WO2024166299A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2024166299A1
WO2024166299A1 PCT/JP2023/004383 JP2023004383W WO2024166299A1 WO 2024166299 A1 WO2024166299 A1 WO 2024166299A1 JP 2023004383 W JP2023004383 W JP 2023004383W WO 2024166299 A1 WO2024166299 A1 WO 2024166299A1
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WO
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plasma processing
workpiece
vacuum vessel
turntable
processing apparatus
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PCT/JP2023/004383
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English (en)
French (fr)
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大輔 松尾
靖典 安東
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices

Definitions

  • This disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • Plasma processing apparatuses are known that use an antenna to generate plasma inside a vacuum chamber. Depending on the type of plasma processing apparatus, the apparatus performs a specific plasma processing on the workpiece using the generated plasma. Specifically, plasma processing apparatuses are known that perform, for example, a film removal process to remove a coating from the surface of the workpiece.
  • Patent Document 1 discloses a coating removal device that irradiates an ion flow onto a coating material to remove the coating from the coating material.
  • This conventional coating removal device places the coated coating material in an ion flow concentration area where two or more ion flows overlap, and removes the coating from the coating material by irradiating the ion flow onto the coating material.
  • This disclosure has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a plasma processing device that can efficiently process objects to be processed.
  • a plasma processing apparatus includes a vacuum vessel that houses an object to be processed therein, a high-frequency window that introduces into the vacuum vessel a high-frequency magnetic field that generates plasma inside the vacuum vessel, an antenna that is provided outside the vacuum vessel facing the high-frequency window and generates the high-frequency magnetic field, a turntable on which the object to be processed is placed and that rotates inside the vacuum vessel, and a shielding plate that is provided inside the vacuum vessel above the turntable and facing the high-frequency window, shielding the plasma and dividing the interior of the vacuum vessel into a plasma processing region and a cooling region, the shielding plate having a passage hole that allows the object to be processed placed on the turntable to pass through.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a top view showing a configuration of a main part of the plasma processing apparatus.
  • FIG. 2A to 2C are diagrams illustrating an example of the configuration of a holder shown in FIG. 1 .
  • 4 is a graph showing an example of the relationship between plasma electron density and sheath thickness in the plasma processing apparatus.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating an example of a relationship between a workpiece and a sheath in a film removal process.
  • 2 is a diagram for explaining the shielding plate shown in FIG. 1 and the plasma processing region and cooling region formed thereby in the plasma processing apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a top view showing a configuration of a main part of the plasma processing apparatus.
  • FIG. 11 is a top view showing a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 1 is a diagram illustrating the configuration of the main parts of a plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2 is a top view illustrating the configuration of the main parts of the plasma processing apparatus 1.
  • Fig. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of a holder H shown in Fig. 1.
  • a plasma processing device 1 that uses inductively coupled plasma as a specific plasma treatment to perform a film removal process that removes a coating from the surface of a workpiece W as a processing object in order to regenerate the surface of the workpiece W.
  • the present disclosure can be applied to a plasma processing apparatus that performs, as a specified plasma treatment, a metal surface treatment such as carburizing, nitriding, ashing, or etching on the surface of the workpiece W.
  • a plasma processing apparatus that performs, as a specified plasma treatment, a film formation treatment in which a specified coating is formed on the surface of the workpiece W by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method.
  • a plasma CVD Chemical Vapor Deposition
  • the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment 1 includes a vacuum vessel 2, a turntable 3, a shielding plate 4, a high-frequency window WR, and an antenna 7.
  • the plasma processing apparatus 1 also includes a cooling mechanism CM and an application mechanism SM.
  • the workpiece W is carried in and out of the vacuum vessel 2 through a door provided in the vacuum vessel 2 by a transport mechanism (not shown).
  • the vacuum vessel 2 may be opened and the workpieces W may be replaced one by one or for each turntable 3.
  • the workpiece W may be, for example, a drill for metal processing made of a metal material such as tungsten carbide or high-speed tool steel.
  • the workpiece W may also be a tool other than a drill, for example, an end mill, a mold, or a special tool, or a special part for an automobile or an aircraft.
  • the plasma processing device 1 removes a coating, such as a diamond-like carbon film, that has been formed on the surface of the workpiece W by the above-mentioned specified plasma processing.
  • the vacuum vessel 2 is made of, for example, a metal material, and includes a vessel body 2a for forming a processing chamber in which the above-mentioned predetermined plasma processing is performed on the workpiece W.
  • the vessel body 2a is, for example, cylindrical in shape, as shown in Figures 1 and 2.
  • An upper lid and a lower lid (not shown) are airtightly attached to the upper and lower openings of the vessel body 2a, and the vacuum vessel 2 is configured to be brought to a predetermined vacuum level by a vacuum pump (not shown) with the workpiece W accommodated therein.
  • the vacuum vessel 2 is grounded via a grounding wire (not shown), and a predetermined processing gas such as argon can be introduced into the vacuum vessel 2 as appropriate.
  • the turntable 3 is made of, for example, a metal material, and includes a disk-shaped table body 3a and a rotating shaft 3b provided at the center of the table body 3a.
  • the turntable 3 also forms a path for applying a predetermined bias voltage by an application mechanism SM, and applies the bias voltage to the workpiece W.
  • the rotating shaft 3b is rotatably and airtightly attached to the lower lid of the vacuum vessel 2, and a driving mechanism (not shown) is connected to the rotating shaft 3b.
  • the rotating shaft 3b rotates in the R1 direction shown in FIG. 1, so that the table body 3a revolves (rotates) in the R1 direction inside the vacuum vessel 2.
  • the table body 3a is provided with, for example, multiple holders H that support the workpieces W, and a predetermined plasma treatment is sequentially performed on the workpieces W inside the plasma treatment area PA described below.
  • the table body 3a rotates at a predetermined rotation speed (for example, 10 rpm), and the film removal treatment on each workpiece W is completed, for example, by the table body 3a rotating several times.
  • the diameter of the table body 3a is as close as possible to the inner diameter of the container body 2a, in order to make effective use of the high-density plasma inside the plasma treatment area PA.
  • the shielding plate 4 is made of a conductive material such as a metal material, and is provided inside the vacuum vessel 2 above the turntable 3 and facing the high frequency window WR. As shown in FIG. 2, the shielding plate 4 has a shielding plate body 4a formed in a V-shape when viewed from above. As shown in FIG. 6, the shielding plate body 4a is provided inside the vessel body 2a of the vacuum vessel 2 symmetrically with respect to the center and with each end of the shielding plate body 4a opening at a predetermined angle with respect to the center.
  • the shielding plate body 4a shields the space between the high frequency window WR and the shielding plate 4, and the space functions as a plasma processing area PA where the above-mentioned predetermined plasma processing is performed on the workpiece W.
  • the shielding plate 4 is configured to confine the plasma generated by the high frequency magnetic field from the high frequency window WR to the inside of the plasma processing area PA as much as possible by the shielding plate body 4a. That is, the shielding plate 4 has the function of shielding the plasma and dividing the inside of the vacuum chamber 2 into a plasma processing area PA and a cooling area CA, which will be described later.
  • the shielding plate body 4a has through holes 4b1 and 4b2 that allow the workpiece W placed on the turntable 3 and the holder H supporting it to pass through. As a result, when the table body 3a revolves, the workpiece W and the holder H can pass through the through holes 4b1 and 4b2 to enter and exit the plasma processing area PA.
  • the potential of the shielding plate body 4a is floating. Specifically, the left and right ends of the shielding plate body 4a are attached to the inner wall surface 2b of the container body 2a via insulators 4c ( Figure 2) made of a dielectric material. As a result, even when the shielding plate 4 confines plasma in the plasma processing area PA, the shielding plate body 4a can be charged to the plasma potential because the shielding plate 4 is not grounded. As a result, the shielding plate 4 can efficiently confine plasma in the plasma processing area PA while suppressing loss of plasma in the shielding plate body 4a, and the electron density of the plasma can be increased.
  • the shielding plate body 4a may be attached to the upper lid of the vacuum vessel 2.
  • the shielding plate 4 may also be made of a dielectric material such as glass. In this case, the installation of the insulator 4c may be omitted.
  • the high frequency window WR includes a metal plate 5 and a dielectric plate 6, and is configured to introduce a high frequency magnetic field for generating plasma inside the vessel body 2a of the vacuum vessel 2 into the vessel body 2a.
  • the metal plate 5 is provided with a plurality of slits, and the metal plate 5 is attached to the vessel body 2a so as to close the opening 2b1 provided in the inner wall surface 2b of the vessel body 2a.
  • the dielectric plate 6 is attached to the metal plate 5 so as to cover at least the slits.
  • the antenna 7 is, for example, linear and made of a metal material such as copper.
  • the antenna 7 is provided vertically outside the container body 2a so as to face the high-frequency window WR.
  • the antenna 7 generates a high-frequency magnetic field using high-frequency power from a power source 8, and introduces the high-frequency magnetic field into the container body 2a through the high-frequency window WR.
  • one end of the antenna 7 is electrically connected to the power supply 8 via an impedance adjustment unit (not shown) having a matching circuit.
  • the other end of the antenna 7 is electrically grounded via a variable capacitor (not shown).
  • the power supply 8 supplies high-frequency power of, for example, 13.56 MHz to one end of the antenna 7 via the impedance adjustment unit.
  • a control unit (not shown) changes the capacitance of the variable capacitor to control the efficient supply of high-frequency power to the antenna 7.
  • the cooling mechanism CM is installed in a cooling area CA provided inside the container body 2a.
  • the cooling area CA is the space inside the container body 2a separated by the shielding plate 4, excluding the plasma processing area PA.
  • the cooling area CA is the area inside the container body 2a on the opposite side of the shielding plate 4 from the antenna 7.
  • the cooling mechanism CM also includes a cooling plate CM1 arranged in the cooling area CA, and is configured to cool the workpiece W using the cooling plate CM1.
  • the cooling mechanism CM includes a cooling plate CM1 formed in an arc shape using a metal material, and a pipe CM2 provided on the inner wall surface 2b side of the container body 2a of the cooling plate CM1 for circulating a cooling medium such as water.
  • the surface of the cooling plate CM1 is provided inside the container body 2a so as to contact the holder H.
  • the cooling plate CM1 cools the workpiece W by contacting the holder H without directly contacting the workpiece W, so that the workpiece W can be reliably cooled without being damaged.
  • the application mechanism SM includes a power source SM1 provided outside the container body 2a, and applies a predetermined bias voltage from the power source SM1 to the workpiece W via the turntable 3.
  • the workpiece W is subjected to a predetermined plasma processing in the plasma processing area PA while the bias voltage from the application mechanism SM is applied to the workpiece W.
  • the power source SM1 is configured using, for example, a DC power source, a pulse power source, or an AC power source.
  • the control unit is configured to change the bias voltage from the power source SM1 depending on the content of the plasma processing on the workpiece W and the electron density of the plasma in the plasma processing area PA, so that the plasma processing is performed appropriately.
  • the application mechanism SM also has a number of holders H that are provided at predetermined intervals along the circumference of the table body 3a of the turntable 3.
  • Each of the multiple holders H is for holding a workpiece W on the table body 3a, and in this embodiment 1, as described above, the table body 3a revolves, allowing the predetermined plasma processing to be performed sequentially on the multiple workpieces W.
  • the holder H includes cylindrical support members H1 and H2 and a columnar application member H3.
  • the support members H1 and H2 are made of, for example, a dielectric material.
  • the support member H2 and application member H3 are provided on the table body 3a of the turntable 3.
  • the support member H1 is supported rotatably by the support member H2, application member H3, and table body 3a.
  • the application member H3 is electrically connected to the table body 3a and the workpiece W supported by the support member H1, and applies the bias voltage to the workpiece W supported by the support member H1.
  • the support member H1 is configured to come into contact with the cooling plate CM1.
  • the support member H1 comes into contact with the cooling plate CM1 as the table body 3a revolves, and the support member H1 (holder H) rotates (spins) in the R2 direction shown in FIG. 2.
  • the support member H1 holder H
  • spins spins
  • the opposing surface of the workpiece W with respect to the high-frequency window WR can be changed in accordance with the spin. Therefore, in this embodiment 1, it is possible to reliably perform more uniform processing on the workpiece W.
  • the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment 1 configured as described above includes a vacuum vessel 2 that houses a workpiece W therein, a high-frequency window WR that introduces a high-frequency magnetic field into the vacuum vessel 2, and an antenna 7 that is disposed opposite the high-frequency window WR and generates a high-frequency magnetic field.
  • the plasma processing apparatus 1 also includes a turntable 3 on which the workpiece W is placed and rotates, and an application mechanism SM that applies a predetermined bias voltage from a power source SM1 to the workpiece W via the turntable 3.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a shielding plate 4 that is disposed above the turntable 3 and inside the vacuum vessel 2 opposite the high-frequency window WR, shielding the space between the turntable 3 and the high-frequency window WR, and has through holes 4b1 and 4b2 formed in the shielding plate 4 that allow the workpiece W placed on the turntable 3 to pass through.
  • a plasma processing apparatus 1 capable of efficiently processing the workpieces W can be configured.
  • the inside of the vacuum vessel 2 is divided into plasma processing areas PA by the shielding plate 4, so that the electron density of the plasma in the plasma processing area PA can be increased, and the film removal rate (processing rate) for the workpieces W can be increased.
  • the workpieces W can be efficiently processed.
  • a single plasma source having one antenna 7 and one high-frequency window WR can be used to sequentially perform a predetermined plasma processing on multiple workpieces W.
  • a low-cost plasma processing apparatus 1 capable of performing plasma processing on multiple workpieces W can be configured.
  • Fig. 4 is a graph showing an example of the relationship between plasma electron density and sheath thickness in the plasma processing apparatus 1.
  • Fig. 5 is a diagram explaining an example of the relationship between the workpiece W and the sheath SA in a film removal process.
  • Fig. 6 is a diagram explaining the shielding plate 4 shown in Fig. 1, and the plasma processing area PA and cooling area CA formed thereby in the plasma processing apparatus 1.
  • Fig. 7 is a graph showing an example of the relationship between the rotation angle of the turntable 3 shown in Fig. 1 and the plasma electron density. Note that the power supply 8, power supply SM1, and piping CM2 are not shown in Fig. 6.
  • the sheath thickness of the sheath SA (FIG. 5) generated around the workpiece W in the plasma processing area PA changes according to the plasma electron density for each bias voltage.
  • the sheath SA is a shielding layer that is generated to surround the workpiece W by the bias voltage and prevents the plasma ions from approaching the workpiece W.
  • the sheath thickness changes according to the plasma electron density, as shown by curve 71 in FIG. 4.
  • the bias voltage is, for example, -250V
  • the sheath thickness changes according to the plasma electron density, as shown by curve 72 in FIG. 4.
  • the bias voltage is, for example, -500V
  • the sheath thickness changes according to the plasma electron density, as shown by curve 73 in FIG. 4.
  • the sheath thickness around the workpiece W in a cross-sectional view of the workpiece W varies depending on the plasma electron density, as shown in 502 and 503 in FIG. 5.
  • the plasma electron density is low
  • the thickness of the sheath SA becomes large, as shown in 502 in FIG. 5. Therefore, the plasma ions P1 are prevented from approaching the surface of the workpiece W by the relatively thick sheath SA.
  • the plasma electron density is low and the sheath thickness is large, it becomes difficult to perform a uniform film removal process on the workpiece W.
  • the thickness of the sheath SA can be made smaller, as shown in 503 in FIG. 5, than that shown in 502 in FIG. 5. Therefore, in the plasma processing apparatus 1 of this embodiment 1, the relatively thin sheath SA prevents the plasma ions P1 from approaching the surface of the workpiece W. In other words, in the plasma processing apparatus 1 of this embodiment 1, the plasma ions P1 can more easily approach the surface of the workpiece W, allowing for uniform film removal processing.
  • the inside of the vessel body 2a of the vacuum vessel 2 is divided by the shielding plate 4 into a plasma processing area PA on the plasma source side and a cooling area CA on the opposite side of the plasma source.
  • the shielding plate 4 is installed inside the vessel body 2a so that the center of the shielding plate body 4a is, for example, on the center C1 of the rotation axis 3b of the turntable 3.
  • the shielding plate body 4a has an opening angle of its left and right ends, and the above-mentioned predetermined angle ⁇ is set to, for example, 120°.
  • the plasma processing area PA in which the electron density of the plasma is increased by the shielding plate 4 and the cooling area CA in which the plasma processing on the workpiece W is temporarily stopped and the temperature rise in the workpiece W due to the execution of the plasma processing can be appropriately formed by substantially shielding the plasma source with the shielding plate 4 and suppressing the spread of the plasma.
  • the above-mentioned predetermined plasma processing can be performed more efficiently in the plasma processing area PA.
  • the plasma electron density in the plasma processing area PA can be set to a value greater than the reference electron density, as shown by the upward arrow in Fig. 7.
  • the rotation angle on the horizontal axis in Fig. 7 is the rotation angle of the turntable 3 with respect to the center C1, and is set to 0° when any reference position of the turntable 3 faces the antenna 7.
  • the plasma electron density can be set to a value smaller than the reference electron density.
  • the execution of plasma processing is suppressed, so that the temperature rise in the workpiece W due to the plasma processing can be suppressed, and the temperature of the workpiece W can be easily lowered.
  • the temperature rise in the workpiece W can be significantly suppressed.
  • the occurrence of damage, etc., in the workpiece W can be significantly reduced.
  • the shielding plate 4 is arranged inside the container body 2a so that the center of the shielding plate body 4a is located on the center C1 of the rotation axis 3b of the turntable 3.
  • this embodiment is not limited to this, and for example, the center of the shielding plate body 4a may be arranged closer to the high frequency window WR than the center C1. This is preferable because it allows the electron density of the plasma to be increased.
  • Fig. 8 is a top view showing a main configuration of a plasma processing apparatus 1 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the same reference numerals are used for members having the same functions as those described in the first embodiment, and the explanations thereof will not be repeated.
  • the power source 8 the power source SM1, and the piping CM2 are not shown.
  • a contact member 2c is provided on the inner wall surface 2b of the vacuum vessel 2.
  • This contact member 2c is, for example, made of a metal material and has a rod-like shape.
  • One end of the contact member 2c is attached to the inner wall surface 2b so as to protrude from the inner wall surface 2b into the inside of the vessel body 2a.
  • the other end (protruding end) of the contact member 2c is configured so as to be able to come into contact with the support member H1 of the holder H.
  • the plasma processing apparatus 1 of this embodiment 2 achieves the same effects as that of embodiment 1.
  • the support member H1 of the holder H is rotated by contact with the contact member 2c, so that more uniform processing of the workpiece W can be performed more reliably.
  • the support member H1 may be rotated only by contact with the contact member 2c.
  • the support member H1 of the holder H is rotated by contact with the cooling plate CM1 and/or the contact member 2c.
  • this embodiment is not limited to this, and for example, a rotation mechanism such as a gear may be provided that is connected to the holder H and rotates the support member H1 of the holder H using a rotational force from a drive mechanism that drives the rotation shaft 3b of the turntable 3.
  • Fig. 9 is a diagram for explaining the main configuration of a plasma processing apparatus 1 according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the same reference numerals are given to members having the same functions as those described in the first embodiment, and the explanations thereof will not be repeated.
  • the cooling mechanism CM is omitted.
  • multiple groups of holders H for example, two rows, are provided, each arranged in an arc along the extension direction of the antenna 7.
  • the lower vertical group of holders H is attached to the table body 3a of the turntable 3, as in the embodiment 1.
  • the upper vertical group of holders H is attached to the table body 3a via a support rod 15, one end of which is provided on the table body 3a.
  • the support rod 15 is adapted to rotatably support a support member H1 that supports the workpiece W.
  • the inside of the vessel body 2a is divided into a plasma processing area PA and a cooling area CA by a shielding plate 14 having a shielding plate body 14a.
  • the shielding plate 14 is provided with a passing hole 14b1 that allows the vertically upper and lower groups of holders H to pass through.
  • the plasma processing apparatus 1 of this embodiment 3 achieves the same effects as that of embodiment 1.
  • the workpieces W are supported by two rows of holders H along the extension direction of the antenna 7, so the number of workpieces W processed per unit time can be easily increased.
  • Fig. 10 is a diagram for explaining the configuration of the main parts of a plasma processing apparatus 1 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 10 is a diagram for explaining the configuration of the main parts of a plasma processing apparatus 1 according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • the same reference numerals are given to members having the same functions as those explained in the first embodiment, and the explanations thereof will not be repeated.
  • a cylindrical workpiece W0 is placed on the table body 3a of the turntable 3.
  • the workpiece W0 is placed above the rotation axis 3b, which is the center of rotation of the turntable 3.
  • the inside of the container body 2a is divided into a plasma processing area PA and a cooling area CA by a shielding plate 24 having a shielding plate body 24a.
  • the shielding plate 24 is provided with a through hole 24b that allows the workpiece W0, which rotates with the rotation of the turntable 3, to pass through.
  • the opposing surface of the workpiece W0 with respect to the high-frequency window WR can be changed according to the rotation of the turntable 3.
  • a part of the workpiece W0 can be moved sequentially between the plasma processing area PA and the cooling area CA.
  • the plasma processing apparatus 1 of this embodiment 4 achieves the same effects as that of embodiment 1.
  • the plasma processing apparatus of the first aspect of the present disclosure comprises a vacuum vessel for accommodating a workpiece therein, a high-frequency window for introducing a high-frequency magnetic field into the vacuum vessel to generate plasma inside the vacuum vessel, an antenna arranged outside the vacuum vessel facing the high-frequency window and generating the high-frequency magnetic field, a turntable on which the workpiece is placed and which rotates inside the vacuum vessel, and a shielding plate arranged inside the vacuum vessel above the turntable and facing the high-frequency window, shielding from plasma and dividing the inside of the vacuum vessel into a plasma processing region and a cooling region, the shielding plate having a passage hole formed therein to allow the workpiece placed on the turntable to pass through.
  • the above configuration makes it possible to provide a plasma processing apparatus that can efficiently process the workpiece.
  • the shielding plate when viewed from the top of the vacuum vessel, may be provided inside the vacuum vessel so that it is symmetrical with respect to its center and that each of the left and right ends opens at a predetermined angle with respect to the center.
  • the shielding plate can appropriately form a plasma processing area inside the vacuum vessel, allowing plasma processing to be performed more efficiently.
  • the potential of the shielding plate may be floating.
  • the above configuration makes it possible to prevent plasma loss and maintain a higher plasma density.
  • a fourth aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus according to any one of the first to third aspects, further comprising an application mechanism that includes a power source provided outside the vacuum vessel and applies a predetermined bias voltage from the power source to the workpiece via the turntable, and the application mechanism has a holder provided on the turntable to hold the workpiece, the holder being provided on the turntable and including a support member that rotatably supports the workpiece, and an application member that is electrically connected to the turntable and the workpiece supported by the support member and applies the bias voltage to the workpiece supported by the support member.
  • a fifth aspect of the present disclosure is the plasma processing apparatus of the fourth aspect, in which a contact member may be provided inside the vacuum vessel to come into contact with the support member of the holder and rotate the support member in response to the rotation of the turntable.
  • the above configuration makes it possible to more reliably perform more uniform processing on the workpiece.
  • a sixth aspect of the present disclosure is a plasma processing apparatus according to either the fourth or fifth aspect, which may include a cooling plate disposed inside the vacuum vessel in an area of the shielding plate opposite the antenna, and a cooling mechanism that uses the cooling plate to cool the workpiece.
  • the above configuration allows the workpiece to be cooled more quickly, resulting in a faster processing rate.
  • the cooling plate may be in contact with the holder.
  • the above configuration ensures that the workpiece can be cooled without damaging it.
  • a plurality of the objects to be processed may be provided inside the vacuum vessel along the extension direction of the antenna.
  • the above configuration makes it easy to increase the number of objects processed per unit time.
  • Plasma processing apparatus Vacuum vessel 2c Contact member 3 Turntable 3b Rotating shaft 4, 14, 24 Shielding plate 4b1, 4b2, 14b1, 24b Passing hole 5 Metal plate (high frequency window) 6. Dielectric plate (high frequency window) 7 Antenna W, W0 Work (processing object)
  • SM Voltage application mechanism SM1: Power supply H: Holder H1, H2: Support member H3: Voltage application member CM: Cooling mechanism CM1: Cooling plate WR: High frequency window PA: Plasma processing area CA: Cooling area

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Abstract

プラズマ処理装置（１）は、ワーク（Ｗ）を内部に収容する真空容器（２）と、真空容器（２）の内部に高周波磁場を導入させる高周波窓（ＷＲ）と、高周波窓（ＷＲ）に対向するように設けられて、高周波磁場を発生するアンテナ（７）と、ワーク（Ｗ）が載置されて回転するターンテーブル（３）と、を備えている。また、プラズマ処理装置（１）は、ターンテーブル（３）の上方、かつ、高周波窓（ＷＲ）に対向するように真空容器（２）の内部に設けられて、プラズマを遮蔽して、真空容器（２）の内部をプラズマ処理領域（ＰＡ）と冷却領域（ＣＡ）とに分割する遮蔽板（４）であって、ターンテーブル（３）上に載置されたワーク（Ｗ）が通過するのを許容する通過穴（４ｂ１）が形成されている遮蔽板（４）を備えている。

Description

プラズマ処理装置
　本開示は、プラズマ処理装置に関する。
　アンテナを用いて真空容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、その種別に応じて、発生させたプラズマを用いた所定のプラズマ処理を被処理物に施す。具体的には、プラズマ処理装置には、プラズマ処理として、例えば、被処理物の表面から被膜を除膜（脱膜）する除膜処理を実行するものが知られている。
　また、例えば、特許文献１には、被膜が付いた被覆材にイオン流を照射して、被覆材から被膜を脱膜する脱膜装置が開示されている。この従来の脱膜装置は、被覆された被覆材を２以上のイオン流が重なるイオン流集中部に設置し、被覆材にイオン流を照射することで被覆材の脱膜を行う。
国際公開２０１６／１６３２７８号
　しかしながら、上記のような従来技術では、効率よく被処理物の除膜処理を行うことができないという問題点があった。
　本開示は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、被処理物を効率よく処理することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本開示の一側面に係るプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の内部にプラズマを発生させる高周波磁場を、前記真空容器の内部に導入させる高周波窓と、前記真空容器の外側で前記高周波窓に対向するように設けられて、前記高周波磁場を発生するアンテナと、前記被処理物が載置されるとともに、前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、前記ターンテーブルの上方、かつ、前記高周波窓に対向するように前記真空容器の内部に設けられて、プラズマを遮蔽して、前記真空容器の内部をプラズマ処理領域と冷却領域とに分割する遮蔽板であって、前記ターンテーブル上に載置された前記被処理物が通過するのを許容する通過穴が形成されている遮蔽板と、を備えている。
　本開示の一態様によれば、被処理物を効率よく処理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。
本開示の実施形態１に係るプラズマ処理装置の要部構成を説明する図である。 上記プラズマ処理装置の要部構成を示す上面図である。 図１に示したホルダーの構成例を説明する図である。 上記プラズマ処理装置でのプラズマの電子密度とシース厚みとの関係の一例を示すグラフである。 除膜処理における、ワークとシースとの関係の一例を説明する図である。 図１に示した遮蔽板、及びこれによって形成される、上記プラズマ処理装置でのプラズマ処理領域と冷却領域とを説明する図である。 図１に示したターンテーブルの回転角度とプラズマの電子密度との関係の一例を示すグラフである。 本開示の実施形態２に係るプラズマ処理装置の要部構成を示す上面図である。 本開示の実施形態３に係るプラズマ処理装置の要部構成を説明する図である。 本開示の実施形態４に係るプラズマ処理装置の要部構成を説明する図である。
　〔実施形態１〕
　以下、本開示の実施形態１について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。図１は、本開示の実施形態１に係るプラズマ処理装置１の要部構成を説明する図である。図２は、上記プラズマ処理装置１の要部構成を示す上面図である。図３は、図１に示したホルダーＨの構成例を説明する図である。
　なお、以下の説明では、所定のプラズマ処理として、誘導結合性のプラズマを使用して、被処理物としてのワークＷの表面を再生させるために、ワークＷの表面から被膜を取り除く除膜処理を行うプラズマ処理装置１を例示して説明する。
　しかしながら、本開示は、所定のプラズマ処理として、例えば、ワークＷの表面に対する浸炭処理、窒化処理、アッシング処理、またはエッチング処理等の金属表面処理を行うプラズマ処理装置に適用することができる。また、本開示は、所定のプラズマ処理として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相堆積）法またはスパッタ法によってワークＷの表面に所定の被膜を成膜する成膜処理を行うプラズマ処理装置に適用することができる。
　＜プラズマ処理装置１の構成＞
　図１に示すように、本実施形態１のプラズマ処理装置１は、真空容器２と、ターンテーブル３と、遮蔽板４と、高周波窓ＷＲと、アンテナ７と、を備えている。また、プラズマ処理装置１は、冷却機構ＣＭと、印加機構ＳＭと、を備えている。さらに、プラズマ処理装置１では、ワークＷは、例えば、搬送機構によって真空容器２に設けられた扉を通して真空容器２の内部に搬入出される（図示せず）。なお、この説明以外に、真空容器２を開放して、ワークＷを１個ずつ、あるいはターンテーブル３ごとにワークＷを交換する構成でもよい。
　ワークＷは、例えば、タングステンカーバイドまたは高速度工具鋼などの金属材料を用いて構成された、金属加工用のドリルであり得る。また、ワークＷは、ドリル以外の工具、例えば、エンドミル、金型、あるいは特殊工具、または自動車用あるいは航空機用の特殊部品であり得る。プラズマ処理装置１は、上記所定のプラズマ処理によってワークＷの表面に成膜された、例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜などの被膜を除膜する。
　＜真空容器２＞
　真空容器２は、例えば、金属材料を用いて構成されており、ワークＷに対して上記所定のプラズマ処理を行う処理室を構成するための容器本体２ａを備えている。また、容器本体２ａは、図１及び図２に示すように、例えば、円筒形の形状に構成されている。さらに、容器本体２ａの上側開口及び下側開口には、図示しない上蓋及び下蓋が気密に取り付けられるようになっており、真空容器２はワークＷを内部に収容した状態で、図示しない真空ポンプによって所定の真空度とされるように構成されている。また、真空容器２は、図示しない接地線を介して接地されるとともに、真空容器２の内部には、アルゴンなどの所定の処理ガスが適宜導入され得る。
　＜ターンテーブル３＞
　ターンテーブル３は、例えば、金属材料を用いて構成されており、円板状のテーブル本体３ａと、テーブル本体３ａの中央部に設けられた回転軸３ｂと、を備えている。また、ターンテーブル３は、印加機構ＳＭによる所定のバイアス電圧の印加経路を構成しており、当該バイアス電圧をワークＷに印加するようになっている。また、ターンテーブル３では、回転軸３ｂは回動可能に真空容器２の上記下蓋に気密に取り付けられ、かつ、回転軸３ｂには図示しない駆動機構が連結されている。そして、ターンテーブル３では、回転軸３ｂが図１に示すＲ１方向に回動することにより、テーブル本体３ａは、真空容器２の内部でＲ１方向に公転（回転）するよう構成されている。
　テーブル本体３ａには、ワークＷを支持したホルダーＨが、例えば、複数、設けられており、後述のプラズマ処理領域ＰＡの内部でワークＷに対する所定のプラズマ処理を順次行うようになっている。換言すれば、テーブル本体３ａは、所定の回転数（例えば、１０ｒｐｍ）で回転するようになっており、各ワークＷに対する除膜処理は、例えば、数回転の回転をテーブル本体３ａが行うことにより、完了される。なお、テーブル本体３ａの直径は、容器本体２ａの内径に極力近い方が、プラズマ処理領域ＰＡの内部での高密度なプラズマを有効利用することができる点で好ましい。
　＜遮蔽板４＞
　遮蔽板４は、例えば、金属材料などの導電性材料を用いて構成されており、ターンテーブル３の上方、かつ、高周波窓ＷＲに対向するように真空容器２の内部に設けられている。遮蔽板４は、図２に示すように、上面視でＶ字状に形成された遮蔽板本体４ａを備えている。遮蔽板本体４ａには、後掲の図６に示すように、その中央部に対して左右対称に、かつ、当該中央部を中心にして左右の各端部が所定の角度で開くように真空容器２の容器本体２ａの内部に設けられている。そして、遮蔽板４では、遮蔽板本体４ａが高周波窓ＷＲとの間の空間を遮蔽して、当該空間をワークＷに対する上記所定のプラズマ処理が実行されるプラズマ処理領域ＰＡとして機能させるようになっている。換言すれば、遮蔽板４は、遮蔽板本体４ａによって高周波窓ＷＲからの高周波磁場によって発生するプラズマをプラズマ処理領域ＰＡの内部に極力閉じ込めるように構成されている。すなわち、遮蔽板４は、プラズマを遮蔽して、真空容器２の内部をプラズマ処理領域ＰＡと後述の冷却領域ＣＡとに分割する機能を有する。
　遮蔽板本体４ａには、ターンテーブル３上に載置されたワークＷ及びこれを支持したホルダーＨが通過するのを許容する通過穴４ｂ１、４ｂ２が形成されている。これにより、テーブル本体３ａが公転したときに、ワークＷ及びホルダーＨが通過穴４ｂ１、４ｂ２を通ってプラズマ処理領域ＰＡに対して出入することができる。
　また、遮蔽板４では、遮蔽板本体４ａの電位がフローティング（浮遊電位）とされている。具体的にいえば、遮蔽板本体４ａは、誘電体材料からなる、碍子４ｃ（図２）を介して左右の各端部が容器本体２ａの内壁面２ｂに取り付けられている。これにより、遮蔽板４がプラズマ処理領域ＰＡにプラズマを閉じ込めたときでも、遮蔽板４が接地されていないことにより、遮蔽板本体４ａをプラズマ電位に帯電することができる。この結果、遮蔽板４では、遮蔽板本体４ａでのプラズマの消失を抑制しつつ、プラズマ処理領域ＰＡにおいて、プラズマを効率よく閉じ込めることができて、プラズマの電子密度を高めることができる。
　なお、上記の説明以外に、例えば、真空容器２の上記上蓋に対して遮蔽板本体４ａを取り付ける構成でもよい。また、例えば、ガラスなどの誘電体材料を用いて遮蔽板４を構成することもできる。この場合には、碍子４ｃの設置を省略することができる。
　＜高周波窓ＷＲ＞
　高周波窓ＷＲは、金属板５と、誘電体板６と、を備えており、真空容器２の容器本体２ａの内部にプラズマを発生させる高周波磁場を、容器本体２ａの内部に導入させるように構成されている。具体的にいえば、金属板５には、複数のスリットが設けられており、金属板５は、容器本体２ａの内壁面２ｂに設けられた開口部２ｂ１を塞ぐように容器本体２ａに取り付けられている。また、誘電体板６は、少なくとも上記スリットを覆うように金属板５に取り付けられている。
　＜アンテナ７＞
　アンテナ７は、例えば、直線状に構成されるとともに、銅などの金属材料を用いて構成されている。また、アンテナ７は、鉛直方向に沿って容器本体２ａの外側で高周波窓ＷＲに対向するように設けられている。さらに、アンテナ７は、電源８からの高周波電力により、高周波磁場を発生して、高周波窓ＷＲを介して容器本体２ａの内部に高周波磁場を導入する。
　具体的にいえば、アンテナ７の一方の端部には、整合回路を有するインピーダンス調整部（図示せず）を介して電源８が電気的に接続されている。また、アンテナ７の他方の端部には、可変コンデンサ（図示せず）を介して電気的に接地されている。電源８は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、上記インピーダンス調整部を介してアンテナ７の一方の端部に供給する。プラズマ処理装置１では、図示しない制御部が上記可変コンデンサの容量を変更することにより、アンテナ７に高周波電力が効率的に供給されるように制御する。
　＜冷却機構ＣＭ＞
　冷却機構ＣＭは、容器本体２ａの内部に設けられた冷却領域ＣＡに設置されている。冷却領域ＣＡは、遮蔽板４によって区切られた容器本体２ａの内部の空間のうち、プラズマ処理領域ＰＡを除いた空間にて構成される。換言すれば、冷却領域ＣＡは、容器本体２ａの内部において、遮蔽板４のアンテナ７とは反対側の領域である。また、冷却機構ＣＭは、冷却領域ＣＡに配置された冷却板ＣＭ１を具備しており、冷却板ＣＭ１を用いてワークＷを冷却するようになっている。
　具体的にいえば、冷却機構ＣＭは、例えば、金属材料を用いて円弧状に形成された冷却板ＣＭ１と、冷却板ＣＭ１の容器本体２ａの内壁面２ｂ側に設けられ、水などの冷却媒体を循環させるための配管ＣＭ２と、を備えている。また、冷却機構ＣＭでは、冷却板ＣＭ１の表面がホルダーＨと接触するように容器本体２ａの内部に設けられている。これにより、本実施形態１では、より高速にワークＷを冷却することができ、ワークＷの処理レートより早くすることができる。また、このように本実施形態１では、ワークＷを冷却することができるので、プラズマ処理に伴うワークＷでの温度上昇を抑えて、ワークＷが温度上昇に起因する熱負荷によって損傷を生じるのを大幅に抑制することができる。さらに、本実施形態１では、冷却板ＣＭ１が、ワークＷに直接的に接触することなく、ホルダーＨと接触してワークＷを冷却するので、ワークＷを傷つけることなく、確実に冷却することができる。
　＜印加機構ＳＭ＞
　印加機構ＳＭは、容器本体２ａの外部に設けられた電源ＳＭ１を具備し、所定のバイアス電圧を電源ＳＭ１からターンテーブル３を介してワークＷに印加する。換言すれば、プラズマ処理装置１では、ワークＷは印加機構ＳＭからのバイアス電圧が印加された状態でプラズマ処理領域ＰＡの内部で所定のプラズマ処理が施される。また、電源ＳＭ１は、例えば、直流電源、パルス電源、または交流電源を用いて構成されている。印加機構ＳＭでは、ワークＷに対するプラズマ処理の内容及びプラズマ処理領域ＰＡでのプラズマの電子密度などに応じて、上記制御部が電源ＳＭ１からのバイアス電圧を変更するよう構成されており、プラズマ処理を適切に行うようになっている。
　また、印加機構ＳＭは、ターンテーブル３のテーブル本体３ａに対して、テーブル本体３ａの円周に沿って、所定の間隔をおいて設けられた複数の上記ホルダーＨを有している。複数の各ホルダーＨは、ワークＷをテーブル本体３ａに保持するためのものであり、本実施形態１では、上述したように、テーブル本体３ａが公転することにより、複数のワークＷに対して、所定のプラズマ処理を順次行えるようになっている。
　また、ホルダーＨは、図３に示すように、円筒状に構成された支持部材Ｈ１、Ｈ２と、円柱状に構成された印加部材Ｈ３と、を備えている。支持部材Ｈ１、Ｈ２は、例えば、誘電体材料を用いて構成されている。支持部材Ｈ２及び印加部材Ｈ３は、ターンテーブル３のテーブル本体３ａに設けられている。支持部材Ｈ１は、支持部材Ｈ２、印加部材Ｈ３、及びテーブル本体３ａに回転自在に支持されている。印加部材Ｈ３は、テーブル本体３ａと支持部材Ｈ１に支持されたワークＷとに電気的に接続されて、支持部材Ｈ１に支持されたワークＷに上記バイアス電圧を印加する。
　また、ホルダーＨでは、支持部材Ｈ１は冷却板ＣＭ１に接触するように構成されている。これにより、本実施形態１では、支持部材Ｈ１がテーブル本体３ａの公転に伴って冷却板ＣＭ１と接触することにより、支持部材Ｈ１（ホルダーＨ）が図２に示すＲ２方向に回転（自転）する。この結果、本実施形態１では、プラズマ処理領域ＰＡにおいて、ワークＷがホルダーＨとともに自転することから、高周波窓ＷＲに対するワークＷの対向面を自転に応じて変化させることができる。したがって、本実施形態１では、ワークＷについてより均一な処理を確実に行うことができる。
　以上のように構成された本実施形態１のプラズマ処理装置１は、ワークＷを内部に収容する真空容器２と、真空容器２の内部に高周波磁場を導入させる高周波窓ＷＲと、高周波窓ＷＲに対向するように設けられて、高周波磁場を発生するアンテナ７と、を備えている。また、プラズマ処理装置１は、ワークＷが載置されて回転するターンテーブル３と、所定のバイアス電圧を電源ＳＭ１からターンテーブル３を介してワークＷに印加する印加機構ＳＭと、を備えている。プラズマ処理装置１は、ターンテーブル３の上方、かつ、高周波窓ＷＲに対向するように真空容器２の内部に設けられて、高周波窓ＷＲとの間の空間を遮蔽する遮蔽板４であって、ターンテーブル３上に載置されたワークＷが通過するのを許容する通過穴４ｂ１、４ｂ２が形成されている遮蔽板４を備えている。
　以上の構成により、本実施形態１では、ワークＷを効率よく処理することができるプラズマ処理装置１を構成することができる。具体的にいえば、本実施形態１では、遮蔽板４によって真空容器２の内部をプラズマ処理領域ＰＡに区切っているので、当該プラズマ処理領域ＰＡでのプラズマの電子密度を高くすることができ、ワークＷに対する除膜レート(処理レート)を大きくすることができる。これにより、本実施形態１では、ワークＷを効率よく処理することができる。また、本実施形態１では、図１及び図２に示したように、１つのアンテナ７及び１つの高周波窓ＷＲを有する１つのプラズマ源を用いて、複数のワークＷに対して、所定のプラズマ処理を順次行うことができる。これにより、本実施形態１では、複数のワークＷに対しても、プラズマ処理を行うことができるコストが安価なプラズマ処理装置１を構成することができる。
　以下、図４乃至図７も参照して、本実施形態１のプラズマ処理装置１の効果について具体的に説明する。図４は、上記プラズマ処理装置１でのプラズマの電子密度とシース厚みとの関係の一例を示すグラフである。図５は、除膜処理における、ワークＷとシースＳＡとの関係の一例を説明する図である。図６は、図１に示した遮蔽板４、及びこれによって形成される、上記プラズマ処理装置１でのプラズマ処理領域ＰＡと冷却領域ＣＡとを説明する図である。図７は、図１に示したターンテーブル３の回転角度とプラズマの電子密度との関係の一例を示すグラフである。なお、図６では、電源８、電源ＳＭ１、及び配管ＣＭ２の図示は省略している。
　図４に示すように、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、例えば、上記制御部が電源８を制御することにより、アンテナ７への供給電力（高周波電力）を変更させると、プラズマ処理領域ＰＡで生成されるプラズマの電子密度が図４の横軸のように変化する。また、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、例えば、上記制御部が電源ＳＭ１を制御することにより、上記バイアス電圧を変更させた場合、プラズマ処理領域ＰＡ内のワークＷの周囲に生じるシースＳＡ（図５）のシース厚みはバイアス電圧ごとにプラズマの電子密度に応じて変化する。ここで、シースＳＡとは、周知のように、バイアス電圧によってワークＷを取り囲むように発生するとともに、プラズマのイオンのワークＷへの接近を阻害する遮蔽層である。
　具体的にいえば、上記バイアス電圧が、例えば、－１００Ｖである場合、シース厚みは、図４の曲線７１に示すように、プラズマの電子密度に応じて変化する。また、上記バイアス電圧が、例えば、－２５０Ｖである場合、シース厚みは、図４の曲線７２に示すように、プラズマの電子密度に応じて変化する。また、上記バイアス電圧が、例えば、－５００Ｖである場合、シース厚みは、図４の曲線７３に示すように、プラズマの電子密度に応じて変化する。換言すれば、図４の曲線７１～７３から明らかなように、プラズマ処理領域ＰＡでのプラズマの電子密度が大きいほど、またワークＷに印加するバイアス電圧の絶対値が小さいほど、シース厚みを小さくして、ワークＷに対するプラズマ処理を精度よく行うことができる。
　また、図５の５０１に示すように、ワークＷが上記ドリルである場合において、図５の５０２及び５０３に示すように、ワークＷの断面視では、ワークＷの周囲のシース厚みがプラズマの電子密度によって異なる。具体的にいえば、プラズマの電子密度が小さい場合、図５の５０２に示すように、シースＳＡの厚みは大きくなる。このため、プラズマのイオンＰ１は、比較的厚いシースＳＡによってワークＷの表面に接近するのを阻害される。この結果、プラズマの電子密度が小さくシース厚みが大きい場合では、ワークＷでの除膜処理を均一に行うことが困難となる。
　一方、本実施形態１のプラズマ処理装置１のように、プラズマの電子密度を大きくすることができる場合、図５の５０３に示すように、シースＳＡの厚みは図５の５０２に示したものに比べて小さくすることができる。このため、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、プラズマのイオンＰ１は、比較的薄いシースＳＡによってワークＷの表面に接近するのを阻害されることとなる。換言すれば、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、プラズマのイオンＰ１がワークＷの表面に接近し易くなり、均一な除膜処理を行うことができる。
　図６に示すように、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、真空容器２の容器本体２ａの内部は、遮蔽板４により、上記プラズマ源側のプラズマ処理領域ＰＡと、当該プラズマ源とは反対側の冷却領域ＣＡとに区画されている。具体的にいえば、遮蔽板４は、遮蔽板本体４ａの中央部が、例えば、ターンテーブル３の回転軸３ｂの中心Ｃ１上となるように容器本体２ａの内部に設置されている。また、遮蔽板本体４ａでは、その左右の端部の開き角度である、上記所定の角度θとして、例えば、１２０°の角度が設定されている。そして、プラズマ処理装置１では、遮蔽板４によってプラズマの電子密度が濃くされたプラズマ処理領域ＰＡと、上記プラズマ源を遮蔽板４によって実質的に遮蔽して、プラズマが広がるのを抑えることによって、ワークＷに対するプラズマ処理の実行を一旦停止して、当該プラズマ処理の実行によるワークＷでの温度上昇を抑制する冷却領域ＣＡとを適切に形成することができる。また、プラズマ処理装置１では、プラズマ処理領域ＰＡにおいて、上記所定のプラズマ処理をより効率よく行うことができる。
　より具体的にいえば、本実施形態１のプラズマ処理装置１において、基準電子密度として、例えば、１Ｅ＋１７乗／ｍ3の電子密度を有するプラズマを発生させた場合、プラズマ処理領域ＰＡにおいては、図７に上向きの矢印に示すように、プラズマの電子密度を上記基準電子密度よりも大きい値とすることができる。この結果、プラズマ処理装置１では、プラズマ処理領域ＰＡにおいては、ワークＷに対するプラズマ処理を効率よく行うことができる。なお、図７の横軸の回転角度とは、中心Ｃ１に対するターンテーブル３の回転角度であって、当該ターンテーブル３の任意の基準位置がアンテナ７に対向している場合を０°としている。
　また、冷却領域ＣＡにおいては、図７に下向きの矢印に示すように、プラズマの電子密度を上記基準電子密度よりも小さい値とすることができる。この結果、冷却領域ＣＡでは、プラズマ処理の実行が抑えられるために、ワークＷでは、当該プラズマ処理によるワークＷでの温度上昇を抑制することができ、ワークＷの温度を容易に下げることができる。さらに、プラズマ処理装置１では、冷却機構ＣＭの冷却板ＣＭ１によってワークＷを冷却しているので、ワークＷの温度上昇を大幅に抑えることができる。この結果、プラズマ処理装置１では、ワークＷにおいて、損傷等の発生を大幅に低減することができる。
　なお、上記の説明では、遮蔽板本体４ａの中央部がターンテーブル３の回転軸３ｂの中心Ｃ１上となるように容器本体２ａの内部に遮蔽板４を配置した場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、中心Ｃ１よりも高周波窓ＷＲ側に遮蔽板本体４ａの中央部を配置する構成でもよい。この場合は、プラズマの電子密度をより大きい値にすることができる点で好ましい。
　〔実施形態２〕
　本開示の実施形態２について、図８を用いて具体的に説明する。図８は、本開示の実施形態２に係るプラズマ処理装置１の要部構成を示す上面図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。また、図８では、電源８、電源ＳＭ１、及び配管ＣＭ２の図示は省略している。
　本実施形態２と上記実施形態１との主な相違点は、ターンテーブル３の回転に応じて、支持部材Ｈ１を回転させる接触部材２ｃを設けた点である。
　図８に示すように、本実施形態２のプラズマ処理装置１では、接触部材２ｃが真空容器２の内壁面２ｂに設けられている。この接触部材２ｃは、例えば、金属材料を用いて棒状に構成されている。接触部材２ｃでは、その一端部が内壁面２ｂから容器本体２ａの内部側に突出するように当該内壁面２ｂに取り付けられている。また、接触部材２ｃでは、その他端部（突出端部）がホルダーＨの支持部材Ｈ１に接触可能に構成されている。
　そして、本実施形態２のプラズマ処理装置１では、ターンテーブル３の回転に応じて、ホルダーＨの支持部材Ｈ１が接触部材２ｃの他端部が接触すると、当該回転に応じて、支持部材Ｈ１は接触部材２ｃの他端部に押圧（キック）される。これにより、ホルダーＨでは、支持部材Ｈ１がターンテーブル３の回転に応じてワークＷを支持した状態で回転（自転）する。
　以上の構成により、本実施形態２のプラズマ処理装置１は、実施形態１のものと同様な効果を奏する。
　また、本実施形態２のプラズマ処理装置１では、冷却板ＣＭ１との接触による自転に加えて、接触部材２ｃとの接触によってホルダーＨの支持部材Ｈ１を自転させているので、ワークＷについてより均一な処理をより確実に行うことができる。但し、例えば、冷却機構ＣＭの設置を省略した場合では、接触部材２ｃとの接触によってのみ支持部材Ｈ１を自転させてもよい。
　なお、上記実施形態１及び実施形態２の説明では、冷却板ＣＭ１及び/または接触部材２ｃとの接触により、ホルダーＨの支持部材Ｈ１を回転させる構成について説明した。しかしながら、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば、ホルダーＨに連結されるとともに、ターンテーブル３の回転軸３ｂを駆動する駆動機構からの回転力を用いて、当該ホルダーＨの支持部材Ｈ１を回転させる歯車等の回転機構を設けてもよい。
　〔実施形態３〕
　本開示の実施形態３について、図９を用いて具体的に説明する。図９は、本開示の実施形態３に係るプラズマ処理装置１の要部構成を説明する図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。なお、図９では、冷却機構ＣＭの図示は省略している。
　本実施形態３と上記実施形態１との主な相違点は、アンテナ７が延伸する延伸方向に沿って複数のワークＷを設けた点である。
　図９に示すように、本実施形態３のプラズマ処理装置１では、アンテナ７の延伸方向に沿って、各々円弧状に配置された複数、例えば、２列のホルダーＨの群が設けられている。具体的にいえば、ホルダーＨの鉛直方向の下方の群は、実施形態１のものと同様に、ターンテーブル３のテーブル本体３ａに取り付けられている。また、ホルダーＨの鉛直方向の上方の群は、一端部がテーブル本体３ａに設けられた支持棒１５を介してテーブル本体３ａに取り付けられている。また、支持棒１５は、ワークＷを支持する支持部材Ｈ１を回転自在に支持するようになっている。
　また、本実施形態３のプラズマ処理装置１では、容器本体２ａの内部は遮蔽板本体１４ａを有する遮蔽板１４によってプラズマ処理領域ＰＡと冷却領域ＣＡとに区分けされている。遮蔽板１４は、図９に例示するように、ホルダーＨの鉛直方向の上方の群及び下方の群が通過するのを許容する通過穴１４ｂ１が設けられている。これにより、本実施形態３では、ターンテーブル３の回転に応じて、上記上方の群の各ホルダーＨに保持されたワークＷ及び上記下方の群の各ホルダーＨに保持されたワークＷをプラズマ処理領域ＰＡと冷却領域ＣＡとの間を移動させることができる。
　以上の構成により、本実施形態３のプラズマ処理装置１は、実施形態１のものと同様な効果を奏する。
　また、本実施形態３のプラズマ処理装置１では、アンテナ７の延伸方向に沿って、２列のホルダーＨの群に各々支持されたワークＷが設けられているので、単位時間当たりのワークＷの処理件数を容易に増加することができる。
　なお、上記の説明では、支持棒１５を用いてアンテナ７の延伸方向に沿って複数のワークＷを設けた場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、互いに対向する２つのターンテーブルを容器本体２ａの内部に設置して、各ターンテーブルに複数のホルダーＨを設ける構成でもよい。
　〔実施形態４〕
　本開示の実施形態４について、図１０を用いて具体的に説明する。図１０は、本開示の実施形態４に係るプラズマ処理装置１の要部構成を説明する図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
　本実施形態４と上記実施形態１との主な相違点は、比較的大型のワークＷ０に対して、所定のプラズマ処理を行う点である。
　図１０に示すように、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、例えば、円柱状に構成されたワークＷ０がターンテーブル３のテーブル本体３ａ上に載置されている。また、ワークＷ０は、ターンテーブル３の回転中心である、回転軸３ｂの上方に設置されている。また、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、容器本体２ａの内部は遮蔽板本体２４ａを有する遮蔽板２４によってプラズマ処理領域ＰＡと冷却領域ＣＡとに区分けされている。遮蔽板２４は、図１０に示すように、ターンテーブル３の回転に伴って回転するワークＷ０が通過するのを許容する通過穴２４ｂが設けられている。これにより、本実施形態４では、ターンテーブル３の回転に応じて、高周波窓ＷＲに対する、ワークＷ０の対向面を変化させることができる。この結果、本実施形態４では、ワークＷ０の一部がプラズマ処理領域ＰＡと冷却領域ＣＡとに順次移動することができる。
　以上の構成により、本実施形態４のプラズマ処理装置１は、実施形態１のものと同様な効果を奏する。
　〔まとめ〕
　上記の課題を解決するために、本開示の第１態様のプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の内部にプラズマを発生させる高周波磁場を、前記真空容器の内部に導入させる高周波窓と、前記真空容器の外側で前記高周波窓に対向するように設けられて、前記高周波磁場を発生するアンテナと、前記被処理物が載置されるとともに、前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、前記ターンテーブルの上方、かつ、前記高周波窓に対向するように前記真空容器の内部に設けられて、プラズマを遮蔽して、前記真空容器の内部をプラズマ処理領域と冷却領域とに分割する遮蔽板であって、前記ターンテーブル上に載置された前記被処理物が通過するのを許容する通過穴が形成されている遮蔽板と、を備えている。
　上記構成によれば、被処理物を効率よく処理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。
　本開示の第２態様は、第１態様のプラズマ処理装置において、前記真空容器の上面から視認した場合、前記遮蔽板は、その中央部に対して左右対称に、かつ、当該中央部を中心にして左右の各端部が所定の角度で開くように前記真空容器の内部に設けられてもよい。
　上記構成によれば、真空容器の内部において、遮蔽板によりプラズマ処理領域を適切に形成することができ、プラズマ処理をより効率よく行うことができる。
　本開示の第３態様は、第１態様または第２態様のプラズマ処理装置において、前記遮蔽板の電位は、フローティングであってもよい。
　上記構成によれば、プラズマの消失を抑制することができ、よりプラズマ密度を高く保つことができる。
　本開示の第４態様は、第１態様から第３態様のいずれかの態様のプラズマ処理装置において、前記真空容器の外部に設けられた電源を具備し、所定のバイアス電圧を当該電源から前記ターンテーブルを介して前記被処理物に印加する印加機構を、さらに備え、前記印加機構は、前記被処理物を保持するために前記ターンテーブルに設けられたホルダーを有し、前記ホルダーは、前記ターンテーブルに設けられるとともに、前記被処理物を回転自在に支持する支持部材と、前記ターンテーブルと前記支持部材に支持された前記被処理物とに電気的に接続されて、前記支持部材に支持された前記被処理物に前記バイアス電圧を印加する印加部材と、を含んでもよい。
　上記構成によれば、被処理物についてより均一な処理を確実に行うことができる。
　本開示の第５態様は、第４態様のプラズマ処理装置において、前記真空容器の内部には、前記ホルダーの前記支持部材に接触して、前記ターンテーブルの回転に応じて、前記支持部材を回転させる接触部材が設けられてもよい。
　上記構成によれば、被処理物についてより均一な処理をより確実に行うことができる。
　本開示の第６態様は、第４態様または第５態様のいずれかの態様のプラズマ処理装置における、前記真空容器の内部において、前記遮蔽板の前記アンテナとは反対側の領域に配置された冷却板を具備し、当該冷却板を用いて前記被処理物を冷却する冷却機構が設けられてもよい。
　上記構成によれば、より高速に被処理物を冷却することができるため、処理レートをより早くすることができる。
　本開示の第７態様は、第６態様のプラズマ処理装置において、前記冷却板は、前記ホルダーと接触してもよい。
　上記構成によれば、被処理物を傷つけることなく、確実に冷却することができる。
　本開示の第８態様は、第１態様から第７態様のいずれかの態様のプラズマ処理装置において、前記真空容器の内部には、複数の前記被処理物が、前記アンテナが延伸する延伸方向に沿って設けられてもよい。
　上記構成によれば、単位時間当たりの被処理物の処理件数を容易に増加することができる。
　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
　１　プラズマ処理装置
　２　真空容器
　２ｃ　接触部材
　３　ターンテーブル
　３ｂ　回転軸
　４、１４、２４　遮蔽板
　４ｂ１、４ｂ２、１４ｂ１、２４ｂ　通過穴
　５　金属板（高周波窓）
　６　誘電体板（高周波窓）
　７　アンテナ
　Ｗ、Ｗ０　ワーク（被処理物）
　ＳＭ　印加機構
　ＳＭ１　電源
　Ｈ　ホルダー
　Ｈ１、Ｈ２　支持部材
　Ｈ３　印加部材
　ＣＭ　冷却機構
　ＣＭ１　冷却板
　ＷＲ　高周波窓
　ＰＡ　プラズマ処理領域
　ＣＡ　冷却領域

 

Claims (8)

  1. 　被処理物を内部に収容する真空容器と、
    　前記真空容器の内部にプラズマを発生させる高周波磁場を、前記真空容器の内部に導入させる高周波窓と、
    　前記真空容器の外側で前記高周波窓に対向するように設けられて、前記高周波磁場を発生するアンテナと、
    　前記被処理物が載置されるとともに、前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、
    　前記ターンテーブルの上方、かつ、前記高周波窓に対向するように前記真空容器の内部に設けられて、プラズマを遮蔽して、前記真空容器の内部をプラズマ処理領域と冷却領域とに分割する遮蔽板であって、前記ターンテーブル上に載置された前記被処理物が通過するのを許容する通過穴が形成されている遮蔽板と、を備えている、プラズマ処理装置。
  2. 　前記真空容器の上面から視認した場合、前記遮蔽板は、その中央部に対して左右対称に、かつ、当該中央部を中心にして左右の各端部が所定の角度で開くように前記真空容器の内部に設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記遮蔽板の電位は、フローティングである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記真空容器の外部に設けられた電源を具備し、所定のバイアス電圧を当該電源から前記ターンテーブルを介して前記被処理物に印加する印加機構を、さらに備え、
    　前記印加機構は、
    　前記被処理物を保持するために前記ターンテーブルに設けられたホルダーを有し、
    　前記ホルダーは、
    　　前記ターンテーブルに設けられるとともに、前記被処理物を回転自在に支持する支持部材と、
    　　前記ターンテーブルと前記支持部材に支持された前記被処理物とに電気的に接続されて、前記支持部材に支持された前記被処理物に前記バイアス電圧を印加する印加部材と、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記真空容器の内部には、前記ホルダーの前記支持部材に接触して、前記ターンテーブルの回転に応じて、前記支持部材を回転させる接触部材が設けられている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記真空容器の内部において、前記遮蔽板の前記アンテナとは反対側の領域に配置された冷却板を具備し、当該冷却板を用いて前記被処理物を冷却する冷却機構が設けられている、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記冷却板は、前記ホルダーと接触する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記真空容器の内部には、複数の前記被処理物が、前記アンテナが延伸する延伸方向に沿って設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。

     
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