阅读说明：本技术 等离子体处理装置 (Plasma processing apparatus ) 是由 安东靖典 于 2018-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明是使天线导体冷却而稳定地产生等离子体,并且一面使与天线导体连接的可变电容器冷却,一面抑制其静电电容的意外的变动。一种等离子体处理装置,在真空容器内产生等离子体,利用所述等离子体对基板进行处理,所述等离子体处理装置包括：天线导体,被流入高频电流,用以产生等离子体；以及可变电容器,与所述天线导体电连接,且所述天线导体在内部具有冷却液所流动的流路,所述可变电容器的介电质包括在所述天线导体内流动的冷却液。(The invention is to cool an antenna conductor to stably generate plasma, and to suppress an unexpected variation in capacitance of a variable capacitor connected to the antenna conductor while cooling the variable capacitor. A plasma processing apparatus that generates plasma in a vacuum chamber and processes a substrate with the plasma, the plasma processing apparatus comprising: an antenna conductor into which a high-frequency current flows to generate plasma; and a variable capacitor electrically connected to the antenna conductor, the antenna conductor having a flow path in which a coolant flows, a dielectric of the variable capacitor including the coolant flowing in the antenna conductor.)

等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及一种在真空容器内产生等离子体，利用所述等离子体对基板进行处理的等离子体处理装置。

背景技术

自以往以来已提出一种等离子体处理装置，使高频电流流入至天线，通过由此产生的感应电场而产生感应耦合型等离子体(inductively coupled plasma)(简称ICP)，利用所述感应耦合型的等离子体对基板W实施处理。

作为此种等离子体处理装置，如专利文献1所示，可考虑在等离子体生成腔室内配置多个内部直线天线，在所述内部直线天线与接地之间或多个内部直线天线等的各自之间连接杂散电容器或中间电容器。

在所述等离子体处理装置中，将杂散电容器或中间电容器设为可变电容。而且，设为通过改变这些电容，来改变内部直线天线等上的高频电压分布，对所述内部直线天线等与等离子体的静电的耦合进行控制。

但是，杂散电容器或中间电容器会通过等离子体生成时所产生的热，而使这些电容器的相对介电系数发生变化。其结果为，存在杂散电容器或中间电容器的静电电容发生意外变动的问题。

又，内部直线天线会通过等离子体生成时所产生的热而变为高温，从而因天线自身的破损或其周边结构的破损等而难以稳定地产生等离子体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开11-317299号公报

发明内容

发明所要解决的问题

因此，本发明是为了解决所述问题而完成，其主要问题在于使天线导体冷却而稳定地产生等离子体，并且一面使与天线导体连接的可变电容器冷却，一面抑制其静电电容的意外的变动。

解决问题的技术手段

即，本发明的等离子体处理装置是在真空容器内产生等离子体，利用所述等离子体对基板进行处理的等离子体处理装置，其特征在于包括：天线导体，被流入高频电流，用以产生等离子体；以及可变电容器，与所述天线导体电连接，且所述天线导体在内部具有冷却液流动的流路，所述可变电容器的介电质包括在所述天线导体内流动的冷却液。

若为此种等离子体处理装置，则可通过冷却液而使天线导体冷却，故可稳定地产生等离子体。又，由于利用在天线导体内流动的冷却液构成可变电容器的介电质，故可一面使可变电容器冷却，一面抑制其静电电容的意外的变动。

通常，冷却液通过温度调节机构而调整至固定温度，通过使用所述冷却液作为介电质，而可抑制温度变化所引起的相对介电系数的变化，并抑制伴随于此而产生的静电电容的变化。此外，当使用水作为冷却液时，水的相对介电系数为约80(20℃)，从而可构成能够耐受高电压的可变电容器。

理想的是，所述可变电容器包括：第一固定电极，与所述天线导体电连接；第二固定电极，和与所述天线导体不同的天线导体电连接，或接地；以及活动电极，与所述第一固定电极之间形成第一电容器，并且与所述第二固定电极之间形成第二电容器。

若为所述构成，则无需在活动电极上连接外部的电路元件(例如天线导体或接地)。其结果为，可不需要使活动电极与外部的电路元件接触的使用滑块(电刷(brush))的连接器(connector)，从而可降低因使用滑块的连接器而产生的连接不良。

理想的是，所述活动电极是围绕着规定的旋转轴旋转的电极，所述第一固定电极及所述第二固定电极围绕着所述旋转轴设置在互不相同的位置上。

若为所述构成，则第一固定电极及第二固定电极围绕着旋转轴而配置，可使旋转轴的轴方向上的尺寸变得紧凑。

理想的是，所述第一固定电极及所述第二固定电极设置在关于所述旋转轴而对称的位置上，并且形成彼此相同形状，所述活动电极包括与所述第一固定电极相向的第一活动金属板、以及与所述第二固定电极相向的第二活动金属板，所述第一活动金属板及所述第二活动金属板设置在关于所述旋转轴而对称的位置上，并且形成彼此相同形状。

若为所述构成，则可使活动电极旋转时的第一电容器的静电电容的变化量与第二电容器的静电电容的变化量相同。其结果为，可使静电电容的调整变得容易。又，构成各固定电极的金属板为相同形状，活动电极的各活动金属板为相同形状，故也可削减零件个数。

理想的是，所述第一固定电极及所述第二固定电极分别具有以彼此相向的方式而设置的多个固定金属板，所述第一活动金属板对应于构成所述第一固定电极的多个固定金属板而设置有多个，所述第二活动金属板对应于构成所述第二固定电极的多个固定金属板而设置有多个。

若为所述构成，则可不增大固定金属板及活动金属板的面积，而增大电极间的相向面积的最大值。

理想的是，所述第一活动金属板及所述第二活动金属板在俯视时，形成随着自所述旋转轴向径向外侧行进而展开的扇形形状，所述固定金属板在俯视时，形成随着朝向所述旋转轴而宽度缩小的形状，所述金属板的缩小的端边是沿所述旋转轴的径向而形成，所述旋转轴侧的前端边呈圆弧状。

若为所述构成，则可与活动电极的旋转角度成比例地调整静电电容。

理想的是，所述可变电容器包括收容所述第一固定电极、所述第二固定电极及所述活动电极的具有绝缘性的收容容器，所述收容容器包括导入所述冷却液的导入端口、及导出所述冷却液的导出端口，所述导入端口及所述导出端口设置在相互相向的位置上。

若为所述构成，则冷却液容易在收容容器的内部流动。其结果为，收容容器内的冷却液的替换变得容易，可高效率地进行可变电容器的冷却。

理想的是，以如下的方式而构成：所述第一固定电极及所述第二固定电极与所述活动电极的相向方向和所述导入端口及所述导出端口的相向方向正交。

若为所述构成，则冷却液容易在各固定电极及活动电极之间流动。其结果为，各固定电极及活动电极之间的冷却液的替换变得容易，成为介电质的冷却液的温度变化得到抑制。由此，容易使可变电容器的静电电容维持固定。

为了容易将各固定电极安装至收容容器，理想的是，所述第一固定电极自所述导入端口或所述导出端口中的其中一者插入至收容容器的内部而设置，所述第二固定电极自所述导入端口或所述导出端口中的另一者插入至收容容器的内部而设置。

当在等离子体处理装置中贯通所述真空容器而设置有所述天线导体时，理想的是，所述可变电容器与所述天线导体中的延伸至所述真空容器的外部的端部电连接。

为了在所述等离子体处理装置中对大面积的基板实施处理，可考虑包括多个所述天线导体。因此，多个所述天线导体贯通所述真空容器而设置。此时，理想的是，所述可变电容器是将相互邻接的所述天线导体中的延伸至所述真空容器的外部的端部彼此加以电连接的构件，且使相互邻接的所述天线导体的流路连通。

发明的效果

根据如上所述而构成的本发明，可稳定地产生等离子体，并且一面使可变电容器冷却，一面抑制其静电电容的意外的变动。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式的等离子体处理装置的构成的纵剖面图。

图2是示意性地表示所述实施方式的等离子体处理装置的构成的横剖面图。

图3是示意性地表示所述实施方式的连接导体的横剖面图。

图4是示意性地表示所述实施方式的连接导体的纵剖面图。

图5是自导入端口侧观察所述实施方式的可变电容器的侧视图。

图6是表示所述实施方式的固定金属板及活动金属板不相向的状态的示意图。

图7是表示所述实施方式的固定金属板及活动金属板相向的状态的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的等离子体处理装置的一实施方式进行说明。

＜装置构成＞

本实施方式的等离子体处理装置100是利用感应耦合型的等离子体P对基板W实施处理的装置。此处，基板W例如是液晶显示器或有机电致发光(electroluminescent，EL)显示器等平板显示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板、可挠性显示器(flexibledisplay)用的可挠性基板等。又，对基板W实施的处理例如是利用等离子体化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法的膜的形成、蚀刻、灰化(ashing)、溅射(sputtering)等。

再者，所述等离子体处理装置100在利用等离子体CVD法进行膜的形成时也被称为等离子体CVD装置，在进行蚀刻时也被称为等离子体蚀刻装置，在进行灰化时也被称为等离子体灰化装置，在进行溅射时也被称为等离子体溅射装置。

具体而言，如图1及图2所示，等离子体处理装置100包括经真空排气且被导入气体G的真空容器2、配置在真空容器2内的直线状的天线导体3、以及将用以在真空容器2内生成感应耦合型的等离子体P的高频施加至天线导体3的高频电源4。再者，通过对天线导体3自高频电源4施加高频而使高频电流IR流入至天线导体3，在真空容器2内产生感应电场而生成感应耦合型的等离子体P。

真空容器2例如是金属制的容器，其内部通过真空排气装置5而进行真空排气。真空容器2在所述例中为电接地。

在真空容器2内，例如经由流量调整器(图略)及在沿天线导体3的方向上配置的多个气体导入口21，而导入气体G。气体G只要与对基板W实施的处理内容相应即可。

又，在真空容器2内，设置有保持基板W的基板固持器6。如所述例所述，也可设为对基板固持器6自偏置电源7施加偏置电压。偏置电压例如为负的直流电压，但并不限于此。通过此种偏置电压，而例如可对等离子体P中的正离子入射至基板W时的能量进行控制，进行形成在基板W的表面上的膜的结晶度的控制等。也可在基板固持器6内，设置对基板W进行加热的加热器61。

天线导体3在真空容器2内的基板W的上方，以沿基板W的表面的方式(例如，与基板W的表面实质上平行地)配置有多个。

天线导体3的两端部附近分别贯通真空容器2的相对向的侧壁。在使天线导体3的两端部贯通至真空容器2外的部分，分别设置有绝缘构件8。天线导体3的两端部贯通所述各绝缘构件8，其贯通部例如通过衬垫(packing)91而真空密封。各绝缘构件8与真空容器2之间也例如通过衬垫92而真空密封。再者，绝缘构件8的材质例如为氧化铝等的陶瓷、石英或聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)、聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)等工程塑料(engineering plastic)等。

此外，在天线导体3中，位于真空容器2内的部分被直管状的绝缘罩10包覆。所述绝缘罩10的两端部被绝缘构件8支撑。再者，绝缘罩10的材质例如为石英、氧化铝、氟树脂、氮化硅、碳化硅、硅等。

而且，多个天线导体3是在内部具有冷却液CL所流通的流路的中空结构的构件。在本实施方式中，是呈直管状的金属管。金属管31的材质例如为铜、铝、这些的合金、不锈钢等。

再者，冷却液CL是通过设置在真空容器2的外部的循环流路11而在天线导体3内流通的液体，在所述循环流路11中，设置有用以将冷却液CL调整至固定温度的热交换器等温度调节机构111、用以在循环流路11中使冷却液CL循环的泵等循环机构112。作为冷却液CL，自电气绝缘的角度考虑，优选为高电阻的水，例如优选为纯水或接近于纯水的水。此外，也可使用例如氟系惰性液体等水以外的液体冷媒。

又，如图2所示，多个天线导体3以通过连接导体12加以连接而成为一根天线结构的方式构成。即，利用连接导体12将相互邻接的天线导体3中的延伸至真空容器2的外部的端部彼此加以电连接。具体而言，相互邻接的天线导体3中，利用连接导体12将其中一个天线导体3的端部与另一个天线导体3的端部加以电连接。

此处，通过连接导体12而连接的两个天线导体3的端部是位于相同的侧壁侧的端部。由此，多个天线导体3构成为相反方向的高频电流流入至相互邻接的天线导体3。

而且，连接导体12构成为在内部具有流路，冷却液CL流入至所述流路。具体而言，连接导体12的一端部与其中一个天线导体3的流路连通，连接导体12的另一端部与另一个天线导体3的流路连通。由此，相互邻接的天线导体3中，在其中一个天线导体3内流动的冷却液CL经由连接导体12的流路而流入至另一个天线导体3。由此，可通过共同的冷却液CL来使多个天线导体3冷却。又，可通过一条流路来使多个天线导体3冷却，故可简化循环流路11的构成。

多个天线导体3之中未由连接导体12连接着的其中一个端部成为供电端部3a，在所述供电端部3a上，经由整合电路41而连接高频电源4。又，另一个端部即终端部3b为直接接地。再者，终端部3b也可经由电容器或线圈等而接地。

通过所述构成，而可自高频电源4，经由整合电路41，使高频电流IR流入至天线导体3。高频的频率例如为通常的13.56MHz，但并不限于此。

＜连接导体12的构成＞

其次，参照图3～图7，对连接导体12进行详细说明。再者，在图3及图4等中，已省略一部分密封构件等的记载。

如图3及图4所示，连接导体12包括与天线导体3电连接的可变电容器13、将所述可变电容器13与其中一个天线导体3的端部加以连接的第一连接部14、以及将可变电容器13与另一个天线导体3的端部加以连接的第二连接部14。

第一连接部14及第二连接部15通过包围天线导体3的端部，而与天线导体3电接触，并且自形成在天线导体3的端部的开口部3H将冷却液CL引导至可变电容器13。这些连接部14、连接部15的材质例如为铜、铝、这些的合金、不锈钢等。

本实施方式的各连接部14、连接部15是以如下的方式构成：在比开口部3H更靠真空容器2侧的位置，经由O形圈等密封构件S1而液密地安装在天线导体3的端部，比开口部3H更靠外侧则不加以束缚(参照图3)。由此，设为容许天线导体3相对于连接部14、连接部15稍微倾斜的构成。

可变电容器13包括：第一固定电极16，与其中一个天线导体3电连接；第二固定电极17，与另一个天线导体3电连接；以及活动电极18，与第一固定电极16之间形成第一电容器，并且与第二固定电极17之间形成第二电容器。

本实施方式的可变电容器13构成为通过活动电极133围绕着规定的旋转轴C旋转，而可变更其静电电容。而且，可变电容器13包括收容第一固定电极16、第二固定电极17及活动电极18的具有绝缘性的收容容器19。

收容容器19包括导入来自其中一个天线导体3的冷却液CL的导入端口P1、以及将冷却液Cl导出至另一个天线导体3的导出端口P2。导入端口P1形成在收容容器134的其中一个侧壁(图3中为左侧壁19a)上，导出端口P2形成在收容容器19的另一个侧壁(图3中为右侧壁19b)上，导入端口P1及导出端口P2设置在相互相向的位置上。再者，本实施方式的收容容器19呈在内部具有中空部的大致长方体形状，但也可为其他形状。

第一固定电极16及第二固定电极17围绕着活动电极18的旋转轴C而设置在互不相同的位置上。在本实施方式中，第一固定电极16自收容容器19的导入端口P1插入至收容容器19的内部而设置。又，第二固定电极17自收容容器19的导出端口P2插入至收容容器19的内部而设置。由此，第一固定电极16及第二固定电极17设置在关于旋转轴C而对称的位置上。

第一固定电极16包括以彼此相向的方式而设置的多个第一固定金属板161。又，第二固定电极17包括以彼此相向的方式而设置的多个第二固定金属板171。这些固定金属板161、固定金属板171分别沿旋转轴C相互大致等间隔地设置。

而且，多个第一固定金属板161形成彼此相同形状，支撑在第一凸缘(flange)构件162。第一凸缘构件162固定在收容容器19的形成有导入端口P1的左侧壁19a上。因此，在第一凸缘构件162上，形成有与导入端口P1连通的贯通孔162H(参照图5)。又，多个第二固定金属板171呈彼此相同形状，支撑在第二凸缘构件172上。第二凸缘构件172固定在收容容器19的形成有导出端口P2的右侧壁19b上。此处，在第二凸缘构件172上，形成有与导出端口P2连通的贯通孔172H。这些多个第一固定金属板161及多个第二固定金属板171以固定在收容容器19上的状态，设置在关于旋转轴C而对称的位置上。

又，第一固定金属板161及第二固定金属板171呈平板状，如图6所示，在俯视时，呈随着朝向旋转轴C而宽度缩小的形状。而且，各固定金属板161、固定金属板171中，宽度缩小的端边161a、端边171a是沿旋转轴C的径向而形成。再者，彼此相向的端边161a、端边171a所成的角度为90度。又，各固定金属板161、固定金属板171的旋转轴C侧的前端边161b、前端边171b呈圆弧状。

如图4所示，活动电极18包括围绕着旋转轴C可旋转地轴支在收容容器19的侧壁(图3中为前侧壁19c)上的旋转轴体181、支撑在所述旋转轴体181上且与第一固定电极16相向的第一活动金属板182、以及支撑在旋转轴体181上且与第二固定电极17相向的第二活动金属板183。

旋转轴体181呈沿旋转轴C延伸的直线状。所述旋转轴体181构成为其一端部自收容容器19的前侧壁19c向外部延伸。而且，所述旋转轴体181通过O形圈等密封构件S2而可旋转地支撑在所述收容容器19的前侧壁19c上。此处，是通过两个O形圈而两点支撑在前侧壁上。又，旋转轴体181的另一端部与设置在收容容器19的内表面的定位凹部191可旋转地接触。

又，旋转轴体181中，支撑第一活动金属板182及第二活动金属板183的部分181x由金属制等的导电材料形成，自收容容器19延伸至外部的部分181y由树脂制等的绝缘材料形成。

第一活动金属板182对应于第一固定金属板161而设置有多个。再者，第一活动金属板182分别呈相同形状。又，第二活动金属板182对应于第二固定金属板171而设置有多个。再者，第二活动金属板182分别呈相同形状。这些活动金属板182、活动金属板183分别沿旋转轴C相互大致等间隔地设置。又，在本实施方式中，各活动金属板182、活动金属板183是设为夹于各固定金属板161、固定金属板171之间的构成。在图3中，将固定金属板161、固定金属板171设为6块，将活动金属板182、活动金属板183设为5块，但并不限于此。再者，活动金属板182、活动金属板183与固定金属板161、固定金属板171的缝隙(gap)例如为1mm。

如图4所示，第一活动金属板182及第二活动金属板183设置在关于旋转轴C而对称的位置上，并且呈彼此相同形状。具体而言，如图6所示，各活动金属板182、活动金属板183在俯视时呈随着自旋转轴C向径向外侧而展开的扇形形状。在本实施方式中，呈中心角为90度的扇形形状。

在如上所述而构成的可变电容器13中，通过使活动电极18旋转，而如图7所示，第一固定金属板161及第一活动金属板182的相向面积(第一相向面积A1)发生变化，第二固定金属板171及第二活动金属板183的相向面积(第二相向面积A2)发生变化。在本实施方式中，第一相向面积A1与第二相向面积A2是同样地变化。又，各固定金属板161、固定金属板171的旋转轴C侧的前端边161b、前端边171b为圆弧状，通过使活动电极18旋转，而使得第一相向面积A1及第二相向面积A2与活动电极18的旋转角度θ成比例地发生变化。

又，在本实施方式中，如图7所示，在各固定金属板161、固定金属板171及各活动金属板182、活动金属板183不相向的状态下，在俯视时，在活动金属板182、活动金属板183的展开的端边182a、端边183a与固定金属板161、固定金属板171的缩小的端边161a、端边171a之间设置有间隙X。由此，可沿轴方向拆下活动电极18。在本实施方式中，通过沿轴方向拆下支撑着活动电极18的前侧壁19c而拆下活动电极18。

在所述构成中，当冷却液CL自收容容器19的导入端口P1流入时，收容容器19的内部由冷却液CL充满。此时，第一固定金属板161与第一活动金属板182之间充满冷却液CL，第二固定金属板161与第二活动金属板183之间充满冷却液CL。由此，冷却液CL成为第一电容器的介电质及第二电容器的介电质。在本实施方式中，第一电容器的静电电容与第二电容器的静电电容相同。又，如上所述而构成的第一电容器与第二电容器串联连接，可变电容器13的静电电容成为第一电容器(或第二电容器)的静电电容的一半。

因此，在本实施方式中，以如下的方式构成：第一固定电极16及第二固定电极17与活动电极18的相向方向与导入端口P1及导出端口P2的相向方向正交。即，固定金属板161、固定金属板171及活动金属板182、活动金属板183沿导入端口P1及导出端口P2的相向方向而设置。通过所述构成，而使得冷却液CL容易在收容容器19的内部流动。其结果为，收容容器19内的冷却液CL的替换变得容易，可高效率地进行可变电容器13的冷却。又，自导入端口P1流入的冷却液CL容易流入至固定金属板161、固定金属板171与活动金属板182、活动金属板183之间，且容易自固定金属板161、固定金属板171与活动金属板182、活动金属板183之间流出。其结果为，固定金属板161、固定金属板171与活动金属板182、活动金属板183之间的冷却液的替换变得容易，成为介电质的冷却液CL的温度变化得到抑制。由此，容易使可变电容器13的静电电容维持固定。此外，气泡不易滞留在固定金属板161、固定金属板171与活动金属板182、活动金属板183之间。

＜本实施方式的效果＞

根据如上所述而构成的本实施方式的等离子体处理装置100，可通过冷却液CL而使天线导体3冷却，故可稳定地产生等离子体P。又，由于利用在天线导体3内流动的冷却液CL来构成可变电容器13的介电质，故可一面使可变电容器13冷却，一面抑制其静电电容的意外的变动。

又，在本实施方式中，无需在活动电极18上连接天线导体3或接地等外部的电路元件，因此可不需要使活动电极18与外部的电路元件接触的使用滑块(电刷)的连接器，可降低因使用滑块的连接器而产生的连接不良。

此外，在本实施方式中，第一固定电极16及第二固定电极17围绕着旋转轴C而设置在互不相同的位置上，因此可使旋转轴C的轴方向上的尺寸变得紧凑。

而且，在本实施方式中，各固定电极16、固定电极17具有多个固定金属板161、171，活动电极具有多个活动金属板182、183，因此可不增大固定金属板161、固定金属板171及活动金属板182、活动金属板183的面积，而增大电极间的相向面积的最大值。

＜其他变形实施方式＞

再者，本发明并不限于所述实施方式。

在所述实施方式中，活动电极是围绕着旋转轴C旋转的电极，但是活动电极也可为单向滑移的电极。此处，作为活动电极滑动的构成，既可为活动电极在和与固定电极的相向方向正交的方向上滑动而使相向面积发生变化的构成，也可为活动电极沿与固定电极的相向方向滑动而使相向距离发生变化的构成。

又，活动金属板及固定金属板的形状并不限于所述实施方式，而可设为各种形状。

此外，在所述实施方式中，可变电容器设置在相互邻接的天线导体之间，但也可设置在天线导体与接地之间。此时，第一固定电极与天线导体电连接，第二固定电极为接地。

而且，在所述实施方式中，天线导体呈直线状，但也可为弯曲或屈曲的形状。此时，金属管也可为弯曲或屈曲的形状，绝缘管也可为弯曲或屈曲的形状。

此外，毋庸置言，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可进行各种变形。

符号的说明

100：等离子体处理装置

W：基板

P：感应耦合等离子体

2：真空容器

3：天线导体

CL：冷却液

13：可变电容器

16：第一固定电极

161：第一固定金属板

17：第二固定电极

171：第二固定金属板

18：活动电极

C：旋转轴

182：第一活动金属板

183：第二活动金属板

161a、171a：缩小的端边

161b、171b：前端边

19：收容容器

P1：导入端口

P2：导出端口