JP2023021764A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023021764000001
【課題】誘電体板の取り扱いを容易にするとともに、誘電体板の熱膨張により誘電体板が破損する可能性を低減する。
【解決手段】プラズマ処理装置（１）は、真空容器（２）と、アンテナ（６）と、磁場導入窓（３）と、を備え、磁場導入窓（３）は、複数のスリット（４１）が形成され、架橋部（４２）を有する金属板（４）と、複数のスリット（４１）を覆う複数の長方形状の誘電体板（５）と、を有し、隣り合う誘電体板（５）それぞれの、互いに対向するように隣接する辺が架橋部（４２）上に位置するように、複数の誘電体板（５）が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。
特許文献１には、スリットが形成されている金属板と、金属板に接触して支持され、スリットを塞ぐ誘電体板と、金属板に対向するように処理室の外部に設けられ、高周波磁場を生じさせるアンテナと、を備えるプラズマ処理装置が開示されている。特許文献１に開示のプラズマ処理装置は、アンテナから生じた高周波磁場を処理室に効率良く供給することができる。
特開２０２０－１９８２８２号公報
プラズマ処理を施す処理面積を拡大するためにプラズマ処理装置を大型化する場合、特許文献１に開示のプラズマ処理装置のように、１枚の誘電体板が金属板に接触して支持されているとき、誘電体板の取り扱いが困難になるという問題がある。
本発明の一態様は、誘電体板の取り扱いを容易にするとともに、誘電体板の熱膨張により誘電体板が破損する可能性を低減することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の外部に設けられ、高周波磁場を生じさせるアンテナと、前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、前記高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させる、前記真空容器の壁面に設けられた磁場導入窓と、を備え、前記磁場導入窓は、複数のスリットが形成され、前記複数のスリットの間に形成される架橋部を有する金属板と、前記複数のスリットを覆うように並べられて配置される複数の長方形状の誘電体板と、を有し、隣り合う前記誘電体板それぞれの、互いに対向するように隣接する辺が前記架橋部上に位置するように、複数の前記誘電体板が配置される。
本発明の一態様によれば、誘電体板の取り扱いを容易にするとともに、誘電体板の熱膨張により誘電体板が破損する可能性を低減することができる。
本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置の断面構成を示す断面図である。 図１に示すプラズマ処理装置の平面図である。 図２に示す点線ＤＬで囲まれた部分を拡大した拡大図である。 図３に示す誘電体板の辺５１Ａ付近及び辺５２Ａ付近を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置の構成を示す図である。
〔実施形態１〕
＜プラズマ処理装置１の構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置１の断面構成を示す断面図である。図１において、アンテナ６が延伸する方向をＸ軸方向、真空容器２からアンテナ６に向かう方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の両方の方向に直交する方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は互いに直交する方向である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置１の平面図である。図２では、アンテナ６及び高周波電源７を省略している。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、誘導結合型のプラズマＰ１を用いて基板等の被処理物Ｗ１にプラズマ処理を施すものである。ここで基板は、例えば液晶ディスプレイもしくは有機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、または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、被処理物Ｗ１は、各種用途に用いられる半導体基板であり得る。さらに被処理物Ｗ１は、例えば工具等のように、基板状の形態には限られない。被処理物Ｗ１に施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはスパッタ法による膜形成、プラズマによるエッチング、アッシング、被覆膜除去等である。
プラズマ処理装置１は、真空容器２と、磁場導入窓３と、アンテナ６と、高周波電源７と、保持部８と、を備える。真空容器２の内部には、真空排気され、かつ、ガスが導入される処理室２１が形成される。真空容器２は例えば金属製の容器である。真空容器２の壁面２２には、厚さ方向に貫通する開口部２３が形成されている。真空容器２は電気的に接地されている。
処理室２１に導入されるガスは、処理室２１に収容される被処理物Ｗ１に施す処理内容に応じたものにすればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法によって被処理物Ｗ１に膜形成を行う場合には、ガスは、原料ガスまたはそれをＨ２等の希釈ガス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、それぞれ被処理物Ｗ１上に形成することができる。
＜磁場導入窓３の構成＞
磁場導入窓３は、金属板４及び複数の誘電体板５を有する。磁場導入窓３は、処理室２１でプラズマを発生させるために、アンテナ６から生じた高周波磁場を処理室２１に導入させる。Ｚ軸方向に向かって、金属板４及び誘電体板５が順に配置される。
金属板４は、開口部２３を塞ぐように真空容器２の壁面２２に設けられる。金属板４には、金属板４をＺ軸方向に貫通する複数のスリット４１が形成される。図２に示すように、複数のスリット４１は、Ｙ軸方向に延伸し、かつ、Ｘ軸方向に並ぶ。金属板４は、被処理物Ｗ１の表面と実質的に平行になるように配置されている。また、金属板４は複数の架橋部４２を有する。金属板４に複数のスリット４１が形成されることにより、複数のスリット４１の間には架橋部４２が形成される。
複数の誘電体板５は、複数のスリット４１を覆うように金属板４上に並べられて配置され、各誘電体板５の形状は、平面視において長方形状である。複数の誘電体板５は、Ｘ軸方向に並べられており、Ｙ軸方向には並べられていない。仮に複数の誘電体板５がＹ軸方向に並べられる場合、Ｙ軸方向に隣り合う誘電体板５の境界がスリット４１上に配置されることになり、処理室２１の真空状態を維持することが困難になる。
１つの誘電体板５が１つ以上のスリット４１を覆うことができるように、１つの誘電体板５のＸ軸方向に沿った幅ＷＤ１は、１つのスリット４１のＸ軸方向に沿った幅ＷＤ２よりも大きい。誘電体板５の幅ＷＤ１は、例えば４２．５ｍｍ以上５２４．５ｍｍ以下であり、スリット４１の幅ＷＤ２は、例えば５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
また、１つの誘電体板５が１つ以上のスリット４１を覆うことができるように、１つの誘電体板５のＹ軸方向に沿った幅ＷＤ３は、１つのスリット４１のＹ軸方向に沿った幅ＷＤ４よりも大きい。誘電体板５の幅ＷＤ３は、例えば４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、スリット４１の幅ＷＤ４は、例えば３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。この場合、幅ＷＤ３及び幅ＷＤ４は、幅ＷＤ３が幅ＷＤ４よりも大きくなるように決定される。幅ＷＤ１は幅ＷＤ３よりも大きく、幅ＷＤ２は幅ＷＤ４よりも小さい。
さらに、プラズマ処理装置１をＺ軸の負の方向に向かって見たとき、１つの誘電体板５の面積は、複数のスリット４１が形成される領域の面積よりも小さい。誘電体板５は、真空容器２の外部側から金属板４に接して設けられるとともに、金属板４に重なる。また、誘電体板５は、複数のスリット４１を真空容器２の外部側から塞ぐように、金属板４のアンテナ６側の表面に設けられる。
誘電体板５の全体は、誘電体物質で構成されており、誘電体板５は、平板状を成すものである。誘電体板５を構成する材料は、アルミナ、炭化ケイ素もしくは窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、または、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂のような樹脂材料であってもよい。
アンテナ６から生じた高周波磁場は、誘電体板５及び複数のスリット４１を透過して処理室２１に供給される。なお、開口部２３を塞ぐ金属板４と、複数のスリット４１を塞ぐ誘電体板５と、によって、処理室２１の真空状態が維持される。
＜隣り合う誘電体板５の構成＞
図３は、図２に示す点線ＤＬで囲まれた部分を拡大した拡大図であり、図４は、図３に示す誘電体板５Ａの辺５１Ａ付近及び辺５２Ａ付近を示す断面図である。図４の符号１０１は、辺５１Ａ付近を示しており、図４の符号１０２は、辺５２Ａ付近を示している。
図２及び図３に示すように、隣り合う誘電体板５それぞれの、互いに対向するように隣接する辺が架橋部４２上に位置するように、複数の誘電体板５が金属板４上に配置される。誘電体板５の辺とは、長方形状の誘電体板５について、長方形の辺を示している。図３に示すように、例えば、誘電体板５としての誘電体板５Ｂ，５Ａ，５Ｃがこの順にＸ軸方向に並んでいる場合を考える。
誘電体板５Ａは、四辺５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａを有する。四辺のうち辺５１Ａ，５２Ａは長方形の一対の短辺であり、四辺のうち辺５３Ａ，５４Ａは長方形の一対の長辺である。誘電体板５Ｂは、長方形の短辺としての辺５１Ｂを有し、誘電体板５Ｃは、長方形の短辺としての辺５２Ｃを有する。
辺５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｃは、Ｙ軸方向に延伸する。辺５３Ａ，５４Ａは、Ｘ軸方向に延伸する。図３及び図４の符号１０１に示すように、辺５１Ａ，５１Ｂは、架橋部４２上に位置しており、架橋部４２に支持されている。また、辺５１Ａと辺５１Ｂとは、互いに対向するように隣接しており、架橋部４２におけるＸ軸方向に沿った幅の中央付近に位置する。辺５１Ａと辺５１Ｂとは、互いに接している。
図３及び図４の符号１０２に示すように、隣り合う誘電体板５Ａ，５Ｃについて、辺５２Ａと辺５２Ｃとは、互いに対向するように隣接しており、架橋部４２上に位置するとともに、架橋部４２に支持されている。辺５２Ａと辺５２Ｃとの間には、隙間ＳＰが形成される。誘電体板５Ａ，５Ｃに限らず、各誘電体板５について、一方の短辺と隣の誘電体板５の短辺との間に隙間ＳＰが形成され、他方の短辺が、当該隣の誘電体板５とは別の隣の誘電体板５の短辺と接する。
これにより、誘電体板５が膨張したとしても、隣接する辺同士が強く接触することを防ぐことができる。よって、誘電体板５に応力が強くかかることがなく、誘電体板５が破損する可能性を低減することができる。
また、隣り合う誘電体板５それぞれの、互いに対向するように隣接する辺は、それぞれ誘電体板５の短辺である。この場合、誘電体板５の四辺のうち互いに対向する二辺は、架橋部４２上に位置する。例えば、隣り合う誘電体板５Ａ，５Ｃそれぞれの、互いに対向するように隣接する辺である辺５２Ａ，５２Ｃは短辺であり、架橋部４２上に位置する。
これにより、隣り合う誘電体板５Ａ，５Ｃそれぞれの互いに対向する短辺の間に隙間ＳＰが形成される場合、隙間ＳＰが架橋部４２上に形成されるため、誘電体板５により処理室２１の真空状態を維持することができる。また、プラズマの発生に伴い誘電体板５の温度が上昇することにより、誘電体板５は短手方向に比べて長手方向に大きく熱膨張するため、誘電体板５が破損する可能性を効果的に低減することができる。
さらに、誘電体板５は、誘電体板５の四辺のうちの一の短辺領域のみが架橋部４２上で金属板４に固定される。短辺領域とは、誘電体板５における金属板４側の表面のうち短辺近傍の領域を示している。また、例えば、誘電体板５Ａの四辺のうち辺５１Ａの短辺領域のみが接着剤または治具により架橋部４２に固定される。
辺５１Ａの短辺領域が接着剤により架橋部４２に固定される場合、辺５１Ａの短辺領域と架橋部４２との間に接着剤が塗布される。また、誘電体板５Ａにおける誘電体板５Ｂと接する端面Ｅ１と、誘電体板５Ｂにおける誘電体板５Ａと接する端面Ｅ２と、の間に接着剤が塗布される。
辺５１Ａの短辺領域が治具により架橋部４２に固定される場合、辺５１Ａ，５１Ｂ付近が治具により金属板４に押さえ付けられるように、治具が金属板４に固定される。辺５２Ａの短辺領域は、架橋部４２に固定されずに支持されるとともに、辺５３Ａ，５４Ａの長辺領域は、金属板４に固定されずに支持される。長辺領域とは、誘電体板５における金属板４側の表面のうち長辺近傍の領域を示している。誘電体板５Ｂの辺５１Ｂの短辺領域も接着剤または治具により架橋部４２に固定される。
このように、誘電体板５の一の短辺以外の辺の領域は、金属板４に固定されず支持されているだけである。これにより、誘電体板５が熱膨張した場合に、誘電体板５に対して長手方向にかかる応力を低減することができ、誘電体板５が破損する可能性を低減することができる。
以上の通り、複数の誘電体板５が金属板４上に配置されており、金属板４上に配置される誘電体板が複数の誘電体板５に分割される。このため、１枚の誘電体板が金属板４に固定されている場合に比べて、誘電体板５のサイズを小さくすることができる。よって、誘電体板５の熱膨張により誘電体板５が金属板４から剥離する可能性を低減するとともに、誘電体板５が破損する可能性を低減することができる。
また、プラズマ処理を施す被処理物Ｗ１の処理面積を拡大するためにプラズマ処理装置１を大型化する場合、磁場導入窓３も大型化するため、複数のスリット４１が形成される領域が大きくなる。このため、１枚の誘電体板５が金属板４に固定されている場合、誘電体板５のサイズが大きくなる。これに対し、複数の誘電体板５が金属板４上に配置される場合、誘電体板５のサイズが小さくなるため、上述したような可能性を効果的に低減することができる。
さらに、サイズが大きい１枚の誘電体板５を用いる場合よりも、サイズが小さい複数の誘電体板５を用いる場合の方が、誘電体板５にかかるコストを削減できる。サイズが小さい誘電体板５を扱うことになるため、破損しやすいガラスまたはセラミックス等の誘電体板５の取り扱いが容易となる。
誘電体板５の熱膨張について、誘電体板５が例えば石英ガラスである場合を考える。石英ガラスの熱膨張係数は、０℃～５００℃の間において０．５７×１０－６／Ｋである。誘電体板５の長手方向の長さが１０００ｍｍであり、誘電体板５の温度が５００℃上昇した場合、誘電体板５の長手方向の長さは、０．２８５ｍｍ伸びる。
なお、１つの架橋部４２上において、隣り合う誘電体板５のうち一方の誘電体板５が固定され、他方の誘電体板５が固定されずに支持されることは好ましくない。複数の誘電体板５を金属板４上に配置するとき、誘電体板５の位置ずれにより不具合が生じる可能性があるためである。このため、図２に示すように、１つの架橋部４２上においては、隣り合う誘電体板５がともに固定されるとともに、別の１つの架橋部４２上においては、隣り合う誘電体板５がともに固定されずに支持されることが好ましい。これにより、誘電体板５の構造上の信頼性が向上する。
アンテナ６は、直線状を成し、真空容器２の外部に設けられており、磁場導入窓３と対向するように配置されている。アンテナ６のＸ軸方向に沿った長さは、約２０００ｍｍである。アンテナ６は、被処理物Ｗ１の表面と実質的に平行になるように配置されている。アンテナ６は、高周波電源７から高周波電力が印加されると、高周波磁場を生じさせる。これにより、処理室２１内の空間に誘導電界が発生し、その空間に誘導結合型のプラズマＰ１が生成される。保持部８は、処理室２１内に収容され、被処理物Ｗ１を保持するステージである。
アンテナ６から生じた高周波磁場は、複数の誘電体板５及び複数のスリット４１を透過して処理室２１に供給される。なお、開口部２３を塞ぐ金属板４と、複数のスリット４１を塞ぐ複数の誘電体板５と、によって、処理室２１の真空状態が維持される。
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図５は、本発明の実施形態２に係るプラズマ処理装置１Ａの構成を示す図である。図５では、アンテナ６及び高周波電源７を省略している。図５に示すように、プラズマ処理装置１Ａは、実施形態１に係るプラズマ処理装置１とは、緩衝材９が設けられている点が異なる。
特定の架橋部４２上で金属板４にそれぞれ固定された、隣り合う誘電体板５それぞれの、互いに対向するように隣接する辺の間には、緩衝材９が設けられる。例えば、隣り合う誘電体板５Ａ，５Ｂについて、辺５１Ａと辺５１Ｂとの間には、緩衝材９が設けられる。緩衝材９は、例えば、テフロン（登録商標）等の樹脂材料である。
架橋部４２上で金属板４に固定される辺の間に緩衝材９が設けられることにより、誘電体板５が長手方向に膨張したとしても、隣接する辺同士が強く接触することを防ぐことができる。よって、誘電体板５に応力が強くかかることがなく、誘電体板５が破損する可能性を低減することができる。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の外部に設けられ、高周波磁場を生じさせるアンテナと、前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、前記高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させる、前記真空容器の壁面に設けられた磁場導入窓と、を備え、前記磁場導入窓は、複数のスリットが形成され、前記複数のスリットの間に形成される架橋部を有する金属板と、前記複数のスリットを覆うように並べられて配置される複数の長方形状の誘電体板と、を有し、隣り合う前記誘電体板それぞれの、互いに対向するように隣接する辺が前記架橋部上に位置するように、複数の前記誘電体板が配置される構成である。
本発明の態様２に係るプラズマ処理装置は、上記の態様１において、前記互いに対向するように隣接する辺の間には、隙間が形成される構成としてもよい。
本発明の態様３に係るプラズマ処理装置は、上記の態様１または２において、前記互いに対向するように隣接する辺は、それぞれ前記誘電体板の短辺である構成としてもよい。
本発明の態様４に係るプラズマ処理装置は、上記の態様３において、前記誘電体板は、前記誘電体板の四辺のうちの一の短辺領域のみが前記架橋部上で前記金属板に固定される構成としてもよい。
本発明の態様５に係るプラズマ処理装置は、上記の態様４において、特定の前記架橋部上で前記金属板にそれぞれ固定された、隣り合う前記誘電体板それぞれの、互いに対向するように隣接する辺の間には、緩衝材が設けられる構成としてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１、１Ａ プラズマ処理装置
２ 真空容器
３ 磁場導入窓
４ 金属板
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 誘電体板
６ アンテナ
９ 緩衝材
２２ 壁面
４１ スリット
４２ 架橋部
Ｐ１ プラズマ
ＳＰ 隙間
Ｗ１ 被処理物

Claims (5)

  1. 被処理物を内部に収容する真空容器と、
    前記真空容器の外部に設けられ、高周波磁場を生じさせるアンテナと、
    前記真空容器の内部でプラズマを発生させるために、前記高周波磁場を前記真空容器の内部に導入させる、前記真空容器の壁面に設けられた磁場導入窓と、を備え、
    前記磁場導入窓は、
    複数のスリットが形成され、前記複数のスリットの間に形成される架橋部を有する金属板と、
    前記複数のスリットを覆うように並べられて配置される複数の長方形状の誘電体板と、を有し、
    隣り合う前記誘電体板それぞれの、互いに対向するように隣接する辺が前記架橋部上に位置するように、複数の前記誘電体板が配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記互いに対向するように隣接する辺の間には、隙間が形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記互いに対向するように隣接する辺は、それぞれ前記誘電体板の短辺であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記誘電体板は、前記誘電体板の四辺のうちの一の短辺領域のみが前記架橋部上で前記金属板に固定されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 特定の前記架橋部上で前記金属板にそれぞれ固定された、隣り合う前記誘電体板それぞれの、互いに対向するように隣接する辺の間には、緩衝材が設けられることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
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