JP7101335B2 - Antenna and plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、高周波電流が流されて誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナ、及び、このアンテナを備えたプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna for generating inductively coupled plasma by passing a high frequency current, and a plasma processing apparatus provided with this antenna.
アンテナに高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界により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 device, 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 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。具体的には、金属パイプと中空絶縁体とをねじ締結するとともに、これらの間のシール性を確保すべく、金属パイプの外周面と中空絶縁体の内周面との間にゴム製のOリングを介在させている。そして、中空絶縁体の両側にねじ締結された金属パイプを、上述した容量素子と電気的に直列接続することで、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差し引いたものとなる。その結果、アンテナのインピーダンスを低減させることができ、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が抑制され、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、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。 In order to solve such a problem, as shown in Patent Document 1, a plurality of metal pipes are connected by interposing a hollow insulator between adjacent metal pipes, and are connected to the outer peripheral portion of the hollow insulator. It is considered that a capacitor, which is a capacitive element, is arranged. Specifically, a rubber O-ring is used between the outer peripheral surface of the metal pipe and the inner peripheral surface of the hollow insulator in order to screw-fasten the metal pipe and the hollow insulator and ensure the sealing property between them. The ring is intervening. Then, by electrically connecting the metal pipes screwed to both sides of the hollow insulator in series with the above-mentioned capacitive element, the synthetic reactance of the antenna is simply the inductive reactance minus the capacitive reactance. It will be a reactance. As a result, the impedance of the antenna can be reduced, the increase in the impedance is suppressed even when the antenna is lengthened, the high frequency current easily flows through the antenna, and plasma with good uniformity can be efficiently generated.
しかしながら、上述した構成であると、経年劣化や熱影響などによりOリングの弾性力が低下してしまい、シール性を長期にわたり担保することが困難である。 However, with the above-mentioned configuration, the elastic force of the O-ring is lowered due to deterioration over time, thermal influence, and the like, and it is difficult to ensure the sealing property for a long period of time.
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、アンテナを長くする場合でも、導体要素及び中空絶縁体の間のシール性を担保できるようにする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-mentioned problems, and its main task is to ensure the sealing property between the conductor element and the hollow insulator even when the antenna is lengthened. Is.
すなわち本発明に係るアンテナは、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、少なくとも一対の筒状の導体要素と、互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、これらの導体要素の内部空間と連通する中空絶縁体と、前記一対の導体要素及び前記中空絶縁体の間それぞれに設けられたメタルシールとを具備することを特徴とするものである。 That is, the antenna according to the present invention is an antenna for generating plasma by passing a high-frequency current, and is provided between at least a pair of tubular conductor elements and the conductor elements adjacent to each other. It is characterized by comprising a hollow insulator communicating with the internal space of the conductor element, and a metal seal provided between the pair of conductor elements and the hollow insulator.
このように構成されたアンテナであれば、一対の導体要素及び中空絶縁体の間それぞれに、ゴム製のOリングよりも経年劣化や熱影響に強いメタルシールを設けているので、アンテナを長くした場合でも導体要素及び中空絶縁体の間のシール性を担保することができる。 In the case of an antenna configured in this way, a metal seal that is more resistant to aging and heat effects than a rubber O-ring is provided between the pair of conductor elements and the hollow insulator, so the antenna is lengthened. Even in this case, the sealing property between the conductor element and the hollow insulator can be ensured.
中空絶縁体が例えば樹脂などのメタルシールよりも強度の弱い材質からなると、メタルシールを潰そうとしても中空絶縁体が変形してしまい、シール性が悪くなる。
そこで、前記中空絶縁体の両端部に設けられて前記メタルシールが当たる受け部材をさらに具備し、前記受け部材が、前記中空絶縁体よりも強度の強い材質からなることが好ましい。
このような構成であれば、中空絶縁体よりも強度の強い材質からなる受け部材がメタルシールを受けるので、中空絶縁体の変形を抑えつつ、メタルシールを確実に潰すことができる。
If the hollow insulator is made of a material having a weaker strength than the metal seal such as resin, the hollow insulator will be deformed even if the metal seal is crushed, and the sealing property will be deteriorated.
Therefore, it is preferable that the receiving member provided at both ends of the hollow insulator and to which the metal seal hits is further provided, and the receiving member is made of a material having a higher strength than the hollow insulator.
With such a configuration, since the receiving member made of a material stronger than the hollow insulator receives the metal seal, the metal seal can be reliably crushed while suppressing the deformation of the hollow insulator.
前記一対の導体要素と電気的に直列に接続された容量素子をさらに具備し、前記容量素子が、前記一対の導体要素の一方と電気的に接続されるとともに、前記中空絶縁体の内部を通って前記一対の導体要素の他方側に延びる第1の電極と、前記一対の導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記中空絶縁体の内部を通って前記一対の導体要素の一方側に延び、前記第1の電極と対向する第2の電極とを有し、前記第1の電極が、一方の前記受け部材に設けられており、前記第2の電極が、他方の前記受け部材に設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、容量素子が一対の導体要素と電気的に直列接続されているので、上述したように、アンテナの合成リアクタンスを、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することができる。その結果、アンテナのインピーダンスを低減させることができ、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が抑制され、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、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。
そのうえ、第1の電極及び第2の電極それぞれが、受け部材に設けられているので、受け部材を中空絶縁体に取り付ければ第1の電極と第2の電極とを対向させることができ、容量素子を簡単に形成することができる。
Further comprising a capacitive element electrically connected in series with the pair of conductor elements, the capacitive element is electrically connected to one of the pair of conductor elements and passes through the interior of the hollow insulator. The first electrode extending to the other side of the pair of conductor elements is electrically connected to the other of the pair of conductor elements, and one side of the pair of conductor elements passes through the inside of the hollow insulator. The first electrode has a second electrode facing the first electrode, the first electrode is provided on one of the receiving members, and the second electrode is the other receiving member. It is preferable that it is provided in.
In such a configuration, since the capacitive elements are electrically connected in series with the pair of conductor elements, the combined reactance of the antenna is made by subtracting the capacitive reactance from the inductive reactance, as described above. be able to. As a result, the impedance of the antenna can be reduced, the increase in the impedance is suppressed even when the antenna is lengthened, the high frequency current easily flows through the antenna, and plasma with good uniformity can be efficiently generated.
Moreover, since each of the first electrode and the second electrode is provided on the receiving member, if the receiving member is attached to the hollow insulator, the first electrode and the second electrode can face each other, and the capacitance can be increased. The element can be easily formed.
受け部材が中空絶縁体に着脱可能に設けられている場合、受け部材を中空絶縁体に取り付ける度に第1の電極及び第2の電極の相対的な位置関係が変わり得るので、容量素子の静電容量の再現性が悪い。
そこで、前記受け部材が前記中空絶縁体に溶接されていることが好ましい。
これならば、受け部材と中空絶縁体とが一体化されるので、静電容量の再現性の低下を招かない。しかも、受け部材と中空絶縁体とを溶接しているので、これらの間にシールを設ける必要がなく、部品点数を少なくすることができる。
When the receiving member is detachably provided on the hollow insulator, the relative positional relationship between the first electrode and the second electrode may change each time the receiving member is attached to the hollow insulator, so that the capacitance element is static. The reproducibility of the electric capacity is poor.
Therefore, it is preferable that the receiving member is welded to the hollow insulator.
In this case, since the receiving member and the hollow insulator are integrated, the reproducibility of the capacitance is not deteriorated. Moreover, since the receiving member and the hollow insulator are welded together, it is not necessary to provide a seal between them, and the number of parts can be reduced.
前記メタルシールの具体的な構成としては、前記受け部材に当たる第1フェルールと、前記第1フェルールよりも前記導体要素側に配置される第2フェルールと、前記第2フェルールを軸方向に沿って前記第1フェルール側に押し込むとともに、前記受け部材に螺合する押込部材とを有することが好ましい。
このような構成であれば、受け部材と第1フェルールとの間を面シールすることができるので、例えばメタルシールとして金属製のガスケットや金属製のOリングを用いた軸シールに比べてシール性が良い。
As a specific configuration of the metal seal, the first ferrule corresponding to the receiving member, the second ferrule arranged on the conductor element side of the first ferrule, and the second ferrule along the axial direction are described. It is preferable to have a pushing member that is pushed into the first ferrule side and screwed into the receiving member.
With such a configuration, surface sealing can be performed between the receiving member and the first ferrule, so that the sealing property is higher than that of a shaft seal using, for example, a metal gasket or a metal O-ring as a metal seal. Is good.
前記容量素子の誘電体が、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液体である、ことが好ましい。
このような構成であれば、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。
It is preferable that the dielectric of the capacitive element is a liquid that fills the space between the first electrode and the second electrode.
With such a configuration, since the space between the first electrode and the second electrode is filled with the liquid dielectric, it is possible to eliminate the gap generated between the electrodes and the dielectric constituting the capacitive element. can. 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 of 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 electrode and the dielectric for filling the gap, and it is possible to prevent the structure around the antenna from becoming complicated and the resulting deterioration of plasma uniformity due to the pressing structure.
前記誘電体が、前記一対の導体要素の内部を流れる冷却液であることが好ましい。
このような構成でれば、プラズマ生成時に生じる熱によって高温になりがちなアンテナを冷却液によって冷却することができるので、アンテナ自体の破損又はその周辺構造の破損などを防ぐことができ、安定してプラズマを発生させることが可能となる。
しかも、その冷却液を容量素子の誘電体として用いているので、容量素子を冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
さらに、冷却液を温調機構により一定温度に調整しながら誘電体として用いることで、温度変化による比誘電率の変化を抑えることができ、それに伴って生じる静電容量の変化を抑えることができる。
It is preferable that the dielectric is a coolant flowing inside the pair of conductor elements.
With such a configuration, the antenna, which tends to become hot due to the heat generated during plasma generation, can be cooled by the coolant, so that it is possible to prevent damage to the antenna itself or damage to its peripheral structure, and it is stable. It becomes possible to generate plasma.
Moreover, since the coolant is used as the dielectric of the capacitive element, it is possible to suppress unexpected fluctuations in the capacitance while cooling the capacitive element.
Furthermore, by using the coolant as a dielectric while adjusting it to a constant temperature by a temperature control mechanism, it is possible to suppress changes in the relative permittivity due to temperature changes, and it is possible to suppress changes in capacitance that accompany it. ..
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上述したアンテナと、前記アンテナが内部又は外部に配置された真空容器と、前記アンテナに高周波電流を印加する高周波電源とを具備す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、上述したアンテナと同様の作用効果を得ることができる。
Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized by including the above-mentioned antenna, a vacuum container in which the antenna is arranged inside or outside, and a high-frequency power source for applying a high-frequency current to the antenna. Is.
With the plasma processing device configured in this way, the same operation and effect as the above-mentioned antenna can be obtained.
このように構成した本発明によれば、アンテナを長くする場合でも、導体要素及び中空絶縁体の間のシール性を担保することができる。 According to the present invention configured as described above, even when the antenna is lengthened, the sealing property between the conductor element and the hollow insulator can be ensured.
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。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)及び真空容器2の側壁に形成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
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、負のパルス電圧等であるが、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
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、又はポリフェニレンサルファイド(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、給電端部3aは、コンデンサ又はコイル等を介して高周波電源4に接続されていても良いし、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いても良い。
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。高周波電流IR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。なお、冷却液CLは、真空容器2の外部に設けられた循環流路14によりアンテナ3を流通するものであり、前記循環流路14には、冷却液CLを一定温度に調整するための熱交換器などの温調機構141と、循環流路14において冷却液CLを循環させるためのポンプなどの循環機構142とが設けられている。冷却液CLとしては、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましく、例えば純水またはそれに近い水が好ましい。その他、例えばフッ素系不活性液体などの水以外の液冷媒を用いても良い。
The
具体的にアンテナ3は、図2に示すように、少なくとも一対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を絶縁する管状の中空絶縁体32(以下、「絶縁パイプ32」という。)とを備えている。
Specifically, as shown in FIG. 2, 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の数は1つである。以下の説明において、一方の金属パイプ31を「第1の金属パイプ31A」、他方の金属パイプを「第2の金属パイプ31B」ともいう。なお、アンテナ3は、3つ以上の金属パイプ31を有する構成であっても良く、この場合、絶縁パイプ32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
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り、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、単一の部材から形成しているが、複数の部材を接合して形成しても良い。なお、絶縁パイプ32の材質は、例えば、アルミナ、フッ素樹脂、ポリエチレン(PE)、エンジニアリングプラスチック(例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)など)等である。
The insulating
そして、本実施形態のアンテナ3は、図2及び図3に示すように、第1の金属パイプ31Aと絶縁パイプ32との間、及び、第2の金属パイプ31Bと絶縁パイプ32との間それぞれに設けられたメタルシールSを具備している。
Then, as shown in FIGS. 2 and 3, the
より具体的に説明すると、メタルシールSは、各金属パイプ31A、Bと絶縁パイプ32との間のシール性を確保するためのものであり、ここでは絶縁パイプ32の両端部に設けられた受け部材Zに押し当てられることで少なくとも一部が押圧変形するように構成されている。
More specifically, the metal seal S is for ensuring the sealing property between each of the
まず、受け部材Zについて説明する。
受け部材Zは、メタルシールSを押圧変形させる際に絶縁パイプ32が変形してしまうことを防ぐためのものであり、絶縁パイプ32よりも強度が強い材質からなり、例えばアルミニウム、銅、これらの合金等の金属から形成されている。
First, the receiving member Z will be described.
The receiving member Z is for preventing the insulating
この受け部材Zは、図2に示すように、絶縁パイプ32に連通するものであり、一端部Z1が絶縁パイプ32の内壁を座繰った座繰り部321に嵌合するとともに、他端部Z2から金属パイプ31の端部31tが差し込まれる。なお、金属パイプ31の端部31tの外径は、ここでは金属パイプ31の中央部の外径よりも小さく、受け部材Zの内径は、金属パイプ31の端部31tの外径とほぼ同じか僅かに大きい。
As shown in FIG. 2, the receiving member Z communicates with the insulating
受け部材Zの一端部Z1には、他端部Z2から差し込まれた金属パイプ31の端部31tが当接する当接面Zaが形成されている。
当接面Zaは、金属パイプ31の端面が当接する面であり、この当接面Zaに金属パイプ31の端面が当接することで、受け部材Zと金属パイプ31とが電気的に接続される。
One end Z1 of the receiving member Z is formed with a contact surface Za to which the
The contact surface Za is a surface on which the end surface of the
受け部材Zの他端部Z2には、メタルシールSが押し当てられる第1被押圧面X1が形成されている。
第1被押圧面X1は、受け部材Zの他端部Z2の内周面に形成されており、一端部Z1側から他端部Z2側に向かって徐々に拡径する切頭円錐形状の傾斜面であって、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。また、他端部Z2の外周面には雄ねじ部N1が形成されており、後述のメタルシールSの構成要素たる押込部材S3が螺合するように構成されている。
A first pressed surface X1 to which the metal seal S is pressed is formed on the other end Z2 of the receiving member Z.
The first pressed surface X1 is formed on the inner peripheral surface of the other end Z2 of the receiving member Z, and has a truncated cone shape that gradually expands in diameter from the one end Z1 side to the other end Z2 side. It is a surface and is inclined with respect to the axial direction of the
この受け部材Zにおいて、一端部Z1と他端部Z2との間には絶縁パイプ32よりも外径の大きい大径部Z3が設けられている。そして、この大径部Z3を絶縁パイプ32の端面に当接させるとともに、その当接箇所を溶接することで、受け部材Zと絶縁パイプ32とを分離不能に一体的に設けてある。
In the receiving member Z, a large diameter portion Z3 having a larger outer diameter than the insulating
次に、メタルシールSについて説明する。
メタルシールSは、図3に示すように、受け部材Zと金属パイプ31との間に介在する所謂ダブルフェルールと称されるものである。具体的にこのメタルシールSは、受け部材Zに押し当てられる第1フェルールS1と、第1フェルールS1よりも金属パイプ31側に位置する第2フェルールS2と、第2フェルールS2を金属パイプ31側から第1フェルールS1側に向かって押し込む押込部材S3とを有している。第1フェルールS1、第2フェルールS2、及び押込部材S3は、金属パイプ31の端部31tに外嵌されるリング状をなすものであり、ここでは金属パイプ31と同じ材質、すなわち銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等から形成されているが、金属パイプ31とは異なる材質から形成されていても良い。
Next, the metal seal S will be described.
As shown in FIG. 3, the metal seal S is a so-called double ferrule that is interposed between the receiving member Z and the
第1フェルールS1は、金属パイプ31の端部31tの外径とほぼ同じか僅かに大きい内径を有し、後端部S1bが第2フェルールS2によって押されるとともに、先端部S1aが受け部材Zに押し込まれるものである。第1フェルールS1の外周面は、先端部S1aから後端部S1bに向かって徐々に拡径する切頭円錐形状の傾斜面である。そして、この外周面の先端部S1a側が上述した第1被押圧面X1に押し当てられる第1押圧面Y1として形成されており、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。また、第1フェルールS1の後端部S1bには、第2フェルールS2の先端部S2aが押し当てられる第2被押圧面X2が形成されている。第2被押圧面X2は、例えば第1フェルールS1の後端部S1bを切り欠いて形成されており、ここでは該後端部S1bの内周面に設定されている。ここでの第2被押圧面X2は、後方に向かって徐々に拡径する傾斜面であり、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。
The first ferrule S1 has an inner diameter that is substantially the same as or slightly larger than the outer diameter of the
第2フェルールS2は、金属パイプ31の端部31tの外径とほぼ同じか僅かに大きい内径の前側内周面S21と、前側内周面S21から後方に向かって徐々に拡径する後側内周面S22とを有しており、後端部S2bが押込部材S3によって押されるとともに、先端部S2aが第1フェルールS1の後端部S1bに押し込まれるものである。第2フェルールS2の先端部S2aには、上述した第2被押圧面X2に押し当てられる第2押圧面Y2が形成されている。第2押圧面Y2は、例えば先端部S2aから後方に向かって徐々に拡径する傾斜面であり、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。また、第2フェルールS2の後端部S2bには、押込部材S3により押圧される第3被押圧面X3と、後側内周面S22から径方向内側に突出する環状突出部S23とが形成されている。第3被押圧面X3は、後方に向かうに連れて徐々に縮径する傾斜面であり、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。第3被押圧面X3をこのように傾斜させることにより、押込部材S3が第2フェルールS2を第1フェルールS1に向かって押し込む際に、第2フェルールS2を径方向内側に押圧する力が発生する。その結果、環状突出部S23が金属パイプ31の外周面に向かって縮まるように押圧変形され、金属パイプ31に対して第2フェルールS2が固定される。
The second ferrule S2 has a front inner peripheral surface S21 having an inner diameter that is substantially the same as or slightly larger than the outer diameter of the
押込部材S3は、上述した受け部材Zの外周面に形成された雄ねじ部N1に螺合する雌ねじ部N2が形成された前側内周面S31と、金属パイプ31の端部31tの外径とほぼ同じか僅かに大きい内径の後側内周面S32とを有している。押込部材S3の内周面において、前側内周面S31及び後側内周面S32の間には、上述した第3被押圧面X3を押圧する第3押圧面Y3が設けられている。ここでの第3押圧面Y3は、後方に向かうに連れて徐々に縮径する傾斜面であり、アンテナ3の軸方向に対して傾斜している。
The pushing member S3 has substantially the outer diameter of the front inner peripheral surface S31 on which the female threaded portion N2 screwed to the male threaded portion N1 formed on the outer peripheral surface of the receiving member Z described above is formed and the
上述した構成により、押込部材S3の雌ねじ部N2を受け部材Zの雄ねじ部N1に螺合させることにより、押込部材S3の第3押圧面Y3が第2フェルールS2の第3被押圧面X3を押圧し、第2フェルールS2が第1フェルールS1に向かって軸方向に沿って押し込まれる。これにより、第2フェルールS2の第2押圧面Y2が第1フェルールS1の第2被押圧面X2を押圧し、第1フェルールS1が受け部材Zに向かって軸方向に沿って押し込まれる。そして、第1フェルールS1の第1押圧面Y1が受け部材Zの第1被押圧面X1に押し当てられて第1フェルールS1の先端部S1aが押圧変形し、第1押圧面Y1と第1被押圧面X1との間が気密又は液密に保たれる。
また、上述したように押込部材S3を受け部材Zに螺合させて、第1押圧面Y1と第1被押圧面X1との間をシールする過程で、第1フェルールS1や第2フェルールS2や受け部材Zの一端部Z1が径方向に押圧変形されるので、これにより受け部材Zや第1フェルールS1や第2フェルールS2が一体的に金属パイプ31を締め付けて挟持する。
With the above configuration, the third pressing surface Y3 of the pushing member S3 presses the third pressed surface X3 of the second ferrule S2 by receiving the female threaded portion N2 of the pushing member S3 and screwing it into the male threaded portion N1 of the member Z. Then, the second ferrule S2 is pushed toward the first ferrule S1 along the axial direction. As a result, the second pressed surface Y2 of the second ferrule S2 presses the second pressed surface X2 of the first ferrule S1, and the first ferrule S1 is pushed along the axial direction toward the receiving member Z. Then, the first pressing surface Y1 of the first ferrule S1 is pressed against the first pressed surface X1 of the receiving member Z, the tip portion S1a of the first ferrule S1 is pressed and deformed, and the first pressing surface Y1 and the first cover are pressed. The space between the pressing surface X1 and the pressing surface X1 is maintained to be airtight or liquidtight.
Further, in the process of receiving the pushing member S3 and screwing it into the member Z to seal between the first pressed surface Y1 and the first pressed surface X1, the first ferrule S1 and the second ferrule S2 Since one end portion Z1 of the receiving member Z is pressed and deformed in the radial direction, the receiving member Z, the first ferrule S1 and the second ferrule S2 integrally tighten and sandwich the
このように構成されたアンテナ3は、図2に示すように、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をさらに備えている。このコンデンサ33は、絶縁パイプ32の内部に設けられており、ここでは絶縁パイプ32の冷却液CLが流れる流路32xの内部に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
具体的にコンデンサ33は、互いに隣り合う金属パイプ31の一方(第1の金属パイプ31A)と電気的に接続された第1の電極33Aと、互いに隣り合う金属パイプ31の他方(第2の金属パイプ31B)と電気的に接続されるとともに、第1の電極33Aに対向して配置された第2の電極33Bとを備えており、第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を冷却液CLが満たすように構成されている。つまり、この第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を流れる冷却液CLが、コンデンサ33を構成する誘電体となる。
Specifically, the
各電極33A、33Bは、概略回転体形状をなすとともに、その中心軸に沿って中央部に主流路33xが形成されている。具体的に各電極33A、33Bは、円筒形状をなすものであり、互いに同軸上に配置されている。ここでは第1の電極33Aの内径が、第2の電極33Bの外径よりも大きく、第1の電極33Aの内部に第2の電極33Bが挿し込まれている。これにより、第1の電極33Aと第2の電極33Bとの間に、流路方向に沿った円筒状の空間が形成される。
Each of the
このように構成された各電極33A、33Bは、上述した受け部材Zに一体的に設けられている。ここでは、各電極33A、33B及び受け部材Zを単一の部材から形成して一体的に設けているが、これらを別部品により形成してそれらを接合しても良い。なお、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。
The
このように各電極33A、33Bを受け部材Zに一体的に設けているので、受け部材Zを上述したように絶縁パイプ32の両端部に溶接することで、第1の電極33A及び第2の電極33Bが互いに同軸上に配置されるとともに、第1の電極33Aに対する第2の電極33Bの挿入寸法が規定される。
そして、金属パイプ31A、31Bを上述したように受け部材Zの他端部Z2から差し込んで、受け部材Zの一端部Z1に形成された当接面Zaに当接させることにより、第1の金属パイプ31Aが第1の電極33Aと電気的に接続されるとともに、第2の金属パイプ31Bが第2の電極33Bとが電気的に接続される。
Since the receiving
Then, as described above, 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、第1の電極33Aの主流路33xを通じて第2の電極33B側に流れる。第2の電極33B側に流れた冷却液CLは、第2の電極33Bの主流路33xを通じて第2の金属パイプ31Bに流れる。このとき、第1の電極33Aと第2の電極33Bとの間の円筒状の空間が冷却液CLに満たされて、当該冷却液CLが誘電体となりコンデンサ33が構成される。
なお、受け部材Zの一端部Z1には、厚み方向に複数の貫通孔Zhが形成されている。このような貫通孔Zhを設けることによって、受け部材による冷却液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。
In this configuration, when the coolant CL flows from the
A plurality of through holes Zh are formed in the one end portion Z1 of the receiving member Z in the thickness direction. By providing such a through hole Zh, the flow path resistance of the coolant CL due to the receiving member is reduced, the coolant CL stays in the insulating
<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態のアンテナ3によれば、一対の金属パイプ31及び絶縁パイプ32の間それぞれに、ゴム製のOリングよりも経年劣化や熱影響に強いメタルシールSを設けているので、アンテナ3を長くした場合でも金属パイプ31及び絶縁パイプ32の間のシール性を担保することができる。
しかも、絶縁パイプ32に受け部材Zを溶接するとともに、受け部材Zや第1フェルールS1や第2フェルールS2が一体的に金属パイプ31を締め付けて挟持しているので、各金属パイプ31や絶縁パイプ32のがたつきを抑制すことでき、この点においてもシール性を担保することができる。
<Effect of this embodiment>
According to the
Moreover, since the receiving member Z is welded to the insulating
また、絶縁パイプ32の両端部に設けた受け部材Zを絶縁パイプ32よりも強度の強い材質から形成しているので、メタルシールSを押圧変形させる際に絶縁パイプ32が変形してしまうことを防ぐことができ、メタルシールSを確実に押圧変形させることができる。
Further, since the receiving members Z provided at both ends of the insulating
さらに、コンデンサ33が一対の金属パイプ31と電気的に直列接続されているので、アンテナ3の合成リアクタンスを、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することができる。その結果、アンテナ3のインピーダンスを低減させることができ、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が抑制され、アンテナ3に高周波電流が流れやすくなり、均一性の良いプラズマPを効率良く発生させることができる。
Further, since the
そのうえ、各電極33A、33Bそれぞれが、受け部材Zに設けられているので、受け部材Zを絶縁パイプ32に溶接すれば、第1の電極33A及び第2の電極の相対的な位置関係が規定され、溶接後は各電極33A、33Bの位置関係が維持されるので、コンデンサの静電容量の再現性の低下を招かない。しかも、受け部材Zと絶縁パイプ32とを溶接しているので、これらの間にシールを設ける必要がなく、部品点数を少なくすることができる。
Moreover, since each of the
加えて、第1フェルールの第1押圧面Y1や受け部材Zの第1被押圧面X1が傾斜面であり、アンテナ3の軸方向に沿った成分を有しているので、第1押圧面Y1及び第1被押圧面X1の間を面シールすることができる。これにより、例えば第1押圧面Y1や第1被押圧面X1がアンテナ3の軸方向と垂直な面であり、これらの間が軸シールされる構成に比べてシール性が良い。
In addition, since the first pressing surface Y1 of the first ferrule and the first pressed surface X1 of the receiving member Z are inclined surfaces and have components along the axial direction of the
コンデンサ33の誘電体が、第1の電極33A及び第2の電極33Bの間の空間を満たす液体であるので、コンデンサ33を構成する各電極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、各電極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及び第2の電極33B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各電極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。
Since the dielectric of the
誘電体が、金属パイプ31の内部を流れる冷却液であるので、プラズマ生成時に生じる熱によって高温になりがちな金属パイプ31を冷却液CLによって冷却することができるので、アンテナ3自体の破損又はその周辺構造の破損などを防ぐことができ、安定してプラズマPを発生させることが可能となる。
しかも、その冷却液CLをコンデンサ33の誘電体として用いているので、コンデンサ33を冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
さらに、冷却液CLを温調機構141により一定温度に調整しながら誘電体として用いることで、温度変化による比誘電率の変化を抑えることができ、それに伴って生じる静電容量の変化を抑えることができる。
Since the dielectric is a coolant that flows inside the
Moreover, since the coolant CL is used as the dielectric of the
Furthermore, by using the coolant CL as a dielectric while adjusting it to a constant temperature by the
<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、メタルシールSとしては、前記実施形態ではダブルフェルールタイプのものを用いていたが、図4に示すように、メタルガスケットS4を用いたものであっても良い。
より具体的に説明すると、ここでは金属パイプ31の端部にフランジFを設けてあり、メタルシールSは、そのフランジFと受け部材Zとの間に配置される例えば円環状のメタルガスケットS4と、メタルガスケットS4を受け部材Zに向かって押し込むための押込部材S3とを備えている。
そして、押込部材S3が、前記実施形態と同様に受け部材Zに螺合するように構成されるとともに、フランジFの背面X4を押圧する押圧面Y4を有している。
For example, as the metal seal S, a double ferrule type is used in the above embodiment, but as shown in FIG. 4, a metal gasket S4 may be used.
More specifically, here, a flange F is provided at the end of the
The pushing member S3 is configured to be screwed into the receiving member Z as in the embodiment, and has a pressing surface Y4 for pressing the back surface X4 of the flange F.
上述した構成により、押込部材S3を受け部材Zに螺合させることにより、押込部材S3の押圧面Y4がフランジFの背面X4を押圧し、金属パイプ31が受け部材Zに向かって軸方向に沿って押し込まれる。これにより、金属パイプ31のフランジFと受け部材Zとの間でメタルガスケットS4が潰され、これらの間が気密又は液密に保たれる。
According to the above-described configuration, by screwing the pushing member S3 into the receiving member Z, the pressing surface Y4 of the pushing member S3 presses the back surface X4 of the flange F, and the
また、メタルシールSとしては、図5に示すように、メタルOリングS5を用いたものであっても良いし、図示していないが、単一のフェルールを用いたものであっても良い。 Further, as the metal seal S, as shown in FIG. 5, a metal O-ring S5 may be used, or, although not shown, a single ferrule may be used.
さらに、前記実施形態では、第1被押圧面X1、第1押圧面Y1、第2被押圧面X2、第2押圧面Y2、第3被押圧面X3、及び第3押圧面Y3がいずれもアンテナ3の軸方向に対して傾斜した傾斜面であったが、これらの面X1~X3、Y1~Y3の一部がアンテナ3の軸方向に垂直な面であっても良い。
Further, in the above embodiment, the first pressed surface X1, the first pressed surface Y1, the second pressed surface X2, the second pressed surface Y2, the third pressed surface X3, and the third pressed surface Y3 are all antennas. Although it was an inclined surface inclined with respect to the axial direction of 3, a part of these surfaces X1 to X3 and Y1 to Y3 may be a surface perpendicular to the axial direction of the
前記実施形態では、絶縁パイプと受け部材とを溶接により分離不能に一体化していたが、溶接とは異なる接合方法で一体化しても良い。さらに、絶縁パイプと受け部材とは必ずしも一体化されている必要はなく、これらの間のシール性を担保できれば、受け部材が絶縁パイプに対して例えばねじ締結などにより着脱可能に設けられていても良い。 In the above embodiment, the insulating pipe and the receiving member are inseparably integrated by welding, but they may be integrated by a joining method different from welding. Further, the insulating pipe and the receiving member do not necessarily have to be integrated, and if the sealing property between them can be ensured, even if the receiving member is detachably provided to the insulating pipe by, for example, screwing. good.
前記実施形態のプラズマ処理装置100ではアンテナ3が基板Wの処理室内に配置されたものであったが、図6に示すように、アンテナ3を処理室18外に配置したものであってもよい。この場合、複数のアンテナ3は、真空容器2内において誘電体窓19によって処理室18とは区画されたアンテナ室20に配置されている。なお、アンテナ室20は真空排気装置6によって真空排気される。このプラズマ処理装置100であれば、処理室18の圧力などの条件と、アンテナ室20の圧力などの条件とを個別に制御することができ、プラズマPの発生を効率的にできるとともに、基板Wの処理を効率的にできる。
In the
加えて、金属パイプ及び絶縁パイプは、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、金属パイプや絶縁パイプは中実のものであっても良い。 In addition, the metal pipe and the insulating pipe 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 metal pipe and the insulating pipe 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 be 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 ・・・誘導結合型プラズマ
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(中空絶縁体)
33 ・・・コンデンサ
33A・・・第1の電極
33B・・・第2の電極
4 ・・・高周波電源
CL ・・・冷却液(液体の誘電体)
S ・・・メタルシール
S1 ・・・第1フェルール
S2 ・・・第2フェルール
S3 ・・・押込部材
Z ・・・受け部材
100 ... Plasma processing device W ... Substrate P ... Inductively coupled
32 ... Insulation pipe (hollow insulator)
33 ...
S ・ ・ ・ Metal seal S1 ・ ・ ・ 1st ferrule S2 ・ ・ ・ 2nd ferrule S3 ・ ・ ・ Pushing member Z ・ ・ ・ Receiving member
Claims (8)
少なくとも一対の筒状の導体要素と、
互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、これらの導体要素の内部空間と連通する中空絶縁体と、
前記一対の導体要素及び前記中空絶縁体の間それぞれに設けられて、前記中空絶縁体とは別部材であるメタルシールとを具備する、アンテナ。 It is an antenna for generating plasma by passing a high frequency current.
With at least a pair of cylindrical conductor elements,
A hollow insulator provided between the conductor elements adjacent to each other and communicating with the internal space of these conductor elements.
An antenna provided between the pair of conductor elements and the hollow insulator, and provided with a metal seal which is a member different from the hollow insulator .
前記受け部材が、前記中空絶縁体よりも強度の強い材質からなる、請求項1記載のアンテナ。 Further provided with receiving members provided at both ends of the hollow insulator and to which the metal seal abuts are provided.
The antenna according to claim 1, wherein the receiving member is made of a material having a strength stronger than that of the hollow insulator.
前記容量素子が、
前記一対の導体要素の一方と電気的に接続されるとともに、前記中空絶縁体の内部を通って前記一対の導体要素の他方側に延びる第1の電極と、
前記一対の導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記中空絶縁体の内部を通って前記一対の導体要素の一方側に延び、前記第1の電極と対向する第2の電極とを有し、
前記第1の電極が、一方の前記受け部材に設けられており、
前記第2の電極が、他方の前記受け部材に設けられている、請求項2記載のアンテナ。 Further comprising a capacitive element electrically connected in series with the pair of conductor elements
The capacitive element
A first electrode that is electrically connected to one of the pair of conductor elements and extends through the interior of the hollow insulator to the other side of the pair of conductor elements.
A second electrode that is electrically connected to the other of the pair of conductor elements and extends to one side of the pair of conductor elements through the inside of the hollow insulator and faces the first electrode. Have and
The first electrode is provided on one of the receiving members.
The antenna according to claim 2, wherein the second electrode is provided on the other receiving member.
前記受け部材に当てられる第1フェルールと、
前記第1フェルールよりも前記導体要素側に配置される第2フェルールと、
前記第2フェルールを軸方向に沿って前記第1フェルール側に押し込むとともに、前記受け部材に螺合する押込部材とを有する、請求項2乃至4のうち何れか一項に記載のアンテナ。 The metal seal
The first ferrule applied to the receiving member and
A second ferrule arranged closer to the conductor element than the first ferrule,
The antenna according to any one of claims 2 to 4, further comprising a pushing member that pushes the second ferrule toward the first ferrule side along the axial direction and is screwed into the receiving member.
前記アンテナが内部又は外部に配置された真空容器と、
前記アンテナに高周波電流を印加する高周波電源とを具備する、プラズマ処理装置。 The antenna according to any one of claims 1 to 7.
A vacuum container in which the antenna is arranged inside or outside,
A plasma processing apparatus including a high frequency power supply that applies a high frequency current to the antenna.
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