JP7849640B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

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、被処理物の除膜処理を精度よく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、被処理物を精度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、前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、所定のバイアス電圧を前記被処理物に印加する印加機構と、を備え、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るホルダーと、前記真空容器の内部において、前記ホルダーに電気的に接続された電極板と、を備え、前記アンテナと前記ターンテーブルの回転軸との間に位置する前記被処理物に対して、前記バイアス電圧を前記電極板から印加するものである。

本開示の一態様によれば、被処理物を精度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断面図である。 図１に示した高周波窓の構成例を説明する平面図である。 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。 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断面図である。 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。 図８に示したプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。 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。 図１０に示した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５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。 図１２に示したプラズマ処理装置の電極板及びホルダーの構成例を説明する図である。 本開示の実施形態６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。 図１４に示したプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。 図１４に示したホルダーの構成例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４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に示した高周波窓ＷＲの構成例を説明する平面図である。図４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、高周波窓ＷＲと、アンテナ７と、印加機構ＳＭと、を備えている。また、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、上蓋２ｃ及び下蓋２ｄ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では、回転軸３ｂは回動可能に真空容器２の下蓋２ｄ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を保持するためにホルダー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、つまり容器本体２ａの内壁面２ｂ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。

＜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。具体的には、真空容器２において、高周波窓ＷＲ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。

金属板５は、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、錫、ケイ素、チタン、鉄、クロム、ニオブ、炭素、モリブデン、タングステン、あるいはコバルトを含んだ群から選択される１つの金属、またはそれらの合金を用いて構成されており、図１及び図２に示すように、容器本体２ａ側に設けられている。また、金属板５には、図３に例示するように、複数のスリット５Ｓが設けられている。これらのスリット５Ｓは、アンテナ７が延伸する延伸方向に沿って所定間隔をおいて設けられている。

また、各スリット５Ｓは、例えば、図３に寸法Ｌ１及び寸法Ｌ２にて示す、長方形状の開口によって構成されている。なお、スリット５Ｓにおいて、寸法Ｌ１及び寸法Ｌ２は、例えば、３０ｍｍ～６０ｍｍの範囲内の値及び５ｍｍ～３０ｍｍの範囲内の値である。なお、後掲の図１１において、高周波窓ＷＲが取り付けられる開口部２ｂ１の開口寸法Ｌ３を示す。この開口寸法Ｌ３は、例えば、４０ｍｍ～８０ｍｍの範囲内の値に設定されており、高周波磁場を効率よく真空容器２の内部に導入するために、スリット５Ｓの寸法Ｌ１よりも大きく設定されている。

誘電体板６は、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス材料、あるいは石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、またはフッ素樹脂などの合成樹脂板を用いて構成されており、金属板５のアンテナ７側に設けられている。また、誘電体板６は、少なくともスリット５Ｓを覆うように金属板５に取り付けられている。これにより、高周波窓ＷＲでは、アンテナ７から生じた高周波磁場は誘電体板６及び金属板５の複数のスリット５Ｓを透過して真空容器２の内部に供給される。なお、複数のスリット５Ｓは、誘電体板６によって塞がれるので、真空容器２の内部の真空状態は保持される。

本実施形態１のプラズマ処理装置１では、誘電体板６だけでなく、スリット５Ｓが形成された金属板５と共に高周波窓ＷＲを形成することにより、高周波磁場を真空容器２の内部へ導入する機能を確保しつつ、高周波窓ＷＲの機械的強度を上げることができる。これにより、誘電体板６が破損するリスクを減らすことができる。

＜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。

この結果、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、アンテナ７から生じた高周波磁場が高周波窓ＷＲを介して真空容器２の内部に導入されて、真空容器２の内部にプラズマを発生させることができる。このプラズマは、アンテナ７からの距離に逆比例する磁場分布相当の密度分布をもち、また真空容器２の内部に拡がる指向性の良い分布をもつ。これにより、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、真空容器２の内部に高密度のプラズマを広く生成して、後述のプラズマ処理領域ＰＡを形成することができ、当該プラズマ処理領域ＰＡの内部でワークＷを精度よく処理することができる。

＜印加機構ＳＭ＞
印加機構ＳＭは、ワークＷを保持するためにターンテーブル３に設けられるホルダーＨと、真空容器２の内部において、ホルダーＨに電気的に接続された電極板ＳＭ２と、を備えている。また、印加機構ＳＭは、容器本体２ａの外部に設けられた電源ＳＭ１を有しており、アンテナ７とターンテーブル３の回転軸３ｂとの間に位置するワークＷに対して、所定のバイアス電圧を電源ＳＭ１から電極板ＳＭ２及びホルダーＨを介して印加する。プラズマ処理領域ＰＡは、ワークＷに対する所定のプラズマ処理が行われる領域である。このプラズマ処理領域ＰＡは、ワークＷに対して電極板ＳＭ２によるバイアス電圧を印加可能な領域、つまり電極板ＳＭ２の設置箇所と、ホルダーＨ及び電極板ＳＭ２が互いに接触する領域とによって規定される。本実施形態１のプラズマ処理装置１では、プラズマ処理領域ＰＡの内部において、印加機構ＳＭからのバイアス電圧が印加された状態のワークＷに対して、所定のプラズマ処理が施される。

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。

電極板ＳＭ２は、例えば、半円状に形成されており、真空容器２の内部においてアンテナ７とターンテーブル３の回転軸３ｂとの間に設置されている。電極板ＳＭ２は、アンテナ７と回転軸３ｂとの間に位置するワークＷに対して、ホルダーＨを介してバイアス電圧を印加する。換言すれば、印加機構ＳＭは、ホルダーＨに保持されたワークＷが、高周波窓ＷＲとその近傍に、かつ、電極板ＳＭ２の対向する位置に存在しているときにのみバイアス電圧を当該ワークＷに印加する。

また、電極板ＳＭ２では、ターンテーブル３の回転方向（つまり、図１の矢印Ｒ１に沿った方向）での寸法は、スリット５Ｓの同回転方向での寸法の２倍以上４倍以下の範囲内の値に設定されている。換言すれば、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、真空容器２の内部において、プラズマ処理領域ＰＡは、電極板ＳＭ２の上記寸法に対応して設定される。また、真空容器２の内部において、電極板ＳＭ２が設置されていない領域は、所定のプラズマ処理がワークＷに実行されないので、当該ワークＷを冷却可能な冷却領域ＣＡとして機能するようになっている。

また、上記のように、電極板ＳＭ２がスリット５Ｓの上記回転方向での寸法を基に、規定されることにより、本実施形態１では、ワークＷにバイアス電圧を確実に、かつ、容易に印加できるとともに、プラズマ処理をより適切に行えるコンパクトなプラズマ処理装置１を構成することができる。

なお、電極板ＳＭ２のターンテーブル３の回転方向での寸法がスリット５Ｓの同回転方向での寸法の２倍未満の値に設定された場合には、プラズマ処理領域ＰＡを大きくすることができずに、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ないおそれがある。また、電極板ＳＭ２のターンテーブル３の回転方向での寸法がスリット５Ｓの同回転方向での寸法の４倍を超える値に設定された場合には、アンテナ７の設置本数の増加や高周波窓ＷＲの大型化などを必要として、コンパクトなプラズマ処理装置１を構成し難くなるおそれがある。

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が回転することにより、電極板ＳＭ２が設置されたプラズマ処理領域ＰＡ内において、電極板ＳＭ２からバイアス電圧が印加されて、複数のワークＷに対して、所定のプラズマ処理を順次行えるようになっている。

ホルダーＨは、図４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導通部材Ｈ３と、を備えている。また、ホルダーＨは、弾性部材としてのばねＨ５を保持する保持部材Ｈ４と、摺動部材としてのローラーＨ６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おり、ターンテーブル３のテーブル本体３ａに設けられている。また、支持部材Ｈ１は、ワークＷを保持した状態で、支持部材Ｈ２に回転自在に支持されている。

ばねＨ５は、電極板ＳＭ２の表面側にローラーＨ６を付勢するように構成されている。また、ばねＨ５は、例えば、誘電体材料を用いて構成された保持部材Ｈ４によって弾性変形可能な状態で保持されている。また、ローラーＨ６は、ばねＨ５によって付勢された状態で、保持部材Ｈ４によって回動可能に保持されている。導通部材Ｈ３、ばねＨ５、及びローラーＨ６は、金属材料により構成されており、電気的に順次接続されて、電極板ＳＭ２からワークＷに至るバイアス電圧の印加経路を構成している。これにより、ホルダーＨ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可能に構成されている。

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、ワークＷに所定のバイアス電圧を印加する印加機構ＳＭと、を備えている。また、印加機構ＳＭは、ワークＷを保持するためにターンテーブル３に設けられるホルダーＨと、真空容器２の内部において、ホルダーＨに電気的に接続された電極板ＳＭ２とを具備している。

以上の構成により、本実施形態１では、ワークＷを精度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、電極板ＳＭ２によって真空容器２の内部をプラズマ処理領域ＰＡに規定しているので、当該プラズマ処理領域ＰＡで、ワークＷに電圧を印加しながら高密度のプラズマを利用できるため、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を精度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、プラズマ処理を効率よく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５及び図６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５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６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５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５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６）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５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５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５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５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６の６０１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６の６０２及び６０３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６の６０２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６の６０３に示すように、シースＳＡの厚みは図６の６０２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。

また、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、真空容器２の内部において、所定のプラズマ処理が実行されずに、ワークＷを冷却可能な冷却領域ＣＡが設定されている。これにより、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、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。この結果、プラズマ処理装置１では、ワークＷの温度上昇を大幅に抑えることができ、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。

また、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、印加機構ＳＭにおいて、複数のホルダーＨが、ターンテーブル３に所定の間隔をおいて設けられ、かつ、電極板ＳＭ２は、真空容器２の内部においてアンテナ７とターンテーブル３の回転軸３ｂとの間に設置されて、アンテナ７と回転軸３ｂとの間に位置するワークＷに対して、ホルダーＨを介してバイアス電圧を印加している。換言すれば、印加機構ＳＭは、ホルダーＨに保持されたワークＷが、高周波窓ＷＲとその近傍に、かつ、電極板ＳＭ２の対向する位置に存在しているときにのみバイアス電圧を当該ワークＷに印加している。これにより、本実施形態１のプラズマ処理装置１では、複数の各ワークＷに対してプラズマ処理をより適切に行うことができる。

〔実施形態２〕
本開示の実施形態２について、図７を用いて具体的に説明する。図７は、本開示の実施形態２に係るプラズマ処理装置１の要部構成を示す断面図である。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。

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２ｅを設けた点である。

図７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２ｅ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２ｅ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２ｅ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２ｅ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２ｅ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２ｅ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、接触部材２ｅ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。

〔実施形態３〕
本開示の実施形態３について、図８及び図９を用いて具体的に説明する。図８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。図９は、図８に示したプラズマ処理装置１の要部構成を示す断面図である。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。

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互いに平行に設けられた２つのテーブル本体１３ａ１、１３ａ２を有するターンテーブル１３を設けて、複数のワークＷを上記延伸方向に沿って設けた点である。

図８及び図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が延伸する延伸方向に沿って、例えば、上下二段に対向配置されたテーブル本体１３ａ１、１３ａ２を備えるターンテーブル１３が設けられている。このターンテーブル１３は、実施形態１のターンテーブル３と同様に、例えば、金属材料を用いて構成されており、テーブル本体１３ａ１、１３ａ２の各中央部に連結された回転軸１３ｂを備えている。また、この回転軸１３ｂは回動可能に真空容器２の下蓋２ｄに気密に取り付けられており、回転軸１３ｂ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１３では、回転軸１３ｂが図８に示すＲ１方向に回動することにより、テーブル本体１３ａ１、１３ａ２は、真空容器２の内部でＲ１方向に回転するよう構成されている。

テーブル本体１３ａ１には、ワークＷがテーブル本体１３ａ２に向き合うように、ワークＷを保持するための複数のホルダーＨがテーブル本体１３ａ１の周方向で所定の間隔をおいて設けられている。テーブル本体１３ａ２には、ワークＷがテーブル本体１３ａ１に向き合うように、ワークＷを保持するための複数のホルダーＨがテーブル本体１３ａ２の周方向で所定の間隔をおいて設けられている。換言すれば、本実施形態３のプラズマ処理装置１では、真空容器２の内部において、複数のワークＷが互いに対向するように上下二段に設置される。

また、印加機構ＳＭにおいては、例えば、電極板ＳＭ２と同一形状に構成された電極板ＳＭ３が、テーブル本体１３ａ１の上蓋２ｃ側に設置されている。そして、印加機構ＳＭは、電極板ＳＭ２及びホルダーＨを介してテーブル本体１３ａ２に保持されたワークＷに電源ＳＭ１からのバイアス電圧を印加するとともに、電極板ＳＭ３及びホルダーＨを介してテーブル本体１３ａ１に保持されたワークＷに電源ＳＭ１からのバイアス電圧を印加するよう構成されている。

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、真空容器２の内部で複数のワークＷが互いに対向するように上下二段に設置されるので、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。

なお、上記の説明では、複数、例えば、２つのテーブル本体１３ａ１、１３ａ２を設けて、アンテナ７の上記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、本開示はこれに限定されるものではなく、例えば、ホルダーＨが設けられる、１つのテーブル本体において、当該ホルダーＨの上方でワークＷを支持する支持部材を設けて、上下二段でワークＷを保持する構成でもよい。

〔実施形態４〕
本開示の実施形態４について、図１０及び図１１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。図１１は、図１０に示したプラズマ処理装置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。

本実施形態４と上記実施形態１との主な相違点は、冷却板ＣＭ１を用いてワークＷを冷却する冷却機構ＣＭを設けた点である。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、冷却機構ＣＭが真空容器２の内部の冷却領域ＣＡに設けられている。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。

具体的にいえば、冷却板ＣＭ１は、真空容器２の内部において、ターンテーブル３の回転軸３ｂに対してアンテナ７とは反対側の冷却領域ＣＡに配置されている。また、冷却板ＣＭ１は、その表面がホルダー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。配管ＣＭ２は、下蓋２ｄに対して気密に保った状態で、真空容器２の外部に引き出されて上記冷却媒体を循環させる不図示の循環機構に接続されている。

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。また、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、ワークＷを冷却する冷却板ＣＭ１を有する冷却機構ＣＭが設けられているので、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。

換言すれば、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、ワークＷに対する冷却性能が向上されているので、プラズマ処理（除膜処理）において、ワークＷに対するプラズマからのイオン電流を増やすことができ、除膜レートを上げることができる。

また、本実施形態４のプラズマ処理装置１では、より高速にワーク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４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。

なお、上記実施形態２及び実施形態４の説明では、それぞれ接触部材２ｅ及び冷却板ＣＭ１との接触により、ホルダーＨの支持部材Ｈ１を回転（自転）させる構成について説明した。しかしながら、本開示は、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５〕
本開示の実施形態５について、図１２及び図１３を用いて具体的に説明する。図１２は、本開示の実施形態５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１３は、図１２に示したプラズマ処理装置１の電極板ＳＭ４及びホルダーＨの構成例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５と上記実施形態１との主な相違点は、円板状に構成した電極板ＳＭ４に導通部分ＳＭ４Ａと絶縁部分ＳＭ４Ｂとを設けた点である。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態５のプラズマ処理装置１では、印加機構ＳＭはターンテーブル３のテーブル本体３ａの下蓋２ｄ側で容器本体２ａに固定された電極板ＳＭ４を備えている。この電極板ＳＭ４は、回転軸３ｂが回転可能に挿通される孔部（図示せず）を有し、例えば、電極板ＳＭ１と同じ電極材料からなる導通部分ＳＭ４Ａと、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂やセラミックスなどの絶縁材料からなる絶縁部分ＳＭ４Ｂとを備えている。

また、絶縁部分ＳＭ４Ｂは、導通部分ＳＭ４Ａと同一平面となるように当該導通部分ＳＭ４Ａに組付けられている。そして、印加機構ＳＭでは、ホルダーＨのローラーＨ６が導通部分ＳＭ４Ａの表面を摺動する場合に、電源ＳＭ１からのバイアス電圧をワークＷに印加する。一方で、ホルダーＨのローラーＨ６が絶縁部分ＳＭ４Ｂの表面を摺動する場合には、電源ＳＭ１からのバイアス電圧はワークＷに印加されない。換言すれば、本実施形態５では、電極板ＳＭ４における導通部分ＳＭ４Ａの大きさを定めることにより、プラズマ処理領域ＰＡを規定することができる。

以上の構成により、本実施形態５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５のプラズマ処理装置１では、電極板ＳＭ４において、ホルダーＨのローラーＨ６は常時当該電極板ＳＭ４の表面上を摺動していることとなり、ローラーＨ６の動作を安定させてホルダーＨによるワークＷの保持状態も安定な状態とすることができる。

〔実施形態６〕
本開示の実施形態６について、図１４乃至図１６を用いて具体的に説明する。図１４は、本開示の実施形態６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１５は、図１４に示したプラズマ処理装置１の要部構成を示す断面図である。図１６は、図１４に示したホルダーＨの構成例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６と上記実施形態１との主な相違点は、印加機構ＳＭにおいて、円弧状の電極板ＳＭ５を用いた点である。

図１５及び図１６に示すように、本実施形態６のプラズマ処理装置１では、印加機構ＳＭはターンテーブル３のテーブル本体３ａの下蓋２ｄ側で容器本体２ａに固定された電極板ＳＭ５を備えている。この電極板ＳＭ５は、例えば、テーブル本体３ａの外周面に沿った円弧状に構成されている。

また、印加機構ＳＭにおいて、ホルダーＨのローラーＨ６は、図１６に示すように、電極板ＳＭ５の内周面を摺動するようになっている。そして、印加機構ＳＭでは、ホルダーＨのローラーＨ６が電極板ＳＭ５の内周面を摺動する場合に、電源ＳＭ１からのバイアス電圧をワークＷに印加する。

以上の構成により、本実施形態６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、前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、所定のバイアス電圧を前記被処理物に印加する印加機構と、を備え、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るホルダーと、前記真空容器の内部において、前記ホルダーに電気的に接続された電極板と、を備え、前記アンテナと前記ターンテーブルの回転軸との間に位置する前記被処理物に対して、前記バイアス電圧を前記電極板から印加するものである。

上記構成によれば、被処理物を精度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ける、前記印加機構において、複数の前記ホルダーが、前記ターンテーブルに所定の間隔をおいて設けられ、かつ、前記電極板は、前記アンテナと前記ターンテーブルの回転軸との間に設置されてもよい。

上記構成によれば、複数の各被処理物に対してプラズマ処理をより適切に行うことができる。

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、前記印加機構は、前記ホルダーに保持された前記被処理物が、前記高周波窓とその近傍に、かつ、前記電極板の対向する位置に存在しているときにのみ前記バイアス電圧を当該被処理物に印加してもよい。

上記構成によれば、被処理物に対してプラズマ処理をより適切に行うことができる。

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、前記高周波窓は、複数のスリットを有する金属板と、前記複数のスリットを覆うように前記金属板の前記アンテナ側に設けられた誘電体板と、を備え、前記電極板の前記ターンテーブルの回転方向での寸法は、前記スリットの前記回転方向での寸法の２倍以上４倍以下の範囲内の値であってもよい。

上記構成によれば、被処理物にバイアス電圧を確実に、かつ、容易に印加できるとともに、プラズマ処理をより適切に行えるコンパクトなプラズマ処理装置を構成することができる。

本開示の第５態様は、第１態様から第４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、前記支持部材に支持された前記被処理物に電気的に接続された導通部材と、前記電極板の表面を摺動する摺動部材と、前記導通部材と前記摺動部材との間に設けられて、前記摺動部材を前記電極板の表面側に付勢する弾性部材と、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６態様は、第５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７態様は、第１態様から第６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、前記ターンテーブルの回転軸に対して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８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９態様は、第１態様から第８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
２ｅ 接触部材
３ ターンテーブル
３ｂ 回転軸
５ 金属板（高周波窓）
５Ｓ スリット
６ 誘電体板（高周波窓）
７ アンテナ
Ｗ ワーク（被処理物）
ＳＭ 印加機構
ＳＭ１ 電源
ＳＭ２、ＳＭ３、ＳＭ４、ＳＭ５ 電極板
Ｈ ホルダー
Ｈ１、Ｈ２ 支持部材
Ｈ３ 導通部材
Ｈ５ ばね（弾性部材）
Ｈ６ ローラー（摺動部材）
ＣＭ 冷却機構
ＣＭ１ 冷却板
ＷＲ 高周波窓

Claims (9)

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、
   前記真空容器の内部で回転するターンテーブルと、
   所定のバイアス電圧を前記被処理物に印加する印加機構と、を備え、
   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るホルダーと、
   前記真空容器の内部において、前記ホルダーに電気的に接続された電極板と、を備え、
   前記アンテナと前記ターンテーブルの回転軸との間に位置する前記被処理物に対して、前記バイアス電圧を前記電極板から印加するものである、プラズマ処理装置。
2. 前記印加機構において、
   複数の前記ホルダーが、前記ターンテーブルに所定の間隔をおいて設けられ、かつ、
   前記電極板は、前記アンテナと前記ターンテーブルの回転軸との間に設置されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記印加機構は、前記ホルダーに保持された前記被処理物が、前記高周波窓とその近傍に、かつ、前記電極板の対向する位置に存在しているときにのみ前記バイアス電圧を当該被処理物に印加するものである、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記高周波窓は、複数のスリットを有する金属板と、前記複数のスリットを覆うように前記金属板の前記アンテナ側に設けられた誘電体板と、を備え、
   前記電極板の前記ターンテーブルの回転方向での寸法は、前記スリットの前記回転方向での寸法の２倍以上４倍以下の範囲内の値である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 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、
   前記支持部材に支持された前記被処理物に電気的に接続された導通部材と、
   前記電極板の表面を摺動する摺動部材と、
   前記導通部材と前記摺動部材との間に設けられて、前記摺動部材を前記電極板の表面側に付勢する弾性部材と、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 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５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記真空容器の内部において、前記ターンテーブルの回転軸に対して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１に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記冷却板は、前記ホルダーと接触する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 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８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。