天壁１１との間の隙間からガスを排気し、真空空間にすることができる。なお、ガス抜き用の溝１６ｅ、１７ｅは、凹部１１ｇ、１１ｈの内面及び／又は複数のガスノズル１６、１７の外面に形成されたガス抜き用の第１溝の一例である。また、溝１６ｅ、１７ｅの数及び形状はこれに限らない。なお、本開示では、ガス抜き用の溝１６ｅ、１７ｅは、複数のガスノズル１６、１７の外面（外側面及び先端面）に形成されたが、これに限られず、凹部１１ｇ、１１ｈの内面（内側面及び底面）に形成されてもよいし、その両側に形成されてもよい。

また、ガスノズル１６、１７の入口側にてガス流通路１６ａ、１７ａの内面に周方向に形成された溝１６ｂ、１７ｂは、複数のガスノズル１６、１７のガス流通路１６ａ、１７ａの内面に形成されたガスノズル取り出し用の第２溝の一例である。

図４に示すように、天壁１１上にはガスプレート１５が設けられている。Ｏリング１８は、ガスノズル１６、１７のそれぞれの上面とガスプレート１５の間に設けられている。Ｏリング１８は、ガスプレート１５の貫通孔１５ａ、１５ｂに取り付けられた図示しないガスラインから流入するガスがガスノズル１６、１７のそれぞれの上面とガスプレート１５の間から外側へ漏れることを封止している。Ｏリング１９は、Ｏリング１８及びガスノズル１６、１７の外周側に設けられ、処理容器２内の真空領域を処理容器２外の大気領域から封止している。

図６は、横軸に実施形態に係るガスノズル１６，１７の先端面（出口側）からのディンプル深さＨを示し、縦軸に電界強度を示し、ディンプル深さＨと電界強度の相関関係を示すグラフである。ディンプル深さＨは、図４に示すガス孔１１ｂの長さＨを一例として、その長さを変化させたときのガスノズル１６の先端における電界強度を解析したシミュレーション結果の一例である。

これによれば、ディンプル深さＨを深くするほど、つまり、ガス孔１１ｂの長さを長くするほど、ガスノズル１６の先端の電界強度が弱くなる。その理由は、ガス孔１１ｂの長さを長くするほど、ガスノズル１６と天壁１１との繋ぎ目が天壁１１の内側に入り込み、マイクロ波の伝搬領域である突出部１１ａの表面から繋ぎ目部分を遠ざけることができるため、ガスノズル１６の先端の電界強度が弱まると考えられる。

よって、ガス孔１１ｂの長さを長くするほど（ディンプル深さＨを深くするほど）異常放電の発生をより防止できる。ただし、ガス孔１１ｂの長さＨは、異常放電の防止の観点から５ｍｍ以上であれば問題無いことが確認されている。

上記シミュレーション結果は、ガスノズル１７の構造においても同じように異常放電の防止に利用できる。つまり、ガス孔１１ｃの長さを長くするほど、ガスノズル１７と天壁１１との繋ぎ目が天壁１１の内側に入り、マイクロ波の伝搬領域である天壁１１の表面から繋ぎ目部分を遠ざけることができるため、ガスノズル１７の先端の電界強度が弱まる。よって、ガス孔１１ｃの長さを長くするほど（ディンプル深さを深くするほど）異常放電の発生をより防止できる。ただし、ガス孔１１ｃの長さは、異常放電の防止の観点から５ｍｍ以上であれば問題無いことが確認されている。

以上に説明したように、本開示のガス供給構造を有するプラズマ処理装置１によれば、ガスノズル１６、１７の出口側の天壁１１にガス孔１１ｂ、１１ｃを設ける構造（ディンプル構造）により、ガスノズル１６、１７にマイクロ波が回り込まないようにする。これにより、ガスノズル１６、１７と天壁１１との繋ぎ目をマイクロ波の伝搬経路である天壁１１の表面から遠ざけることによって異常放電の発生を防止することができる。

以上の結果から、本開示のガス供給構造では、ガスノズル１６、１７をカートリッジ式にして天壁１１の凹部１１ｇ、１１ｈ内に組み込む構造とする。この構造によりガスノズル１６、１７と天壁１１の繋ぎ目をマイクロ波伝搬領域から遠ざけることができる。これにより、ガスノズル１６ノズルの長さが長い場合のみならず、ガスノズル１７のようにノズルの長さが短くても上記ディンプル構造により異常放電の発生を防止できる。

また、少なくともガスノズル１６、１７の外側面及び／又は天壁１１の凹部１１ｇ、１１ｈの内側面にガス抜き用の溝１６ｅ、１７ｅを設ける構造を有する。これにより、ガスノズル１６、１７の外側面と天壁１１の凹部１１ｇ、１１ｈの内側面の間の隙間でガスが滞留することを抑制できる。

［取り出し治具］
実施形態に係るガスノズルの取り出し治具について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、実施形態に係るガスノズルの組み込みを説明するための図である。図８は、実施形態に係るガスノズルの取り出し治具及び取り出しを説明するための図である。ここでは、ガスノズル１６の取り出し方法について説明するが、ガスノズル１７の取り出し方法についても同様である。

図７は、天壁１１の上部からガスノズル１６を挿入し、組み込む状態を示す。図７に示すように、ガスノズル１６は、天壁１１に設けられた凹部１１ｇに挿入される。挿入後、Ｏリング１８をガスノズル１６の上面に配置する。他のガスノズル１６についても同様にして天壁１１に組み込む。天壁１１の上面には、凹部１１ｇの開口の外周にＯリング１９が配置される。ガスノズル１６を凹部１１ｇに挿入し、Ｏリング１８をガスノズル１６の上面に配置した後、天壁１１の上部にガスプレート１５を配置する。

このようにして組み込んだガスノズル１６を天壁１１から取り出す場合、図８に示す取り出し用治具８０が用いられる。図８（ｃ）に示すように、取り出し用治具８０は、スリーブ８１とピン８２とを有する。図８（ａ）にスリーブ８１のみを示す。スリーブ８１はプラスチック（樹脂）により形成され、上部に突出した部分を有する円筒形状である。スリーブ８１は、中央を貫通する穴部８１ａを有し、その側部には下端に向かって開口するスリット８１ｂが対向する位置に２つ形成されている。スリーブ８１の先端は細くなっている。図８（ｂ）にスリーブ８１の先端を拡大して示す。スリーブ８１の先端は、ガスノズル１６のガス流通路１６ａの直径と略同一の直径を有する筒状の縮小部８１ｃを有する。縮小部８１ｃには穴部８１ａが貫通する。縮小部８１ｃの先端は、縮小部８１ｃよりも外側に出っ張った出っ張り部８１ｄを有する。出っ張り部８１ｄの形状は、ガスノズル１６のガス流通路１６ａに設けられた溝１６ｂとほぼ同一の形状（幅と高さ）を有する。つまり、取り出し用治具８０は、先端の縮小部８１ｃがガス流通路１６ａに挿入可能であり、先端の出っ張り部８１ｄが溝１６ｂに嵌め込まれるように構成されている。

取り出し用治具８０を用いたガスノズル１６の取り出しは、（１）～（４）の順で行う。取り出し用治具８０は、ガスノズル１６を天壁１１の上部から引き抜くときに簡単に取り出せるようにする。（１）スリーブ８１の側面を操作者の指で挟んでスリーブ８１の先端の側面にある２カ所のスリット８１ｂを閉じる。（２）スリット８１ｂを閉じたまま、スリーブ８１を先端からガスノズル１６のガス流通路１６ａに挿入する。なお、Ｏリング１８はガスノズル１６の上に載せたままでもよい。（３）ピン８２をスリーブ８１の穴に挿入し、スリット８１ｂが閉じないようにする（図８（ｃ））。（４）ピン８２とともにスリーブ８１を持ち上げて、ガスノズル１６を引き抜く。

例えば、複数のガスノズル１６から処理容器２内に均一にガスを供給できるように、直径の異なる細孔１６ｃを有するガスノズル１６を複数の天壁の凹部１１ｇに配置し直す際、取り出し用治具８０を用いることが好適である。各ガスノズル１６から供給されるガスの流量を計測して、流量が均等になるように取り出し用治具８０によりガスノズル１６を並び替える際の作業を容易にすることができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、異常放電を回避するためのガス供給構造を有するプラズマ処理装置を提供できる。

今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ ガス供給機構
４ 排気装置
５ マイクロ波導入モジュール
８ 制御装置
１１ 天壁
１１ｂ、１１ｃ ガス孔
１２ 側壁
１６、１７ ガスノズル
１６ａ、１７ａ ガス流通路
２１ 載置台
８０ 取り出し用治具

Claims (9)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内においてプラズマを生成するための高周波又はマイクロ波の電力を供給する電源と、
   内部にガス流通路を有する複数のガスノズルと、
   前記処理容器を画成する天壁及び／又は側壁と一体に形成され、前記天壁及び／又は側壁から突出する複数の突出部と、を有し、
   前記複数の突出部のそれぞれは、先端にガス孔を有し、
   前記天壁及び／又は側壁は、前記複数の突出部のそれぞれが有する前記ガス孔に前記ガス流通路が連通するように前記複数のガスノズルのそれぞれが配置される凹部を有する、プラズマ処理装置。
2. 前記複数のガスノズルの長さは、前記複数のガスノズルが配置される前記天壁及び／又は側壁の厚さよりも長い、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 処理容器と、
   前記処理容器内においてプラズマを生成するための高周波又はマイクロ波の電力を供給する電源と、
   内部にガス流通路を有する複数のガスノズルと、
   前記処理容器を画成する天壁及び／又は側壁に形成された複数のガス孔と、を有し、
   前記天壁及び／又は側壁は、複数の前記ガス孔のそれぞれに前記ガス流通路が連通するように前記複数のガスノズルのそれぞれが配置される凹部を有する、プラズマ処理装置。
4. 前記複数のガス孔の直径は、前記複数のガス孔のそれぞれに連通する前記ガス流通路の出口側の直径よりも大きい、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記複数のガス孔の長さは５ｍｍ以上である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記凹部の内面及び／又は前記複数のガスノズルの外面にはガス抜き用の第１溝が形成される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１溝は、前記凹部の内側面から底面まで延在する先端溝及び／又は前記複数のガスノズルの外側面から先端面まで延在する先端溝を有する、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記複数のガスノズルの先端面に形成されている前記先端溝は、前記複数のガスノズルのそれぞれに連通する前記ガス孔の開口よりも内側まで延在する、
   請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記複数のガスノズルのガス流通路の内面には、取り出し用の第２溝が形成される、
   請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

Images