JP6708887B2 - プラズマ処理装置、アンテナ導体又は／及び導電性部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。

従来のプラズマ処理装置としては、特許文献１に示すように、真空チャンバ内に配置した誘導結合型アンテナユニットに高周波電流を印加することで、真空チャンバ内にプラズマを発生させて、基板等の被処理物に種々の表面処理を施すものがある。

具体的にこのプラズマ処理装置は、真空チャンバの壁面に形成された開口を蓋体で塞ぐとともに、アンテナユニットを構成する複数のアンテナ導体を蓋体の内面に取付けて真空チャンバ内に保持している。

しかしながら、上述した構成では、蓋体とアンテナ導体との間に隙間が形成されるので、その隙間に放電が生じてプラズマが発生してしまい、真空チャンバ内が汚染されてしまうといった問題がある。

特開２０１８−１０１４６３号公報

そこで本発明は、アンテナ導体と蓋体との間にプラズマが発生してしまうことを防ぎ、真空チャンバ内の汚染を防止することと長尺アンテナユニットを実用化することをその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、被処理物が収容される真空チャンバと、前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるための誘導結合型アンテナユニットと、前記誘導結合型アンテナユニットに高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前記誘導結合型アンテナユニットが、１又は複数のアンテナ導体と、前記真空チャンバの壁面に形成された開口を塞ぐ蓋体とを有しており、前記１又は複数のアンテナ導体が、放電を起こす隙間を介さずに前記蓋体に取り付けられていることを特徴とするものである。

このように構成されたプラズマ処理装置であれば、１又は複数のアンテナ導体が蓋体に隙間を介さず取り付けられているので、アンテナ導体と蓋体との間にはプラズマが発生せず、真空チャンバ内の汚れを防止することができる。

前記真空チャンバの前記壁面に複数の開口が略平行に形成されるとともに、前記各開口に前記誘導結合型アンテナユニットが装着されていることが好ましい。
このような構成であれば、複数の誘導結合型アンテナユニットが、それぞれ別の開口に取り付けられるので、複数の誘導結合型アンテナユニットを１つの開口に取り付ける場合に比べて、開口のサイズを小さくすることができる。これにより、各開口を塞ぐ蓋体に必要とされる機械的強度が小さくて済むので、蓋体を薄くすることができ、製造コストの低減を図れる。

上述したように各開口のサイズ（幅寸法）を小さくすることで、複数の誘導結合型アンテナユニットを近接配置することができる。これにより、共通の高周波電源と各アンテナ導体とを接続する配電線等の電流経路に生じる長さ差を抑えることができる。
そこで、前記複数の誘導結合型アンテナユニットに共通の前記高周波電源から整合器を介して高周波電力が供給されることが好ましい。
このような構成であれば、複数の誘導結合型アンテナユニットを近接配置することで、共通の高周波電源と各誘導結合型アンテナユニットとを接続する配電線等の電流経路に生じる長さの差を抑えることができ、複数のアンテナ導体に流れる電流の差を抑えることができる。さらに、高周波電源の共通化による製造コストの低減を図ることができる。

蓋体を薄くしつつも、真空チャンバ内の真空と真空チャンバの外部（大気）とを隔てるために必要な機械的強度を担保するためには、前記蓋体がセラミックス又は有機材料からなることが好ましい。

前記アンテナ導体の長手方向中央部に高周波電力の給電端子が接続されるとともに、前記アンテナ導体の長手方向両端部が接地されており、前記給電端子を介して前記アンテナ導体の長手方向中央部に高周波電力が供給されることが好ましい。
このような構成であれば、アンテナ導体を流れる電流は長手方向中央部から長手方向両端部に向かって流れるので、アンテナ導体の長手方向の一端部に高周波電力を供給して長手方向の他端部に導く構成と比較して、インピーダンスを実質的に２分の１に低減させることができ、アンテナ導体の長尺化を図れる。

前記誘導結合型アンテナユニットが、前記蓋体の外周部を支持する枠体と、前記蓋体の前記アンテナ導体が取り付けられる面とは反対側の面に前記アンテナ導体と略平行に設けられた導電性部材とをさらに備え、前記アンテナ導体の長手方向端部が前記枠体と電気的に接続されるとともに、前記導電性部材の一方の端部が前記枠体と電気的に接続され、前記導電性部材の他方の端部が整合器の接地端子に接続されており、前記アンテナ導体、前記枠体、及び前記導電性部材が、前記アンテナ導体の長手方向中央部に供給された前記高周波電力に対する往復回路を構成していることが好ましい。
このような構成であれば、往復回路によって高周波電力に対するインピーダンスのさらなる低減化を図れる。

前記アンテナ導体又は／及び前記導電性部材の幅が、長手方向中央部と長手方向両端部とで異なることが好ましい。
これならば、アンテナ導体の長手方向に沿ってアンテナ導体のインダクタンスを変えることによって、アンテナ導体の長手方向に生成するプラズマ密度を均等化することができる。

前記アンテナ導体又は／及び前記導電性部材が前記蓋体表面にメタライズ加工されたものであることが好ましい。
これならば、アンテナ導体又は／及び導電性部材の形成が簡単であり、着脱やメンテナンスが容易である。

このように構成した本発明によれば、アンテナ導体と蓋体との間にプラズマが発生してしまうことを防ぎ、真空チャンバ内の汚れを防止することができる。また、前記アンテナ導体と前記導電性部材により往復回路を形成することによってインダクタンスを低減することでき長尺のアンテナユニットを実用化できる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式図。 本実施形態に係るアンテナユニットの構成を示す模式図。 本実施形態に係るアンテナユニットを上方から視た状態を示す模式図。 その他の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式図。 その他の実施形態におけるアンテナユニットの構成を示す模式図。

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。

本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型アンテナユニット２０（以下、単にアンテナユニット２０と称す）に高周波電流を流すことで発生する電磁界を用いて放電プラズマを発生させる、いわゆる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式のものである。

具体的にこのプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、被処理物Ｗを収容する真空チャンバ１０、真空チャンバ１０の内部空間Ｓにプラズマを発生させるためのアンテナユニット２０、アンテナユニット２０に高周波電力を供給する高周波電源３０などを備えるものである。

真空チャンバ１０の内部空間Ｓは、図示しない真空排気手段とガス導入手段によって所定の真空度に保たれる。この真空チャンバ１０には、例えばアルゴンと水素との混合ガスを所定の圧力（例えば１Ｐａ）で導入するとともに、整合器４０を介して高周波電源３０からの高周波電力をアンテナユニット２０に供給することで放電プラズマが励起される。

具体的にこの真空チャンバ１０は、図２及び図３に示すように、壁面に開口１１１が形成されている。ここでは、真空チャンバ１０の上壁部１１に上方から視て例えば矩形状の開口１１１が形成されている。この開口１１１には、蓋体２２が着脱可能に設けられており、この蓋体２２で開口１１１を閉塞することで内部空間Ｓが密閉される。

アンテナユニット２０は、１又は複数のアンテナ導体２１を上記の蓋体２２に取り付けてなるものであり、ここでは蓋体２２の外周部を支持する枠体２３をさらに備えている。そして、アンテナ導体２１、蓋体２２、及び枠体２３が、上述した開口１１１に一体的に装着されている。
なお、本実施形態のアンテナユニット２０は、１本のアンテナ導体２１を備えたものであるが、直列又は並列に接続された複数本のアンテナ導体２１を備えたものであっても良い。また、前記上壁部１１の開口１１１の周辺に枠体２３と同様の機能を持たせてもよい。

アンテナ導体２１は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が給電されるものであり、ここでは所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。各アンテナ導体２１は、例えば５００ｍｍ以上の直線状のものであり、幅寸法は例えば１０〜３０ｍｍ程度のものである。

蓋体２２は、アンテナ導体２１よりも長手方向に長い寸法のものであり、シール部材Ｓ１を介して枠体２３に支持されている。この蓋体２２は、平板状のものであり、例えばアルミナ等のセラミックスからなる絶縁性のものである。なお、蓋体２２としては、例えばＰＥＥＫ樹脂やフッ素系樹脂などの耐熱性を有する有機材料からなるものであっても良い。

そして、この蓋体２２に上述したアンテナ導体２１が隙間を介さず取り付けられている。具体的にアンテナ導体２１は、蓋体２２の下面に接触するように設けられており、その両端部２１ａ、ｂは前記枠体２３に接続され、枠体２３を介して接地されている。
なお、アンテナ導体２１の下方には、真空チャンバ１０で生じるダスト等の副生物によりアンテナ導体２１に汚れが付着することを防ぐ例えば石英板等の汚れ防止板６０が設けられている。ここでは、蓋体２２が、所定の真空度に保たれている真空チャンバ１０の内部空間Ｓと真空チャンバ１０の外部である大気とを隔てているので、汚れ防止板６０としては比較的に厚みの薄いものを用いることができる。

本実施形態では、図３に示すように、真空チャンバ１０の上壁部１１に形成された複数の開口１１１にアンテナユニット２０が装着されており、各開口１１１を塞ぐ蓋体２２それぞれに、アンテナ導体２１が隙間を介さず取り付けられている。各開口１１１の幅寸法は、ここでは蓋体２２の着脱ができる幅であれば良いので、例えば４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、１００ｍｍ以下であることが好ましい。
このように、各アンテナユニット２０に対応させて複数の開口１１１を形成することで、開口１１１のサイズを小さくすることができるので、各開口１１１を塞ぐ蓋体２２に必要な機械的強度が小さくて済む。これにより、蓋体２２を薄くすることができ、ここでの蓋体２２は例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

各アンテナ導体２１には、図２に示すように、給電端子Ｘ１が接続されている。具体的には、蓋体２２に貫通孔が形成されており、この貫通孔にシール部材Ｓ２を介して給電端子Ｘ１が挿通されて例えばロウ付けされている。ここでは、アンテナ導体２１の長手方向中央部２１ｃに貫通孔が形成されており、これにより給電端子Ｘ１とアンテナ導体２１の長手方向中央部２１ｃとが電気的に接続される。そして、各アンテナユニット２０を構成するアンテナ導体２１には、図３に示すように、共通の高周波電源３０から高周波電力が供給されるように構成されており、ここではアンテナ導体２０の長手方向中央部２１ｃに高周波電力が供給される。

一方、アンテナ導体２１の長手方向両端部２１ａ、ｂは、枠体２３に支持されるとともに、この枠体２３と電気的に接続されている。この枠体２３は、例えばＳＵＳ材やアルミニウム材等の導電性部材であり、真空チャンバ１１の壁面と電気的に接続されている。これにより、アンテナ導体２０の長手方向両端部２１ａ、ｂは接地されている。

本実施形態のプラズマ処理装置１００は、蓋体２２のアンテナ導体２１が取り付けられる面とは反対側の面にアンテナ導体２１と略平行に設けられた導電性部材Ｚをさらに備えている。この導電性部材Ｚは、アンテナ導体２１の長手方向に沿って設けられており、一端部Ｚａが枠体２３と電気的に接続されており、他端部Ｚｂが例えば整合器４０の接地端子Ｘ２に接続されている。

かかる構成により、アンテナ導体２１の長手方向中央部２１ｃに供給された高周波電流は、アンテナ導体２１の一端部２１ａ又は他端部２１ｂに流れた後、枠体２３を経て導電性部材Ｚの一端部Ｚａに流れ込み、導電性部材Ｚの他端部Ｚｂに流れる。これにより、アンテナ導体２１を流れる高周波電流の向きと、導電性部材Ｚを流れる高周波電流を流れる向きとが逆になる。つまり、アンテナ導体２１、枠体２３、及び導電性部材Ｚは、アンテナ導体２１の長手方向中央部２１ｃに供給された高周波電流に対する往復回路を構成している。このような往復回路では往復アンテナ導体間に相互インダクタンスが発生し、高周波電流に対するアンテナ導体のインピーダンスは、前記相互インダクタンス分相当が相殺されて小さくなる効果がある。

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、アンテナ導体２１が、蓋体２２に隙間を介さずに取り付けられているので、アンテナ導体２１と蓋体２２との間には放電やその放電によるプラズマが発生する隙間が形成されず、蓋体２２などの汚れを防ぐことができる。

さらに、所定の真空度に保たれている真空チャンバ１０の内部空間Ｓと真空チャンバ１０の外部である大気とを隔てている蓋体２２がセラミックスからなるので、蓋体２２の機械的強度を確保することができる。

しかも、真空チャンバ１０の壁面１１に、各アンテナユニット２０に対応させて開口１１１を形成しているので、各開口１１１のサイズを小さくすることができる。これにより、各開口１１１を塞ぐ蓋体２２に必要な機械的強度が小さくて済むので、蓋体２２を薄くすることができ、製造コストの削減を図れる。

そのうえ、導電性部材Ｚを用いて往復回路を構成しており、アンテナ導体２１を流れる高周波電流の向きと、導電性部材Ｚを流れる高周波電流を流れる向きとを逆向きにしてあるので、アンテナ導体２１や導電性部材Ｚに高周波電流が流れることにより生じる相互インダクタンス分のアンテナ導体のインピーダンスが打ち消される。しかも、往復回路の相互インダクタンスは蓋体２２の厚さに反比例することから、蓋体２２を例えば５〜１０ｍｍと薄くすることができるので、高周波電流に対するインピーダンスをより低減させることができる。これにより、アンテナ導体２１の長尺化によるインピーダンスの増大を抑えることができ、長尺のアンテナユニットを実用化できる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、アンテナ導体２１は、図４に示すように、蓋体２２の表面にメタライズ法によって形成しても良い。
具体的には、まずアルミナ等からなる蓋体２２に給電端子Ｘ１用の孔や整合器４０の接地端子Ｘ２用の孔を孔開け加工をする。その後、蓋体２２の表面にＭｏ−Ｍｎペーストを電極形成部分（アンテナ導体、電極端子用孔）に塗布して焼成することにより金属層を形成する。その上にＮｉメッキ等を施し、銀ろう付けなどにより例えば厚さ３０〜４０μｍ程度のアンテナ導体２１を形成する。アルミナ蓋体２２と熱膨張係数の近いコバールピンを給電端子Ｘ１や接地端子Ｘ２として前記端子用の孔に挿入し、銀ろう等を用いて電極端子をろう付けする。
このような構成であれば、アンテナ導体２１を蓋体２２に隙間を介さずに取り付けることができるだけでなく、前記アンテナ導体に発生する熱を前記蓋体に放熱することができる。
しかも、上述した工程において、蓋体２２の長手方向中央部に給電端子用の孔を開け、その両側に接地端子用の孔を開けることで、蓋体２２の上面及び下面に形成された金属膜によって高周波電力に対する往復回路を形成することができる。

また、アンテナ導体２１の形状としては、前記実施形態のように直線状のものに限らず、例えば長手方向中央部と長手方向両端部とで幅寸法が異なるものであっても良く、具体的には図５に示すように、長手方向中央部２１ｃから一端部２１ａ及び他端部２１ｂに向かって徐々に幅寸法が小さくなる形状であっても良い。

平行平板型の往復アンテナ導体のインダクタンスは往復アンテナ導体の長さと間隔に比例し、幅に反比例する。即ち、往復アンテナ導体を接近させればインダクタンスは小さくなり離せば大きくなる。アンテナ導体の中央部の幅を大きくし、両端部の幅を小さくすることによって中央部のインダクタンスを小さく、両端部のインダクタンスを大きくすることができる。従って、両端部での消費電力を大きくすることによって両端部でのプラズマ密度の低減を補ってアンテナ導体の長手方向のプラズマ密度を均一にすることができる。

前記実施形態では、高周波電力として周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を用いたが、これに特定されるものではなく、周波数３０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波電力を適用することができる。

アンテナユニット２０の装着は、真空チャンバ１０の上壁１１に特定されるものではなく、プラズマ処理装置１００の形態によって、例えば真空チャンバ１０の側壁或いは下壁に装着してもよい。なお、真空チャンバ１０の側壁にアンテナユニット２０を装着する場合は、被処理物Ｗを上下方向（鉛直方向）に沿って搬送させながらプラズマ処理することができる。

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。

１００・・・プラズマ処理装置
１０ ・・・真空チャンバ
１１ ・・・上壁部
１１１・・・開口
２０ ・・・アンテナユニット
２１ ・・・アンテナ導体
２１ａ・・・一端部
２１ｂ・・・他端部
２１ｃ・・・中央部
２２ ・・・蓋体
２３ ・・・枠体
３０ ・・・高周波電源
４０ ・・・整合器
６０ ・・・汚れ防止板

Claims (6)

1. 被処理物が収容される真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内にプラズマを発生させるための誘導結合型アンテナユニットと、
   前記誘導結合型アンテナユニットに高周波電力を供給する高周波電源とを備え、
   前記誘導結合型アンテナユニットが、１又は複数のアンテナ導体と、前記真空チャンバの壁面に形成された開口を塞ぐ蓋体とを有しており、
   前記１又は複数のアンテナ導体が、放電を起こす隙間を介さずに前記蓋体に取り付けられており、
   前記アンテナ導体の長手方向中央部に高周波電力の給電端子が接続されるとともに、前記アンテナ導体の長手方向両端部が接地されており、
   前記給電端子を介して前記アンテナ導体の長手方向中央部に高周波電力が供給されており、
   前記誘導結合型アンテナユニットが、
   前記蓋体の外周部を支持する枠体と、
   前記蓋体の前記アンテナ導体が取り付けられる面とは反対側の面に前記アンテナ導体と平行に設けられた導電性部材とをさらに備え、
   前記アンテナ導体の長手方向端部が前記枠体と電気的に接続されるとともに、前記導電性部材の一方の端部が前記枠体と電気的に接続され、前記導電性部材の他方の端部が整合器の接地端子に接続されており、
   前記アンテナ導体、前記枠体、及び前記導電性部材が、前記アンテナ導体の長手方向中央部に供給された前記高周波電力に対する往復回路を構成していることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記真空チャンバの前記壁面に複数の開口が平行に形成されるとともに、前記各開口に前記誘導結合型アンテナユニットが装着されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記複数の誘導結合型アンテナユニットに共通の前記高周波電源から整合器を介して高周波電力が供給されることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記蓋体がセラミックス又は有機材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記アンテナ導体又は／及び前記導電性部材の幅が、長手方向中央部と長手方向両端部とで異なることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の前記アンテナ導体又は／及び前記導電性部材を、前記蓋体表面にメタライズ法により形成することを特徴とするアンテナ導体又は／及び導電性部材の製造方法。