JP4118117B2 - プラズマプロセス装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶表示素子の製造などにおいて、マイクロ波などの高周波により励起されたプラズマを利用したエッチング処理、アッシング処理又は成膜処理などに用いられるプラズマプロセス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置や半導体装置などの製造工程においては、成膜工程、エッチング工程およびアッシング工程などにおいてプラズマを利用するプラズマプロセス装置が使用されている。このようなプラズマプロセス装置において、処理対象である基板の被処理面全体に対して均一な処理を行なうためには、被処理面全体に対して均一なプラズマを発生させる必要がある。
【0003】
また、近年、半導体記憶装置などに代表される半導体デバイス、液晶などの分野でSi(シリコン)ウェハやガラス基板の大型化が進んでいる。特に、TFT(Thin Film Transistor)液晶表示装置の場合、一枚のガラス基板上に複数の表示領域を形成し、これを切り分け複数の表示パネルを同時に製造するという方法により生産性が高められている。タクトタイム向上のため、より多くのパネルを同時に製造するためにガラス基板の大型化が図られており、今後は1m角以上というような大きなサイズの矩形基板が用いられる。
【0004】
このような大型矩形基板を処理するためにプラズマプロセス装置も大型化・大面積化が進んでおり、基板の被処理面全体に対して処理の均一性を向上させることが可能なプラズマプロセス装置が求められている。
【0005】
図21はマイクロ波励起によるプラズマプロセス装置の斜視図であり、図22は図21に示した装置のXXII−XXII線に沿う断面の部分拡大図である。また、図23は図22のXXIII−XXIII線に沿う断面の部分拡大図である。
【0006】
図21および図22を参照して、チャンバー本体102上には上蓋101がOリング(図示せず)を介して処理室107内を真空封止するように設置されている。上蓋101には、アルミナなどの誘電体から成る誘電体窓104が埋設されており、上蓋101と誘電体窓104との間にはOリング105が処理室107内を真空封止するため設けられている。誘電体窓104と矩形導波管103との間には、複数のスロット109が形成された金属製のスロットアンテナ板106が設置されている。また、上蓋101上には、マイクロ波を処理室107内に供給する矩形導波管103が複数平行に並べて配置され、締結ネジ110により上蓋101の上面にスロットアンテナ板106を介して強固に固定されている。矩形導波管103の上部に設けられた上端開口部103aは図示しない導波管を介してマイクロ波発振機111と接続されている。
【0007】
この装置においては、マイクロ波発振器111により発振されたマイクロ波は、矩形導波管103の上端開口部103aから入り、矩形導波管103内部に伝送されるとともに、矩形導波管103の下端開口部103bから、スロット109、誘電体窓104を介して処理室107内に供給される。処理室107内にマイクロ波が供給されることにより、処理室107の内部に供給されている反応ガスが励起されプラズマが生成され、処理室内の被処理物にプラズマプロセスが施される。
【0008】
ここで、処理室107内を真空排気した際、図22に示すように、上蓋101の面内中央部分が図中の矢印方向(図中下向き方向)に変形する。その際、図23に示すように、スロットアンテナ板106の下面と上蓋101の上面との間に隙間108が生じる。このため、矩形導波管103の上端開口部103aから供給されたマイクロ波は、この隙間108の下端開口部103bより外周にあたる周辺部分に矢印112に示すように漏洩するため、マイクロ波の損失が生じる。これにより、処理室107内にマイクロ波を所望の状態で供給できず、その結果、エッチングの面内均一性などプロセスの結果に影響を与えるという問題が発生する。
【0009】
ここで、締結ネジ110による矩形導波管103と上蓋101との締結を強固にすると前記上蓋101の変形を抑制できると考えられるが、この構成では締結ネジ110による締結を強固にすることはできない。その理由を以下に説明する。
【0010】
上蓋101はマイクロ波を通さないようにアルミニウム材から形成され、誘電体窓104はマイクロ波を通すようにアルミナなどセラミックス材料から形成されているので、両者の間で熱膨張率が異なる。このため、長時間の放電を行った場合、熱膨張率の大きい上蓋101が放電による熱の蓄積で膨張変形するため、上蓋101と矩形導波管103との間で挟まれている誘電体窓104の部分に大きな力が掛かることになる。よって、矩形導波管103と上蓋101との締結を強固に行なうと、上蓋101と矩形導波管103との間で挟まれている誘電体窓104の部分に掛かる力を他の部分へ逃すことができないため、その部分に破損が発生する。
【0011】
上記の理由で、矩形導波管103と上蓋101との締結は、電気的な接触が行なわれる程度に、締結ネジ110の締結トルクを管理して行なわれていた。
【0012】
また、マイクロ波の装置外部への漏洩を防止するため、図21に示すように、マイクロ波の導波管管内波長λの4分の1以下の間隔で上蓋1と矩形導波管103とが多数のネジ110を用いて締結される。装置が大型化するとそれに伴い締結する固定箇所は増加し、Oリングの交換、誘電体窓104の交換などの装置のメンテナンスの際に多大な労力が必要になる。
【0013】
また、上蓋101を厚くすることにより剛性を上げ、大気圧による変形を抑制するという方法も考えられる。しかし、マイクロ波を効率良く処理室107内に供給するためには誘電体窓104の厚さを厚くすることはできない。上蓋101のみ厚くした場合、誘電体窓104の下面の直下に上蓋101に囲まれた空間が形成され、プラズマを処理室全面に均一に形成するということができなくなる。以上の理由から、上蓋101の剛性を上げるために、上蓋101の厚さを厚くするということはできない。
【0014】
また、プラズマプロセス装置の部材間において高周波の漏洩防止を目的とした電気的接触を維持するための技術として、特開平6−111995号公報(特許文献1)が開示されており、電気的接触を維持するための部材として、シリコーン状線材に金属メッシュを被覆させた線材を用いた実施例が紹介されている。しかしながら、フッ素系ゴムなどの有機物、シリコーンなどのエラストマー材は金属などの導電性材料と比較して、マイクロ波による損傷を非常に受けやすい。よって、シリコーンなどのエラストマー材を電磁波の漏洩防止部材の一部に使用するという構造では、長時間装置を稼動した場合に、損傷を起こす恐れがある。その結果、前記漏洩防止部材の弾性がなくなり、電気的接触を維持することができなくなる。
【0015】
【特許文献1】
特開平6−111995号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、処理室内を真空排気することにより処理室の一部である上蓋が変形した場合においても、高周波の漏洩・損失を防止でき、装置のメンテナンスが簡易で、長時間装置を稼動した場合においても電気的な接触を行なう機構の劣化が生じないプラズマプロセス装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマプロセス装置は、壁面の一部がマイクロ波を通す誘電体窓で構成され、かつ内部にてプラズマを用いた処理を行なう処理室と、それぞれが処理室外部に設けられ、開口部を有し、開口部から誘電体窓を介して処理室内へマイクロ波を供給することができるマイクロ波供給部材およびアンテナ部材とを備えたプラズマプロセス装置において、マイクロ波供給部材の開口部外周およびアンテナ部材の開口部を取囲むように、処理室とマイクロ波供給部材とアンテナ部材とを電気的に接触させ、かつその電気的接触を維持するための接触維持機構を備え、接触維持機構がマイクロ波供給部材の開口部の長辺方向における端部を基点にマイクロ波供給部材の内部でのマイクロ波の波長の4分の1の間隔で設けられていることを特徴とするものである。
【0018】
本発明のプラズマプロセス装置によれば、接触維持機構が、マイクロ波供給部材の下端開口部外周を取囲むように、所定の間隔毎に処理室とマイクロ波供給部材とを電気的に接触させ、かつその電気的接触を維持している。このため、処理室内を真空排気することにより処理室の変形が発生し、処理室とマイクロ波供給部材との接続部に隙間が生じても、接触維持機構により処理室とマイクロ波供給部材とを所定の間隔以下毎に電気的な接続を維持できるため、その隙間からマイクロ波が外周側へ漏洩することによる損失を防ぐことができる。
また接触維持機構の電気的接触部を、マイクロ波供給部材の開口部の長辺方向における端面を基点に、マイクロ波供給部材の内部でのマイクロ波の波長の4分の1の間隔で設けることにより、さらに効率よくマイクロ波の漏洩および損失を防ぐことを可能とした。
【0019】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、処理室とマイクロ波供給部材との間にアンテナ部材が位置している。接触維持機構は、アンテナ部材と接している。
【0020】
このように処理室とマイクロ波供給部材との間に、処理室と導通を持つアンテナ部材を設けて、そのアンテナ部材に対し、接触維持機構により電気的な接触を維持することにより、より効率的に処理室とマイクロ波供給部材との接続部にできる隙間へのマイクロ波の漏洩および損失を防ぐことができる。
【0025】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、接触維持機構は、マイクロ波供給部材側に設けられ、かつ弾性を有するバルク状の導電性の部材を有している。
【0026】
このように接触維持機構を、マイクロ波供給部材側に設けることにより、処理室とマイクロ波供給部材との接続部に形成される隙間へのマイクロ波の漏洩および損失を防ぐことができる。また、長時間にわたり装置を稼動した場合においても接触維持機構の劣化を防ぐことが可能となる。
【0027】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、接触維持機構は、導電性のピンとバネからなり、マイクロ波供給部材側から処理室側へバネによりピンを押し当てる機構からなっている。
【0028】
これにより簡易な構成で接触維持機構を実現することができる。
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、接触維持機構は、導電性薄板のバネ状部材からなり、マイクロ波供給部材側から処理室側へバネ状部材を押し当てる機構からなっている。
【0029】
これにより簡易な構成で接触維持機構を実現することができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【0038】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について図1〜図6を用いて説明する。
【0039】
図1は本発明の実施の形態1におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の断面図であり、図2はプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の短辺方向の断面図であり、図3はスロットアンテナ板の概観斜視図である。また、図4は矩形導波管を下から見た斜視図であり、図5(a)、(b)は図4中の点線で示した面における接触維持機構の部分拡大図であり、図6は図1と別形態のプラズマプロセス装置の矩形導波管長辺方向断面図である。ここで、図1、図2および図6は処理室内を真空引きしていない状態の図である。
【0040】
図1を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、上蓋1と、チャンバー本体2と、矩形導波管3と、ガス導入部5と、ガス導入口6と、基板ホルダー8と、Oリング10、11と、誘電体窓12と、誘電体板13と、誘電体保持部材14と、スロットアンテナ板15と、接触維持機構17と、接触維持機構保持部20と、マイクロ波発振器40とを主に有している。
【0041】
チャンバー本体2上には、上蓋1がOリング10を介して処理室内部7を真空封止するよう設置されている。チャンバー本体2の底面には、上蓋1と対向するように基板ホルダー8が設置されており、基板ホルダー8上には被処理基板9が載置可能である。上蓋1には、アルミナなどの誘電体から成る誘電体窓12が埋設されており、上蓋1と誘電体窓12との間には、Oリング11が処理室内部7を真空封止するために設けられている。誘電体窓12の下部には、誘電体板13が設けられ、誘電体保持部材14により上蓋1に固定されている。なお、ここで、処理室とは、上蓋1、チャンバー本体2、誘電体窓12などからなるプラズマプロセス処理を行なう部分のことをいう。また、矩形導波管3は、誘電体窓12を介して処理室内部7へ高周波を供給するための高周波供給部材に含まれるものである。
【0042】
上蓋1には、処理室内部7にガスを供給するためのガス供給部5が設けられており、そのガス供給部5にはガス供給口6が接続されている。
【0043】
また、図2に示すように上蓋1上には、複数のアルミニウム材からなる矩形導波管3が並べて配置されている。複数の矩形導波管3の各々は、その上端開口部3aにマイクロ波発振器40が図示しない分岐導波管などを介して接続されており、その上端開口部3aから導入されたマイクロ波などの高周波が、下端開口部3bから誘電体窓12を介して、処理室内部7に供給されるように構成されている。複数の矩形導波管3の各々は、上蓋1に対してネジにより締結されている。
【0044】
また、図1に示すように誘電体窓12と矩形導波管3との間には、アルミニウム材の薄板から成るスロットアンテナ板15が設置されている。このスロットアンテナ板15は、図3に示すような複数のスロット16を有し、かつ矩形導波管3内に導入されたマイクロ波などの高周波を分配して処理室内部7に供給する機能を有する。また、本実施の形態においては、スロットアンテナ板15は上蓋1に対して固定されていない。
【0045】
接続維持機構17は、図4に示すように矩形導波管3の下端開口部3b外周を取囲むように所定の間隔(λ/4)以下の間隔で配置されており、その間隔毎に上蓋1と矩形導波管3とを電気的に接続し、その接続を維持するように設けられている。
【0046】
この接続維持機構17は、図5(a)に示すように、矢印で示すように図中上下方向に移動可能な導電性材料から成るピン18と、そのピン18を常に下向きに付勢する導電性材料から成るバネ19とから構成されている。この接続維持機構17は、アルミニウム材からなる接触維持機構保持部20により矩形導波管3に保持された状態になっている。このようにピン18がバネ19により下向きに付勢されているため、図5(b)に示すように矩形導波管3と処理室との間に空間が生じても、接続維持機構17により矩形導波管3と処理室とは所定の間隔(λ/4)以下毎に電気的に導通される。
【0047】
なお、図5(a)は、図5(b)に図示しているスロットアンテナ板15、上蓋1、誘電体窓12などが矩形導波管3の直下に無い状態を示す。
【0048】
次に、本実施の形態のプラズマプロセス装置の動作を説明する。
図1を参照して、まずマイクロ波発振器40からマイクロ波が発振される。マイクロ波発振器40で発振されたマイクロ波は、矩形導波管3、スロット開口部16、誘電体窓12および誘電体板13を介して処理室内部7に供給される。処理室内部7にマイクロ波が供給されることにより、ガス供給口6から処理室内部7に供給されている反応ガスが励起されプラズマが生成し、基板ホルダー8上の被処理基板9に対してプラズマ処理が行なわれる。
【0049】
プラズマ処理が行なわれる際、処理室内部7は真空排気されるため、上蓋1に図中下向きの変形が生じる。それにともない上蓋1の上面とスロットアンテナ板15下面との間で隙間ができようとする。
【0050】
しかし、図5(b)に示すように、接触維持機構17のピン18およびバネ19により、スロットアンテナ板15は、上蓋1側に押さえつけられている。このため、従来装置において形成されていたスロットアンテナ板15と上蓋1との間の隙間は生じない。なお、接触維持機構17のバネ19はスロットアンテナ板15の下面が上蓋1の上面と接触する程度に押さえつけることができるように調整されている。
【0051】
スロットアンテナ板15が上蓋1に押さえつけられることにより、矩形導波管3の下面とスロットアンテナ板15の上面との間に隙間が形成される。しかし、接触維持機構17のピン18およびバネ19により、矩形導波管3とスロットアンテナ板15とは、マイクロ波の矩形導波管3内の波長λの4分の1以下の間隔毎に矩形導波管3の下端開口部3bを取囲むように電気的に導通される。これにより、矩形導波管3の下端開口部3bから供給されたマイクロ波が、上蓋1の上面とスロットアンテナ板15下面との間の隙間にて外周側へ漏洩することは防止できる。これにより、処理室内部7に所望の状態でマイクロ波を供給することができる。
【0052】
ここで、上記の実施の形態では使用する高周波の周波数帯域をマイクロ波として説明したが、必ずしもこの周波数帯域に限らない。VHF、UHF、ミリ波などの周波数帯域の高周波を用いた場合も同様の効果を得ることができる。
【0053】
また、処理室内部7の装置構成について、図1においては誘電体板13を使用した構成を示しているが、誘電体板13はマイクロ波が処理室内部7面内に均一に広がるようにするものであり、誘電体板13を使用しなくてもマイクロ波が均一に広がるならば、図6に示すように誘電体板13が無くてもよい。
【0054】
上記のように導電性材料からなるピン18およびバネ19のようなバルク材を、接触維持機構17の部材として用いることにより、長時間装置を稼動した場合においても高周波による部材の劣化を防ぐことが可能となる。その結果、接触維持機構17の弾性性能が低下することがないので、スロットアンテナ板15を抑え続けることができ、スロットアンテナ板15下面と上蓋1上面との間に形成される隙間をなくすことができる。
【0055】
また、導電性材料から成るピン18およびバネ19としてその大きさが非常に小さいものを用いれば、取り付ける位置が限定されていても、設置することができ高周波の漏洩・損失を防ぐことが可能となる。
【0056】
ここで、本発明においては、導電性材料として、金属・合金・カーボンなどの高周波による損傷を受けにくい材料が使用される。特に、箔やこれに類する径の細線などよりもバルク材を用いるのが望ましいので、本実施の形態ではピン18とバネ19が用いられる。なぜならば、箔・細線はエラストマー材ほどではないが、非常に長時間マイクロ波を使用すると、異常放電などにより損傷する可能性があるが、バルク材を使用した場合は、異常放電が起きることがなく損傷する可能性が極めて少ないからである。
【0057】
また、前記処理室と導通を持つ導電性を有する部材として、スロットアンテナ板を用いてもよいし、アンテナの機能を有さず接触維持機構との電気的接触を行なうためだけに使用する部材が用いられてもよい。
【0058】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2について図7および図8(a)、(b)を用いて説明する。
【0059】
図7および図8(a)、(b)は、本発明の実施の形態2におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管短辺方向の部分断面図である。図7を参照して、実施の形態2の構成は、実施の形態1の構成と比較して、スロットアンテナ板15が固定ネジ21により上蓋1の上面に対して固定されているという点において異なる。
【0060】
なお、これ以外の図7の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0061】
本実施の形態によれば、図7に示すようにスロットアンテナ板15は固定ネジ21により上蓋1の上面に対して固定されている。このため、上蓋1が図中下向きに変形した場合においても、スロットアンテナ板15の下面と上蓋1の上面との間に隙間は生じない。この場合、隙間は矩形導波管3の下面とスロットアンテナ板15の上面との間にできる。しかし、接触維持機構17のピン18およびバネ19により、矩形導波管3とスロットアンテナ板15とは、マイクロ波の矩形導波管3内の波長λの4分の1以下の間隔毎に矩形導波管3の下端開口部3bを取囲むように電気的に導通される。これにより、矩形導波管3の下端開口部3bから供給されたマイクロ波が、上蓋1の上面とスロットアンテナ板15下面との間の隙間にて外周側へ漏洩することは防止できる。これにより、処理室内部7に所望の状態でマイクロ波を供給することができる。
【0062】
ここで、誘電体窓12は、上蓋1とスロットアンテナ板15とに挟まれて固定される状態となるので、上蓋1が加熱された際の膨張により、破損することが考えられる。しかし、矩形導波管3により挟まれている場合とは異なり、スロットアンテナ板15は2次元平面的な部材であるので、上蓋1が膨張して誘電体窓12が上方に押された場合においても、ある程度の変形を許容する余裕があるので、誘電体窓12が破損することはない。
【0063】
また、実施の形態2の別形態として、接触維持機構17がスロットアンテナ板15と接触するのではなく、上蓋1の上面と接触する構成も考えられる。この場合、接触維持機構17は、図8(a)に示すようにスロットアンテナ板15の外周側で接触する構成と、図8(b)に示すようにスロットアンテナ板15に設けられた貫通孔22を貫通して接触する構成とが考えられる。いずれの構成のおいても、接触維持機構17より外周へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。
【0064】
なお、これ以外の図8(a)、(b)の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0065】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について図9を用いて説明する。
【0066】
図9(a)、(b)は、本発明の実施の形態3におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管短辺方向の部分断面図である。図9(a)、(b)を参照して、本実施の形態の構成は、図8に示す実施の形態2の構成と比較して、接触維持機構17と接触維持機構保持部20とが上蓋1側に設置されている点において異なる。この場合、接触維持機構17と接触維持機構保持部20とは、誘電体窓12の外周側に配置されており、かつ接触維持機構保持部20はスロットアンテナ板15を上蓋1に固定するための固定ネジ21により上蓋1に固定されている。これにより、接触維持機構17では、ピン18はバネ19により常に上向きに付勢されており、矩形導波管3に押しつけられている。
【0067】
図9(a)の構成ではピン18はスロットアンテナ板15の外周側にて矩形導波管3に接触しており、図9(b)の構成ではピン18はスロットアンテナ板15に設けられた貫通孔22を貫通して矩形導波管3に接触している。いずれの構成においても、矩形導波管3の下端開口部3bから供給されたマイクロ波の、接触維持機構17より外周への漏洩を防ぐことができる。
【0068】
なお、これ以外の構成については、図8に示す実施の形態2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0069】
実施の形態2および3に記載したように、スロットアンテナ板15を上蓋1に対して固定することにより、スロットアンテナ板15下面と上蓋1の上面との間に形成される隙間を、より確実になくすことができる。また、実施の形態2および3における接触維持機構17はスロットアンテナ板15などの相手部材に接触する程度に押し付けられればよい。
【0070】
ここで、処理室と導電性部材との間に空間が発生することを阻止するための空間発生阻止部材とは、実施の形態1に記載した接触維持機構17のバネ19により阻止する構成もあるし、実施の形態2および3に記載したネジ止めにより阻止する構成もある。前記ネジ止めを行なうための部品は、必ずしも導電性を有する必要はない。
【0071】
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4について図10(a)、(b)を用いて説明する。
【0072】
図10(a)、(b)は、本発明の実施の形態4におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管短辺方向の部分断面図である。図10(a)、(b)を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、スロットアンテナ板15が無い点において異なる。図10(a)の構成では、スロットアンテナ板がないため、接触維持機構17は上蓋1の上面と直接接触している。また、図10(b)の構成では、スロットアンテナ板の代わりに導電性材料から成る接触板23が配置されており、接触維持機構17は接触板23の上面と直接接触することにより上蓋1と電気的に導通している。このような接触板23を用いることにより、図10(a)の構成よりさらに効率的に隙間へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。接触板23はスロットアンテナ板15とは開口部の形状が異なる。図3のように開口部が複数あるのではなく、下端開口部3bの形状と同一形状の開口部を有するものである。接触板23を使用することにより、下端開口部3bの外周の直近より外側の隙間への漏洩を防ぐことが可能となる。
【0073】
ここで、接触板23は実施の形態2のスロットアンテナ板15と同様に上蓋1の上面に固定される構成としてもよい。
【0074】
また、図10(a)、(b)の各構成については、実施の形態3と同様に、接触維持機構17が上蓋1側に設置されてもよい。
【0075】
なお、これ以外の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0076】
(実施の形態5)
本発明の実施の形態について図11および12(a)〜(g)を用いて説明する。
【0077】
図11は本発明の実施の形態5におけるプラズマプロセス装置の構成を示す導波管長辺方向断面の部分拡大図であり、図12(a)〜(g)の各々は接触維持機構の部品拡大図である。
【0078】
図11を参照して、本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成と比較して、接触維持機構部17の構成において異なる。本実施の形態では、矩形導波管3と上蓋1との電気的接触をとるための部材が、導電性材料の薄板から成る弾性を有する部材24である。
【0079】
矩形導波管3のスロットアンテナ板15に対向する面には、薄板バネ状接触部材24を取り付けるために下端開口部3bを取囲むように凹部25が設けられている。薄板バネ状接触部材24は接触部材固定ネジ26などの部材により、凹部25に固定されており、この薄板バネ状接触部材24が、スロットアンテナ板15を上蓋側に押さえつけることにより、矩形導波管3下面と上蓋1の上面との間で電気的な接触を維持することができ、矩形導波管3の下面とスロットアンテナ板15の上面との間にできる隙間へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。
【0080】
ここで、薄板バネ状接触部材24は図11に示す形態とは限らない。薄板バネ状接触部材24は図12(a)〜(e)に示すような形態であってもよく、図12(f)に示すようなスプリングワッシャー状のものであってもよく、また図12(g)に示すような薄板バネ状接触部材24を複数枚重ねたものなどの形態が考えられ、いずれの形態の部材を用いたとしても、同様の効果が得られる。
【0081】
また、上記の実施の形態では薄板バネ状接触部材24を接触部材固定ネジ26で固定する構成としたが、薄板バネ状接触部材24の固定方法は必ずしもこれに限らない。凹部25に、薄板バネ状接触部材24が嵌め込まれ固定される構成が採用されてもよい。
【0082】
また、上記の実施の形態では薄板バネ状接触部材24を矩形導波管3側に設けた構成としたが、上蓋1側に設けた構成としても同様の効果を得ることができる。
【0083】
なお、これ以外の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0084】
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6について図13を用いて説明する。
【0085】
図13は、本発明の実施の形態6におけるプラズマプロセス装置の構成を示す導波管長辺方向の断面拡大図である。図13を参照して、実施の形態6の構成は、実施の形態1の構成と比較して、接触維持機構17の設置位置において異なっている。本実施の形態では、接触維持機構17を導波管内部空間4の長辺方向における端面4aを基点に、使用される高周波の導波管管内波長の4分の1の間隔で配置する構造が採用されている。
【0086】
矩形導波管3内で定在波が形成された場合、導波管内部空間4の長辺方向における端面4aを起点に、使用される高周波の導波管内での波長の4分の1の距離だけ離れた場所、およびその場所から前記波長の2分の1の距離間隔で離れた場所で高周波の電界強度の分布が最大となる。本実施の形態では、前記のように接触維持機構17を配置することにより、より効果的に矩形導波管3の下面とスロットアンテナ板15の上面との間にできる隙間へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。
【0087】
なお、これ以外の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0088】
(実施の形態7)
本発明の実施の形態7について図14〜図18を用いて説明する。
【0089】
図14は本発明の実施の形態7におけるプラズマプロセス装置の蛇腹式導波管の概観を示す斜視図であり、図15は図14の蛇腹式導波管を使用したプラズマプロセス装置の構成を示す導波管長辺方向の断面図である。また、図16は図14の蛇腹式導波管の壁面の断面部分拡大斜視図であり、図17は別形態の蛇腹式導波管の側面図であり、図18はさらに別形態の弾性を有する導波管の側面図である。
【0090】
図14と図15とを参照して、実施の形態7の構成は、実施の形態1の構成と比較して、導波管の構成において異なる。本実施の形態の蛇腹式導波管27はその側壁面が導波管長辺方向に対し垂直に凹凸が形成された蛇腹構造となっており、図中下向きに弾性を有する構造となっている。また、蛇腹式導波管27のフランジ部も図中上下方向に変形可能な薄さの板で構成され、そのフランジ部で上蓋1にネジにより締結される。
【0091】
なお、これ以外の構成については、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0092】
本実施の形態では、処理室内部7が真空排気されることにより上蓋1が図中下向きに変形した場合においても、蛇腹式導波管27自体が弾性を有する構造となっているので、図15に示すように上蓋1の変形に倣うことができる。ここで、図15では、図中下向きの変形を強調して図示している。つまり、蛇腹式導波管27と上蓋1との間ではスロットアンテナ板15を介して下端開口部3bの外周全周にわたり電気的に接触することができるので、従来の装置では存在していたスロットアンテナ板15下面と上蓋1上面との間にできる隙間をなくすことができ、高周波の漏洩・損失を防ぐことができる。
【0093】
ここで、蛇腹式導波管27の側壁に形成される蛇腹構造の起伏は、使用する高周波の周波数が2.45GHzのJIS規格サイズの導波管では、図16に示すように側壁の蛇腹構造の凹凸は奥行き・幅共に2mm程度の大きさの起伏とする。このとき、蛇腹導波管のVSWR値は1.1で、高周波の伝送効率は99.8%である。
【0094】
また、蛇腹式導波管27に必要な弾性と高周波の伝送効率を考慮し、蛇腹壁面の起伏形状は設計される。
【0095】
上記実施の形態では、蛇腹式導波管27の側壁面を全て蛇腹構造としたが、本実施の形態の導波管27は、必ずしもこれに限らない。本実施の形態の導波管27は、側壁面のうち、図中上部が蛇腹構造ではなく、図中上下方向に変形可能な厚さの板で構成されており、かつ図中下部のみが蛇腹構造となるような構造であってもよい。また本実施の形態の導波管27は、図17に示すように導波管長辺方向の側壁面のうち、数箇所を矩形平板から成る矩形平板部28とし、その他の部分を蛇腹構造から成る蛇腹部29とする構成であってもよい。
【0096】
また本実施の形態の導波管27は、図18に示すように導波管の稜線部30およびフランジ部31のみが変形可能でかつ比較的剛性の高い導電性材料からなる部材で作成され、導波管の上面および側壁面は変形可能な網状部材32からなる構成であってもよい。
【0097】
上記実施の形態1〜7では、図2に示すように導波管内部空間4の短辺方向の幅が狭い状態であったが、必ずしもこの構成とする必要は無く、導波管内部空間4の幅が大きくなる構成にすることも考えられる。図19は矩形導波管の開口部幅が大きい場合の上蓋上面の部分拡大斜視図であり、図20は図19中のXX−XX線に沿う部分に対応する断面図である。
【0098】
図19と図20とを参照して、導波管開口部33の幅が大きい場合、下端開口部33bの外周において、接触維持機構17でスロットアンテナ板34を上蓋35に対して押さえつけた状態としていても、上蓋35の上面長辺方向中央部36において、図20に示すように、スロットアンテナ板34の下面と上蓋35の上面との間で隙間が生じる可能性があり、この部分にマイクロ波が漏洩することも考えられる。上記のような場合は、上蓋35側にも接触維持機構17を所定の間隔(マイクロ波の導波管管内波長λの4分の1以下の間隔)ごとに設置し、上蓋35の上面とスロットアンテナ板34の下面の電気的接触をとることにより、この部分へのマイクロ波の漏洩を防ぐことができる。なお、上蓋35側に設置する接触維持機構17については、ピン19がスロットアンテナ板34の下面に接触する程度に押し付けられればよい。
【0099】
今回開示された実施の形態はすべての点で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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0100】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のプラズマプロセス装置によれば、処理室内を真空排気することにより処理室の一部である上蓋がマイクロ波供給部材とは逆側に変形した場合においても、マイクロ波供給部材の下端開口部の外周全周にわたり、所定の間隔で電気的に接触することを可能とする手段を設けることにより、処理室とマイクロ波供給部材との接続部に形成される隙間へのマイクロ波の漏洩および損失を防ぐことができる。その結果、処理室内にマイクロ波を効率良く供給することができ、所望のプラズマプロセス結果を得ることが可能となる。また、プラズマプロセス装置が大型化した場合においても処理室とマイクロ波供給部材とを接続するネジなどの締結部材の点数を少なくすることができ、メンテナンス性を向上することも可能となる。また、接触部材として導電性を有するバルク材から成る部品を用いることにより長時間装置が稼動した場合においても接触維持機構の劣化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の断面図である。
【図2】 図1のプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の短辺方向の断面図である。
【図3】 スロットアンテナ板の概観図である。
【図4】 矩形導波管を下から見た斜視図である。
【図5】 図4中の点線で示した面における接触維持機構の部分拡大図である。
【図6】 本発明の実施の形態1における別形態のプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管短辺方向の部分断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態2における別形態のプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管短辺方向の部分断面図である。
【図9】 本発明の実施の形態3におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の短辺方向の部分拡大断面図である。
【図10】 本発明の実施の形態4におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の短辺方向の部分拡大断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態5におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の部分拡大断面図である。
【図12】 本発明の実施の形態5におけるプラズマプロセス装置の接触維持機構の部品拡大図である。
【図13】 本発明の実施の形態6におけるプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の部分拡大断面図である。
【図14】 本発明の実施の形態7におけるプラズマプロセス装置の蛇腹式導波管の構成を示す概観斜視図である。
【図15】 蛇腹式導波管を使用したプラズマプロセス装置の構成を示す矩形導波管の長辺方向の断面図である。
【図16】 蛇腹式導波管の壁面の断面部分拡大図である。
【図17】 本発明の実施の形態7におけるプラズマプロセス装置の別形態の蛇腹式導波管の構成を示す側面図である。
【図18】 本発明の実施の形態7におけるプラズマプロセス装置のさらに別形態の蛇腹式導波管の構成を示す側面図である。
【図19】 矩形導波管が本発明の実施の形態と別形態である時の上蓋上面の部分拡大斜視図である。
【図20】 矩形導波管が本発明の実施の形態と別形態であるプラズマプロセス装置の導波管短辺方向断面の部分拡大図である。
【図21】 従来のプラズマプロセス装置の構成を示す概観斜視図である。
【図22】 従来のプラズマプロセス装置の矩形導波管の長辺方向の部分断面図である。
【図23】 図22のXXIII−XXIII線に沿う断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
1 上蓋、2 チャンバー本体、3 矩形導波管、3a 上端開口部、3b 下端開口部、4 導波管内部空間、4a 端面、5 ガス導入部、6 ガス導入口、7 処理室内部、8 基板ホルダー、9 被処理基板、10 Oリング(チャンバー本体−上蓋間)、11 Oリング(上蓋−誘電体窓間)、12 誘電体窓、13 誘電体板、14 誘電体保持部材、15 スロットアンテナ板、16スロット開口部、17 接触維持機構、18 導電性材料から成るピン、19導電性材料から成るバネ、20 接触維持機構保持部、21 固定ネジ、22貫通孔、23 接触板、24 薄板バネ状接触部材、25 凹部、26 接触部材固定ネジ、27 蛇腹式導波管、28 矩形平板部、29 蛇腹部、30 稜線部、31 フランジ部、32 網状部材、33 導波管開口部、33b 下端開口部、34 スロットアンテナ板、35 上蓋、36 上蓋上面長辺方向中央部、40 マイクロ波発振器。
Claims (5)
- 壁面の一部がマイクロ波を通す誘電体窓で構成され、かつ内部にてプラズマを用いた処理を行なう処理室と、
それぞれが前記処理室外部に設けられ、開口部を有し、前記開口部から前記誘電体窓を介して前記処理室内へマイクロ波を供給することができるマイクロ波供給部材およびアンテナ部材とを備えたプラズマプロセス装置において、
前記マイクロ波供給部材の前記開口部外周および前記アンテナ部材の前記開口部を取囲むように、前記処理室と前記マイクロ波供給部材と前記アンテナ部材とを電気的に接触させ、かつその電気的接触を維持するための接触維持機構を備え、
前記接触維持機構が、前記マイクロ波供給部材の開口部の長辺方向における端部を基点に、前記マイクロ波供給部材の内部でのマイクロ波の波長の4分の1の間隔で設けられている、プラズマプロセス装置。 - 前記処理室と前記マイクロ波供給部材との間に前記アンテナ部材は位置し、
前記接触維持機構は、前記アンテナ部材と接していることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマプロセス装置。 - 前記接触維持機構は、前記マイクロ波供給部材側に設けられ、かつ弾性を有するバルク状の導電性の部材を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のプラズマプロセス装置。
- 前記接触維持機構は、導電性のピンとバネからなり、前記マイクロ波供給部材側から前記処理室側へ前記バネにより前記ピンを押し当てる機構からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
- 前記接触維持機構は、導電性薄板のバネ状部材からなり、前記マイクロ波供給部材側から前記処理室側へ前記バネ状部材を押し当てる機構からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
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