JP7323779B2 - アンテナおよびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に設置されるアンテナなどに関する。

誘電結合プラズマを用いて基板にプラズマ処理を施すためにプラズマ処理装置が使用されている。これらのプラズマ処理装置では、真空容器内にプラズマを発生させるアンテナが用いられている。

上記アンテナは、プラズマ処理の対象となる基板の大きさによっては、数メートルの長さとなるため、自重により撓んでしまうという問題がある。

上記の問題を解決するための技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、アンテナ本体をカバーするカバー部材を、複数の絶縁パイプを接続させて形成しており、隣接する絶縁パイプを連結する連結部を真空容器に接続させている。

特開２０１７－６３０００号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、複数の絶縁パイプを繋ぎ合わせる必要があるため、製造コストが大きくなってしまうという問題があった。

本発明の一態様は、アンテナが撓むことを抑制できるとともに、製造コストを削減することができるアンテナおよびプラズマ処理装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナは、真空容器内に配置され、前記真空容器内にプラズマを発生させるアンテナであって、電流が流れることによりプラズマを発生させるアンテナ導体と、絶縁性を有しており、前記アンテナ導体を覆うカバー部材と、一方の端部が前記カバー部材の鉛直上側に接続され、前記アンテナ導体が延伸する方向に沿って設置される複数の接続部と、前記複数の接続部の前記一方の端部とは反対側の端部が接続され、前記接続部を介して前記カバー部材を支持する支持部と、を備える。

本発明の一態様によれば、アンテナが撓むことを抑制できるとともに、製造コストを削減することができる。

本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す概略図である。 上記プラズマ処理装置が備えるアンテナの構成を示すものであり、符号１００１に示す図は、図１において、点線で囲んだ領域Ａの拡大図であり、符号１００２に示す図は、符号１００１に示す図におけるＢ－Ｂ線矢視断面図である。 本発明の実施形態２に係るアンテナの構成を示すものであり、符号１００３に示す図は、図１において、点線で囲んだ領域Ａに対応する領域のアンテナの拡大図であり、符号１００４に示す図は、符号１００３に示す図におけるＣ－Ｃ線矢視断面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置１の構成を模式的に示す概略図である。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、誘電結合プラズマを用いて基板Ｓにプラズマ処理を施す装置である。ここで、プラズマ処理装置１による基板Ｓに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリングなどである。なお、プラズマ処理装置１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。

プラズマ処理装置１は、図１に示すように、真空排気されかつガス導入口（不図示）を介してガスが導入される真空容器２と、アンテナ１０と、真空容器２内にプラズマ（融合結合プラズマ）を生成するための高周波電流をアンテナ１０に供給する高周波電源（不図示）と、基板Ｓを固定する基板ホルダ３とを備えている。プラズマ処理装置１では、アンテナ１０に上記高周波電源から高周波電力を供給することによりアンテナ１０に高周波電流が流れる。これにより、真空容器２内に誘導電界が発生してプラズマが生成される。生成されたプラズマは、基板ホルダ３に載置された基板Ｓの近傍まで拡散し、当該プラズマによって上述した処理が基板Ｓに対して施される。

図２は、アンテナ１０の構成を示すものであり、符号１００１に示す図は、図１において、点線で囲んだ領域Ａの拡大図であり、符号１００２に示す図は、符号１００１に示す図におけるＢ－Ｂ線矢視断面図である。アンテナ１０は、真空容器２内に配置され、真空容器２内にプラズマを発生させる。図２に示すように、アンテナ１０は、アンテナ導体１１と、アンテナカバー１２（カバー部材）と、ピン１３と、プレート１４（支持部）とを備える。

アンテナ導体１１は、上述の高周波電源から高周波電流が流れることによりプラズマを発生させる。アンテナ導体１１は、導電性を有している。アンテナ導体１１は、水平方向に延伸する、中空体の円柱状の金属パイプとなっている。アンテナ導体１１の材質としては、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレスなどを用いることができる。アンテナ導体１１の水平方向の長さは、例えば、２０００～３０００ｍｍとしてもよい。アンテナ導体１１は、両端が真空容器２によって支持されている。

アンテナカバー１２は、アンテナ導体１１が延伸する方向を軸としてアンテナ導体１１を覆うカバー部材である。アンテナカバー１２は、絶縁性の部材（例えば、石英）にて形成されている。アンテナカバー１２は、中心軸がアンテナ導体１１の中心軸と実質的に同一直線上に位置するように配置されている。

本実施形態におけるアンテナカバー１２の長さ方向に垂直な平面で切断した断面における外径は、２５ｍｍであり、内径は２３ｍｍとなっているが、これに限られるものではない。アンテナカバー１２は、両端が真空容器２によって支持されている。

ピン１３は、上下方向に延伸する円柱状の部材である。ピン１３は、絶縁性の部材（例えば、石英）にて形成されている。ピン１３は、下方側の端部１３ａがアンテナカバー１２の鉛直上側に接続されており、上方側の端部１３ｂが後述するプレート１４に接続されている。ピン１３は、アンテナ導体１１が延伸する方向に沿って複数設けられている。

ピン１３は、互いに隣接するピン１３同士の間の間隔が例えば１００～２００ｍｍとなるように設置することができる。本実施形態におけるピン１３は、上下方向の長さが１０ｍｍであり、ピン１３の長さ方向に垂直な平面で切断した断面における外径は１ｍｍであるがこれに限られるものではない。

プレート１４は、プレート１４が延伸する方向（換言すれば、アンテナ導体１１が延伸する方向）に垂直な平面で切断した断面形状が矩形となっており、水平方向に延伸する板状の部材である。プレート１４は、絶縁性の部材（例えば、石英）にて形成されている。プレート１４は、アンテナカバー１２の上方に設置されている。プレート１４には、上述したように、ピン１３の上方側の端部１３ｂが接続されている。これにより、プレート１４は、ピン１３を介してアンテナカバー１２を支持する支持部としての機能を有している。

プレート１４は、ピン１３の長さ方向に垂直な平面で切断した断面における水平方向の長さ（図２の符号１００２に示す図における左右方向の長さ）が１０ｍｍであり、ピン１３の長さ方向に垂直な平面で切断した断面における鉛直方向の長さ（図２の符号１００２に示す図における上下方向の長さ）が４ｍｍであるが、これらの長さに限られるものではない。プレート１４は、両端が真空容器２によって支持されている。

以上のように、本実施形態のアンテナ１０は、（１）下方側の端部１３ａがアンテナカバー１２の鉛直上側に接続され、アンテナ導体１１が延伸する方向に沿って設置される複数のピン１３と、（２）複数のピン１３の上方側の端部１３ｂが接続され、ピン１３を介してアンテナカバー１２を支持するプレート１４とを備えている。

上記の構成によれば、アンテナカバー１２がピン１３を介してプレート１４によって支持されるので、アンテナカバー１２が撓むことを防止することができる。換言すれば、アンテナカバー１２の剛性を向上させることができる。また、アンテナ導体１１が撓んだ場合においても、アンテナカバー１２が撓んでいないため、アンテナカバー１２により支持されることでアンテナ導体１１が大きく曲がることを防止することができる。さらに、アンテナ１０では、アンテナカバー１２を複数の部材を接合させず、１つの部材で構成することができるので、アンテナの製造コストを削減することができる。

また、アンテナ１０では、アンテナカバー１２（換言すれば、アンテナ導体１１）を円柱状の細長い形状のピン１３を介してプレート１４で支持している。その結果、アンテナ導体１１によって一様なプラズマを発生させることができる。さらに、ピン１３が円柱状の細長い形状となっていることにより、アンテナカバー１２とプレート１４とを接続する接続部を軽量化することができる。

さらに、アンテナ１０では、ピン１３をスポット溶接にてアンテナカバー１２に接続させることができる。このため、例えば、アンテナカバー１２が延伸する方向の全ての領域においてリブなどの補強材を接続する場合に比べて、アンテナ１０を容易に製造することができ、また、溶接歪みなどの影響を小さくすることができる。

また、アンテナ１０では、アンテナカバー１２の両端およびプレート１４の両端が真空容器２によって支持されている。これにより、従来のようにアンテナカバーだけが真空容器によって支持されている場合に比べて、アンテナ１０を強固に支持することができ、石英によって形成されているアンテナカバー１２が破損することを抑制することができるようになっている。

なお、本実施形態におけるアンテナ１０では、ピン１３が円柱状であったが、本発明はこれに限られない。本発明の一態様のアンテナでは、アンテナカバー１２とプレート１４とを接続する接続部材として、例えば、直方体状の細長い形状のピンを用いてもよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態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。

図３は、本実施形態におけるアンテナ１０Ａの構成を示すものであり、符号１００３に示す図は、図１において、点線で囲んだ領域Ａに対応する領域のアンテナ１０Ａの拡大図であり、符号１００４に示す図は、符号１００３に示す図におけるＣ－Ｃ線矢視断面図である。

図２に示すように、アンテナ１０Ａは、実施形態１におけるプレート１４に代えて絶縁パイプ２０（支持部）を備えている。また、アンテナ１０Ａは、実施形態１におけるアンテナ１０の構成に加えて補強部材２１を備えている。

絶縁パイプ２０は、水平方向に延伸する中空のパイプである。絶縁パイプ２０は、絶縁性の部材（例えば、石英）にて形成されている。絶縁パイプ２０は、アンテナカバー１２の上方に設置されている。絶縁パイプ２０には、ピン１３の上方側の端部１３ｂが接続されている。これにより、絶縁パイプ２０は、ピン１３を介してアンテナカバー１２を支持する支持部としての機能を有している。絶縁パイプ２０は、両端が真空容器２によって支持されている。

補強部材２１は、絶縁パイプ２０の強度を補強する部材である。補強部材２１は、金属（例えば、チタン）によって形成された円柱形状となっている。補強部材２１は、絶縁パイプ２０の内部に設置されている。補強部材２１は、他の部材と電位が独立したフローティング状態となっている。

以上のように、本実施形態のアンテナ１０Ａでは、アンテナカバー１２がピン１３を介して絶縁パイプ２０によって支持されるので、アンテナカバー１２が撓むことを防止することができる。

さらに、アンテナ１０Ａでは、絶縁パイプ２０の内部に補強部材２１が挿入されていることにより、石英によって形成されている絶縁パイプ２０が破損することを抑制することができるようになっている。

本発明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、異なる実施形態にそれぞれ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発明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
１０、１０Ａ アンテナ
１１ アンテナ導体
１２ アンテナカバー（カバー部材）
１３ ピン（接続部）
１４ プレート（支持部）
２０ 絶縁パイプ（支持部）
２１ 補強部材（接続部）

Claims (2)

1. 真空容器内に配置され、前記真空容器内にプラズマを発生させるアンテナであって、
   電流が流れることによりプラズマを発生させるアンテナ導体と、
   絶縁性を有しており、前記アンテナ導体を覆うカバー部材と、
   一方の端部が前記カバー部材の鉛直上側に接続され、前記アンテナ導体が延伸する方向に沿って設置される複数の接続部と、
   前記複数の接続部の前記一方の端部とは反対側の端部が接続され、前記接続部を介して前記カバー部材を支持する支持部と、を備え、
   前記支持部は、前記アンテナ導体が延伸する方向に延伸する中空の絶縁部材にて構成されており、
   前記絶縁部材の内部に、金属を含む補強部材が挿入されていることを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナを用いることを特徴とするプラズマ処理装置。

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