JP6931461B2 - Antenna for plasma generation, plasma processing device and antenna structure equipped with it - Google Patents
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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、当該アンテナを備えたプラズマ処理装置及びアンテナ構造に関するものである。 The present invention relates to an antenna for generating inductively coupled plasma by passing a high frequency current, a plasma processing device provided with the antenna, and an antenna structure.
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。 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 high frequency current, and the substrate is processed using this inductively coupled plasma. ..
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, if the antenna is lengthened to accommodate a large substrate or the like, the impedance of the antenna becomes large, which causes a large potential difference between both ends of the antenna. As a result, there is a problem that the uniformity of the plasma such as the density distribution, the potential distribution, and the electron temperature distribution of the plasma is deteriorated due to the influence of this large potential difference, and the uniformity of the substrate processing is deteriorated. Further, when the impedance of the antenna becomes large, there is a problem that it becomes 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の電極に対向して配置された第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 peripheral portion of the hollow insulator. It is conceivable that a capacitor, which is a capacitive element, is arranged. This capacitor is electrically connected in series to the metal pipes on both sides of the hollow insulator, and has a first electrode electrically connected to the metal pipe on one side of the hollow insulator and the other side of the hollow insulator. It has a second electrode that is electrically connected to the metal pipe of the above and is arranged so as to face the first electrode, and a dielectric sheet that is arranged between the first electrode and the second electrode. There is.
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、電極及び誘電体シート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 above-mentioned capacitor has a laminated structure of a first electrode, a dielectric sheet and a second electrode, a gap may occur between the electrodes and the dielectric sheet. Then, an arc discharge may occur in this gap, which may lead to deterioration of the capacitor, so there is room for improvement in the structure of the capacitor.
ここで、電極及び誘電体シート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 formed between the electrode and the dielectric sheet, it is conceivable to apply an adhesive to both sides of the dielectric sheet to bond the electrodes. However, the electrical performance of this adhesive changes the performance of the dielectric sheet, making it difficult to manufacture the required capacitance value and the like.
なお、電極及び誘電体シートの間に生じる隙間を埋めるために、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。 In addition, in order to fill the gap generated between the electrode and the dielectric sheet, it is conceivable to provide a structure for pressing them from the surroundings. However, by providing the pressing structure, the structure around the antenna becomes complicated, and the uniformity of the plasma generated in the surroundings may be deteriorated.
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。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and incorporates a capacitive element into the antenna to reduce the impedance of the antenna and eliminate the gap generated between the electrodes and the dielectric constituting the capacitive element. 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、互いに隣り合う第1の導体要素及び第2の導体要素の間に設けられてそれらを絶縁する絶縁要素と、前記第1の導体要素及び前記第2の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、前記第1の導体要素の一部からなる電極又は前記第1の導体要素と電気的に接続された電極であって、前記絶縁要素より前記第1の導体要素側に配置された第1の電極と、前記第2の導体要素と電気的に接続されるとともに、前記第2の導体要素側から前記絶縁要素の内部を通って前記第1の導体要素側に延び、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 passing a high frequency current, and has at least two conductor elements and a first conductor element and a second conductor adjacent to each other. The capacitance element includes an insulating element provided between the elements and insulating them, and a capacitance element electrically connected in series with the first conductor element and the second conductor element, and the capacitance element is the first conductor element. An electrode composed of a part of the conductor element of the above, or an electrode electrically connected to the first conductor element, the first electrode arranged on the first conductor element side of the insulating element, and the said. It is electrically connected to the second conductor element, extends from the second conductor element side through the inside of the insulating element to the first conductor element side, and is arranged so as to face the first electrode. The conductor is composed of a second electrode formed therein and a dielectric material that fills the space between the first electrode and the second electrode, and the dielectric material is a liquid.
このようなプラズマ発生用のアンテナであれば、絶縁要素を介して設けられた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。加えて、第2の電極を、第2の導体要素側から絶縁要素の内部を通して第1の導体要素側に延ばすことで第1の電極と対向させているので、その延出寸法を変えることで容量素子として必要なキャパシタンス値を容易に得ることができる。
In the case of such an antenna for generating plasma, a capacitive element is electrically connected in series to conductor elements adjacent to each other provided via an insulating element, so that the combined reactance of the antenna is simply described. Since the form is obtained by subtracting the capacitive reactance from the inductive reactance, the impedance of the antenna can be reduced. As a result, even when the antenna is lengthened, the increase in impedance can be suppressed, high-frequency current can easily flow through the antenna, and plasma can be efficiently generated.
In particular, according to the present invention, since the space between the first electrode and the second electrode is filled with a liquid dielectric, it is possible to eliminate the gap generated between the electrodes and the dielectric constituting the capacitive element. .. As a result, it is possible to eliminate the arc discharge that may occur in the gap between the electrode and the dielectric, and to eliminate the damage to the capacitive element due to the arc discharge. Further, the capacitance value can be set accurately from the distance between the first electrode and the second electrode, the facing area, and the relative permittivity of the liquid dielectric without considering the gap. Further, it is possible to eliminate the need for a structure for pressing the electrodes and the dielectric for filling the gap, and it is possible to prevent the structure around the antenna from becoming complicated due to the pressing structure and the resulting deterioration of plasma uniformity. In addition, since the second electrode is made to face the first electrode by extending from the second conductor element side through the inside of the insulating element to the first conductor element side, the extension dimension can be changed. The capacitance value required for the capacitive element can be easily obtained.
容量素子の構造を簡素化するための実施態様としては、前記第1の電極は、管状をなすものであり、前記第2の電極は、前記第1の電極の内部空間に差し込まれる延出部を有している構成が挙げられる。 In an embodiment for simplifying the structure of the capacitive element, the first electrode has a tubular shape, and the second electrode is an extension portion inserted into the internal space of the first electrode. A configuration having the above can be mentioned.
前記第1の電極の内周面と前記延出部の外周面との距離は、周方向に沿って一定であることが望ましい。
この構成であれば、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 distance between the inner peripheral surface of the first electrode and the outer peripheral surface of the extending portion is constant along the circumferential direction.
With this configuration, the distribution of the high-frequency current flowing through the conductor element can be made uniform in the circumferential direction, and plasma with good uniformity can be generated.
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、前記各導体要素を管状をなすものとして、前記各導体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、前記第1の導体要素の内部を流れる冷却液が、前記第1の電極と前記第2の電極との間に流入して前記誘電体として機能し、前記第2の電極に形成された1又は複数の貫通孔から当該第2の電極内に導かれて前記第2の導体要素の内部に流出するように構成されていることが望ましい。
このような構成であれば、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, it is conceivable that each of the conductor elements has a tubular shape and a coolant is circulated inside each of the conductor elements. In this configuration, the coolant flowing inside the first conductor element flows between the first electrode and the second electrode, functions as the dielectric, and is formed on the second electrode. It is desirable that the conductor is guided into the second electrode through the one or more through holes and flows out into the inside of the second conductor element.
With such a configuration, 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. Normally, the coolant is adjusted to a constant temperature by a temperature control mechanism, and by using this coolant as a dielectric, it is possible to suppress the change in the relative permittivity due to the temperature change and suppress the change in the capacitance value. Further, when water is used as the coolant, the relative permittivity of water is about 80 (20 ° C.), which is larger than that of the resin dielectric sheet, so that a capacitive element capable of withstanding a high voltage can be configured. can.
上述した構成、すなわち第2の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔から冷却液を第2の電極内に導く構成において、冷却液の流れに対する抵抗を低減させるためには、前記第2の電極は、前記貫通孔に連通するとともに、前記冷却液の流れ方向に沿って延びる1又は複数の溝が形成されていることが望ましい。 In the above-described configuration, that is, in the configuration in which the second electrode is provided with a through hole and the coolant is guided into the second electrode through the through hole, in order to reduce the resistance to the flow of the coolant, the second electrode is described. It is desirable that one or a plurality of grooves are formed so as to communicate with the through hole and extend along the flow direction of the coolant.
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、前記真空容器内又は前記真空容器外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。
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention includes a vacuum container that is evacuated and introduced with gas, an antenna arranged inside or outside the vacuum container, and a high-frequency power source that allows a high-frequency current to flow through the antenna. The substrate is configured to be processed by using the plasma generated by the antenna, and the antenna is characterized by having the above-described configuration.
According to this plasma processing apparatus, the above-mentioned antenna can efficiently generate plasma having good uniformity, 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 vessel, and in the antennas adjacent to each other, the end of one antenna and the end of the other antenna are electrically connected by a connecting conductor. Therefore, it is desirable to configure the antennas so 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 connecting 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 cooling liquid flows inside the conductor element and the insulating element, and the cooling liquid flowing through one of the antennas in the antennas adjacent to each other flows to the other antenna through the flow path of the connecting conductor. Is desirable.
With this configuration, both the antenna and the connecting conductor can be cooled by a common coolant. Further, since a plurality of antennas can be cooled by one flow path, the configuration of the circulation flow path for circulating the coolant can be simplified. If the flow path of the antenna and the flow path of the connecting conductor become long, the dielectric constant may decrease on the downstream side due to the rise of the coolant. Therefore, the number of antennas connected by the connecting 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 feeding side end and the grounding side end of the two antennas are connected by a connecting conductor, the impedance due to the connecting conductor increases. As a result, the potential of the end on the feeding side may rise with respect to the end on the grounding side due to the energization of high-frequency current, or the voltage may rise or fall depending on the impedance of the connecting conductor. be. This causes non-uniformity of the generated plasma.
In order to preferably solve this problem, the connecting conductors include one conductor portion connected to one of the antennas in 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 portion and the other conductor portion. By providing the capacitive element in the connecting conductor in this way, the impedance of the connecting conductor can be made equivalent to zero, and the increase in impedance due to the connecting conductor can be eliminated.
プラズマ処理装置においては、プラズマ中の荷電粒子がアンテナを構成する導体要素に入射するのを抑制する目的などにより、アンテナを覆う絶縁カバーを設ける構成が考えられる。このとき、上記のアンテナの構成によりアンテナを長くした場合には、アンテナが撓んでしまい、絶縁要素が、プラズマにより高温となっている絶縁カバーに接触してしまう。絶縁要素が樹脂製の場合には特に熱損傷の問題が顕著となる。
この問題を好適に解決するためには、前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されていることが望ましい。
この構成であれば、アンテナが撓んだとしても凸部が絶縁カバーに接触することによって絶縁要素が絶縁カバーに接触しないようにすることができる。これにより、絶縁要素の熱損傷を防止することができる。また、絶縁要素と絶縁カバーの接触を防ぐことにより、絶縁要素が絶縁カバーに接触することによる容量素子の誘電体となる冷却液の温度上昇を防止できる。その結果、冷却液の誘電率の変化を抑制することができる。
In the plasma processing apparatus, it is conceivable to provide an insulating cover for covering the antenna for the purpose of suppressing the charged particles in the plasma from being incident on the conductor elements constituting the antenna. At this time, if the antenna is lengthened due to the above-mentioned antenna configuration, the antenna bends and the insulating element comes into contact with the insulating cover which has become hot due to plasma. When the insulating element is made of resin, the problem of thermal damage becomes particularly remarkable.
In order to preferably solve this problem, a convex portion protruding toward the insulating cover is formed on the outer peripheral surface of at least one of the first conductor element or the second conductor element. desirable.
With this configuration, even if the antenna is bent, the convex portion comes into contact with the insulating cover so that the insulating element does not come into contact with the insulating cover. This makes it possible to prevent thermal damage to the insulating element. Further, by preventing the insulating element from coming into contact with the insulating cover, it is possible to prevent the temperature of the coolant, which is the dielectric of the capacitive element, from rising due to the contact of the insulating element with the insulating cover. As a result, the change in the dielectric constant of the coolant can be suppressed.
絶縁要素と絶縁カバーとの接触を確実に防止するためには、前記凸部は、前記外側周面の周方向全体に亘って連続的又は間欠的に形成されていることが望ましい。また、この構成により凸部と絶縁カバーとの接触面積を大きくすることができ、絶縁カバーに対する荷重を分散させることができる。 In order to reliably prevent contact between the insulating element and the insulating cover, it is desirable that the convex portion is formed continuously or intermittently over the entire circumferential direction of the outer peripheral surface. Further, with this configuration, the contact area between the convex portion and the insulating cover can be increased, and the load on the insulating cover can be dispersed.
絶縁要素と絶縁カバーとの接触を確実に防止するためには、前記凸部は、第1の導体要素及び前記第2の導体要素の外側周面において前記絶縁要素に隣接した位置に形成されていることが望ましい。 In order to reliably prevent contact between the insulating element and the insulating cover, the convex portion is formed at a position adjacent to the insulating element on the outer peripheral surfaces of the first conductor element and the second conductor element. It is desirable to be there.
また、本発明に係るアンテナ構造は、上述したアンテナと、前記アンテナを覆う絶縁カバーとを備え、前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されていることを特徴とする。 Further, the antenna structure according to the present invention includes the above-mentioned antenna and an insulating cover covering the antenna, and the insulating cover is provided on at least one outer peripheral surface of the first conductor element or the second conductor element. It is characterized in that a convex portion protruding toward is formed.
さらに、本発明に係るアンテナ構造は、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と、前記アンテナを覆う絶縁カバーとを備え、前記アンテナは、少なくとも2つの導体要素と、互いに隣り合う第1の導体要素及び第2の導体要素の間に設けられてそれらを絶縁する絶縁要素と、前記第1の導体要素及び前記第2の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り、前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されていることを特徴とする。 Further, the antenna structure according to the present invention includes an antenna for generating plasma through which a high-frequency current is passed, and an insulating cover covering the antenna, and the antenna is adjacent to at least two conductor elements. An insulating element provided between the first conductor element and the second conductor element to insulate them, and a capacitive element electrically connected in series with the first conductor element and the second conductor element. The capacitive element is electrically connected to a first electrode electrically connected to one of the conductor elements adjacent to each other, and is electrically connected to the other of the conductor elements adjacent to each other, and the first electrode is provided. The first conductor element is composed of a second electrode arranged so as to face each other and a dielectric material that fills the space between the first electrode and the second electrode, and the dielectric material is a liquid. Alternatively, it is characterized in that a convex portion projecting toward the insulating cover is formed on at least one outer peripheral surface of the second conductor element.
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 in this way, the impedance of the antenna can be reduced by incorporating the capacitive element into the antenna, and the gap generated between the electrodes and the dielectric constituting the capacitive element can be eliminated, so that the uniformity is achieved. It is possible to efficiently generate a good plasma.
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 the 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
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
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
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
真空容器2内に、例えば流量調整器(図示省略)及びアンテナ3に沿う方向に配置された複数のガス導入口21を経由して、ガス7が導入される。ガス7は、基板Wに施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマCVD法によって基板Wに膜形成を行う場合には、ガス7は、原料ガス又はそれを希釈ガス(例えばH2)で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがSiH4の場合はSi膜を、SiH4+NH3の場合はSiN膜を、SiH4+O2の場合はSiO2膜を、SiF4+N2の場合はSiN:F膜(フッ素化シリコン窒化膜)を、それぞれ基板W上に形成することができる。
The gas 7 is introduced into the
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。
Further, a substrate holder 8 for holding the substrate W is provided in the
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
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。
The vicinity of both ends of the
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, in the
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
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-
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, a high frequency current IR can be passed from the high
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
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31を「第2の金属パイプ31B」ともいう。ここでは、第1の金属パイプ31Aは、冷却液CLの流れ方向上流側に配置された金属パイプ31であり、第2の金属パイプ31Bは、冷却液CLの流れ方向下流側に配置された金属パイプ31である。また、第1の金属パイプ31A及び第2の金属パイプ31Bは、ここでは外径及び内径が互いに同じであり、且つ、同軸上に配置されている。ただし、金属パイプ31の外径及び内径は適宜変更して構わないし、配置に関しても必ずしも同軸上にする必要はない。さらに、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 this embodiment, the number of
なお、冷却液CLは、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, the coolant CL circulates the
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。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
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。本実施形態の絶縁パイプ32は、金属パイプ31と外径が同じものであり、金属パイプ31と同軸上に配置されている。また、絶縁パイプ32は、単一の部材から形成されており、その材質は、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。なお、絶縁パイプ32の寸法や配置や部材については上記に限られない。
The insulating
コンデンサ33は、第1の金属パイプ31Aと第2の金属パイプ32Bとの間に介在しており、その内部に第1の金属パイプ31Aの流路31xと第2の金属パイプ31Bの流路31xとを連通する主流路33xが形成されたものである。
The
具体的にコンデンサ33は、第1の金属パイプ31Aと電気的に接続されて、絶縁パイプ32より第1の金属パイプ31A側に配置された第1の電極33Aと、第2の金属パイプ31Bと電気的に接続されるとともに、第2の金属パイプ31B側から絶縁パイプ32の内部を通って第1の金属パイプ31A側に延び、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S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S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
ここで、第1の電極33Aと第1の金属パイプ31Aとは、一方の軸方向端部に形成された雄ねじ部と、他方の軸方向端部に形成された雌ねじ部とを螺合させることによって互いに連結されるように構成されている。
本実施形態では、第1の金属パイプ31Aの軸方向端部における内周部に雄ねじ部31aを形成するとともに、第1の電極33Aの軸方向端部における外周部に雌ねじ部33aを形成しており、これらを螺合することで第1の電極33Aの軸方向端部が第1の金属パイプ31A内に差し込まれた状態で連結されるようにしてある。
Here, the
In the present embodiment, the
また、第2の電極33Bと第2の金属パイプ31Bとは、一方の軸方向端部に形成された雄ねじ部と、他方の軸方向端部に形成された雌ねじ部とを螺合させることによって互いに連結されるように構成されている。
本実施形態では、第2の金属パイプ31Bの軸方向端部における外周部に雄ねじ部31aを形成するとともに、第2の電極33Bの軸方向端部における内周部に雌ねじ部33aを形成しており、これらを螺合することで第2の金属パイプ31Bの軸方向端部が第2の電極33B内に差し込まれた状態で連結されるようにしてある。
Further, the
In the present embodiment, the
以下、各電極33A、33Bについて詳述する。
Hereinafter, the
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。ここでの各電極33A、33Bは、管状をなすものであり、軸方向から視て金属パイプ31よりも外側に突出することなく設けられている。各電極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
具体的に各電極33A、33Bは、金属パイプ31と螺合することで金属パイプ31における絶縁パイプ32側の端部に接触して電気的に接続される接触部331と、当該接触部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。接触部331及び延出部332は、単一の部材から形成されていても良いし、別部材により形成してそれらを接合したものであっても良い。
Specifically, the
接触部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。具体的に接触部331は、円筒状をなすものであり、その軸方向端面が金属パイプ31の端部に形成された円筒状の被接触部311の先端面に周方向全体に亘って接触する。なお、接触部331の外径は、金属パイプ31の外径以下であり、ここでは金属パイプ31の外径と同じである。
さらにこの接触部331は、被接触部311との間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している。ただし、必ずしも被接触部311及びリング状多面接触子15の両方を設ける必要はなく、それらの何れか一方により、接触部331と金属パイプ31とを電気的に接触しても良い。
また、接触部331と被接触部311との間には、真空及び冷却液CLに対するシール構造を介在させている。本実施形態のシール構造は、接触部331及び被接触部311の間に設けたOリング等のシール部材16により実現されている。
The
Further, the
Further, a sealing structure for vacuum and coolant CL is interposed between the
延出部332は、円筒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(以下、「第1の延出部332A」という)及び第2の電極33Bの延出部332(以下、「第2の延出部332B」という)は、互いに同軸上に配置されており、図2に示すように、第1の延出部332Aを外側に、第2の延出部332Bを内側に配置させた二重筒構造を構成している。
The extending
第1の延出部332Aは、第1の電極33Aの接触部331と、絶縁パイプ32との間に介在して設けられており、その基端部が接触部331に接合されるとともに、先端部が絶縁パイプ32に固定されている。より詳細に説明すると、接触部331の絶縁パイプ32側の軸方向端部は、外周部を周方向に切り欠いた切欠部331aが形成されてその他の部分よりも外径が小さくなっており、その切欠部331aに第1の延出部332Aの基端部が嵌合するように構成されている。また、絶縁パイプ32の第1の金属パイプ31A側の軸方向端部は、外周部を周方向に切り欠いた外周切欠部32aが形成されてその他の部分よりも外径が小さくなっており、その外周切欠部32aに第1の延出部332Aの先端部が嵌合するように構成されている。
すなわち、第1の延出部332Aの内径は、接触部331の絶縁パイプ32側の軸方向端部の外径と同じ又は若干大きく、且つ、絶縁パイプ32の第1の金属パイプ31A側の軸方向端部の外径と同じ又は若干大きい。一方、第1の延出部332Aの外径は、金属パイプ31の外径以下に設計されており、ここでは金属パイプ31の外径と同じである。
なお、第1の延出部332Aの基端部及び接触部331は例えば溶接M等によって接合されており、第1の延出部332Aの先端部及び絶縁パイプ32は例えばろう付けB等によって固定されているが、接合方法や固定方法はこれに限られるものではない。
The first extending
That is, the inner diameter of the first extending
The base end portion and the
第2の延出部332Bは、上述したように、第2の金属パイプ31B側から絶縁パイプ32の内部を通って第1の金属パイプ31A側に延び、第1の延出部332Aとともに二重筒構造を構成するものである。
そこで、第2の延出部332Bは、第2の電極33Bの接触部331及び絶縁パイプ32の間に介在して設けられ、基端部の外径よりも先端部の外径が小さくなるように構成された縮径要素333と、縮径要素333の先端部から絶縁パイプ32の内部を通って第1の金属パイプ31A側に延びる直管要素334とを有している。なお、縮径要素333と直管要素334とは、単一の部材から形成されていても良いし、別部品により形成してそれらを溶接等により接合しても良い。
As described above, the
Therefore, the second extending
縮径要素333は、少なくとも外径が基端部から先端部に向かって段階的に小さく又は漸次小さくなるように構成されており、ここでは外径及び内径が段階的に小さくなる形状である。この縮径要素333は、基端部が接触部331に接合されるとともに、先端部が絶縁パイプ32に固定されている。より詳細に説明すると、上述したように、接触部331の絶縁パイプ32側の軸方向端部は、外周部を周方向に切り欠いた切欠部331aが形成されてその他の部分よりも外径が小さくなっており、その切欠部331aに縮径要素333の基端部が嵌合するように構成されている。また、絶縁パイプ32の第2の金属パイプ31B側の軸方向端部は、内周部を周方向に切り欠いた内周切欠部32bが形成されてその他の部分よりも内径が小さくなっており、その内周切欠部32bに縮径要素333の先端部が嵌合するように構成されている。
すなわち、縮径要素333の基端部の内径は、接触部331の絶縁パイプ32側の軸方向端部の外径と同じ又は若干大きく、縮径要素333の先端部の外径は、絶縁パイプ32の第1の金属パイプ側の軸方向端部の内径と同じ又は若干小さい。また、縮径要素333の基端部の外径は、金属パイプ31の外径以下に設計されており、ここでは金属パイプ31の外径と同じである。
なお、縮径要素333の基端部及び接触部331は例えば溶接M等によって接合されており、縮径要素333の先端部及び絶縁パイプ32は例えばろう付けB等によって固定されているが、接合方法や固定方法はこれに限られるものではない。
The
That is, the inner diameter of the base end of the reduced
The base end portion and the
直管要素334は、縮径要素333の先端部から第1の金属パイプ31A側に延び、絶縁パイプ32の内部を通って第1の延出部332Aの内部に差し込まれた状態で設けられている。これにより、この直管要素334と第1の延出部332Aとの間に、流路方向に沿った円筒状の空間Sが形成される。具体的に直管要素334は、外径が絶縁パイプ32の内径及び第1の延出部332Aの内径よりも小さいものであり、第1の延出部332Aと同軸上に配置されている。これにより、第1の延出部332Aの内周面と、直管要素334の外周面との距離は、周方向に沿って一定となる。なお、直管要素334の内径は、ここでは縮径要素333の先端部の内径と同じ寸法としているが、これに限られない。
The
また、直管要素334には、その周壁を厚み方向に貫通する複数の貫通孔332hが形成されている。具体的にこれら貫通孔332hは、絶縁パイプ32の内周面の少なくとも一部と対向するように冷却液CLの流れ方向に沿って形成されており、直管要素334及び絶縁パイプ32の間の空間と第2の電極33Bの主流路33xとを連通している。これらの貫通孔332hは、周方向に等間隔に設けられるとともに、軸方向に沿って直管要素334の基端から第1の延出部332Aの先端までの間に設けられている。このような貫通孔332hを設けることによって、第2の電極33B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。
Further, the
このように構成された各電極33A、33Bによれば、各電極33A、33Bの雌ねじ部33a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の被接触部311の先端面が電極33A、33Bの接触部331に接触するとともに、これらの間がシール部材16によってシールされ、なおかつ、各電極33A、33Bが、互いに同軸上に配置されるとともに、第1の電極33Aの延出部332Aに対する第2の電極33Bの延出部332Bの挿入寸法が規定される。
このように、金属パイプ31及び絶縁パイプ32の間のシールや、金属パイプ31と各電極33A、33Bとの電気的接触や、各電極33A、33Bの配置が、雄ねじ部31a及び雌ねじ部33a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。
According to the
In this way, the seal between the
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、一部は第1の電極33Aの主流路33xから第2の電極33Bの主流路33xへ流れて第2の金属パイプ31Bの内部へ導かれ、その他は主流路33xから分岐して第1の延出部332Aと第2の延出部332Bとの間の空間Sに流れる。空間Sに流れ込んだ冷却液CLは、貫通孔332hを通じて、第2の電極33Bの主流路33xに合流して、第2の金属パイプ31Bの内部に導かれる。このとき、第1の電極33Aの延出部332Aと第2の電極33Bの延出部332Bとの間の円筒状の空間Sが冷却液CLに満たされて、当該冷却液CLが誘電体として機能し、コンデンサ33が構成される。
In this configuration, when the coolant CL flows from the
<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
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S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332Aと第2の電極33Bの延出部332B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。加えて、第2の電極33Bを、第2の金属パイプ31B側から絶縁パイプ32の内部を通して第1の金属パイプ31A側に延ばすことで第1の電極33Aと対向させているので、その延出寸法を変えることでコンデンサ33として必要なキャパシタンス値を容易に得ることができる。
In particular, according to the present embodiment, since the space S between the
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。このように、誘電体が大きな比誘電率であれば、コンデンサ33は2つの延出部332A、332Bからなる二重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。さらに、各電極33A、33Bの接触部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を製作することで、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 coolant CL that cools the
さらに、第1の延出部332Aの内周面と、第2の延出部332Bの外周面(より具体的には直管要素334の外周面)との距離を周方向に沿って一定となるように構成しているので、金属パイプ31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。
Further, the distance between the inner peripheral surface of the first extending
<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、第2の電極33Bが管状をなし、第1の金属パイプ31A側から第2の金属パイプ31B側の全体に亘って主流路33xが形成されたものであったが、図3に示すように、第2の電極33Bは、第2の金属パイプ31B側に主流路33xを形成するとともに、第1の金属パイプ31A側を中実にしたものであっても良い。
この場合、第2の電極33Bによる冷却液CLの流路抵抗を小さくすべく、第2の電極33Bは、貫通孔332hに連通するとともに、冷却液CLの流れ方向に沿って延びる1又は複数の溝332gが形成されていることが好ましい。具体的にこの溝332gは、各貫通孔332hそれぞれに対して設けられた軸方向に延びる有底溝であり、その開口が絶縁パイプ32の内周面と対向するように形成されている。
また、第2の電極33Bの先端角部332cでの電界集中を緩和すべく、図3に示すように、第2の延出部332Bの先端角部332cをテーパ状(円錐形状)にしても良い。
For example, in the above embodiment, the
In this case, in order to reduce the flow path resistance of the coolant CL by the
Further, as shown in FIG. 3, the
さらに、上述したように、第2の電極33Bの一部が中実である場合、第2の電極33Bが管状である場合に比べて、冷却液CLの流路抵抗が大きくなる。この流路抵抗を小さくする態様としては、第2の電極33Bを細くすることが考えられるが、そうすると第1の電極33Aの内周面と第2の電極33Bの外周面との距離が長くなり、コンデンサ33のキャパシタンス値が小さくなってしまい、高電圧に耐えられない可能性が生じ得る。
そこで、第2の電極33Bによる冷却液CLの流路抵抗を小さくしつつ、コンデンサ33に必要なキャパシタンス値を担保するためには、図4に示すように、第1の電極33Aが、第2の電極33Bに対向する位置に形成されて内径が小さくなる絞り部335を有していることが好ましい。
このような構成であれば、第2の電極33Bを細くして冷却液CLの流路抵抗を低減させつつ、第1の電極33Aに絞り部335を形成しているので、この絞り部335によって第1の電極33Aの外周面と第2の電極33Bの内周面との距離を短くすることができ、コンデンサ33に必要なキャパシタンス値を担保することができる。
Further, as described above, when a part of the
Therefore, in order to secure the capacitance value required for the
In such a configuration, the
また、前記実施形態では、連通孔332hが軸方向に沿って直管要素334の基端から第1の延出部332Aの先端までの間に設けられていたが、図5に示すように、貫通孔332hは、軸方向に沿って第1の延出部332Aの先端を越えて設けられていても良いし、図示していないが直管要素334の基端まで延ばすことなく、その手前で留まらせても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
さらに、前記実施形態では、第1の電極33Aが金属パイプ31と別部材である場合について説明したが、図6に示すように、第1の電極33Aは、金属パイプ31の一部からなるものであっても良い。
具体的な実施態様としては、第1の金属パイプ31Aの軸方向端部を絶縁パイプ32側に延ばすとともに、第2の電極33Bを第2の金属パイプ31B側から絶縁パイプ32の内部を通して第1の金属パイプ31Aの内部に延ばした構成が挙げられる。この場合、第1の金属パイプ32の軸方向端部は、絶縁パイプ32に固定されており、具体的な固定方法としては前記実施形態と同様、絶縁パイプ32の第1の金属パイプ31A側の軸方向端部に、外周部を周方向に切り欠いた外周切欠部32aを形成して、この外周切欠部32aに第1の金属パイプ31Aの軸方向端部を嵌合させて例えばろう付けB等により固定する方法が挙げられる。
このような構成であれば、第1の金属パイプ31Aにおける第2の電極と対向した部分を第1の電極33Aとして機能させることができ、部品点数を少なくしつつ前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Further, in the above embodiment, the case where the
As a specific embodiment, the axial end of the
With such a configuration, the portion of the
加えて、前記実施形態では、冷却液CLの流れ方向上流側に配置された金属パイプ31を第1の金属パイプ31Aとし、冷却液CLの流れ方向下流側に配置された金属パイプ31を第2の金属パイプ31Bとしていたが、これとは逆に、冷却液CLの流れ方向下流側に配置された金属パイプ31を第1の金属パイプ31Aとし、冷却液CLの流れ方向上流側に配置された金属パイプ31を第2の金属パイプ31Bとしても良い。言い換えれば、各部材を図2に示すように配置した状態において、冷却液CLの流れ方向を前記実施形態と逆向きにしても良い。ただし、冷却液CLを流し始めたときの空気の抜けやすさを考慮すると、前記実施形態の向きに冷却液CLを流した方が有利である。
In addition, in the above-described embodiment, the
さらに、図7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。
Further, as shown in FIG. 7, in the
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。
The connecting
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 connecting
接続導体17の構成は図7に限られず、例えば図8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 connecting
また、図9に示すように、アンテナ3において絶縁パイプ32の軸方向両側の少なくとも一方側に位置する金属パイプ32又は電極の外側周面に、絶縁カバー10に向かって突出する凸部3Tを設けてもよい。なお、図10には、アンテナ3が撓んだ状態であり、凸部3Tの下部が絶縁カバー10の内面に接触した状態を示している。
Further, as shown in FIG. 9, in the
なお、図9に示すコンデンサ33は、絶縁パイプ32の一方側の第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、絶縁パイプ32の他方側の第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を構成する液体の誘電体となる。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側に延出した例えば円筒状の延出部332とを有している。フランジ部331は、金属パイプ31及び絶縁パイプ32の間に挟持される。また、フランジ部にも冷却水が流れる貫通孔331hが形成されている。
The
アンテナ3に設けられる凸部3Tは、絶縁パイプ32の軸方向両側に隣接して設けられることが望ましい。この凸部3Tは、絶縁パイプ32の軸方向両側に位置する部材(図9では金属パイプ31A、31B)の周方向全体に亘って連続的又は間欠的に設けられている。なお、アンテナ3の自重による撓みを考慮すれば、金属パイプ31A、31Bの下側部分に形成するだけでも良い。ここで、金属パイプの外側周面からの凸部の突出寸法は、アンテナ3の撓みにより絶縁パイプ32が絶縁カバー10に接触しない程度である。凸部3Tの断面形状は、図9に示すように矩形状をなすものの他、少なくとも先端部が円弧状をなすものであってもよいし、少なくとも先端部が三角形状をなすものであってもよい。
It is desirable that the
これらの凸部3Tは、アンテナ3に複数の絶縁パイプ32が設けられている場合には、各絶縁パイプ32の軸方向両側に隣接して設けることが望ましい。また、各絶縁パイプ32の軸方向一方側に隣接して設ける構成であってもよい。この構成であれば、アンテナ3の撓み量が大きくなった場合に、軸方向の配置された複数の凸部3Tが絶縁カバー10に接触することになり、絶縁カバー10に掛かる荷重を分散することができる。
When a plurality of insulating
なお、絶縁パイプ32に対して凸部3Tを設ける位置は、絶縁カバー32に隣接した位置に限られず、アンテナ3の撓みにより絶縁パイプ32が絶縁カバー10に接触しないような位置であればよい。また、凸部3Tは、金属パイプ31A、31Bに一体に形成する構成の他に、図11に示すように、金属パイプ31A、31Bの外側周面に凹部3Mを形成して、当該凹部3Mに凸部3Tとなるリング状部材3Rを嵌めることによって構成してもよい。
The position where the
このようにアンテナ3に凸部3Tを設けることにより、アンテナ3が撓んだとしても凸部3Tが絶縁カバー10に接触することによって絶縁パイプ32が絶縁カバー10に接触しないようにすることができる。これにより、樹脂製などの絶縁パイプ32の熱損傷を防止することができる。また、絶縁パイプ32と絶縁カバー10の接触を防ぐことにより、絶縁パイプ32が絶縁カバー10に接触することによるコンデンサ33の誘電体となる冷却液の温度上昇を防止できる。その結果、冷却液の誘電率の変化を抑制することができる。
By providing the
前記実施形態に例示したアンテナ3においても凸部3Tを設けることもできる。この場合、前記実施形態の絶縁パイプ32の軸方向両側の少なくとも一方側に位置する部材(例えば、第1の金属パイプ31A、第1の電極33A、第2の金属パイプ31B、第2の電極33Bの接触部331又は縮径要素333)に凸部3Tを設ける。
The
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。 Moreover, in the above-described embodiment, the antenna has a linear shape, but it may have a curved or bent shape. In this case, the metal pipe may have a curved or bent shape, or the insulating pipe may have a curved or bent shape.
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 were tubular with one internal flow path, but may have two or more internal flow paths or a branched internal flow path. good. Further, the conductor 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 above embodiment, the extending portion has a cylindrical shape, but may have another square tubular 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, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that 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)
33 ・・・コンデンサ
33A・・・第1の電極
33B・・・第2の電極
331・・・接触部
332・・・延出部
CL ・・・冷却液(液体の誘電体)
4 ・・・高周波電源
100 ・ ・ ・ Plasma processing device W ・ ・ ・ Substrate P ・ ・ ・ Inductively coupled
32 ... Insulation pipe (insulation element)
33 ・ ・ ・
4 ・ ・ ・ High frequency power supply
Claims (15)
少なくとも2つの導体要素と、互いに隣り合う第1の導体要素及び第2の導体要素の間に設けられてそれらを絶縁する絶縁要素と、前記第1の導体要素及び前記第2の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、
前記第1の導体要素の一部からなる電極又は前記第1の導体要素と電気的に接続された電極であって、前記絶縁要素より前記第1の導体要素側に配置された第1の電極と、
前記第2の導体要素と電気的に接続されるとともに、前記第2の導体要素側から前記絶縁要素の内部を通って前記第1の導体要素側に延び、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。 It is an antenna for generating plasma by passing a high frequency current.
At least two conductor elements, an insulating element provided between the first conductor element and the second conductor element adjacent to each other to insulate them, the first conductor element, the second conductor element, and electricity. Equipped with capacitive elements connected in series
The capacitive element is
An electrode composed of a part of the first conductor element or an electrode electrically connected to the first conductor element, the first electrode arranged on the first conductor element side of the insulating element. When,
It is electrically connected to the second conductor element, extends from the second conductor element side through the inside of the insulating element to the first conductor element side, and faces the first electrode. With the placed second electrode,
It consists of a dielectric that fills the space between the first electrode and the second electrode.
An antenna in which the dielectric is a liquid.
前記第2の電極は、前記第1の電極の内部空間に差し込まれる延出部を有している、請求項1記載のアンテナ。 The first electrode has a tubular shape and has a tubular shape.
The antenna according to claim 1, wherein the second electrode has an extending portion inserted into the internal space of the first electrode.
前記第1の導体要素の内部を流れる冷却液が、前記第1の電極と前記第2の電極との間に流入して前記誘電体として機能し、前記第2の電極に形成された1又は複数の貫通孔から当該第2の電極内に導かれて前記第2の導体要素の内部に流出するように構成されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載のアンテナ。 Each of the conductor elements is tubular and has a tubular shape.
The cooling liquid flowing inside the first conductor element flows between the first electrode and the second electrode and functions as the dielectric, and the 1 or 1 formed on the second electrode The antenna according to any one of claims 1 to 3, which is configured to be guided into the second electrode from a plurality of through holes and flow out into the inside of the second conductor element.
前記真空容器内又は前記真空容器外に配置された請求項1乃至5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 container that is evacuated and introduced with gas,
The antenna according to any one of claims 1 to 5, which is arranged inside the vacuum container or outside the vacuum container.
It is equipped with a high-frequency power supply that allows a high-frequency current to flow through the antenna.
A plasma processing apparatus configured to process a substrate using the plasma generated by the antenna.
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6記載のプラズマ処理装置。 Equipped with multiple antennas
Both ends of the antenna extend out of the vacuum vessel.
In the antennas adjacent to each other, the end of one of the antennas 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 antennas adjacent to each other. The plasma processing apparatus according to claim 6, which is configured.
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8記載のプラズマ処理装置。 The coolant flows inside the conductor element and the insulating element.
The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein in the antennas adjacent to each other, the cooling liquid flowing through one of the antennas flows to the other antenna through the flow path of the connecting conductor.
前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されている、請求項6乃至10の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 Further provided with an insulating cover covering the antenna
The invention according to any one of claims 6 to 10, wherein a convex portion projecting toward the insulating cover is formed on the outer peripheral surface of at least one of the first conductor element or the second conductor element. Plasma processing equipment.
前記アンテナを覆う絶縁カバーとを備え、
前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されている、アンテナ構造。 The antenna according to any one of claims 1 to 5.
It is provided with an insulating cover that covers the antenna.
An antenna structure in which a convex portion projecting toward the insulating cover is formed on the outer peripheral surface of at least one of the first conductor element or the second conductor element.
前記アンテナを覆う絶縁カバーとを備え、
前記アンテナは、少なくとも2つの導体要素と、互いに隣り合う第1の導体要素及び第2の導体要素の間に設けられてそれらを絶縁する絶縁要素と、前記第1の導体要素及び前記第2の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り、
前記第1の導体要素又は前記第2の導体要素の少なくとも一方の外側周面に、前記絶縁カバーに向かって突出する凸部が形成されている、アンテナ構造。 An antenna for generating plasma by passing a high-frequency current,
It is provided with an insulating cover that covers the antenna.
The antenna includes at least two conductor elements, an insulating element provided between the first conductor element and the second conductor element adjacent to each other and insulating them, and the first conductor element and the second conductor element. It is equipped with a conductor element and a capacitive element electrically connected in series.
The capacitive element is electrically connected to a first electrode electrically connected to one of the conductor elements adjacent to each other and to the other of the conductor elements adjacent to each other, and faces the first electrode. The dielectric is a liquid, and is composed of a second electrode arranged therein and a dielectric that fills the space between the first electrode and the second electrode.
An antenna structure in which a convex portion projecting toward the insulating cover is formed on the outer peripheral surface of at least one of the first conductor element or the second conductor element.
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