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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-14
(45)【発行日】2023-12-22
(54)【発明の名称】誘導結合アンテナ及びプラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
   H05H 1/46 20060101AFI20231215BHJP
【FI】
H05H1/46 L
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2020028705
(22)【出願日】2020-02-21
(65)【公開番号】P2021136064
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-11-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 均
(72)【発明者】
【氏名】東条 利洋
【審査官】鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第207303334(CN,U)
【文献】特開2013-162035(JP,A)
【文献】特開2012-059762(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05H 1/46
H01J 37/32
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
載置台の載置面に載置された矩形基板をプラズマ処理する処理容器内に、該処理容器に設けられた金属窓を介して前記プラズマを生成する誘導電界を形成し、前記載置面に対向する対向面を有し、前記金属窓を構成する導体プレートに面して配置される矩形枠状の誘導結合アンテナであって、
前記対向面において4つのアンテナ線を90°ずつ位置をずらして巻回される平面部と、
前記アンテナ線のそれぞれの末端において、前記対向面に平行で且つ前記矩形枠の角部と交差する巻回軸の周りに、前記対向面を共有する底部平面部を形成しながら前記導体プレートの表面に直交する方向を縦方向として縦巻きに巻回する縦巻き部と、を有し、
前記アンテナ線は、前記矩形枠の辺部に沿って配置されるアンテナ線に屈曲部を有する、
誘導結合アンテナ。
【請求項2】
前記縦巻き部は、
前記底部平面部の両側に立折する2つの側部と、
前記2つの側部の間において前記底部平面部と対向する上面部と、を有する、
請求項1に記載の誘導結合アンテナ。
【請求項3】
前記上面部において、
前記アンテナ線が前記2つの側部のアンテナ線の間を、直線的に結合する、
請求項2に記載の誘導結合アンテナ。
【請求項4】
前記上面部において、
前記アンテナ線が前記2つの側部のアンテナ線の間を、前記底部平面部の形状に対応して屈曲して結合する、
請求項2に記載の誘導結合アンテナ。
【請求項5】
載置台の載置面に載置された矩形基板をプラズマ処理する処理容器内に、該処理容器に設けられた金属窓を介して前記プラズマを生成する誘導電界を形成し、前記載置面に対向する対向面を有し、前記金属窓を構成する導体プレートに面して配置される矩形枠状の誘導結合アンテナであって、
前記対向面において4つのアンテナ線を90°ずつ位置をずらして巻回される平面部と、
前記アンテナ線のそれぞれの末端において、前記対向面に平行で且つ前記矩形枠の角部と交差する巻回軸の周りに、前記対向面を共有する底部平面部を形成しながら前記導体プレートの表面に直交する方向を縦方向として縦巻きに巻回する縦巻き部と、を有し、
一のアンテナ線の前記底部平面部の角部の内側に配置される他のアンテナ線は、
前記底部平面部の角部外側を構成するアンテナ線の上方に離間して配置される積層部を有する
導結合アンテナ。
【請求項6】
載置台の載置面に載置された矩形基板をプラズマ処理する処理容器内に、該処理容器に設けられた金属窓を介して前記プラズマを生成する誘導電界を形成し、前記載置面に対向する対向面を有し、前記金属窓を構成する導体プレートに面して配置される矩形枠状の誘導結合アンテナであって、
前記対向面において4つのアンテナ線を90°ずつ位置をずらして巻回される平面部と、
前記アンテナ線のそれぞれの末端において、前記対向面に平行で且つ前記矩形枠の角部と交差する巻回軸の周りに、前記対向面を共有する底部平面部を形成しながら前記導体プレートの表面に直交する方向を縦方向として縦巻きに巻回する縦巻き部と、を有し、
一のアンテナ線の前記底部平面部の角部の内側に配置される他のアンテナ線は、
前記矩形枠の一の辺部に沿って配置されるアンテナ線の端部と前記矩形枠の他の辺部に沿って配置されるアンテナ線の端部とを直線的に短絡する
導結合アンテナ。
【請求項7】
矩形基板をプラズマにより処理し上部に窓部材を有する処理容器と、
前記処理容器に設けられた金属窓と、
前記金属窓を構成する導体プレートと、
前記処理容器内において前記矩形基板を載置する載置面を有する載置台と、
前記処理容器内に前記金属窓を介して前記プラズマを生成する誘導電界を形成し、前記載置面に対向する対向面を有し、前記導体プレートに面して配置される誘導結合アンテナと、を備えるプラズマ処理装置であって、
前記誘導結合アンテナは、
前記対向面において4つのアンテナ線を90°ずつ位置をずらして巻回される平面部と、
前記アンテナ線のそれぞれの末端において、前記対向面に平行で且つ前記矩形枠の角部と交差する巻回軸の周りに、前記対向面を共有する底部平面部を形成しながら前記導体プレートの表面に直交する方向を縦方向として縦巻きに巻回する縦巻き部と、を有し、
前記アンテナ線は、前記矩形枠の辺部に沿って配置されるアンテナ線に屈曲部を有する、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、誘導結合アンテナ及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、複数のアンテナ線を、同一平面内において、辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されるアンテナユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2012-59762号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、プラズマ密度の均一性を向上させる誘導結合アンテナ及びプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による誘導結合アンテナは、載置台の載置面に載置された矩形基板をプラズマ処理する処理容器内に、該処理容器に設けられた金属窓を介して前記プラズマを生成する誘導電界を形成し、前記載置面に対向する対向面を有し、前記金属窓を構成する導体プレートに面して配置される矩形枠状の誘導結合アンテナであって、前記対向面において4つのアンテナ線を90°ずつ位置をずらして巻回される平面部と、前記アンテナ線のそれぞれの末端において、前記対向面に平行で且つ前記矩形枠の角部と交差する巻回軸の周りに、前記対向面を共有する底部平面部を形成しながら前記導体プレートの表面に直交する方向を縦方向として縦巻きに巻回する縦巻き部と、を有し、前記アンテナ線は、前記矩形枠の辺部に沿って配置されるアンテナ線に屈曲部を有する
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、プラズマ密度の均一性を向上させる誘導結合アンテナ及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】第1の実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図。
図2】金属窓及び高周波アンテナの配置の一例を示す平面図。
図3】中間アンテナの一例の平面図。
図4】中間アンテナの一例の斜視図。
図5】中間アンテナの他の一例の平面図。
図6】中間アンテナの他の一例の斜視図。
図7】中間アンテナの他の一例の正面図。
図8】中間アンテナの他の一例の平面図。
図9】中間アンテナの他の一例の斜視図。
図10】中間アンテナの他の一例の平面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の実施形態に係るガス供給方法及び基板処理装置(誘導結合プラズマ装置)10について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【0009】
[第1の実施形態に係る基板処理装置]
図1を参照して、本開示の第1の実施形態に係る基板処理装置10について説明する。ここで、図1は、第1の実施形態に係る基板処理装置10の一例を示す縦断面図である。
【0010】
図1に示す基板処理装置10は、フラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display、以下、「FPD」という)用の平面視矩形の基板G(以下、単に「基板」という)に対して、各種の基板処理方法を実行する誘導結合型プラズマ(Inductive Coupled Plasma: ICP)処理装置である。基板Gの材料としては、主にガラスが用いられ、用途によっては透明の合成樹脂などが用いられることもある。ここで、基板処理には、エッチング処理や、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いた成膜処理等が含まれる。FPDとしては、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display: LCD)やエレクトロルミネセンス(Electro Luminescence: EL)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel;PDP)等が例示される。基板Gは、その表面に回路がパターニングされる形態の他、支持基板も含まれる。また、FPD用基板の平面寸法は世代の推移と共に大規模化しており、基板処理装置10によって処理される基板Gの平面寸法は、例えば、第6世代の1500mm×1800mm程度の寸法から、第10.5世代の3000mm×3400mm程度の寸法までを少なくとも含む。また、基板Gの厚みは0.2mm乃至数mm程度である。
【0011】
図1に示す基板処理装置10は、直方体状の箱型の処理容器20と、処理容器20内に配設されて基板Gが載置される平面視矩形の外形の基板載置台70と、制御部90とを有する。尚、処理容器は、円筒状の箱型や楕円筒状の箱型などの形状であってもよく、この形態では、基板載置台も円形もしくは楕円形となり、基板載置台に載置される基板も円形等になる。
【0012】
処理容器20は、金属窓50により上下2つの空間に区画されており、上方空間であるアンテナ室Aは上チャンバー13により形成され、下方空間である処理領域S(処理室)は下チャンバー17により形成される。処理容器20において、上チャンバー13と下チャンバー17の境界となる位置には矩形環状の支持枠14が処理容器20の内側に突設するようにして配設されており、支持枠14に金属窓50が取り付けられている。
【0013】
アンテナ室Aを形成する上チャンバー13は、側壁11と天板12とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。
【0014】
処理領域Sを内部に有する下チャンバー17は、側壁15と底板16とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。また、側壁15は、接地線21により接地されている。
【0015】
さらに、支持枠14は、導電性のアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成されており、金属枠と称することもできる。
【0016】
下チャンバー17の側壁15の上端には、矩形環状(無端状)のシール溝22が形成されており、シール溝22にOリング等のシール部材23が嵌め込まれ、シール部材23を支持枠14の当接面が保持することにより、下チャンバー17と支持枠14とのシール構造が形成される。
【0017】
下チャンバー17の側壁15には、下チャンバー17に対して基板Gを搬出入するための搬出入口18が開設されており、搬出入口18はゲートバルブ24により開閉自在に構成されている。下チャンバー17には搬送機構を内包する搬送室(いずれも図示せず)が隣接しており、ゲートバルブ24を開閉制御し、搬送機構にて搬出入口18を介して基板Gの搬出入が行われる。
【0018】
また、下チャンバー17の有する底板16には複数の排気口19が開設されており、各排気口19にはガス排気管25が接続され、ガス排気管25は開閉弁26を介して排気装置27に接続されている。ガス排気管25、開閉弁26及び排気装置27により、ガス排気部28が形成される。排気装置27はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、プロセス中に下チャンバー17内を所定の真空度まで真空引き自在に構成されている。尚、下チャンバー17の適所には圧力計(図示せず)が設置されており、圧力計によるモニター情報が制御部90に送信されるようになっている。
【0019】
基板載置台70は、基材73と、基材73の上面73aに形成されている静電チャック76とを有する。
【0020】
基材73は、平面視形状は矩形であり、基板載置台70に載置されるFPDと同程度の平面寸法を有する。例えば、基材73は、載置される基板Gと同程度の平面寸法を有し、長辺の長さは1800mm乃至3400mm程度であり、短辺の長さは1500mm乃至3000mm程度の寸法に設定できる。この平面寸法に対して、基材73の厚みは、例えば50mm乃至100mm程度となり得る。
【0021】
基材73には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路72aが設けられており、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等から形成される。また、基材73が、図示例のように単一の部材でなく、上方基材と下方基材の二部材の積層体から形成されてもよい。その際、温調媒体流路72aは、下方基材に設けられてもよく、上方基材に設けられてもよい。
【0022】
下チャンバー17の底板16の上には、絶縁材料により形成されて内側に段部を有する箱型の台座78が固定されており、台座78の段部の上に基板載置台70が載置される。
【0023】
基材73の上面には、基板Gが直接載置される静電チャック76が形成されている。静電チャック76は、アルミナ等のセラミックスを溶射して形成される誘電体被膜であるセラミックス層74と、セラミックス層74の内部に埋設されて静電吸着機能を有する導電層75(電極)とを有する。
【0024】
導電層75は、給電線84を介して直流電源85に接続されている。制御部90により、給電線84に介在するスイッチ(図示せず)がオンされると、直流電源85から導電層75に直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生する。このクーロン力により、基板Gが静電チャック76の上面に静電吸着され、基材73の上面に載置された状態で保持される。
【0025】
基板載置台70を構成する基材73には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路72aが設けられている。温調媒体流路72aの両端には、温調媒体流路72aに対して温調媒体が供給される送り配管72bと、温調媒体流路72aを流通して昇温または降温された温調媒体が排出される戻り配管72cとが連通している。
【0026】
図1に示すように、送り配管72bと戻り配管72cにはそれぞれ、送り流路87と戻り流路88が連通しており、送り流路87と戻り流路88は温調手段、例えば、チラー86に連通している。チラー86は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する(いずれも図示せず)。温調媒体としては、例えば、冷媒が適用され、この冷媒には、ガルデン(登録商標)やフロリナート(登録商標)等が適用される。送り流路87、戻り流路88及びチラー86により、温度制御装置89が構成される。
【0027】
基材73には熱電対等の温度センサが配設されており、温度センサによるモニター情報は、制御部90に随時送信される。そして、送信されたモニター情報に基づいて、基材73及び基板Gの温調制御が制御部90により実行される。より具体的には、制御部90により、チラー86から送り流路87に供給される温調媒体の温度や流量が調整される。そして、温度調整や流量調整が行われた温調媒体が温調媒体流路72aに循環されることにより、基板載置台70の温調制御が実行される。尚、熱電対等の温度センサは、例えば静電チャック76に配設されてもよい。
【0028】
静電チャック76及び基材73の外周と、台座78の上面とにより段部が形成され、この段部には、矩形枠状のフォーカスリング79が載置されている。段部にフォーカスリング79が設置された状態において、フォーカスリング79の上面の方が静電チャック76の上面よりも低くなるよう設定されている。フォーカスリング79は、アルミナ等のセラミックスもしくは石英等から形成される。
【0029】
基材73の下面には、給電部材80が接続されている。給電部材80の下端には給電線81が接続されており、給電線81はインピーダンス整合を行う整合器82を介してバイアス電源である高周波電源83に接続されている。基板載置台70に対して高周波電源83から例えば3.2MHzの高周波電力が印加されることにより、RFバイアスを発生させ、以下で説明するプラズマ発生用のソース源である高周波電源59にて生成されたイオンを基板Gに引き付けることができる。従って、プラズマエッチング処理においては、エッチングレートとエッチング選択比を共に高めることが可能になる。このように、基板載置台70は、基板Gを載置しRFバイアスを発生させるバイアス電極を形成する。この時、チャンバー内部の接地電位となる部位がバイアス電極の対向電極として機能し、高周波電力のリターン回路を構成する。尚、金属窓50を高周波電力のリターン回路の一部として構成してもよい。
【0030】
金属窓50は、複数の分割金属窓57により形成される。金属窓50を形成する分割金属窓57の数(図1には断面方向に6個が示されている)は、12個、24個等、多様な個数が設定できる。
【0031】
それぞれの分割金属窓57は、絶縁部材56により、支持枠14や隣接する分割金属窓57と絶縁されている。ここで、絶縁部材56は、PTFE(Polytetrafluoroethylene)等のフッ素樹脂により形成される。
【0032】
分割金属窓57は、導体プレート30と、シャワープレート40とを有する。導体プレート30とシャワープレート40はいずれも、非磁性で導電性を有し、さらに耐食性を有する金属もしくは耐食性の表面加工が施された金属である、アルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス鋼等により形成されている。耐食性を有する表面加工は、例えば、陽極酸化処理やセラミックス溶射などである。また、処理領域Sに臨むシャワープレート40の下面には、陽極酸化処理やセラミックス溶射による耐プラズマコーティングが施されていてもよい。導体プレート30は接地線(図示せず)を介して接地されていてもよい。シャワープレート40と導体プレート30とは、相互に導通するように接合されている。
【0033】
図1に示すように、それぞれの分割金属窓57の上方には、絶縁部材により形成されるスペーサ(図示せず)が配設され、該スペーサにより導体プレート30から離間して高周波アンテナ54が配設されている。高周波アンテナ54は、銅等の良導電性の金属から形成されるアンテナ線を、環状もしくは渦巻き状に巻装することにより形成される。例えば、環状のアンテナ線を多重に配設してもよい。
【0034】
また、高周波アンテナ54には、上チャンバー13の上方に延設する給電部材57aが接続されており、給電部材57aの上端には給電線57bが接続され、給電線57bはインピーダンス整合を行う整合器58を介して高周波電源59に接続されている。高周波アンテナ54に対して高周波電源59から例えば13.56MHzの高周波電力が印加されることにより、分割金属窓57に誘導電流が誘起され、分割金属窓57に誘起された誘導電流により、下チャンバー17内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワープレート40から処理領域Sに供給された処理ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成され、プラズマ中のイオンが基板Gに提供される。尚、各分割金属窓57が固有の高周波アンテナを有し、各高周波アンテナに対して個別に高周波電力が印加される制御が実行されてもよい。
【0035】
高周波電源59はプラズマ発生用のソース源であり、基板載置台70に接続されている高周波電源83は、発生したイオンを引き付けて運動エネルギを付与するバイアス源となる。このように、イオンソース源には誘導結合を利用してプラズマを生成し、別電源であるバイアス源を基板載置台70に接続してイオンエネルギの制御を行うことより、プラズマの生成とイオンエネルギの制御が独立して行われ、プロセスの自由度を高めることができる。高周波電源59から出力される高周波電力の周波数は、0.1乃至500MHzの範囲内で設定されるのが好ましい。
【0036】
金属窓50は、複数の分割金属窓57により形成され、各分割金属窓57は複数本のサスペンダ(図示せず)により、上チャンバー13の天板12から吊り下げられている。プラズマの生成に寄与する高周波アンテナ54は分割金属窓57の上面に配設されていることから、高周波アンテナ54は分割金属窓57を介して天板12から吊り下げられている。
【0037】
導体プレート30を形成する導体プレート本体31の下面には、ガス拡散溝32が形成されている。尚、ガス拡散溝は、シャワープレートの上面に開設されてもよい。また、ガス拡散溝を構成する形状には、長尺状に形成された凹部形状のみならず、面状に形成された凹部形状も含む。
【0038】
シャワープレート40を形成するシャワープレート本体41には、シャワープレート本体41を貫通して導体プレート30のガス拡散溝32と処理領域Sとに連通する、複数のガス吐出孔42が開設されている。
【0039】
図1に示すように、それぞれの分割金属窓57の有するガス導入管55は、アンテナ室A内で一箇所に纏められ、上方に延びるガス導入管55は上チャンバー13の天板12に開設されている供給口12aを気密に貫通する。そして、ガス導入管55は、気密に結合されたガス供給管61を介して処理ガス供給源64に接続されている。
【0040】
ガス供給管61の途中位置には開閉バルブ62とマスフローコントローラのような流量制御器63が介在している。ガス供給管61、開閉バルブ62、流量制御器63及び処理ガス供給源64により、ガス供給装置60が形成される。尚、処理領域S内の複数の領域にガスを供給するため、ガス供給管61は途中で分岐しており、各分岐管には開閉バルブと流量制御器、及び処理ガス種に応じた処理ガス供給源が連通している(図示せず)。
【0041】
プラズマ処理においては、ガス供給装置60から供給される処理ガスがガス供給管61及びガス導入管55を介して、各分割金属窓57の有する導体プレート30のガス拡散溝32に供給される。そして、各ガス拡散溝32から各シャワープレート40のガス吐出孔42を介して、処理領域Sに吐出される。
【0042】
さらに、各分割金属窓57が固有の高周波アンテナを有し、各高周波アンテナに対して個別に高周波電力が印加される制御が実行されてもよい。
【0043】
制御部90は、基板処理装置10の各構成部、例えば、チラー86や、高周波電源59,83、ガス供給装置60、圧力計から送信されるモニター情報に基づくガス排気部28等の動作を制御する。制御部90は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有する。CPUは、RAMやROMの記憶領域に格納されたレシピに従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置10の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器20内の圧力、処理容器20内の温度や基材73の温度、プロセス時間等が含まれる。
【0044】
レシピ及び制御部90が適用するプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、CD-ROM、DVD、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部90にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部90はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、基板処理装置10の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。
【0045】
図2は、金属窓50及び高周波アンテナ54の配置の一例を示す平面図である。なお、図2において、金属窓50の中央から外周へ向かう方向を径方向とし、金属窓50の外周を辿る方向を周方向として、説明する。また、図2において、高周波アンテナ54の形状及び配置は、模式的に図示しており、図2に示す形状や配置に限定されるものではない。
【0046】
金属窓50は、絶縁部材56を介して、複数の分割金属窓57に分割される。具体的には、金属窓50は、径方向に関して、3分割される。また、径方向に3分割された金属窓50は、周方向に関して、中央側から順に、4分割、8分割、12分割される。
【0047】
また、絶縁部材56によって分割される金属窓50は、金属窓50の四隅から45°の方向に延びる第1分割線51と、金属窓50の短辺を挟む2つの第1分割線51が交わる2つの交点を結ぶ長辺に平行な第2分割線52と、を有している。ここで、金属窓50の短辺の長さをWとする。金属窓50の短辺および2つの第1分割線51で囲まれる三角形状の領域の径方向の幅は、W/2となる。また、金属窓50の長辺、2つの第1分割線51および第2分割線52で囲まれる台形状の領域の径方向の幅は、W/2となる。このような構成により、三角形状の領域および台形状の領域において、高周波アンテナ54の巻数を等しくし、径方向の幅を等しくすることにより、分割金属窓57を介在して形成される誘導電界の電界強度を等しくすることができる。これにより、均一なプラズマを形成することができる。
【0048】
また、絶縁部材56によって分割される金属窓50は、各辺の周方向に対し、外周側で3分割、中間側で2分割されている。このような構成により、金属窓50の分割数を増やして各分割金属窓57の大きさを小さくすることができ、誘導電界の電界強度分布を細かく調整することができる。これにより、プラズマ分布を精度良く制御することができる。
【0049】
高周波アンテナ54は、外側アンテナ110と、中間アンテナ120と、内側アンテナ130と、を有する。これら外側アンテナ110、中間アンテナ120、内側アンテナ130は、プラズマ生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域、具体的には平面状の額縁状領域141,142,143を有している。額縁状領域141,142,143は、導体プレート30に面して基板Gに対向するように形成されている。また、額縁状領域141,142,143は同心状をなすように配置されており、全体として矩形の基板Gに対応する矩形状平面を構成している。
【0050】
また、外側アンテナ110と対応する額縁状領域141は、径方向に関して3分割された金属窓50のうち、外周側の分割金属窓57上に配置される。中間アンテナ120と対応する額縁状領域142は、径方向に関して3分割された金属窓50のうち、中間の分割金属窓57上に配置される。内側アンテナ130と対応する額縁状領域143は、径方向に関して3分割された金属窓50のうち、中央側の分割金属窓57上に配置される。
【0051】
外側アンテナ110は、例えば、渦巻き状の平面アンテナとして構成され(図2では便宜上、同心状に描いている)、それぞれのアンテナが導体プレート30に面して形成する平面全体が額縁状領域141を構成している。なお、図2において、外側アンテナ110の形状は、これに限られるものではない。
【0052】
中間アンテナ120は、渦巻き状の平面アンテナとして構成され、それぞれのアンテナが導体プレート30に面して形成する平面全体が額縁状領域142を構成している。中間アンテナ120は、導電性材料、例えば銅などからなる複数本(例えば、4本)のアンテナ線を巻回して全体が渦巻状となるようにした多重(四重)アンテナを構成してもよい。中間アンテナ120のアンテナ線の配置領域が額縁状領域142を構成している。
【0053】
内側アンテナ130は、渦巻き状の平面アンテナとして構成され、それぞれのアンテナが導体プレート30に面して形成する平面全体が額縁状領域143を構成している。内側アンテナ130は、導電性材料、例えば銅などからなる複数本(例えば、2本)のアンテナ線を巻回して全体が渦巻状となるようにした多重(二重)アンテナを構成してもよい。また、内側アンテナ130は、1本のアンテナ線を渦巻き状に巻回して構成してもよい。内側アンテナ130のアンテナ線の配置領域が額縁状領域143を構成している。
【0054】
なお、高周波アンテナ54は、3つの環状アンテナ(外側アンテナ110、中間アンテナ120、内側アンテナ130)を有する構成に限られるものではなく、2つまたは4つ以上の環状アンテナを有する構成であってもよい。また、外側アンテナ110は、渦巻き状の平面アンテナ以外の形状、例えば、導体プレート30の平面に対して縦巻きに巻回する複数のアンテナセグメントを環状に配置した多分割環状アンテナであってもよい。
【0055】
<中間アンテナ>
次に、中間アンテナ120の一例について、図3及び図4を用いて更に説明する。図3は、中間アンテナ120の一例の平面図である。図4は、中間アンテナ120の一例の斜視図である。
【0056】
図3に示すように、中間アンテナ120は、4本のアンテナ線121~124を90°ずつ位置をずらして巻回して、全体が渦巻状となるようにした四重アンテナを構成している。なお、図3においては、4本のアンテナ線121~124のうちの1つのアンテナ線121にドットの網掛けを付して、他のアンテナ線122~124との識別が容易となるように図示している。また、以下の説明において、中間アンテナ120の長手方向をX方向、中間アンテナ120の短手方向をY方向、中間アンテナ120の高さ方向(縦方向)をZ方向として、説明する。
【0057】
アンテナ線121は、第1角部121a、第1辺部121b、第2角部121c、第2辺部121d、第3角部121e、接続部121fを有している。第1辺部121b、第2角部121c、第2辺部121d、第3角部121eは、基板載置台70の載置面に対向する対向面に配置されており、中間アンテナ120の平面部を形成する。アンテナ線121の一端には、接続部121fが形成される。接続部121fは、給電部材57a(図1参照)を介して、高周波電源59と接続される。アンテナ線121の他端(末端)には、縦巻きに巻回する縦巻き部としての第1角部121aが形成されている。アンテナ線121の他端は、接地電位に接続される(図示しない)。
【0058】
同様に、アンテナ線122は、第1角部122a、第1辺部122b、第2角部122c、第2辺部122d、第3角部122e、接続部122fを有している。アンテナ線123は、第1角部123a、第1辺部123b、第2角部123c、第2辺部123d、第3角部123e、接続部123fを有している。アンテナ線124は、第1角部124a、第1辺部124b、第2角部124c、第2辺部124d、第3角部124e、接続部124fを有している。接続部122f~124fは、給電部材57a(図1参照)を介して、高周波電源59と接続される。アンテナ線122~124の他端は、接地電位に接続される(図示しない)。
【0059】
額縁状領域142(図2参照)の角部には、それぞれ第1角部121a~124aが配置される。アンテナ線121の第1角部121aの内側には、アンテナ線124の第2角部124c及びアンテナ線123の第3角部123eが配置される。同様に、アンテナ線122の第1角部122aの内側には、アンテナ線121の第2角部121c及びアンテナ線124の第3角部124eが配置される。アンテナ線123の第1角部123aの内側には、アンテナ線122の第2角部122c及びアンテナ線121の第3角部121eが配置される。アンテナ線124の第1角部124aの内側には、アンテナ線123の第2角部123c及びアンテナ線122の第3角部122eが配置される。
【0060】
第1角部121aが配置される額縁状領域142の角部と第1角部122aが配置される額縁状領域142の角部との間の辺部には、アンテナ線121の第1辺部121b及びアンテナ線124の第2辺部124dが配置される。中間アンテナ120の平面部を形成する第1辺部121b及び第2辺部124dは、プラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域142の一部(辺部)を構成している。
【0061】
第1辺部121bは、直線部121b1、屈曲部121b2、直線部121b3を有している。また、第2辺部124dは、直線部124d1、屈曲部124d2、直線部124d3を有している。直線部121b1と直線部124d1とは、所定の間隔を有して配置されている。直線部121b3と直線部124d3とは、所定の間隔を有して配置されている。また、直線部121b3と直線部124d1とは、同一線上に配置されている。また、屈曲部121b2,124d2は、額縁状領域142の辺の中央部に設けられている。
【0062】
同様に、第1角部122aが配置される額縁状領域142の角部と第1角部123aが配置される額縁状領域142の角部との間の辺部には、アンテナ線122の第1辺部122b及びアンテナ線121の第2辺部121dが配置される。中間アンテナ120の平面部を形成する第1辺部122b及び第2辺部121dは、プラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域142の一部(辺部)を構成している。第1角部123aが配置される額縁状領域142の角部と第1角部124aが配置される額縁状領域142の角部との間の辺部には、アンテナ線123の第1辺部123b及びアンテナ線122の第2辺部122dが配置される。中間アンテナ120の平面部を形成する第1辺部123b及び第2辺部122dは、プラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域142の一部(辺部)を構成している。第1角部124aが配置される額縁状領域142の角部と第1角部121aが配置される額縁状領域142の角部との間の辺部には、アンテナ線124の第1辺部124b及びアンテナ線123の第2辺部123dが配置される。中間アンテナ120の平面部を形成する第1辺部124b及び第2辺部123dは、プラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域142の一部(辺部)を構成している。また、第1辺部122b,123b,124b、第2辺部121d,122d,123dは、それぞれ第1辺部121b、第2辺部124dと同様の屈曲部を有している。
【0063】
図4に示すように、アンテナ線121の第1角部121aは、アンテナ線211~213と、アンテナ線221~223と、アンテナ線231~232と、アンテナ線241~242と、を有している。
【0064】
アンテナ線121の第1角部121aは、アンテナ線を基板G(導体プレート30)の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、螺旋状に巻回する縦巻き部として構成されている。また、第1角部121aの巻回軸は、基板載置台70の載置面に対向する対向面と平行で、かつ、平面視して額縁状領域142の角部と交差する。
【0065】
アンテナ線211~213は、基板載置台70の載置面に対向する対向面上に配置されている。即ち、第1角部121aのアンテナ線211~213で形成される底部平面部201は、載置面に対向する対向面を共有する。また、底部平面部201を形成する第1角部121aのアンテナ線211~213と、中間アンテナ120の平面部を形成するアンテナ線124の第2角部124c及びアンテナ線123の第3角部123eとは、プラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域142の一部(角部)を構成している。尚、アンテナ線124の第2角部124c及びアンテナ線123の第3角部123eも、アンテナ線211~213と、載置面に対向する対向面を共有する。
【0066】
具体的には、3本のアンテナ線211~213は、対向面に配置され、角部を形成するようにL字状に形成されている。即ち、アンテナ線211~213は、+Y方向(一端から角部に向かう方向)に延びる一端側の直線部分と、90°屈曲する角部と、+X方向(角部から他端に向かう方向)に延びる他端側の直線部分と、を有する。また、アンテナ線211~213の一端側の直線部分は、所定の間隔(一方のアンテナ線の近接面と他方のアンテナ線の近接面との距離)G1を有して互いに平行に配置されている。また、アンテナ線211~213の他端側の直線部分は、所定の間隔G1を有して互いに平行に配置されている。なお、所定の間隔G1は、例えば、10mm以上30mm以下が好適である。これにより、アンテナ線間の異常放電を防止することができる。
【0067】
アンテナ線211~213の他端には、+Z方向(対向面から離れる方向)に延びるアンテナ線221~223がそれぞれ接続されている。また、アンテナ線212~213の一端には、+Z方向(対向面から離れる方向)に延びるアンテナ線241~242がそれぞれ接続されている。アンテナ線221~223及びアンテナ線241~242は、底部平面部201の両側に立折する2つの側部を形成する。また、アンテナ線221~222の上端と、アンテナ線241~242の上端とは、水平に伸びるアンテナ線231~232でそれぞれ接続されている。アンテナ線221~222の上端はアンテナ線231~232の一端に接続され、アンテナ線241~242の上端はアンテナ線231~232の他端に接続される。アンテナ線231~232は、第1角部121aの上面部を形成する。なお、アンテナ線231~232で形成される第1角部121aの上面部は、対向面(底部平面部201)と平行に形成されている。また、アンテナ線223は、接地電位に接続される(図示しない)。
【0068】
図3及び図4の示す第1角部121aにおいて、アンテナ線231は、アンテナ線221の上端と、アンテナ線241の上端とを直線的に結合する(斜めに伸びる)ように形成されている。また、アンテナ線232は、アンテナ線222の上端と、アンテナ線242の上端とを直線的に結合する(斜めに伸びる)ように形成されている。
【0069】
なお、アンテナ線231,232は、アンテナ線211~213の形状に対応して角部を形成するようにL字状に屈曲して形成され、アンテナ線221~222とアンテナ線241~242と結合してもよい。即ち、アンテナ線231は、-X方向(アンテナ線231の一端から角部に向かう方向)に延びる一端側の直線部分と、90°屈曲する角部と、-Y方向(角部からアンテナ線231の他端に向かう方向)に延びる他端側の直線部分と、を有する。アンテナ線231の一端側の直線部分は、平面視して、アンテナ線211の他端側の直線部分と重なるように配置される。アンテナ線231の他端側の直線部分は、平面視して、アンテナ線212の一端側の直線部分と重なるように配置される。同様に、アンテナ線232も、角部を形成するようにL字状に形成されていてもよい。
【0070】
アンテナ線124の第2角部124cは、3本のアンテナ線211~213の角部の内側に配置される。アンテナ線123の第3角部123eは、3本のアンテナ線211~213の角部及びアンテナ線124の第2角部124cの内側に配置される。なお、アンテナ線211~213、第2角部124c及び第3角部123eは、所定の間隔G1を有して等間隔に配置されている。
【0071】
アンテナ線122の第1角部122a、アンテナ線123の第1角部123a及びアンテナ線124の第1角部124aについても、アンテナ線121の第1角部121aと同様の構成を有している。
【0072】
このような構成により、中間アンテナ120は、額縁状領域142の角部の巻数を額縁状領域142の辺中央部の巻数よりも多くすることができる。具体的には、図3及び図4に示す中間アンテナ120の一例において、角部の巻数を5、辺の中央部の巻数を2としている。中間アンテナ120によれば、角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くして、額縁状領域142の角部の誘導電界を強くすることができる。これにより、プラズマが弱く(プラズマ密度が低く)なる傾向にある額縁状領域142の角部について、プラズマを強く(プラズマ密度を高く)することができる。よって、基板G上のプラズマ密度の均一性を向上させることができる。
【0073】
なお、第1角部121a~124aにおける対向面上に配置されるアンテナ線211~213の数は、3本であるものとして説明したが、本数はこれに限られるものではない。第1角部121a~124aにおける対向面上に配置されるアンテナ線の数を変えることにより、中間アンテナ120によって生成される電界生成を制御することができる。
【0074】
次に、他の中間アンテナ120Aの一例について、図5から図7を用いて説明する。図5は、中間アンテナ120Aの他の一例の平面図である。図6は、中間アンテナ120Aの他の一例の斜視図である。図7は、中間アンテナ120Aの他の一例の正面図である。
【0075】
図5に示すように、アンテナ線121は、第2角部121c及び第3角部121eの構造が異なっている。アンテナ線121の第2角部121cは、アンテナ線122の第1角部122aにおいて、外廻しされている。アンテナ線121の第3角部121eは、アンテナ線123の第1角部123aにおいて、外廻しされている。アンテナ線122~124についても同様である。
【0076】
図6に示すように、アンテナ線121の第1角部121aにおいて、アンテナ線124の第2角部124c及びアンテナ線123の第3角部123eが外廻しされている。
【0077】
アンテナ線124の第2角部124cは、連結部124c1と、外廻し部124c2と、連結部124c3と、を有する。
【0078】
外廻し部124c2は、角部を形成するようにL字状に形成されている。即ち、外廻し部124c2は、+Y方向に延びる一端側の直線部分と、90°屈曲する角部と、+X方向に延びる他端側の直線部分と、を有する。また、外廻し部124c2は、平面視して、アンテナ線213の角部の上に重なるように配置される。また、図7に示すように、外廻し部124c2は、水平視して、アンテナ線213の上端から外廻し部124c2の下端まで、高さHの隙間を有して配置される。ここで、高さHは、所定の間隔G1以下とすることが好ましい(H≦G1)。また、高さHは、外廻し部124c2とアンテナ線213との間で異常放電が生じない間隔以上とすることが好ましい。この様に外廻し部124c2を配置することにより、外廻し部124c2の誘導電界がプラズマの生成に寄与する。
【0079】
連結部124c1は、第1辺部124bの一端と外廻し部124c2の他端とを接続する。連結部124c1は、例えば第1辺部124bの一端から立ち上がる立ち上がり部と、角部の内側から外側に向かって延びて外廻し部124c2の他端と接続する延伸部と、を有している。連結部124c3は、第2辺部124dの他端と外廻し部124c2の一端とを接続する。連結部124c3は、例えば第2辺部124dの他端から立ち上がる立ち上がり部と、角部の内側から外側に向かって延びて外廻し部124c2の一端と接続する延伸部と、を有している。
【0080】
同様に、アンテナ線123の第3角部123eは、連結部123e1と、外廻し部123e2と、連結部123e3と、を有する。外廻し部123e2は、平面視して、アンテナ線212の角部の上に重なるように配置される。
【0081】
このような構成により、中間アンテナ120Aは、額縁状領域142の角部の巻数を額縁状領域142の辺中央部の巻数よりも多くすることができる。加えて、中間アンテナ120Aは、アンテナ線121の縦巻き部である第1角部121aに配置される他のアンテナ線であるアンテナ線124の第2角部124c、アンテナ線123の第3角部123eを角部の外側部分に配置することができる。これにより、額縁状領域142の角部の誘導電界を強くすることができる。
【0082】
なお、図5及び図6に示す中間アンテナ120Aは、第2角部124c及び第3角部123eの2本を外廻しするものとして説明したが、これに限られるものではなく、第3角部123eの1本のみを外廻しする構成であってもよい。この場合、第3角部123eの外廻し部123e2は、平面視して、アンテナ線213の角部の上に重なるように配置されてもよい。また、3本以上を外廻しする構成であってもよい。なお、外廻しする本数は、額縁状領域142の角部の巻数の半分以下が好ましい。
【0083】
次に、更に他の中間アンテナ120Bの一例について、図8から図9を用いて説明する。図8は、中間アンテナ120Aの他の一例の平面図である。図9は、中間アンテナ120Aの他の一例の斜視図である。
【0084】
図8に示すように、アンテナ線121は、第2角部121c及び第3角部121eの構造が異なっている。アンテナ線121の第2角部121cは、アンテナ線122の第1角部122aにおいて、ショートカットするように角部の内側に斜めに配線されている。アンテナ線121の第3角部121eは、アンテナ線123の第1角部123aにおいて、ショートカットするように角部の内側に斜めに配線されている。アンテナ線122~124についても同様である。
【0085】
図9に示すように、アンテナ線121の第1角部121aにおいて、対向面上のアンテナ線(底部平面部201を形成するアンテナ線)であるアンテナ線123の第3角部123e、アンテナ線124の第2角部124c、アンテナ線211~213のうち、内側のアンテナ線であるアンテナ線123の第3角部123e、アンテナ線124の第2角部124cが角部を構成せずに直線的に短絡して形成されている。即ち、第2角部124cは、額縁状領域142一方の辺部に沿って配置されるアンテナ線(第1辺部124b)の端部と、額縁状領域142他方の辺部に沿って配置されるアンテナ線(第2辺部124d)の端部とを直線的に短絡する。また、第3角部123eは、額縁状領域142一方の辺部に沿って配置されるアンテナ線(第2辺部123d)の端部と、額縁状領域142他方の辺部に沿って配置されるアンテナ線(接続部123f)の端部とを直線的に短絡する。
【0086】
このような構成により、中間アンテナ120Bは、額縁状領域142の角部の巻数を額縁状領域142の辺中央部の巻数よりも多くすることができる。これにより、額縁状領域142の角部の誘導電界を強くすることができる。また、中間アンテナ120Bは、角部内側の電界生成を補助することができる。
【0087】
なお、図8及び図9に示す中間アンテナ120Bは、第3角部123e、第2角部124cの2本を直線的に短絡するものとして説明したが、これに限られるものではなく、第3角部123eの1本のみを直線的に短絡する構成であってもよい。また、3本以上を直線的に短絡する構成であってもよい。
【0088】
上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【0089】
例えば、図1の基板処理装置10は、処理容器20の窓部材として金属窓50を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置として説明したが、これに限られるものではなく、窓部材として誘電体窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。また、他の形態のプラズマ処理装置であってもよい。
【0090】
図10は、中間アンテナ120Cの一例の平面図である。図3等に示す中間アンテナ120(120A,120B)では、額縁状領域142の辺の中央部にアンテナ線の屈曲部(121b2,124d2)を設けるものとして説明したがこれに限られるものではない。図10に示すように、屈曲部(121b2,124d2)を額縁状領域142の角部付近に設けてもよい。
【0091】
図2において、中間アンテナ120のアンテナ線121~124に縦巻き部(121a~124a)を設けるものとして説明したが、これに限られるものではない。内側アンテナ130についても、縦巻き部を有するアンテナ線から構成される四重アンテナとしてもよい。
【符号の説明】
【0092】
G 基板
10 基板処理装置
50 金属窓(窓部材)
54 高周波アンテナ(アンテナユニット)
57 分割金属窓
70 基板載置台(載置台)
120 中間アンテナ(誘導結合アンテナ)
121~124 アンテナ線
121a~124a 第1角部(縦巻き部)
121b~124b 第1辺部(平面部)
121c~124c 第2角部(平面部)
121d~124d 第2辺部(平面部)
121e~124e 第3角部(平面部)
121f~124f 接続部
123e2,124c2外廻し部(積層部)
121b2,124d2 屈曲部
142 額縁状領域(矩形枠)
201 底部平面部
211~213 アンテナ線(底部平面部)
221,222 アンテナ線(側部)
231,232 アンテナ線(上面部)
241,242 アンテナ線(側部)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10