JP7238613B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを用いて被処理物を処理するプラズマ処理装置に関するものである。

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等の被処理物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。このようなプラズマ処理装置として、特許文献１には、アンテナを真空容器の外部に配置し、真空容器の側壁の開口を塞ぐように設けた誘電体窓を通じてアンテナから生じた高周波磁場を真空容器内に透過させることで、処理室内にプラズマを発生させるものが開示されている。

特開２０１７－００４６６５号公報

しかしながら上記したプラズマ処理装置では、誘電体窓を真空容器の側壁の一部として用いるため、誘電体窓は真空容器内を真空排気した際に容器の内外の差圧に耐えられるよう十分な強度を有する必要がある。特に誘電体窓を構成する誘電体材料は靭性が低いセラミックスやガラスであるので、前記した差圧に耐えられる十分な強度を備えるためには誘電体窓の厚みを十分に大きくする必要がある。それ故アンテナから真空容器内の処理室までの距離が遠くなってしまうことで処理室における誘導電界の強度が弱くなり、プラズマ生成の効率が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、処理室の外部にアンテナを配置するものにおいて、アンテナから生じた高周波磁場を処理室に効率よく供給することができるプラズマ処理装置を提供することを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るプラズマ処理装置は、処理室に配置された被処理物をプラズマを用いて真空処理するものであって、前記処理室を形成する壁に開口を有する容器本体と、前記開口を塞ぐように設けられ、厚さ方向に貫通するスリットが形成されている金属板と、前記金属板に接触して支持され、前記スリットを前記処理室の外部側から塞ぐ誘電体板と、前記金属板に対向するように前記処理室の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナとを備え、下記（１）式を満足することを特徴とする。
ｈ－Ｄ／２＞０．７ （１）
ここで、ｈは前記アンテナの中心軸と前記金属板における前記アンテナ側の表面との間の距離（ｍｍ）であり、Ｄは前記アンテナの直径（ｍｍ）である。

すなわち本発明に係るプラズマ処理装置は、金属板に形成されたスリットと、その上に配置された誘電体板とによって、アンテナから発生する高周波磁場を処理室側に透過させる磁場透過窓を形成している。このような構成であれば、磁場透過窓を形成する部材の一部をセラミックス等の誘電体材料よりも靭性が大きい金属材料で構成しているので、誘電体材料だけで磁場透過窓を構成する場合に比べて磁場透過窓の厚みを小さくすることができる。また、誘電体板が金属板に接触して支持されているので、真空処理時における誘電体板の変形を軽減し、誘電体板内に発生する曲げ応力を低減できる。そのため誘電板自体の厚みを小さくすることができる。これにより、アンテナから処理室までの距離を短くすることができ、アンテナから生じた高周波磁場を処理室内に効率よく供給することができる。
また、誘電体板の厚みが小さすぎると真空処理時の差圧に耐えられず割れてしまう恐れがあるが、上記のように金属板の表面とアンテナの表面との間の距離を０．７ｍｍより大きくしているので、アンテナと金属板との間に設けられる誘電体板の厚みを、真空処理時の差圧に耐えられる程度の厚みに設計することができる。
さらに、容器本体の開口を塞ぐように金属板を設けるので、プラズマ生成空間たる処理室を取り囲む部材を全て電気的に接地することができる。これにより、アンテナの電圧によるプラズマへの影響を低減することができ、電子温度の低減及びイオンエネルギーの低減を可能にすることができる。

アンテナの表面と金属板の表面と間の距離が長すぎるとアンテナから生じた高周波磁場を処理室に効率よく供給するのが難しくなる。そのため、前記プラズマ処理装置は、更に下記式（２）を満足することが好ましい。
１５≧ｈ－Ｄ／２ （２）

前記厚さ方向から視て、前記スリットが前記アンテナと前記処理室との間に位置するように形成されていることが好ましい。このようなものであれば、アンテナから生じた高周波磁場を処理室内により効率よく供給することができる。

前記アンテナが直線状をなすものであり、複数の前記スリットが互いに平行に形成されていることが好ましい。このようなものであれば、高周波磁場を処理室内により均一に供給することができるので、処理室に生成されるプラズマ密度をより均一にすることができる。

前記金属板の内部には冷却用流体が流通可能な流路が形成されていることが好ましい。
このようなものであれば、金属板に流れる誘導電流により生じる抵抗熱を冷却用流体に熱伝達させて逃がすことができる。これにより使用中における金属板の温度上昇を抑制でき、被処理物に対する金属板からの輻射熱による温度上昇を抑えて、被処理物に対してプラズマ処理をより安定して行うことができる。

前記金属板の態様として、前記流路が少なくとも互いに隣り合うスリットの間を通るように形成されているものを挙げることができる。
厚さ方向から視てアンテナと処理室との間にスリットが形成されている場合、金属板のうち隣り合うスリット間（特にアンテナの直下）において比較的大きな誘導電流が流れ、当該部分において発生する熱量が最も大きくなる。そのため、互いに隣り合うスリットの間を通るように流路を形成することにより、金属板を効率よく冷却し、温度上昇を効率よく抑制することができる。

前記プラズマ処理装置は、前記開口を塞ぐように前記容器本体に取り付けられ、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記処理室内に透過させる磁場透過窓を形成する窓部材を備え、前記窓部材が、前記金属板と、前記誘電体板と、前記金属板及び前記誘電体板を保持する保持枠とを有することが好ましい。
このようなものであれば、磁場透過窓を形成する窓部材と容器本体とが別部材であるので、ガスによる腐食や熱による劣化等によって金属板が消耗したり汚れた場合であっても、窓部材ごと取り外して、金属板の交換及び清掃を容易に行うことができる。

前記金属板の厚さ方向から視てスリットとアンテナとの成す角度が小さくなると（すなわち平行に近づくと）、アンテナから生じた高周波磁場を打ち消すように金属板に流れる誘導電流が大きくなり、処理室に供給される高周波磁場の強度が低下する恐れがある。
そのため、前記金属板の厚さ方向から視て、前記スリットと前記アンテナとの成す角度が３０°以上、９０°以下であることが好ましい。このようにすれば、厚さ方向から視てアンテナと交差するようにスリットが形成されるので、アンテナの軸方向に沿って金属板に流れる誘導電流はスリットにより寸断されようになる。これにより金属板に流れる誘導電流を小さくすることができ、処理室に供給される高周波磁場の強度を向上することができる。前記スリットと前記アンテナとの成す角度は大きいほど（すなわち垂直に近づくほど）好ましい。当該角度は４５°以上、９０°以下であることがより好ましく、約９０°であることがより一層好ましい。

スリットの幅寸法が金属板の板厚に対して大きすぎると、アンテナと金属板との間に発生する電界がスリットを通って処理室内に入り込みやすくなり、生成されるプラズマに影響を及ぼす恐れがある。
そのため前記スリットの幅寸法は、前記金属板の板厚以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましい。これにより処理室内への電界の入り込みを抑制し、生成されるプラズマへの影響を低減することができる。なお本明細書でいう「スリットの幅寸法」とは、厚さ方向から視て、アンテナと重複する箇所における、アンテナに沿った方向のスリットの長さを意味する。

互いに隣り合うスリット間における前記金属板の幅寸法が１５ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。
このようにすれば、金属板に流れる誘導電流をより小さくすることができ、処理室に供給される高周波磁場の強度をより向上することができる。

このようにした本発明によれば、処理室の外部にアンテナを配置するものにおいて、アンテナから生じた高周波磁場を処理室に効率よく供給することができるプラズマ処理装置を提供することができる。

本実施形態のプラズマ処理装置の全体構成を模式的に示すアンテナの長手方向に直交する断面図。 同実施形態のプラズマ処理装置の全体構成を模式的に示すアンテナの長手方向に沿った断面図。 同実施形態のプラズマ処理装置の窓部材の構成を模式的に示すアンテナの長手方向に沿った断面図。 同実施形態のプラズマ処理装置の窓部材の構成を模式的に示すアンテナ側から視た平面図。 同実施形態のプラズマ処理装置のアンテナとスリットとの関係を模式的に示す平面図。 同実施形態の金属板を冷却する冷却機構の構成を模式的に示す平面図。 他の実施形態のプラズマ処理装置の全体構成を模式的に示すアンテナの長手方向に沿った断面図。 他の実施形態のプラズマ処理装置のアンテナとスリットとの関係を模式的に示す平面図。 他の実施形態の金属板の構成を模式的に示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）。 スリット間長さによる高周波磁場の強度への影響を説明するグラフ。 スリット角度による高周波磁場の強度への影響を説明するグラフ。 スリット幅による高周波磁場の強度への影響を説明するグラフ。 金属板の厚みによる高周波磁場の強度への影響を説明するグラフ。 アンテナに印加する高周波電力とプラズマ発光強度との関係を説明するグラフ。 アンテナの中心軸－金属板の表面間の距離とプラズマ発光強度との関係を説明するグラフ。

以下に、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明するプラズマ処理装置は本発明の技術的思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施形態において説明する内容は、他の実施形態にも適用可能である。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、説明を明確にするため誇張していることがある。

＜装置構成＞
本実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板等の被処理物Ｗに真空処理を施すものである。ここで基板は、例えば液晶ディスプレイや有機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。

なお本実施形態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。

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Ｇが導入される処理室１が内側に形成された真空容器２と、処理室１の外部に設けられたアンテナ３と、アンテナ３に高周波を印加する高周波電源４とを備えている。真空容器２にはアンテナ３から生じた高周波磁場を処理室１内に透過させる磁場透過窓５が形成されている。高周波電源４からアンテナ３に高周波を印加すると、アンテナ３から発生した高周波磁場が磁場透過窓５を透過して処理室１内に形成されることで処理室１内の空間に誘導電界が発生し、これにより誘導結合型のプラズマＰが生成される。

真空容器２は、容器本体２１と、磁場透過窓５を形成する窓部材２２とを備えている。

容器本体２１は例えば金属製の容器であり、その壁（内壁）によって処理室１が内側に形成されている。容器本体２１の壁（ここでは上壁２１ａ）には、厚さ方向に貫通する開口部２１１が形成されている。窓部材２２はこの開口部２１１を塞ぐように容器本体２１に着脱可能に取り付けられている。なお容器本体２１は電気的に接地されており、窓部材２２と容器本体２１との間はＯリング等のガスケットや接着剤により真空シールされている。

真空容器２は、真空排気装置６によって処理室１が真空排気されるように構成されている。また真空容器２は、例えば流量調整器（図示省略）及び容器本体２１に設けられた複数のガス導入口２１２を経由して、処理室１にガスＧが導入されるように構成されている。ガスＧは、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法によって基板に膜形成を行う場合には、ガスＧは、原料ガス又はそれを希釈ガス（例えばＨ_２）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_４の場合はＳｉ膜を、ＳｉＨ_４＋ＮＨ_３の場合はＳｉＮ膜を、ＳｉＨ_４＋Ｏ_２の場合はＳｉＯ_２膜を、ＳｉＦ_４＋Ｎ_２の場合はＳｉＮ：Ｆ膜（フッ素化シリコン窒化膜）を、それぞれ基板上に形成することができる。

また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ７が設けられている。この例のように、基板ホルダ７にバイアス電源８からバイアス電圧を印加するようにしてもよい。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７内に、基板Ｗを加熱するヒータ７１を設けておいてもよい。

図１及び図２に示すように、アンテナ３は複数本設けられており、各アンテナ３は磁場透過窓５に対向するように処理室１の外部に配置されている。ここで、各アンテナ３と磁場透過窓５との間の距離が２ｍｍ程度とされている。各アンテナ３は、処理室１に設けられる基板Ｗの表面と実質的に平行になるように配置されている。

各アンテナ３は同一構成のものであり、外観視して長さが数十ｃｍ以上の直線状（具体的には円柱状）をなすものである。アンテナ３の一端部である給電端部３ａ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されてもよい。

ここで各アンテナ３は、内部に冷却液ＣＬが流通可能な流路が形成されている中空構造のものである。具体的に各アンテナ３は、図２に示すように、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と電気的に直列接続された定量素子であるコンデンサ３２とを備えている。ここでは各アンテナ３は、３つの導体要素３１と２つのコンデンサ３２とを備えている。各導体要素３１は、内部に冷却液が流れる直線状の流路が形成された直管状（具体的には円管状）をなす同一形状のものである。各導体要素３１の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金又はステンレス等の金属であるが、これに限られるものではなく適宜変更してもよい。

各アンテナ３をこのように構成することによって、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ＩＲが流れやすくなり、処理室１内に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。

高周波電源４は、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く適宜変更してもよい。

しかして本実施形態のプラズマ処理装置１００では、図３に示すように、窓部材２２が、処理室１側からアンテナ３側に向かって順に設けられた金属板２２１と誘電体板２２２とを備える。金属板２２１は、その厚さ方向に貫通するスリット２２１ｓが形成されており、容器本体２１の開口部２１１を塞ぐように設けられている。誘電体板２２２は、金属板２２１に接触して支持され、スリット２２１ｓを処理室１の外部側（すなわちアンテナ３側）から塞ぐように、金属板２２１のアンテナ３側の表面に設けられている。本実施形態のプラズマ処理装置１００では、金属板２２１のスリット２２１ｓとこれを塞ぐ誘電体板２２２によって磁場透過窓５が形成されている。すなわち、アンテナ３から生じる高周波磁場は、誘電体板２２２とスリット２２１ｓを透過して処理室１に供給される。なお、開口２１１を塞ぐ金属板２２１と、金属板２２１のスリット２２１ｓを塞ぐ誘電体板２２２によって、処理室１内における真空が保持される。以下の説明において、金属板２２１の厚さ方向を単に「厚さ方向」という。

金属板２２１は、アンテナ３から生じた高周波磁場を処理室１内に透過させるとともに、処理室１外から処理室１内への電界の入り込みを防ぐものである。具体的には、金属材料を圧延加工（例えば冷間圧延や熱間圧延）して平板状に形成したものである。ここでは金属板２２１の厚みを約５ｍｍとしているが、これに限らず仕様に応じて適宜変更してよい。金属板２２１の板厚は、真空処理時において処理室１の内外圧の差圧に耐えられる厚さであればよく、１ｍｍ以上が好ましい。

図３及び図４に示すように、金属板２２１は、平面視して容器本体２１の開口２１１の全体を覆うことができる形状（ここでは矩形状）をなしている。金属板２２１の外周縁により囲まれた面積は、容器本体２１の開口２１１の面積よりも大きい。そして金属板２２１は、容器本体２１の開口２１１のアンテナ３側の周縁部を取り囲むようにして、容器本体２１に接触して支持されるように設けられている。金属板２２１は処理室１に配置される基板Ｗの表面と実質的に平行になるように配置されている。金属板２２１と容器本体２１とは、その間にシール構造（図示しない）を介在させていることにより真空シールされている。ここではシール構造は、金属板２２１と容器本体２１との間に設けられた、例えばＯリングやガスケット等のシール部材や接着剤により実現される。これらのシール部材は開口２１１の外周縁を取り囲むように設けられる。

本実施形態では金属板２２１は容器本体２１と電気的に接触しており、容器本体２１を介して接地されている。これに限らず金属板２２１は直接接地されていてもよい。

金属板２２１を構成する材料は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ又はＣｏを含む群から選択される１種の金属又はそれらの合金（例えばステンレス合金、アルミニウム合金等）等であってよい。また原料、資材、製造設備等の状況によって混入する微量の元素（不可避的不純物）を含んでいてもよい。耐食性や耐熱性を向上させる観点から、金属板２２１の処理室１側の表面に対してコーティング処理が行われていてもよい。

図４に示すように、スリット２２１ｓは、厚さ方向から視てアンテナ３と直交する方向に長手方向をとる矩形状を成すものであり、アンテナ３と処理室１との間に位置するようにアンテナ３の直下に形成されている。スリット２２１ｓは各アンテナ３に対応する位置に形成されている。具体的には１つのアンテナ３に対応する位置に、複数個のスリット２２１ｓが形成されている。より具体的にいうと、アンテナ３が有する各導体要素３１に対応する位置に１つ又は複数個のスリット２２１ｓが形成されている。本実施形態では、各導体要素３１に対応する位置に６つのスリット２２１ｓが形成されている。スリット２２１ｓの数はこれに限らず仕様に応じて適宜変更されてもよい。各スリット２２１ｓはここでは同一形状を成しているが、異なる形状であってもよい。

スリット２２１ｓは、各アンテナ３（具体的には各導体要素３１）に対応する位置において互いに平行に形成されている。具体的には図５に示すように、各スリット２２１ｓは、厚さ方向から視て、その長手方向とアンテナ３との成す角度θ_ｓが略同一になるように形成されている。ここでは、スリット２２１ｓとアンテナ３とが成す当該角度θ_ｓを約９０°としている。

各スリット２２１ｓはその幅寸法ｄ_ｗが略同一になるように形成されている。スリット２２１ｓの幅寸法ｄ_ｗは、金属板２２１の板厚以下であることが好ましく、約１／２以下であることがより好ましく、約１／３以下であることがさらに好ましい。

またスリット２２１ｓは、アンテナ３に沿って所定のピッチ長さｄ_ｐで等間隔に形成されている。ここでいう「ピッチ長さ」とは、図５に示すように、アンテナ３に沿った方向における、互いに隣り合うスリット２２１ｓのそれぞれの中心位置間の距離である。

またスリット２２１ｓは、互いに隣り合うスリット２２１ｓ間における金属板２２１の幅寸法が同じになるように形成されている。ここでいう「互いに隣り合うスリット間における金属板の幅寸法」（以下において単に「スリット間長さ」ともいう）とは、スリット２２１ｓのピッチ長さｄ_ｐから、スリット２２１ｓの幅寸法ｄ_ｗを引いた長さである。スリット間長さｄ_ｓは、１５ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態のプラズマ処理装置１００は、金属板２２１を冷却する冷却機構９を備えている。具体的にこの冷却機構９は、図６に示すように、金属板２２１の内部に形成された冷却用流体が流通可能な流路９１と、冷却用流体を流路９１に供給する冷却流体供給機構（図示しない）とを備えている。流路９１の両端は金属板２２１の表面に開口しており、冷却用流体は一方の開口９１ａから流路９１に供給され、他方の開口９１ｂから排出される。

流路９１は、一方の開口９１ａから他方の開口９１ｂまで一方向に流体が流れるように形成されている。ここでは流路９１はアンテナ３（具体的には導体要素３１）毎に対応して設けられている。流路９１は、スリット２２１ｓの短手方向に平行に形成された第１流路部分９１ｘと、スリット２２１ｓの長手方向に平行に形成された第２流路部分９１ｙとを備えており、これらが組み合わせられて、複数のスリット２２１ｓの間を蛇行するように形成されている。流路９１は、少なくとも互いに隣り合うスリット２２１ｓの間を通るように形成されている。より具体的には、第２流路部分９１ｙが、互いに隣り合うスリット２２１ｓの間の中央部を通るように形成されている。なお、流路９１に供給される冷却用流体は液体又は気体のいずれでもよい。

誘電体板２２２は、アンテナ３から生じた高周波磁場を処理室１内に透過させるとともに、スリット２２１ｓを塞いで処理室１内の真空を保持するものである。具体的にこの誘電体板２２２は、それ全体が誘電体物質で構成された平板状をなすものである。ここでは誘電体板２２２の板厚を金属板２２１の板厚よりも小さくしているが、これに限定されない。アンテナ３と処理室１との間の距離を短くする観点から薄い方が好ましい。誘電体板２２２の板厚は、処理室１を真空排気した状態において、スリット２２１ｓから受ける処理室１の内外の差圧に耐え得る強度を備えればよく、スリット２２１ｓの数や長さや誘電体板２２２の材質等の仕様に応じて適宜設定されてよい。例えば、スリット２２１ｓの幅寸法ｄ_ｗが２０ｍｍ、スリット２２１ｓの長さ寸法ｄ_ｌが３０ｍｍ、スリット間長さｄ_ｓが５ｍｍであって、誘電体板２２２が無アルカリガラスからなる場合、誘電体板２２２の板厚は０．７ｍｍ以上であることが好ましい。

誘電体板２２２を構成する材料は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、フッ素樹脂（例えばテフロン）等の樹脂材料等の既知の材料であってよい。また誘電損を低減する観点から、誘電体を構成する材料は誘電正接が０．０１以下のものが好ましく、０．００５以下のものがより好ましい。

誘電体板２２２は、金属板２２１に形成された複数のスリット２２１ｓを覆って塞ぐように、金属板２２１のアンテナ３側の表面に設けられている。具体的には、誘電体板２２２は、複数のスリット２２１ｓの周囲を取り囲んで密着するように、金属板２２１のアンテナ３側の表面に接触している。誘電体板２２２と金属板２２１は、その間にシール構造（図示しない）を介在させていることにより真空シールされている。ここではシール構造は、誘電体板２２２と金属板２２１の間に設けられた、例えばＯリングやガスケット等のシール部材や接着剤により実現される。これらのシール部材は、複数のスリット２２１ｓの全てを一挙に取り囲みように設けられてもよいし、複数のスリット２２１ｓを個別に取り囲むように設けられてもよい。また、誘電体板２２２が樹脂材料等の高弾性を有する材料から成る場合には、シール構造は誘電体板２２２の弾性力により実現されてもよい。

窓部材２２は、金属板２２１と誘電体板２２２とを保持する保持枠２２３を更に備えている。保持枠２２３は、金属板２２１と誘電体板２２２を、容器本体２１の上面２１ｂに対して押さえ付けて保持するものである。図３及び図４に示すように、保持枠２２３は平板状をなすものであり、処理室１に設けられる基板Ｗの表面と実質的に平行になるように誘電体板２２２上に配置されている。具体的には保持枠２２３はその下面が、誘電体板２２２及び金属板２２１の上面に接触するように配置されている。保持枠２２３は、ネジ機構等の固定部材（図示しない）により容器本体２１の上面２１ｂに脱着可能に取り付けられている。

保持枠２２３を構成する材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ又はＣｏを含む群から選択される１種の金属又はそれらの合金等であってよい。また、内部を流れる誘導電流を小さくする観点から、保持枠２２３は誘電体により構成されていることが好ましい。このような誘電体材料として、例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、フッ素樹脂（例えばテフロン）等の樹脂材料等を挙げることができる。また、保持枠２２３を固定するためのボルト等の固定部材も、保持枠２２３と同様にセラミック等の誘電体材料から構成されていることが好ましい。

保持枠２２３には厚さ方向に貫通する長孔状の開口２２３оが複数形成されており、当該開口２２３оから誘電体板２２２が露出している。図４に示すように、開口２２３оは各アンテナ３（具体的には各導体要素３１）に対応する位置に形成されている。より具体的には、開口２２３оは、厚さ方向から視て各アンテナ３とこれに対応する位置にある磁場透過窓５とを取り囲むように形成されている。ここでは、３本のアンテナ３（すなわち９本の導体要素３１）に対応するように、９個の開口２２３оが形成されている。

本実施形態のプラズマ処理装置１００は、保持枠２２３を冷却する保持枠冷却機構（図示しない）を備えていてもよい。保持枠冷却機構は、例えば水冷や空冷の手段により保持枠２２３を冷却するものであってもよい。水冷の場合には、保持枠２２３を、その内部に冷却液が流通可能な流路を有する中空構造のものにすることで冷却するように構成してもよい。また空冷の場合には、ファン等による送風により保持枠２２３を冷却するように構成してもよい。

また本実施形態のプラズマ処理装置１００は、図３に示すように、アンテナ３の直径（具体的には各導体要素３１の直径）Ｄ（ｍｍ）と、アンテナ３の中心軸（具体的には、各導体要素３１の中心軸）と金属板２２１におけるアンテナ３側の表面との間の距離ｈ（ｍｍ）とが、以下の（１）式及び（２）式を満足するように、アンテナ３の位置が設定されている。
ｈ－Ｄ／２＞０．７ （１）
１５≧ｈ－Ｄ／２ （２）
なお、上記（１）式及び（２）式における“ｈ－Ｄ／２”の値は、アンテナ３の表面と、金属板２２１のアンテナ３側の表面との間の距離が最も短くなる位置における、ｈ（ｍｍ）及びＤ（ｍｍ）の値を用いて算出される。

＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、磁場透過窓５を形成する窓部材２２の一部をセラミックス等の誘電体材料よりも靭性が大きい金属材料で構成しているので、誘電体材料だけで磁場透過窓５を構成する場合に比べて磁場透過窓５の厚みを小さくすることができる。これにより、アンテナ３から処理室１までの距離を短くすることができ、アンテナ３から生じた高周波磁場を処理室１内に効率よく供給することができる。
さらに、容器本体２１の開口２１１を塞ぐように金属板２２１を設けるので、プラズマ生成空間たる処理室１を取り囲む部材を全て電気的に接地することができる。これにより、アンテナ３の電圧によるプラズマへの影響を低減することができ、電子温度の低減及びイオンエネルギーの低減を可能にすることができる。

＜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。

前記実施形態では金属板２２１は平板状であったがこれに限定されない。他の実施形態では、図７に示すように、誘電体板２２２が載せられる面が容器本体２１の上壁２１ａよりも基板Ｗ側に位置するように構成されてもよい。このような構成であれば、アンテナ３を処理室１により近づけることができるので、処理室１に形成されるプラズマ密度をより向上することができる。

前記実施形態においてスリット２２１ｓとアンテナ３とが成す角度θ_ｓは約９０°であったがこれに限らない。他の実施形態では、当該角度θ_ｓは約３０°以上、約９０°以下の任意の角度θ_ｓであってよい。当該角度θ_ｓは、約６０°以上、約９０°以下であることがより好ましく、約９０°であることが最も好ましい。

また他の実施形態では図８に示すように、アンテナ３とのなす角度θ_ｓが約３０°以上、約９０°以下であるスリット２２１ｓに加えて、アンテナ３とのなす角度が約０°以上、約３０°未満であるスリット２２１ｔが、金属板２２１に更に形成されていてもよい。この場合スリット２２１ｔは、アンテナ３とのなす角度が０°であることが好ましい。またこのスリット２２１ｔはアンテナ３の直下に位置するように形成されていることが好ましい。

前記実施形態ではスリット２２１ｓは互いに平行になるように形成されていたが、これに限定されない。アンテナ３となす角度が互いに異なるようにスリット２２１ｓが形成されてもよい。

また、スリット２２１ｓは一定のピッチ長さｄ_ｐで形成されていなくてもよい。例えば、スリット２２１ｓの幅寸法ｄ_ｗが一定である場合、アンテナ３（具体的には導体要素３１）の長手方向における中央位置近傍では、ピッチ長さｄ_ｐ及びスリット間長さｄ_ｓを大きくし、アンテナ３の長手方向における両端部に近づくほどピッチ長さｄ_ｐ及びスリット間長さｄ_ｓを小さくしてもよい。このようにすれば、処理室１内においてアンテナ３の長さ方向に沿ったプラズマ密度を均一に近づけることができる。

また、スリット２２１ｓのそれぞれの幅寸法ｄ_ｗは同一でなくてもよい。例えば、スリット２２１ｓは一定のピッチ長さｄ_ｐで形成されている場合、アンテナ３の長手方向における中央位置近傍では、幅寸法ｄ_ｗを小さく（すなわち、スリット間長さｄ_ｓを大きく）し、アンテナ３の長手方向における両端部に近づくほど幅寸法ｄ_ｗを大きく（すなわち、スリット間長さｄ_ｓを小さく）してもよい。このようにすれば、処理室１内においてアンテナ３の長さ方向に沿ったプラズマ密度を均一に近づけることができる。

前記実施形態では、隣り合うスリット２２１ｓの間には第２流路部分９１ｙが１本のみ形成されていたが、これに限らず複数本が形成されていてもよい。また流路９１は、一方の開口９１ａから他方の開口９１ｂまで分岐することなく形成されているものに限らず途中で分岐するように形成されてもよい。また開口９１ａ及び９１ｂは、流路９１の両端に設けられる必要はなく、流路９１の途中に設けられていてもよい。

前記実施形態のプラズマ処理装置は、１枚の金属板２２１を備えるものであったがこれに限定されない。他の実施形態では、厚さ方向に重ねられた複数枚の金属板２２１を備えてもよい。この場合、各金属板２２１は構成材料が互いに異なってもよく、同じ構成材料であってもよい。

前記実施形態では窓部材２２は容器本体２１の上面２１ｂに取り付けられていたが、これに限らない。他の実施形態では、容器本体２１の上面に設けられたフランジ等に取り付けられもよい。

前記実施形態では、保持枠２２３の開口２２３оは各導体要素３１に対応する位置に複数形成されていたが、これに限定されない。他の実施形態では、厚さ方向から視て、全ての導体要素３１を取り囲むように１つの開口が形成されていてもよい。

前記実施形態のプラズマ処理装置１００は、アンテナ３を複数本備えていたが、これに限らずアンテナ３を１本のみ備えていてもよい。

前記実施形態のプラズマ処理装置１００は、アンテナ３は、複数の導体要素３１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定量素子であるコンデンサ３２とを備えるものであったがこれに限らない。他の実施形態では、アンテナ３は１つの導体要素３１のみを備え、コンデンサ３２を備えていなくてもよい。

他の実施形態のプラズマ処理装置１００では、図９に示すように、金属板２２１の側面２２１１に開口が形成されており、この開口を塞ぐように側板９２が嵌め込まれていてもよい。そして流路９１（ここでは第１流路部分９１ｘ）の内側壁の一部が、側板の側面９２１により形成されていてもよい。このような流路９１は、例えば金属板２２１の側面２２１１からスリットの長手方向に沿って切削することで第２流路部分９１ｙを形成し、スリットの長手方向に直交する方向に沿って切削することで第１流路部分９１ｘを形成し、当該切削加工により側面２２１１に形成された開口を塞ぐように側板９２を設けることで形成することができる。当然ながら他の方法により流路９１を形成してもよい。

前記実施形態ではアンテナ３は直線状の導体であったが、これに限らず、スパイラル型の導体やドーム状コイルであってもよい。

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。

＜高周波磁場強度の評価＞
上記したプラズマ処理装置１００における、金属板２２１の仕様（スリット間長さｄ_ｓ、スリットの角度θ_ｓ、スリット幅ｄ_ｗ、板厚等）の違いによる高周波磁場への影響を実験により評価した。なお本発明は以下の実験例によって制限を受けるものではなく、前記及び後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（１）スリット間長さｄ_ｓによる影響
スリット間長さｄ_ｓによる高周波磁場への影響を評価した。具体的には、ステンレス合金（ＳＵＳ３１６）からなる厚み１０μｍの金属板を６つ準備した。各金属板には、０．５ｍｍの幅寸法のスリットを、スリット間長さｄ_ｓがそれぞれ異なるようにして（それぞれ０ｍｍ、５ｍｍ、１５ｍｍ、４５ｍｍ、７０ｍｍ、１４０ｍｍ）を形成した。なお各金属板に形成したスリットはいずれも、後にセットするアンテナとの成す角度θ_ｓが９０°になるようにした。そして各金属板に対して一方の面側に設けたアンテナから高周波磁場を供給し、反対の面側（処理室側）に透過した高周波磁場の平行磁場強度を１ターンのピックアップコイルを用いて測定した。ここでアンテナには１５０Ｗの高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）を供給して高周波磁場を発生させた。そして、スリット間長さが０ｍｍである金属板における平行磁場強度に対する、各金属板における平行磁場強度の比（磁場強度比）を算出した。その結果を図１０に示す。

図１０に示す結果から、スリット間長さが短いほどアンテナから生じた高周波磁場を処理室側に効率よく供給できることが分かった。特にスリット間長さを約１５ｍｍ以下にすることで平行磁場強度がより強くなり、約５ｍｍ以下にすることでさらに強くなることが分かった。

（２）スリットの角度θ_ｓによる影響
スリットの角度θ_ｓによる高周波磁場への影響を評価した。具体的には、ステンレス合金（ＳＵＳ３１６）からなる厚み１０μｍの金属板を４つ準備した。各金属板には、一定の幅寸法（０．５ｍｍ）のスリットを、一定のピッチ長さ（５ｍｍ）で平行に形成した。ここで各金属板に形成したスリットは、後にセットするアンテナとの成す角度θ_ｓ（スリットの角度θ_ｓ）がそれぞれ異なるようにした（それぞれ９０°、６０°、４５°、３０°）。そして上記（１）と同じ手順で、各金属板の処理室側における平行磁場強度を測定した。そして、スリットの角度θ_ｓが９０°（すなわち、アンテナに対してスリットが直交する）である金属板における平行磁場強度に対する、各金属板における平行磁場強度の比（磁場強度比）を算出した。その結果を図１１に示す。

図１１に示す結果から、３０°～９０°のいずれのスリット角度θ_ｓにおいても、アンテナから生じた高周波磁場を処理室側に効率よく供給できることが分かった。そしてスリットの角度θ_ｓが大きいほど、すなわちアンテナに対して直角に近づくほど、高周波磁場をより効率よく供給できることが分かった。特にスリットの角度θ_ｓを約４５°以上にすることで平行磁場強度がより強くなり、約６０°以上にすることでさらに強くなることが分かった。

（３）スリット幅ｄ_ｗによる影響
スリット幅ｄ_ｗによる高周波磁場への影響を評価した。具体的には、厚み１ｍｍの金属板（Ｃｕ）を３つ準備した。各金属板には、それぞれ異なる幅寸法（１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ）のスリットを、所定のスリット間長さ（５ｍｍ）で形成した。すなわち、各金属板におけるスリットのピッチ長さをそれぞれ６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍとした。なお各金属板に形成したスリットはいずれも、後にセットするアンテナとの成す角度θ_ｓが９０°になるようにした。そして上記（１）と同じ手順で、各金属板の処理室側における平行磁場強度を測定した。また、スリットピッチが０ｍｍの金属板（すなわち、スリットが連続するように形成されて、完全に開口している）を準備し、同様の手順で平行磁場強度を測定した。スリットピッチが０ｍｍである金属板における平行磁場強度に対する、各金属板における平行磁場強度の比（磁場強度比）を算出した。その結果を図１２に示す。

図１２に示す結果から、１ｍｍ～５ｍｍのいずれのスリット幅であっても、アンテナから生じた高周波磁場を処理室側に効率よく供給できることが分かった。そしてスリット幅が大きいほど、高周波磁場をより効率よく供給できることが分かった。

（４）金属板の厚みによる影響
金属板の厚みによる高周波磁場への影響を評価した。具体的には、厚み１ｍｍの金属板（Ｃｕ）と厚み３ｍｍの金属板（Ｃｕ）を準備した。各金属板に、幅寸法３ｍｍのスリットを、ピッチ長さ８ｍｍで形成した。なお各金属板に形成したスリットはいずれも、後にセットするアンテナとの成す角度θ_ｓが９０°になるようにした。そして上記（１）と同じ手順で、各金属板の処理室側における平行磁場強度を測定した。ここでは、アンテナに供給する高周波電力を１００Ｗ～３００Ｗまで５０Ｗずつ変化させて平行磁場強度を測定した。そして供給する高周波電力の大きさ毎に、厚み１ｍｍである金属板における平行磁場強度に対する、厚み３ｍｍの金属板における平行磁場強度の比（磁場強度比）を算出した。その結果を図１３に示す。

図１３に示す結果から、アンテナに供給する高周波電力の大きさによらず、厚み１ｍｍの金属板における平行磁場強度が、厚み３ｍｍの金属板における平行磁場強度よりの大きくなった。これにより金属板の板厚が小さい方が、アンテナから生じた高周波磁場を処理室側に効率よく供給できることが分かった。

＜プラズマの発光強度の評価＞
（１）高周波電力の大きさによるプラズマ発光強度への影響
上記した実施形態のプラズマ処理装置１００において、アンテナ３から生じた高周波磁場を磁場透過窓５を通して透過させて処理室１内にプラズマＰを発生できることを次のようにして確認した。

具体的には、厚み方向に複数のスリット２２１ｓ（幅寸法ｄ_ｗが３ｍｍ、長さ寸法ｄ_ｌが３０ｍｍ、スリット間長さｄ_ｓが３ｍｍ）が形成されたＣｕ合金からなる板厚３ｍｍの金属板２２１と、板厚０．６ｍｍの誘電体板２２２とを準備し、これらを上記実施形態の要領で保持枠２２３で保持して容器本体２１に取り付けた。アンテナ３として直径Ｄが６ｍｍのものを使用し、当該アンテナ３を、アンテナ３の中心軸と金属板２２１のアンテナ３側の表面との間の距離ｈが４．５ｍｍになるように設けた。そして、真空容器２を真空排気した後に、７．０ｓｃｃｍのＡｒガスを導入しつつ処理室１内の圧力を１８×１０^－３Ｔｏｒｒとなるように調整した。そしてアンテナ３に対して電力値を変更しながら高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）を供給し、処理室１に発生するプラズマＰの発光強度を、発光分光分析装置により計測した。その結果を図１４に示す。図１４から分かるように、スリット２２１ｓが形成された金属板２２１を誘電体板２２２で覆って磁場透過窓５を形成することによって、アンテナ３から生じた高周波磁場を、磁場透過窓５を通して透過させて処理室１内にプラズマＰを発生できることを確認できた。

（２）アンテナ中心軸～金属板表面の距離によるプラズマ発光強度への影響
次に、上記（１）の評価で用いたプラズマ処理装置１００において、アンテナ３の中心軸と金属板２２１の表面との間の距離を変化させて、これによるプラズマ発光強度への影響を評価した。具体的には、アンテナ３の中心軸と金属板２２１のアンテナ３側の表面との間の距離ｈを４．５ｍｍ～１１ｍｍまで変化させ、アンテナ３に対して１０００Ｗの高周波電力を供給して、処理室１に発生するプラズマＰの発光強度を、発光分光分析装置により計測した。その結果を図１５に示す。図１５から分かるように、処理室１に発生するプラズマＰの発光強度は、アンテナ３の中心軸と金属板２２１のアンテナ３側の表面との間の距離ｈの逆数に概して比例し、距離ｈが短くなるほど、プラズマＰの発光強度が強くなることが分かった。また、ｈ＝４．５ｍｍにおける発光強度を基準値（１００％）とし、その２５％の発光強度を真空処理が可能な下限と設定すると、当該下限における距離ｈは約１８ｍｍであり、「ｈ－Ｄ／２」の値は約１５ｍｍとなった。

１００ ・・・プラズマ処理装置
１ ・・・処理室
２１ ・・・容器本体
２１１ ・・・開口
２２１ ・・・金属板
２２１ｓ・・・スリット
２２２ ・・・誘電体板
３ ・・・アンテナ
４ ・・・高周波電源
５ ・・・磁場透過窓

Claims (13)

1. 処理室に配置された被処理物をプラズマを用いて真空処理するプラズマ処理装置であって、
   前記処理室を形成する壁に開口を有する容器本体と、
   前記開口を塞ぐように設けられ、厚さ方向に貫通するスリットが形成されている金属板と、
   前記金属板に接触して支持され、前記スリットを前記処理室の外部側から塞ぐ誘電体板と、
   前記金属板に対向するように前記処理室の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナとを備え、
   下記（１）式を満足するプラズマ処理装置。
   ｈ－Ｄ／２＞０．７ （１）
   ここで、ｈは前記アンテナの中心軸と前記金属板における前記アンテナ側の表面との間の距離（ｍｍ）であり、Ｄは前記アンテナの直径（ｍｍ）である。
2. 更に下記式（２）を満足する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
   １５≧ｈ－Ｄ／２ （２）
3. 前記厚さ方向から視て、前記スリットが前記アンテナと前記処理室との間に位置するように形成されている請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナが直線状をなすものであり、
   複数の前記スリットが互いに平行に形成されている請求項１～３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記金属板の内部には冷却用流体が流通可能な流路が形成されている請求項１～４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記流路が、少なくとも互いに隣り合うスリットの間を通るように形成されている請求項４を引用する請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記開口を塞ぐように前記容器本体に取り付けられ、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記処理室内に透過させる磁場透過窓を形成する窓部材を備え、
   前記窓部材が、前記金属板と、前記誘電体板と、前記金属板及び前記誘電体板を保持する保持枠とを有する請求項１～６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
8. 前記厚さ方向から視て、前記スリットと前記アンテナとの成す角度が３０°以上、９０°以下である請求項１～７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記スリットと前記アンテナとの成す角度が４５°以上、９０°以下である請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記スリットの幅寸法が、前記金属板の板厚以下である請求項１～９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記スリットの幅寸法が、前記金属板の板厚の１／２倍以下である請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 互いに隣り合うスリット間における前記金属板の幅寸法が１５ｍｍ以下である請求項４又は請求項４を引用する請求項５～１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 互いに隣り合うスリット間における前記金属板の幅寸法が５ｍｍ以下である請求項１２に記載のプラズマ処理装置。

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