JP6341329B1 - Antenna for generating plasma and plasma processing apparatus including the same - Google Patents

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Abstract

【課題】アンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くす。【解決手段】誘導結合型のプラズマPを発生させるためのアンテナ3であって、少なくとも2つの導体要素31と、互いに隣り合う導体要素31の間に設けられて、それら導体要素31を絶縁する絶縁要素32と、互いに隣り合う導体要素31と電気的に直列接続された容量素子33とを備え、容量素子33は、互いに隣り合う導体要素21の一方と電気的に接続された第1の電極33Aと、互いに隣り合う導体要素31の他方と電気的に接続された第2の電極33Bと、第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を満たす液体の誘電体とから構成されている。【選択図】図2The present invention reduces the impedance of an antenna and eliminates a gap generated between an electrode constituting a capacitor and a dielectric. An antenna 3 for generating inductively coupled plasma P, which is provided between at least two conductor elements 31 and conductor elements 31 adjacent to each other, and insulates the conductor elements 31 from each other. An element 32 and a capacitive element 33 electrically connected in series with a conductor element 31 adjacent to each other are provided, and the capacitive element 33 is a first electrode 33A electrically connected to one of the conductor elements 21 adjacent to each other. And a second electrode 33B electrically connected to the other of the conductor elements 31 adjacent to each other, and a liquid dielectric filling the space between the first electrode 33A and the second electrode 33B. Yes. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、高周波電流が流されて誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナ、及び、当該アンテナを備え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 an inductively coupled plasma when a high-frequency current is supplied, and a plasma processing apparatus including the antenna.

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誘導結合型のプラズマ(略称ICP)を発生させ、この誘導結合型のプラズマを用いて基板Wに処理を施すプラズマ処理装置が従来から提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma processing apparatus has been proposed in which a high-frequency current is passed through an antenna, an inductively coupled plasma (abbreviated as ICP) is generated by an induced electric field generated by the antenna, and the substrate W is processed using the inductively coupled plasma. Yes.

この種のプラズマ処理装置においては、大型の基板に対応する等のためにアンテナを長くすると、当該アンテナのインピーダンスが大きくなり、それによってアンテナの両端間に大きな電位差が発生する。その結果、この大きな電位差の影響を受けてプラズマの密度分布、電位分布、電子温度分布等のプラズマの均一性が悪くなり、ひいては基板処理の均一性が悪くなるという問題がある。また、アンテナのインピーダンスが大きくなると、アンテナに高周波電流を流しにくくなるという問題もある。   In this type of plasma processing apparatus, when the antenna is lengthened to cope with a large substrate, the impedance of the antenna increases, thereby generating a large potential difference between both ends of the antenna. As a result, there is a problem that plasma uniformity such as plasma density distribution, potential distribution, and electron temperature distribution is deteriorated due to the influence of the large potential difference, and the uniformity of substrate processing is also deteriorated. In addition, when the impedance of the antenna increases, there is a problem that it is difficult for a high-frequency current to flow through the antenna.

このような問題を解決する等のために、特許文献1に示すように、複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて接続するとともに、中空絶縁体の外周部に容量素子であるコンデンサを配置したものが考えられている。このコンデンサは、中空絶縁体の両側の金属パイプに電気的に直列接続されており、中空絶縁体の一方側の金属パイプに電気的に接続された第1の電極と、中空絶縁体の他方側の金属パイプに電気的に接続されるとともに第1の電極と重なる第2の電極と、第1の電極及び第2の電極間に配置された誘電体シートとを有している。   In order to solve such a problem, as shown in Patent Document 1, a plurality of metal pipes are connected with a hollow insulator interposed between adjacent metal pipes, and are connected to the outer periphery of the hollow insulator. A device in which a capacitor, which is a capacitive element, is arranged. The capacitor is electrically connected in series to the metal pipes on both sides of the hollow insulator, the first electrode electrically connected to the metal pipe on one side of the hollow insulator, and the other side of the hollow insulator A second electrode that is electrically connected to the first metal pipe and overlaps the first electrode, and a dielectric sheet disposed between the first electrode and the second electrode.

特開2016−72168号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2006-72168

しかしながら、上記のコンデンサは、第1の電極、誘電体シート及び第2の電極の積層構造であるため、電極及び誘電体の間に隙間が生じる可能性がある。そうすると、この隙間においてアーク放電が発生し、コンデンサの劣化に繋がる可能性が考えられるため、コンデンサの構造に改善の余地がある。   However, since the capacitor has a laminated structure of the first electrode, the dielectric sheet, and the second electrode, a gap may be generated between the electrode and the dielectric. If so, there is a possibility of arc discharge occurring in this gap, which may lead to deterioration of the capacitor, so there is room for improvement in the capacitor structure.

ここで、電極及び誘電体の間に隙間が生じないようにするために、誘電体シートの両面に接着剤を塗布して電極を接着させることが考えられる。ところが、この接着剤の電気的な性能が誘電体シートの性能を変化させてしまい、必要なキャパシタンス値等の製作が困難となってしまう。   Here, in order to prevent a gap from being generated between the electrode and the dielectric, it is conceivable to apply an adhesive on both surfaces of the dielectric sheet to adhere the electrode. However, the electrical performance of the adhesive changes the performance of the dielectric sheet, making it difficult to produce a necessary capacitance value.

なお、電極及び誘電体の間に生じる隙間を埋めるに、それらを周囲から押圧する構造を設けることも考えられる。ところが、押圧構造を設けることによってアンテナ周辺の構造が複雑になってしまい、周囲に発生するプラズマの均一性を悪くする可能性がある。   It is also conceivable to provide a structure that presses the gap between the electrode and the dielectric from the periphery. However, the provision of the pressing structure complicates the structure around the antenna and may deteriorate the uniformity of plasma generated around 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、アンテナに容量素子を組み込んでアンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことをその主たる課題とするものである。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems. A capacitive element is incorporated in an antenna to reduce the impedance of the antenna, and a gap generated between an electrode constituting the capacitive element and a dielectric is eliminated. Is the main issue.

すなわち本発明に係るプラズマ発生用のアンテナは、高周波電流が流されて、プラズマを発生させるためのアンテナであって、少なくとも2つの導体要素と、互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、それら導体要素を絶縁する絶縁要素と、互いに隣り合う前記導体要素と電気的に直列接続された容量素子とを備え、前記容量素子は、互いに隣り合う前記導体要素の一方と電気的に接続された第1の電極と、互いに隣り合う前記導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記第1の電極に対向して配置された第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間の空間を満たす誘電体とからなり、前記誘電体は液体であることを特徴とする。   That is, the antenna for generating plasma according to the present invention is an antenna for generating plasma by flowing a high-frequency current, and is provided between at least two conductor elements and the conductor elements adjacent to each other. An insulating element that insulates the conductive elements; and a capacitive element electrically connected in series with the conductive elements adjacent to each other, wherein the capacitive element is electrically connected to one of the conductive elements adjacent to each other. A first electrode and a second electrode electrically connected to the other of the conductor elements adjacent to each other and disposed opposite to the first electrode; the first electrode and the second electrode; And a dielectric filling the space between the electrodes, wherein the dielectric is a liquid.

このようなプラズマ発生用のアンテナであれば、絶縁要素を介して互いに隣り合う導体要素に容量素子を電気的に直列接続しているので、アンテナ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、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、プラズマを効率良く発生させることができる。
特に本発明によれば、第1の電極及び第2の電極の間の空間を液体の誘電体で満たしているので、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができる。その結果、電極及び誘電体の間の隙間に発生しうるアーク放電を無くし、アーク放電に起因する容量素子の破損を無くすことができる。また、隙間を考慮することなく、第1の電極及び第2の電極の距離、対向面積及び液体の誘電体の比誘電率からキャパシタンス値を精度良く設定することができる。さらに、隙間を埋めるための電極及び誘電体を押圧する構造も不要にすることができ、当該押圧構造によるアンテナ周辺の構造の複雑化及びそれにより生じるプラズマの均一性の悪化を防ぐことができる。
In such a plasma generating antenna, since the capacitive element is electrically connected in series to the conductor elements adjacent to each other via the insulating element, the combined reactance of the antenna can be simply described as inductive reactance. Since the capacitive reactance is subtracted from the antenna impedance, the antenna impedance can be reduced. As a result, even when the antenna is lengthened, an increase in impedance can be suppressed, high-frequency current can easily flow through the antenna, and plasma can be generated efficiently.
In particular, according to the present invention, since the space between the first electrode and the second electrode is filled with the liquid dielectric, it is possible to eliminate the gap generated between the electrode constituting the capacitive element and the dielectric. . As a result, arc discharge that can occur in the gap between the electrode and the dielectric can be eliminated, and damage to the capacitive element due to arc discharge can be eliminated. In addition, the capacitance value can be accurately set from the distance between the first electrode and the second electrode, the facing area, and the relative dielectric constant of the liquid dielectric without considering the gap. Furthermore, the structure for pressing the electrode and the dielectric for filling the gap can be eliminated, and the structure around the antenna due to the pressing structure can be prevented from being complicated and the uniformity of plasma caused thereby can be prevented.

アンテナの周辺構造をより簡略化して、プラズマの均一性を向上させるためには、前記絶縁要素は、管状をなすものであり、前記容量素子は、前記絶縁要素の内部に設けられていることが望ましい。   In order to further simplify the peripheral structure of the antenna and improve the uniformity of the plasma, the insulating element has a tubular shape, and the capacitive element is provided inside the insulating element. desirable.

アンテナを冷却してプラズマを安定して発生させるためには、前記導体要素及び前記絶縁要素を管状をなすものとして、前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液を流通させる構成とすることが考えられる。この構成において、前記冷却液を第1の電極及び第2の電極の間の空間に供給して、前記冷却液を前記誘電体とすることが望ましい。
冷却液を誘電体とすることで、冷却液とは別に誘電体を準備する必要が無く、また、第1の電極及び第2の電極を冷却することができる。通常、冷却液は温調機構により一定温度に調整されており、この冷却液を誘電体として用いることによって、温度変化による比誘電率の変化を抑えて、キャパシタンス値の変化を抑えることができる。さらに、冷却液として水を用いた場合には、水の比誘電率は約80(20℃)であり樹脂製の誘電体シートよりも大きいため、高電圧に耐えうる容量素子を構成することができる。
In order to cool the antenna and stably generate plasma, the conductor element and the insulating element are formed in a tubular shape, and a coolant is circulated inside the conductor element and the insulating element. Conceivable. In this configuration, it is preferable that the cooling liquid is supplied to a space between the first electrode and the second electrode so that the cooling liquid is the dielectric.
By using the coolant as a dielectric, it is not necessary to prepare a dielectric separately from the coolant, and the first electrode and the second electrode can be cooled. Usually, the cooling liquid is adjusted to a constant temperature by a temperature control mechanism. By using this cooling liquid as a dielectric, it is possible to suppress a change in relative permittivity due to a temperature change and suppress a change in capacitance value. Further, when water is used as the coolant, the relative permittivity of water is about 80 (20 ° C.), which is larger than the dielectric sheet made of resin, so that a capacitive element that can withstand high voltage can be configured. it can.

各電極の具体的な実施の態様としては、前記各電極は、前記導体要素における前記絶縁要素側の端部に電気的に接触するフランジ部と、当該フランジ部から前記絶縁要素側に延出した延出部とを有することが望ましい。
この構成であれば、フランジ部により導体要素との接触面積を大きくしつつ、延出部により電極間の対向面積を設定することができる。
As a specific embodiment of each electrode, each electrode has a flange portion that is in electrical contact with an end portion of the conductor element on the insulating element side, and extends from the flange portion to the insulating element side. It is desirable to have an extension part.
If it is this structure, the opposing area between electrodes can be set with an extension part, enlarging a contact area with a conductor element by a flange part.

前記各電極の延出部は、管状をなすものであり、互いに同軸上に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、電極間の対向面積を大きくしつつ、導体要素に流れる高周波電流の分布を周方向において均一にして、均一性の良いプラズマを発生させることができる。
It is desirable that the extending portions of the electrodes have a tubular shape and are arranged coaxially with each other.
With this configuration, it is possible to generate plasma with good uniformity by making the distribution of the high-frequency current flowing through the conductor element uniform in the circumferential direction while increasing the facing area between the electrodes.

前記各電極のフランジ部は、前記絶縁要素の軸方向の端面に形成された凹部に嵌合されていることが望ましい。
この構成であれば、絶縁要素の凹部にフランジ部を嵌合させることによって、各電極の延出部の相対位置を決めることができ、その組み立てを容易にすることができる。
It is desirable that the flange portion of each electrode is fitted in a recess formed in an end surface in the axial direction of the insulating element.
If it is this structure, the relative position of the extension part of each electrode can be determined by fitting a flange part to the recessed part of an insulation element, and the assembly can be made easy.

また本発明に係るプラズマ処理装置は、真空排気されかつガスが導入される真空容器と、前記真空容器内に配置されたアンテナと、前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されており、前記アンテナが上述した構成であることを特徴とする。
このプラズマ処理装置によれば、上述したアンテナにより均一性の良いプラズマを効率良く発生させることができるので、基板処理の均一性及び効率を高めることができる。
The plasma processing apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel that is evacuated and into which a gas is introduced, an antenna disposed in the vacuum vessel, and a high-frequency power source that causes a high-frequency current to flow through the antenna. The generated plasma is used to treat the substrate, and the antenna has the above-described configuration.
According to this plasma processing apparatus, plasma with good uniformity can be efficiently generated by the antenna described above, so that the uniformity and efficiency of substrate processing can be improved.

このプラズマ処理装置において大面積の基板に対して処理を施すためには、複数の前記アンテナを備えることが考えられる。この場合、前記アンテナの両端部は、前記真空容器外に延び出ており、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成することが望ましい。   In order to perform processing on a large-area substrate in this plasma processing apparatus, it is conceivable to include a plurality of the antennas. In this case, both ends of the antenna extend out of the vacuum container, and in the adjacent antennas, the end of one antenna and the end of the other antenna are electrically connected by a connecting conductor. Thus, it is desirable that high frequency currents in opposite directions flow through the antennas adjacent to each other.

前記接続導体は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れるものであることが望ましい。   It is desirable that the connection conductor has a flow path inside, and a coolant flows through the flow path.

前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナを流れた冷却液が前記接続導体の流路を介して他方の前記アンテナに流れるものであることが望ましい。
この構成であれば、共通の冷却液によりアンテナ及び接続導体の両方を冷却することができる。また、1本の流路によって複数のアンテナを冷却することができるので、冷却液を循環させる循環流路の構成を簡略化することができる。なお、アンテナの流路及び接続導体の流路が長くなると冷却液の上昇により、下流側での誘電率の低下が生じる可能性がある。このため、接続導体によって接続されるアンテナの本数は冷却液の温度上昇分を考慮して設定され、例えばアンテナの本数は4本程度である。
A coolant flows inside the conductor element and the insulating element, and in the antennas adjacent to each other, the coolant that flows through one of the antennas flows to the other antenna through the flow path of the connection conductor. It is desirable that
With this configuration, both the antenna and the connection conductor can be cooled by a common coolant. In addition, since a plurality of antennas can be cooled by a single flow path, the configuration of the circulation flow path for circulating the coolant can be simplified. In addition, when the flow path of the antenna and the flow path of the connection conductor become long, the lowering of the dielectric constant on the downstream side may occur due to the rise of the coolant. For this reason, the number of antennas connected by the connection conductor is set in consideration of the temperature rise of the coolant, and for example, the number of antennas is about four.

2本のアンテナの給電側端部と接地側端部とを接続導体で接続した場合には、当該接続導体によるインピーダンスの増加が生じる。その結果、高周波電流の通電により最も接地側の端部に対して最も給電側の端部の電位が上昇することがある、又は、接続導体のインピーダンスによっては電圧の上昇・下降を生じる可能性がある。これは、発生するプラズマの不均一の原因となる。
この問題を好適に解決するためには、前記接続導体は、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナに接続される一方の導体部と、他方の前記アンテナに接続される他方の導体部と、前記一方の導体部及び前記他方の導体部に電気的に直列接続された容量素子とを有することが望ましい。このように接続導体に容量素子を設けることによって接続導体のインピーダンスを零相当にすることができ、接続導体によるインピーダンスの増加を無くすことができる。
When the power feeding side end and the ground side end of the two antennas are connected by a connection conductor, an increase in impedance occurs due to the connection conductor. As a result, there is a possibility that the potential at the end on the power supply side will rise relative to the end on the most ground side due to energization of the high-frequency current, or the voltage may rise or fall depending on the impedance of the connecting conductor. is there. This causes non-uniformity of the generated plasma.
In order to preferably solve this problem, the connection conductor includes one conductor portion connected to one of the antennas adjacent to each other, and the other conductor portion connected to the other antenna, It is desirable to have a capacitive element electrically connected in series to the one conductor part and the other conductor part. Thus, by providing a capacitive element in a connection conductor, the impedance of a connection conductor can be made into zero equivalent, and the increase in the impedance by a connection conductor can be eliminated.

さらに本発明に係るプラズマ処理装置は、真空排気されかつガスが導入される処理室と、前記処理室外に配置された請求項1乃至6の何れか一項に記載のアンテナと、前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて前記処理室内の基板に処理を施すように構成されていることを特徴とする。
このプラズマ処理装置によれば、処理室の圧力などの条件と、アンテナが配置されるアンテナ室の圧力などの条件とを個別に制御することができ、プラズマの発生を効率的にできるとともに、基板の処理を効率的にできる。
Furthermore, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber that is evacuated and into which a gas is introduced, an antenna according to any one of claims 1 to 6 disposed outside the processing chamber, and a high-frequency wave to the antenna. A high-frequency power source for supplying a current, and configured to perform processing on the substrate in the processing chamber using plasma generated by the antenna.
According to this plasma processing apparatus, conditions such as the pressure of the processing chamber and conditions such as the pressure of the antenna chamber in which the antenna is disposed can be individually controlled, and plasma can be generated efficiently, and the substrate Can be processed efficiently.

このプラズマ処理装置において大面積の基板に対して処理を施すためには、複数の前記アンテナを備えており、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されていることが望ましい。   In order to perform processing on a substrate having a large area in this plasma processing apparatus, a plurality of the antennas are provided, and in the antennas adjacent to each other, one end of the antenna and the other end of the antenna Are preferably electrically connected by a connecting conductor so that high-frequency currents in opposite directions flow through the adjacent antennas.

このように構成した本発明によれば、アンテナに容量素子を組み込むことによってアンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができるので、均一性の良いプラズマを効率良く発生させることができる。   According to the present invention configured as described above, the impedance of the antenna can be reduced by incorporating the capacitive element into the antenna, and the gap generated between the electrode and the dielectric constituting the capacitive element can be eliminated. Can be generated efficiently.

本実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structure of the plasma processing apparatus of this embodiment. 同実施形態のアンテナにおける容量素子の周辺構造を模式的に示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing typically the peripheral structure of the capacitive element in the antenna of the embodiment. 変形実施形態の容量素子を模式的に示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing typically the capacitive element of modification. 変形実施形態の容量素子を模式的に示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing typically the capacitive element of modification. 変形実施形態のアンテナにおける容量素子の周辺構造を模式的に示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing typically the peripheral structure of the capacitive element in the antenna of a modified embodiment. 変形実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows typically the structure of the plasma processing apparatus of deformation | transformation embodiment. 変形実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows typically the structure of the plasma processing apparatus of deformation | transformation embodiment. 変形実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the plasma processing apparatus of deformation | transformation embodiment.

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus 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 this embodiment performs processing on the substrate W using inductively coupled plasma P. Here, the board | substrate W is a board | substrate for flat panel displays (FPD), such as a liquid crystal display and an organic electroluminescent display, a flexible board | substrate for flexible displays, etc., for example. The processing applied to the substrate W is, for example, film formation by plasma CVD, etching, ashing, sputtering, or the like.

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 is a plasma CVD apparatus when a film is formed by plasma CVD, a plasma etching apparatus when etching is performed, a plasma ashing apparatus when ashing is performed, and a plasma sputtering apparatus when sputtering is performed. 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 vessel 2 that is evacuated and into which a gas 7 is introduced, a linear antenna 3 that is disposed in the vacuum vessel 2, and a vacuum vessel 2. And a high frequency power source 4 for applying a high frequency for generating the inductively coupled plasma P to the antenna 3. When a high frequency is applied to the antenna 3 from the high frequency power source 4, a high frequency current IR flows through the antenna 3, an induction electric field is generated in the vacuum chamber 2, and 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 vessel 2 is, for example, a metal vessel, and the inside thereof is evacuated by the evacuation 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H)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SiHの場合はSi膜を、SiH+NHの場合はSiN膜を、SiH+Oの場合はSiO膜を、SiF+N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 through, for example, a flow rate regulator (not shown) and a plurality of gas inlets 21 arranged in a direction along the antenna 3. The gas 7 may be made in accordance with the processing content applied to the substrate W. For example, when film formation is performed on the substrate W by the plasma CVD method, the gas 7 is a source gas or a gas obtained by diluting it with a diluent gas (for example, H 2 ). More specifically, when the source gas is SiH 4 , the Si film is formed, when SiH 4 + NH 3 is used, the SiN film is formed, when SiH 4 + O 2 is used, the SiO 2 film is formed, and when SiF 4 + N 2 is used, the SiN film is formed. : F films (fluorinated silicon nitride films) 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、負のバイアス電圧等であるが、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。   A substrate holder 8 that holds 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, a negative bias voltage, or the like, but is not limited thereto. With such a bias voltage, for example, the energy when positive ions 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(例えば、基板W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3は、1つでも良いし、複数でも良い。   The antenna 3 is disposed above the substrate W in the vacuum container 2 so as to be along the surface of the substrate W (for example, substantially parallel to the surface of the substrate W). The number of antennas 3 arranged in the vacuum vessel 2 may be one or plural.

アンテナ3の両端部付近は、真空容器2の相対向する側壁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。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。   Near both ends of the antenna 3, the opposite side walls of the vacuum container 2 are respectively penetrated. Insulating members 11 are respectively provided at portions where both ends of the antenna 3 penetrate outside the vacuum vessel 2. Both end portions of the antenna 3 pass through the insulating members 11, and the through portions are vacuum-sealed by, for example, packing 12. Each insulating member 11 and the vacuum vessel 2 are also vacuum-sealed by, for example, packing 13. The insulating member 11 is made of, for example, ceramics such as alumina, quartz, engineering plastics such as polyphenine sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), or the like.

さらに、アンテナ3において、真空容器2内に位置する部分は、直管状の絶縁カバー10により覆われている。この絶縁カバー10の両端部は絶縁部材11によって支持されている。なお、絶縁カバー10の両端部と絶縁部材11間はシールしなくても良い。絶縁カバー10内の空間にガス7が入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離が短いので、通常は空間にプラズマPは発生しないからである。なお、絶縁カバー10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。   Further, a portion of the antenna 3 located in the vacuum vessel 2 is covered with a straight tubular insulating cover 10. Both ends of the insulating cover 10 are supported by insulating members 11. In addition, it is not necessary to seal between the both ends of the insulating cover 10 and the insulating member 11. This is because even if the gas 7 enters the space in the insulating cover 10, the space P is small and the electron moving distance is short, so that plasma P is not normally generated in the space. The material of the insulating cover 10 is, for example, quartz, alumina, fluororesin, silicon nitride, silicon carbide, silicon or the like.

絶縁カバー10を設けることによって、プラズマP中の荷電粒子がアンテナ3を構成する金属パイプ31に入射するのを抑制することができるので、金属パイプ31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31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Pおよび基板W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。   By providing the insulating cover 10, it is possible to prevent charged particles in the plasma P from entering the metal pipe 31 constituting the antenna 3, so that charged particles (mainly electrons) enter the metal pipe 31. An increase in plasma potential can be suppressed, and metal contamination (metal contamination) on the plasma P and the substrate W caused by sputtering of the metal pipe 31 by charged particles (mainly ions) can be suppressed. .

アンテナ3の一端部である給電端部3aには、整合回路41を介して高周波電源4が接続されており、他端部である終端部3bは直接接地されている。なお、終端部3bは、コンデンサ又はコイル等を介して接地しても良い。   A high-frequency power source 4 is connected to a feeding end portion 3a that is one end portion of the antenna 3 via a matching circuit 41, and a termination portion 3b that is the other end portion is directly grounded. The terminal end 3b may be grounded via a capacitor or a coil.

上記構成によって、高周波電源4から、整合回路41を介して、アンテナ3に高周波電流IRを流すことができる。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。   With the above configuration, the high-frequency current IR can flow from the high-frequency power source 4 to the antenna 3 through the matching circuit 41. The high frequency is, for example, a general 13.56 MHz, but is not limited thereto.

アンテナ3は、内部に冷却液CLが流通する流路を有する中空構造のものである。具体的にアンテナ3は、図2に示すように、少なくとも2つの管状をなす金属製の導体要素31(以下、「金属パイプ31」という。)と、互いに隣り合う金属パイプ31の間に設けられて、それら金属パイプ31を絶縁する管状の絶縁要素32(以下、「絶縁パイプ32」という。)と、互いに隣り合う金属パイプ31と電気的に直列接続された容量素子であるコンデンサ33とを備えている。   The antenna 3 has a hollow structure having a flow path through which the coolant CL flows. Specifically, as shown in FIG. 2, the antenna 3 is provided between at least two tubular metal conductor elements 31 (hereinafter referred to as “metal pipes 31”) and metal pipes 31 adjacent to each other. In addition, a tubular insulating element 32 (hereinafter referred to as “insulating pipe 32”) that insulates the metal pipes 31 and a capacitor 33 that is a capacitive element electrically connected in series with the adjacent metal pipes 31 are provided. ing.

本実施形態では金属パイプ31の数は2つであり、絶縁パイプ32及びコンデンサ33の数は各1つである。以下の説明において、一方の金属パイプ31を「第1の金属パイプ31A」、他方の金属パイプを「第2の金属パイプ31B」ともいう。なお、アンテナ3は、3つ以上の金属パイプ31を有する構成であってもしても良く、この場合、絶縁パイプ32及びコンデンサ33の数はいずれも金属パイプ31の数よりも1つ少ないものになる。   In the present embodiment, the number of metal pipes 31 is two, and the number of insulating pipes 32 and capacitors 33 is one each. In the following description, one metal pipe 31 is also referred to as “first metal pipe 31A”, and the other metal pipe is also referred to as “second metal pipe 31B”. The antenna 3 may have a configuration including three or more metal pipes 31. In this case, the number of the insulating pipes 32 and the capacitors 33 is one less than the number of the metal pipes 31. Become.

なお、冷却液CLは、真空容器2の外部に設けられた循環流路14によりアンテナ3を流通するものであり、前記循環流路14には、冷却液CLを一定温度に調整するための熱交換器などの温調機構141と、循環流路14において冷却液CLを循環させるためのポンプなどの循環機構142とが設けられている。冷却液CLとしては、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましく、例えば純水またはそれに近い水が好ましい。その他、例えばフッ素系不活性液体などの水以外の液冷媒を用いても良い。   The coolant CL circulates through the antenna 3 through a circulation channel 14 provided outside the vacuum vessel 2, and the circulation channel 14 has heat for adjusting the coolant CL to a constant temperature. A temperature control mechanism 141 such as an exchanger and a circulation mechanism 142 such as a pump for circulating the coolant CL in the circulation flow path 14 are provided. As the cooling liquid CL, high resistance water is preferable from the viewpoint of electrical insulation, for example, pure water or water close thereto is preferable. In addition, a liquid refrigerant other than water, such as a fluorine-based inert liquid, may be used.

金属パイプ31は、内部に冷却液CLが流れる直線状の流路31xが形成された直管状をなすものである。そして、金属パイプ31の少なくとも長手方向一端部の外周部には、雄ねじ部31aが形成されている。本実施形態の金属パイプ31は、雄ねじ部31aが形成された端部とそれ以外の部材とを別部品により形成してそれらを接合しているが、単一の部材から形成しても良い。なお、複数の金属パイプ31を接続する構成との部品の共通化を図るべく、金属パイプ31の長手方向両端部に雄ねじ部31aを形成して互換性を持たせておくことが望ましい。金属パイプ31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。   The metal pipe 31 has a straight tube shape in which a linear flow path 31x in which the coolant CL flows is formed. And the external thread part 31a is formed in the outer peripheral part of the longitudinal direction at least one end part of the metal pipe 31. As shown in FIG. Although the metal pipe 31 of this embodiment forms the edge part in which the external thread part 31a was formed, and other members by separate parts, they may be joined, but you may form from a single member. In order to make the parts common with the configuration in which the plurality of metal pipes 31 are connected, it is desirable that the male pipe portions 31a be formed at both ends in the longitudinal direction of the metal pipe 31 so as to be compatible. The material of the metal pipe 31 is, for example, copper, aluminum, alloys thereof, stainless steel, or the like.

絶縁パイプ32は、内部に冷却液CLが流れる直線状の流路32xが形成された直管状をなすものである。そして、絶縁パイプ32の軸方向両端部の側周壁には、金属パイプ31の雄ねじ部31aと螺合して接続される雌ねじ部32aが形成されている。また、絶縁パイプ32の軸方向両端部の側周壁には、雌ねじ部32aよりも軸方向中央側に、コンデンサ33の各電極33A、33Bを嵌合させるための凹部32bが周方向全体に亘って形成されている。本実施形態の絶縁パイプ32は、単一の部材から形成しているが、これに限られない。なお、絶縁パイプ32の材質は、例えば、アルミナ、フッ素樹脂、ポリエチレン(PE)、エンジニアリングプラスチック(例えば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)など)等である。   The insulating pipe 32 has a straight tube shape in which a linear flow path 32x in which the cooling liquid CL flows is formed. Then, on the side peripheral walls at both ends in the axial direction of the insulating pipe 32, female screw portions 32 a that are screwed and connected to the male screw portion 31 a of the metal pipe 31 are formed. Moreover, the recessed part 32b for fitting each electrode 33A, 33B of the capacitor | condenser 33 to the axial direction center side rather than the internal thread part 32a is formed in the side peripheral wall of the axial direction both ends of the insulation pipe 32 over the whole circumferential direction. Is formed. Although the insulation pipe 32 of this embodiment is formed from a single member, it is not restricted to this. The material of the insulating pipe 32 is, for example, alumina, fluororesin, polyethylene (PE), engineering plastic (for example, polyphenine sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), etc.).

コンデンサ33は、絶縁パイプ32の内部に設けられており、具体的には、絶縁パイプ32の冷却液CLが流れる流路32xに設けられている。   The capacitor 33 is provided inside the insulating pipe 32. Specifically, the capacitor 33 is provided in the flow path 32x through which the coolant CL of the insulating pipe 32 flows.

具体的にコンデンサ33は、互いに隣り合う金属パイプ31の一方(第1の金属パイプ31A)と電気的に接続された第1の電極33Aと、互いに隣り合う金属パイプ31の他方(第2の金属パイプ31B)と電気的に接続されるとともに、第1の電極33Aに対向して配置された第2の電極33Bとを備えており、第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を冷却液CLが満たすように構成されている。つまり、この第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を流れる冷却液CLが、コンデンサ33を構成する誘電体となる。   Specifically, the capacitor 33 includes a first electrode 33A electrically connected to one of the adjacent metal pipes 31 (first metal pipe 31A) and the other of the adjacent metal pipes 31 (second metal). A space between the first electrode 33A and the second electrode 33B, the second electrode 33B being electrically connected to the pipe 31B) and disposed opposite to the first electrode 33A. Is configured to be filled with the coolant CL. That is, the coolant CL that flows in the space between the first electrode 33 </ b> A and the second electrode 33 </ b> B becomes a dielectric that constitutes the capacitor 33.

各電極33A、33Bは、概略回転体形状をなすとともに、その中心軸に沿って中央部に主流路33xが形成されている。具体的に各電極33A、33Bは、金属パイプ31における絶縁パイプ32側の端部に電気的に接触するフランジ部331と、当該フランジ部331から絶縁パイプ32側に延出した延出部332とを有している。本実施形態の各電極33A、33Bは、フランジ部331及び延出部332を単一の部材から形成しても良いし、別部品により形成してそれらを接合しても良い。電極33A、33Bの材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等である。   Each of the electrodes 33A and 33B has a substantially rotating body shape, and a main flow path 33x is formed at the center along the central axis. Specifically, each of the electrodes 33A and 33B includes a flange portion 331 that electrically contacts an end portion of the metal pipe 31 on the insulating pipe 32 side, and an extending portion 332 that extends from the flange portion 331 to the insulating pipe 32 side. have. In each of the electrodes 33A and 33B of the present embodiment, the flange portion 331 and the extension portion 332 may be formed from a single member, or may be formed by separate parts and joined together. The material of the electrodes 33A and 33B is, for example, aluminum, copper, or an alloy thereof.

フランジ部331は、金属パイプ31における絶縁パイプ32側の端部に周方向全体に亘って接触している。具体的には、フランジ部331の軸方向端面は、金属パイプ31の端部に形成された円筒状の接触部311の先端面に周方向全体に亘って接触するとともに、金属パイプ31の接触部311の外周に設けられたリング状多面接触子15を介して金属パイプ31の端面に電気的に接触する。なお、フランジ部331は、それらの何れか一方により、金属パイプ31に電気的に接触するものであっても良い。   The flange portion 331 is in contact with the end portion of the metal pipe 31 on the insulating pipe 32 side over the entire circumferential direction. Specifically, the axial end surface of the flange portion 331 contacts the tip end surface of a cylindrical contact portion 311 formed at the end portion of the metal pipe 31 over the entire circumferential direction, and the contact portion of the metal pipe 31. Electrical contact is made with the end surface of the metal pipe 31 via a ring-shaped multi-face contact 15 provided on the outer periphery of 311. The flange portion 331 may be in electrical contact with the metal pipe 31 by any one of them.

また、フランジ部331には、厚み方向に複数の貫通孔331hが形成されている。このフランジ部331に貫通孔331hを設けることによって、フランジ部331による冷却液CLの流路抵抗を小さくするとともに、絶縁パイプ32内での冷却液CLの滞留、及び、絶縁パイプ32内に気泡が溜まることを防ぐことができる。   The flange portion 331 has a plurality of through holes 331h in the thickness direction. By providing the through hole 331 h in the flange portion 331, the flow resistance of the coolant CL by the flange portion 331 is reduced, and the retention of the coolant CL in the insulating pipe 32 and bubbles in the insulating pipe 32 are generated. It can be prevented from accumulating.

延出部332は、円筒形状をなすものであり、その内部に主流路33xが形成されている。第1の電極33Aの延出部332及び第2の電極33Bの延出部332は、互いに同軸上に配置されている。つまり、第1の電極33Aの延出部332の内部に第2の電極33Bの延出部332が挿し込まれた状態で設けられている。これにより、第1の電極33Aの延出部332と第2の電極33Bの延出部332との間に、流路方向に沿った円筒状の空間が形成される。   The extending part 332 has a cylindrical shape, and a main flow path 33x is formed therein. The extension part 332 of the first electrode 33A and the extension part 332 of the second electrode 33B are arranged coaxially with each other. That is, the extension part 332 of the second electrode 33B is provided in a state of being inserted into the extension part 332 of the first electrode 33A. Thereby, a cylindrical space along the flow path direction is formed between the extending portion 332 of the first electrode 33A and the extending portion 332 of the second electrode 33B.

このように構成された各電極33A、33Bは、絶縁パイプ32の側周壁に形成された凹部32bに嵌合されている。具体的には、絶縁パイプ32の軸方向一端側に形成された凹部32bに第1の電極33Aが嵌合され、絶縁パイプ32の軸方向他端側に形成された凹部32bに第2の電極33Bが嵌合されている。このように各凹部32bに各電極33A、33Bを嵌合させることによって、第1の電極33Aの延出部332及び第2の電極33Bの延出部332は、互いに同軸上に配置される。また、各凹部32bの軸方向外側を向く面に各電極33A、33Bのフランジ部331の端面が接触することによって、第1の電極33Aの延出部332に対する第2の電極33Bの延出部332の挿入寸法が規定される。   Each of the electrodes 33 </ b> A and 33 </ b> B configured in this manner is fitted in a recess 32 b formed on the side peripheral wall of the insulating pipe 32. Specifically, the first electrode 33A is fitted in the recess 32b formed on one end side in the axial direction of the insulating pipe 32, and the second electrode is inserted in the recess 32b formed on the other end side in the axial direction of the insulating pipe 32. 33B is fitted. Thus, by fitting each electrode 33A, 33B to each recessed part 32b, the extension part 332 of the 1st electrode 33A and the extension part 332 of the 2nd electrode 33B are mutually arrange | positioned coaxially. Further, when the end face of the flange portion 331 of each electrode 33A, 33B is in contact with the surface facing the axially outer side of each recess 32b, the extension portion of the second electrode 33B with respect to the extension portion 332 of the first electrode 33A An insertion dimension of 332 is defined.

また、絶縁パイプ32の各凹部32bに各電極33A、33Bを嵌合させるとともに、当該絶縁パイプ32の雌ねじ部32aに金属パイプ31の雄ねじ部31aを螺合させることによって、金属パイプ31の接触部311の先端面が電極33A、33Bのフランジ部331に接触して各電極33A、33Bが、絶縁パイプ32と金属パイプ31との間に挟まれて固定される。このように本実施形態のアンテナ3は、金属パイプ31、絶縁パイプ32、第1の電極33A及び第2の電極33Bが同軸上に配置された構造となる。なお、金属パイプ31及び絶縁パイプ32の接続部は、真空及び冷却液CLに対するシール構造を有している。本実施形態のシール構造は、雄ねじ部31aの基端部に設けられたパッキン等のシール部材16により実現されている。なお、管用テーパねじ構造を用いても良い。
このように、金属パイプ31及び絶縁パイプ32の間のシール構造、金属パイプ31と各電極33A、33Bとの電気的接触が、雄ねじ部31a及び雌ねじ部32aの締結と共に行われるので、組み立て作業が非常に簡便となる。
Further, the electrodes 33A and 33B are fitted into the recesses 32b of the insulating pipe 32, and the male threaded portion 31a of the metal pipe 31 is screwed into the female threaded portion 32a of the insulating pipe 32, whereby the contact portion of the metal pipe 31 is contacted. The tip surface of 311 comes into contact with the flange portion 331 of the electrodes 33A and 33B, and the electrodes 33A and 33B are sandwiched and fixed between the insulating pipe 32 and the metal pipe 31. As described above, the antenna 3 according to this embodiment has a structure in which the metal pipe 31, the insulating pipe 32, the first electrode 33A, and the second electrode 33B are coaxially arranged. In addition, the connection part of the metal pipe 31 and the insulation pipe 32 has a seal structure with respect to the vacuum and the coolant CL. The seal structure of the present embodiment is realized by a seal member 16 such as packing provided at the proximal end portion of the male screw portion 31a. In addition, you may use the taper screw structure for pipes.
As described above, since the seal structure between the metal pipe 31 and the insulating pipe 32 and the electrical contact between the metal pipe 31 and each of the electrodes 33A and 33B are performed together with the fastening of the male screw portion 31a and the female screw portion 32a, the assembly work is performed. It becomes very simple.

この構成において、第1の金属パイプ31Aから冷却液CLが流れてくると、冷却液CLは、第1の電極33Aの主流路33x及び貫通孔331hを通じて、第2の電極33B側に流れる。第2の電極33B側に流れた冷却液CLは、第2の電極33Bの主流路33x及び貫通孔331hを通じて第2の金属パイプ31Bに流れる。このとき、第1の電極33Aの延出部332と第2の電極33Bの延出部332との間の円筒状の空間が冷却液CLに満たされて、当該冷却液CLが誘電体となりコンデンサ33が構成される。   In this configuration, when the coolant CL flows from the first metal pipe 31A, the coolant CL flows to the second electrode 33B side through the main channel 33x and the through hole 331h of the first electrode 33A. The coolant CL that has flowed to the second electrode 33B side flows to the second metal pipe 31B through the main flow path 33x and the through hole 331h of the second electrode 33B. At this time, the cylindrical space between the extending portion 332 of the first electrode 33A and the extending portion 332 of the second electrode 33B is filled with the cooling liquid CL, and the cooling liquid CL becomes a dielectric and becomes a capacitor. 33 is configured.

<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態のプラズマ処理装置100によれば、絶縁パイプ32を介して互いに隣り合う金属パイプ31にコンデンサ33を電気的に直列接続しているので、アンテナ3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3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3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、アンテナ3に高周波電流が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマPを効率良く発生させることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment configured as described above, the capacitor 33 is electrically connected in series to the metal pipes 31 adjacent to each other via the insulating pipe 32. Therefore, the combined reactance of the antenna 3 is In short, since the capacitive reactance is subtracted from the inductive reactance, the impedance of the antenna 3 can be reduced. As a result, even when the antenna 3 is lengthened, an increase in impedance can be suppressed, high-frequency current can easily flow through the antenna 3, and inductively coupled plasma P can be generated efficiently.

特に本実施形態によれば、第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を液体の誘電体(冷却液CL)で満たしているので、コンデンサ33を構成する電極33A、33B及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができる。その結果、電極33A、33B及び誘電体の間の隙間に発生しうるアーク放電を無くし、アーク放電に起因するコンデンサ33の破損を無くすことができる。また、隙間を考慮することなく、第1の電極33Aの延出部332と第2の電極33Bの延出部332との離間距離、対向面積及び液体の誘電体(冷却液CL)の比誘電率からキャパシタンス値を精度良く設定することができる。さらに、隙間を埋めるための電極33A、33B及び誘電体を押圧する構造も不要にすることができ、当該押圧構造によるアンテナ周辺の構造の複雑化及びそれにより生じるプラズマPの均一性の悪化を防ぐことができる。   In particular, according to the present embodiment, since the space between the first electrode 33A and the second electrode 33B is filled with the liquid dielectric (cooling liquid CL), the electrodes 33A and 33B constituting the capacitor 33 and the dielectric It is possible to eliminate gaps between the bodies. As a result, arc discharge that can occur in the gap between the electrodes 33A and 33B and the dielectric can be eliminated, and damage to the capacitor 33 due to arc discharge can be eliminated. Further, the distance between the extending portion 332 of the first electrode 33A and the extending portion 332 of the second electrode 33B, the facing area, and the relative dielectric of the liquid dielectric (cooling liquid CL) without considering the gap. The capacitance value can be accurately set from the rate. Further, the structure for pressing the electrodes 33A and 33B and the dielectric for filling the gaps can be eliminated, and the structure around the antenna due to the pressing structure and the deterioration of the uniformity of the plasma P caused thereby can be prevented. be able to.

アンテナ3を冷却する冷却液CLを誘電体としているので、冷却液CLとは別に誘電体を準備する必要が無く、電極33A、33Bを冷却することができる。また、通常、冷却液CLは温調機構141により一定温度に調整されており、この冷却液CLを誘電体として用いることによって、温度変化による比誘電率の変化を抑えて、キャパシタンス値の変化を抑えることができる。さらに、冷却液CLとして水を用いた場合には、水の比誘電率は約80(20℃)であり樹脂製の誘電体シートよりも大きいため、高電圧に耐えうるコンデンサ33を構成することができる。ここで、大きな比誘電率であるので、コンデンサ33は2つの延出部332からなる2筒構造であっても充分なキャパシタンス値を得ることができる。そのため、各電極33A、33Bのフランジ部331に対する延出部332の垂直度を精度良くしつつ各電極33A、33Bを製作することができ、キャパシタンス値を精度良く設定することができる。その他、水の電気分解により不純物が混入する可能性があるが、循環流路14上にイオン交換膜フィルタ等のフィルタを設けることによって除去することができ、コンデンサ33のキャパシタンス値が変化することを抑えることができる。   Since the cooling liquid CL for cooling the antenna 3 is a dielectric, it is not necessary to prepare a dielectric separately from the cooling liquid CL, and the electrodes 33A and 33B can be cooled. In addition, the cooling liquid CL is normally adjusted to a constant temperature by the temperature adjustment mechanism 141. By using this cooling liquid CL as a dielectric, the change in the dielectric constant due to the temperature change is suppressed, and the change in the capacitance value is suppressed. Can be suppressed. Further, when water is used as the cooling liquid CL, the relative dielectric constant of water is about 80 (20 ° C.), which is larger than the dielectric sheet made of resin, so that the capacitor 33 that can withstand high voltage is formed. Can do. Here, since the dielectric constant is large, the capacitor 33 can obtain a sufficient capacitance value even if the capacitor 33 has a two-cylinder structure including two extending portions 332. Therefore, each electrode 33A, 33B can be manufactured while the perpendicularity of the extending part 332 with respect to the flange part 331 of each electrode 33A, 33B is improved, and the capacitance value can be set with high accuracy. In addition, there is a possibility that impurities may be mixed in by electrolysis of water, but it can be removed by providing a filter such as an ion exchange membrane filter on the circulation channel 14, and the capacitance value of the capacitor 33 changes. Can be suppressed.

<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、前記実施形態では、コンデンサ33が2つの円筒状の延出部からなる2筒構造であったが、図3に示すように、3つ以上の円筒状の延出部332を同軸上に配置しても良い。この場合、第1の電極33Aの延出部332と第2の電極33Bの延出部332が交互に配置されるように構成する。図3では、3つの延出部332のうち、内側及び外側の2つが第1の電極33Aの延出部332であり、中間の1つが第2の電極33Bの延出部332となる。この構成であれば、コンデンサ33の軸方向寸法を大きくすることなく対向面積を増やすことができる。   For example, in the above-described embodiment, the capacitor 33 has a two-cylinder structure including two cylindrical extending portions. However, as shown in FIG. 3, three or more cylindrical extending portions 332 are coaxially arranged. It may be arranged. In this case, the extending part 332 of the first electrode 33A and the extending part 332 of the second electrode 33B are arranged alternately. In FIG. 3, of the three extending portions 332, the inner and outer two are the extending portions 332 of the first electrode 33A, and the middle one is the extending portion 332 of the second electrode 33B. With this configuration, the facing area can be increased without increasing the axial dimension of the capacitor 33.

また、コンデンサ33の対向電極となる延出部332の先端角部での電界集中を緩和すべく、図4に示すように、延出部332の先端角部332aの一部をテーパ状に切り欠いても良い。具体的には、第1の電極33Aの延出部332の先端角部332aの内側周面をテーパ状に切り欠き、第2の電極33Bの延出部332の先端角部332aの外側周面をテーパ状に切り欠く。   Further, as shown in FIG. 4, a part of the tip corner portion 332a of the extension portion 332 is cut into a taper shape so as to alleviate electric field concentration at the tip corner portion of the extension portion 332 serving as the counter electrode of the capacitor 33. May be missing. Specifically, the inner peripheral surface of the tip corner portion 332a of the extension portion 332 of the first electrode 33A is cut out in a tapered shape, and the outer peripheral surface of the tip corner portion 332a of the extension portion 332 of the second electrode 33B. Cut out into a tapered shape.

さらに、電極33A、33Bと金属パイプ31との接触はそれら端面同士の接触の他に、図5に示すように、電極33A、33Bに接触端子333を設けて、当該接触端子333が金属パイプ31に接触するように構成しても良い。図5の構成は、電極33A、33Bのフランジ部331から軸方向外側に突出した接触端子333を設けて、当該接触端子333が金属パイプ31の接触部311の外側周面に押圧接触するものである。この構成において、各電極33A、33Bの相対位置は、絶縁パイプ32の凹部32bの軸方向外側を向く面により規定される。   Further, the contact between the electrodes 33A and 33B and the metal pipe 31 is not limited to the contact between the end faces, but the contact terminals 333 are provided on the electrodes 33A and 33B as shown in FIG. You may comprise so that it may contact. 5 is provided with a contact terminal 333 protruding axially outward from the flange portion 331 of the electrodes 33A and 33B, and the contact terminal 333 is in press contact with the outer peripheral surface of the contact portion 311 of the metal pipe 31. is there. In this configuration, the relative positions of the electrodes 33A and 33B are defined by the surface of the insulating pipe 32 facing the outside in the axial direction of the recess 32b.

前記実施形態では、コンデンサを絶縁パイプ内に収容した構成であったが、絶縁パイプの外部に設けた構成としても良い。例えば、コンデンサを構成する第1の電極及び第2の電極を絶縁パイプの外周部に設けるとともに、それら電極の間に液体の誘電体を充満させる構成とする。また、第1の電極及び第2の電極を金属パイプと電気的に接続しつつ、それら電極を絶縁パイプから離間した構成としても良い。これらの構成において、液体の誘電体は、アンテナの内部流路から分岐した分岐流路により供給される冷却液であっても良いし、冷却液とは別経路で供給される液体の誘電体であっても良い。また、第1の電極及び第2の電極の間に液体の誘電体を封止されたものであっても良い。なお、封止する場合には、当該液体の誘電体の温度を一定に調整するための温調機構を設ける必要がある。   In the embodiment, the capacitor is housed in the insulating pipe. However, the capacitor may be provided outside the insulating pipe. For example, the first electrode and the second electrode constituting the capacitor are provided on the outer periphery of the insulating pipe, and a liquid dielectric is filled between the electrodes. Alternatively, the first electrode and the second electrode may be electrically connected to the metal pipe while the electrodes are separated from the insulating pipe. In these configurations, the liquid dielectric may be a coolant supplied by a branch flow path branched from the internal flow path of the antenna, or may be a liquid dielectric supplied by a separate path from the coolant. There may be. Further, a liquid dielectric may be sealed between the first electrode and the second electrode. In the case of sealing, it is necessary to provide a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the dielectric material of the liquid to be constant.

さらに、図6に示すように、複数のアンテナ3を有するプラズマ処理装置100において、各アンテナ3の両端部を、真空容器2外に延出させて、互いに隣接するアンテナ3において一方のアンテナ3の端部と他方のアンテナ3の端部とを接続導体17により電気的に接続してもよい。ここで、接続導体17により接続される2つのアンテナの端部は同じ側壁側に位置する端部である。これにより、複数のアンテナ3は、互いに隣接するアンテナ4に互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成される。このように複数のアンテナを接続導体17により1本のアンテナ構造にすることで、処理する基板の大型化を容易に展開することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 6, in the plasma processing apparatus 100 having a plurality of antennas 3, both end portions of each antenna 3 are extended out of the vacuum vessel 2, and the antennas 3 adjacent to each other have one antenna 3. The end and the end of the other antenna 3 may be electrically connected by the connection conductor 17. Here, the end portions of the two antennas connected by the connection conductor 17 are end portions located on the same side wall side. Accordingly, the plurality of antennas 3 are configured such that high-frequency currents in opposite directions flow through the antennas 4 adjacent to each other. Thus, by making a plurality of antennas into a single antenna structure by the connection conductor 17, it is possible to easily increase the size of the substrate to be processed.

そして、接続導体17は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れように構成されている。具体的には、接続導体17の一端部は、一方のアンテナ3の流路と連通しており、接続導体17の他端部は、他方のアンテナ3の流路と連通している。これにより、互いに隣接するアンテナ3において一方のアンテナ3を流れた冷却液が接続導体17の流路を介して他方のアンテナ3に流れる。これにより、共通の冷却液によりアンテナ3及び接続導体17の両方を冷却することができる。また、1本の流路によって複数のアンテナ3を冷却することができるので、循環流路14の構成を簡略化することができる。   And the connection conductor 17 has a flow path inside, and it is comprised so that a cooling fluid may flow into the flow path. Specifically, one end of the connection conductor 17 communicates with the flow path of one antenna 3, and the other end of the connection conductor 17 communicates with the flow path of the other antenna 3. Thereby, in the antennas 3 adjacent to each other, the coolant flowing through one antenna 3 flows to the other antenna 3 through the flow path of the connection conductor 17. Thereby, both the antenna 3 and the connection conductor 17 can be cooled by the common coolant. In addition, since the plurality of antennas 3 can be cooled by one flow path, the configuration of the circulation flow path 14 can be simplified.

さらに、接続導体17は、互いに隣接するアンテナ3において一方のアンテナ3に接続される一方の導体部17aと、他方のアンテナ3に接続される他方の導体部17cと、一方の導体部17a及び他方の導体部17bに電気的に直列接続された容量素子であるコンデンサ17cとを有する。なお、導体部17a、17bの構成は例えば前記実施形態の導体要素31と同様にすることが考えられ、コンデンサ17cの構成は例えば前記実施形態のコンデンサ33と同様にすることが考えられる。このように接続導体17にコンデンサ17cを設けることによって接続導体17のインピーダンスを零相当にすることができ、接続導体17によるインピーダンスの増加を無くすことができる。また、コンデンサ17cを可変コンデンサとして静電容量を調整できるものとしてもよい。   Further, the connection conductor 17 includes one conductor portion 17a connected to one antenna 3 in the antennas 3 adjacent to each other, the other conductor portion 17c connected to the other antenna 3, the one conductor portion 17a and the other conductor portion 17a. And a capacitor 17c which is a capacitive element electrically connected in series to the conductor portion 17b. The configuration of the conductor portions 17a and 17b may be the same as that of the conductor element 31 of the embodiment, for example, and the configuration of the capacitor 17c may be the same as that of the capacitor 33 of the embodiment, for example. By providing the capacitor 17c in the connection conductor 17 in this way, the impedance of the connection conductor 17 can be made equal to zero, and an increase in impedance due to the connection conductor 17 can be eliminated. The capacitance may be adjusted by using the capacitor 17c as a variable capacitor.

接続導体17の構成は図6に限られず、例えば図7に示すように接続導体17が容量素子を有さない構成としてもよい。この構成の場合には、互いに隣接するアンテナ3において、一方のアンテナ3の給電側端部3a及び他方のアンテナ3の接地側端部3b及び接続導体17を合わせたインダクタンスを、その他の導体要素31のインダクタンスと同じにして、複数のアンテナ3全体に亘って連続的に同じ誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスとが繰り返される構成となる。その結果、複数のアンテナ3全体として接続導体によるインピーダンスの見かけ上の増加を無くすことができる。その結果、アンテナ3に沿って長さ方向及び配列方向において均一なプラズマPを発生させることができる。   The configuration of the connection conductor 17 is not limited to FIG. 6. For example, as illustrated in FIG. 7, the connection conductor 17 may have a configuration without a capacitive element. In the case of this configuration, in the antennas 3 adjacent to each other, an inductance obtained by combining the feeding-side end 3a of one antenna 3, the ground-side end 3b of the other antenna 3, and the connection conductor 17 is set as another conductor element 31. The same inductive reactance and capacitive reactance are continuously repeated over the plurality of antennas 3 in the same manner as the above-described inductance. As a result, it is possible to eliminate an apparent increase in impedance due to the connection conductor as a whole of the plurality of antennas 3. As a result, uniform plasma P can be generated along the antenna 3 in the length direction and the arrangement direction.

前記実施形態のプラズマ処理装置100ではアンテナ3が基板Wの処理室内に配置されたものであったが、図8に示すように、アンテナ3を処理室18外に配置したものであってもよい。この場合、複数のアンテナ3は、真空容器2内において誘電体窓19によって処理室18とは区画されたアンテナ室20に配置されている。なお、アンテナ室20は真空排気装置21によって真空排気される。ここで、複数のアンテナ3は、上述した図6及び図7のように接続導体17により互いに接続されたものであってもよいし、接続導体17により接続されることなく、個別に配置されたものであってもよい。このプラズマ処理装置100であれば、処理室18の圧力などの条件と、アンテナ室20の圧力などの条件とを個別に制御することができ、プラズマPの発生を効率的にできるとともに、基板Wの処理を効率的にできる。   In the plasma processing apparatus 100 of the above embodiment, the antenna 3 is disposed in the processing chamber of the substrate W. However, as shown in FIG. 8, the antenna 3 may be disposed outside the processing chamber 18. . In this case, the plurality of antennas 3 are arranged in an antenna chamber 20 that is partitioned from the processing chamber 18 by a dielectric window 19 in the vacuum vessel 2. The antenna chamber 20 is evacuated by the evacuation device 21. Here, the plurality of antennas 3 may be connected to each other by the connection conductor 17 as shown in FIG. 6 and FIG. 7 described above, or arranged individually without being connected by the connection conductor 17. It may be a thing. With this plasma processing apparatus 100, conditions such as the pressure in the processing chamber 18 and conditions such as the pressure in the antenna chamber 20 can be individually controlled, and the generation of plasma P can be efficiently performed, and the substrate W can be efficiently generated. Can be processed efficiently.

その上、前記実施形態では、アンテナは直線状をなすものであったが、湾曲又は屈曲した形状であっても良い。この場合、金属パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良いし、絶縁パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良い。   In addition, in the above embodiment, the antenna has a linear shape, but may have a curved or bent shape. In this case, the metal pipe may be curved or bent, or the insulating pipe may be curved or bent.

加えて、導体要素及び絶縁要素は、1つの内部流路を有する管状をなすものであったが、2以上の内部流路を有するもの、或いは、分岐した内部流路を有するものであっても良い。また、導体要素及び/又は絶縁要素が中実のものであっても良い。   In addition, the conductor element and the insulating element have a tubular shape having one internal flow path, but may have two or more internal flow paths or have a branched internal flow path. good. Further, the conductive element and / or the insulating element may be solid.

前記実施形態の電極において延出部は、円筒状であったが、その他の角筒状であっても良いし、平板状又は湾曲又は屈曲した板状であっても良い。   In the electrode of the embodiment, the extending portion has a cylindrical shape, but may have another rectangular tube shape, a flat plate shape, or a curved or bent plate shape.

その他、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。   In addition, it goes without saying that 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
W ・・・基板
P ・・・誘導結合プラズマ
2 ・・・真空容器
3 ・・・アンテナ
31 ・・・金属パイプ(導体要素)
32 ・・・絶縁パイプ(絶縁要素)
32b・・・凹部
33 ・・・コンデンサ
33A・・・第1の電極
33B・・・第2の電極
331・・・フランジ部
332・・・延出部
CL ・・・冷却液(液体の誘電体)
4 ・・・高周波電源
17 ・・・接続導体
17a・・・一方の導体部
17b・・・他方の導体部
17c・・・容量素子
18 ・・・処理室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Plasma processing apparatus W ... Board | substrate P ... Inductively coupled plasma 2 ... Vacuum container 3 ... Antenna 31 ... Metal pipe (conductor element)
32 ... Insulating pipe (insulating element)
32b ... concave 33 ... capacitor 33A ... first electrode 33B ... second electrode 331 ... flange 332 ... extension part CL ... coolant (liquid dielectric) )
4... High-frequency power source 17... Connection conductor 17 a... One conductor portion 17 b... The other conductor portion 17 c.

Claims (13)

高周波電流が流されて、プラズマを発生させるためのアンテナであって、
少なくとも2つの導体要素と、互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、それら導体要素を絶縁する絶縁要素と、互いに隣り合う前記導体要素と電気的に直列接続された容量素子とを備え、
前記容量素子は、互いに隣り合う前記導体要素の一方と電気的に接続された第1の電極と、互いに隣り合う前記導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記第1の電極に対向して配置された第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間の空間を満たす誘電体とからなり、前記誘電体が液体であるアンテナ。
An antenna for generating plasma by flowing high-frequency current,
Comprising at least two conductor elements, an insulating element provided between the conductor elements adjacent to each other to insulate the conductor elements, and a capacitive element electrically connected in series with the conductor elements adjacent to each other;
The capacitive element is electrically connected to one of the conductor elements adjacent to each other and electrically connected to the other of the conductor elements adjacent to each other and is opposed to the first electrode. The antenna is composed of a second electrode arranged in the manner described above and a dielectric that fills a space between the first electrode and the second electrode, and the dielectric is a liquid.
前記絶縁要素は、管状をなすものであり、
前記容量素子は、前記絶縁要素の内部に設けられている、請求項1記載のアンテナ。
The insulating element has a tubular shape,
The antenna according to claim 1, wherein the capacitive element is provided inside the insulating element.
前記導体要素は、管状をなすものであり、
前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、
前記冷却液が前記誘電体となる、請求項2記載のアンテナ。
The conductor element has a tubular shape,
A coolant flows inside the conductor element and the insulating element;
The antenna according to claim 2, wherein the coolant is the dielectric.
前記各電極は、前記導体要素における前記絶縁要素側の端部に電気的に接触するフランジ部と、当該フランジ部から前記絶縁要素側に延出した延出部とを有する、請求項2又は3記載のアンテナ。   Each said electrode has the flange part which contacts the edge part by the side of the said insulation element in the said conductor element, and the extension part extended to the said insulation element side from the said flange part, The said Claim 2 or 3 The described antenna. 前記各電極の延出部は、管状をなすものであり、互いに同軸上に配置されている、請求項4記載のアンテナ。   The antenna according to claim 4, wherein the extending portion of each electrode has a tubular shape and is arranged coaxially with each other. 前記各電極のフランジ部は、前記絶縁要素の軸方向の端面に形成された凹部に嵌合されている、請求項4又は5記載のアンテナ。 The antenna according to claim 4 or 5, wherein the flange portion of each electrode is fitted in a recess formed in an end surface in the axial direction of the insulating element. 真空排気されかつガスが導入される真空容器と、
前記真空容器内に配置された請求項1乃至6の何れか一項に記載のアンテナと、
前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、
前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。
A vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced;
The antenna according to any one of claims 1 to 6 disposed in the vacuum vessel;
A high-frequency power source for supplying a high-frequency current to the antenna;
A plasma processing apparatus configured to perform processing on a substrate using plasma generated by the antenna.
複数の前記アンテナを備えており、
前記アンテナの両端部は、前記真空容器外に延び出ており、
互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されている、請求項7記載のプラズマ処理装置。
A plurality of the antennas,
Both end portions of the antenna extend out of the vacuum container,
In the adjacent antennas, the end of one antenna and the end of the other antenna are electrically connected by a connecting conductor so that high-frequency currents in opposite directions flow through the adjacent antennas. The plasma processing apparatus according to claim 7, which is configured.
前記接続導体は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れるものである、請求項8記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the connection conductor has a flow path inside, and a coolant flows through the flow path. 前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、
互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナを流れた冷却液が前記接続導体の流路を介して他方の前記アンテナに流れるものである、請求項9記載のプラズマ処理装置。
A coolant flows inside the conductor element and the insulating element;
The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein in the antennas adjacent to each other, the coolant flowing through one of the antennas flows to the other antenna through the flow path of the connection conductor.
前記接続導体は、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナに接続される一方の導体部と、他方の前記アンテナに接続される他方の導体部と、前記一方の導体部及び前記他方の導体部に電気的に直列接続された容量素子とを有する、請求項8乃至10の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。   The connection conductor includes one conductor portion connected to one of the antennas adjacent to each other, the other conductor portion connected to the other antenna, the one conductor portion, and the other conductor portion. 11. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising a capacitor element electrically connected in series. 真空排気されかつガスが導入される処理室と、
前記処理室外に配置された請求項1乃至6の何れか一項に記載のアンテナと、
前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、
前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて前記処理室内の基板に処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。
A processing chamber that is evacuated and gas is introduced;
The antenna according to any one of claims 1 to 6, which is disposed outside the processing chamber,
A high-frequency power source for supplying a high-frequency current to the antenna;
A plasma processing apparatus configured to perform processing on a substrate in the processing chamber using plasma generated by the antenna.
複数の前記アンテナを備えており、
互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されている、請求項12記載のプラズマ処理装置。
A plurality of the antennas,
In the adjacent antennas, the end of one antenna and the end of the other antenna are electrically connected by a connecting conductor so that high-frequency currents in opposite directions flow through the adjacent antennas. The plasma processing apparatus according to claim 12, which is configured.
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