(57)【要約】【課題】コイルアンテナ２３も筒状誘導体２２も固定したままで、副生成物の内壁付着を防止するために、副生成物の内壁付着に関する誘導結合状態を等価的に軸回転させる。【解決手段】既存の筒状誘導体２２は外筒として残したまま、その中に誘導結合を妨げない新たな内筒２６を導入するとともに、それを軸回転させる回転駆動機構も設ける。また、回転駆動機構の転動機構２８を内筒２６の周方向に分散設置し、内筒２６に鍔部を持たせてそこを転動接触部位とし、外筒２２と真空チャンバ３２との間に設けた連結部材２７に転動機構２８を装着してそれに内筒２６を乗せるようにもする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導体からなりプラズマ発生空間を囲む外筒と、その外周側に設置された等ピッチで同径の螺旋状コイルアンテナと、前記プラズマ発生空間に連通するプラズマ処理空間を囲む真空チャンバとを備えた誘導結合型プラズマ装置において、誘導体からなり前記外筒に遊挿され前記プラズマ発生空間を囲む内筒と、この内筒を軸回転させる回転駆動機構とを設けたことを特徴とする誘導結合型プラズマ装置。
【請求項２】
前記回転駆動機構が複数の転動機構を具備しており、これらの転動機構が前記内筒の周方向に分散して設置されていることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ装置。
【請求項３】
前記内筒が鍔部を有するものであり、前記転動機構が前記鍔部に接触して転動するものであることを特徴とする請求項２記載の誘導結合型プラズマ装置。
【請求項４】
前記外筒と前記真空チャンバとの間に両者を分離可能に連結する連結部材が設けられ、この連結部材に前記転動機構が装着されており、前記転動機構に前記鍔部が乗っていることを特徴とする請求項３記載の誘導結合型プラズマ装置。
【請求項５】
前記外筒の端面のうち前記真空チャンバから遠い方の端面を塞ぐ蓋部材の一部が又はこの蓋部材のところから延びた円筒部材が、前記内筒の端部に遊挿されており、この遊挿部分を介して前記プラズマ発生空間に反応ガスを供給するガス供給手段が設けられていることを特徴とする請求項４記載の誘導結合型プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘導結合型プラズマ装置に関し、詳しくは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）方式でプラズマ発生空間にプラズマを形成し、それを連通するプラズマ処理空間に導いて被処理物のプラズマ処理を行う誘導結合型プラズマ装置に関する。
ＩＣＰ方式のプラズマ装置（プラズマ処理装置）では、プラズマ発生空間が誘導体で囲まれ、更にその外側には取り巻くようにしてコイルアンテナが設置されており、このコイルアンテナに高周波通電してプラズマを励起するようになっている。また、プラズマ発生空間およびプラズマ処理空間を真空にするため、プラズマ処理空間は、真空ポンプ等が付設された真空チャンバで囲まれている。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生空間とプラズマ処理空間とが隣接しているプラズマ装置には幾つかのタイプがあり（例えば特許文献１参照）、良質のプラズマを供給するためにプラズマ発生空間を分散形成したものも開発され使用されて来ているが、一塊のプラズマ発生空間を一本の筒状誘導体で囲み更にその外周側にシンプルなコイルアンテナを置いた基本構造の誘導結合型プラズマ装置も依然として使われている。
ここで、シンプルなコイルアンテナとは、等ピッチで同径の螺旋状コイルアンテナをいい、これは、例えば加熱しながら丸棒に一定傾斜で且つ一定張力で巻き付けるといったことで比較的容易に捲回形成できるので、コイルアンテナでは最も一般的なものとなっている。
その他、磁気結合を利用してチャンバ壁に穴を開けずにチャンバ内外の伝動を行う真空チャンバ用回転伝動機構も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９４３０７号公報  （第１頁、第３頁）
【特許文献２】特開平１０−３２９０６１号公報  （第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような基本構造の誘導結合型プラズマ装置では、筒状誘導体の内面に不所望な副生成物が付着しやすい。例えば、メタルエッチングを行うために反応ガスとして塩素系ガス（Ｃｌ２，ＢＣｌ３，ＣＣｌ４等）を使用すると、筒状誘導体の内面に塩化物が付着し、その付着量が使用時間に応じて増加する。そして、導電性の塩化物が多量に堆積すると、高周波の誘導結合に不具合が生じるため、定期的な又は不定期のクリーニングが欠かせないので、クリーニングの負担が重い。
【０００５】
ところで、筒状誘導体内面への副生成物の付着状態は、コイルアンテナに反転対応した螺旋状になっている。すなわち、半径方向にみてコイルアンテナの直ぐ下のところには、副生成物の内壁付着が見られないが、半径方向にみてアンテナ線同士の間隙の下方になる内壁面には、副生成物が堆積する。
このことから、コイルアンテナを軸回転させれば筒状誘導体内面の全域で副生成物の付着を防止することができるであろうと、一応は考えられる。
【０００６】
ところが、コイルアンテナは高周波電源と通電可能に接続されていなければならないため、コイルアンテナの回転は、大きなコストアップを伴うので、実用的でない。ましてや、筒状誘導体の回転は、筒状誘導体が真空空間確保のための気密容器の一部を成しているので、採用しづらい。
そこで、コイルアンテナも筒状誘導体も固定したままで、副生成物の内壁付着を防止するために、副生成物の内壁付着に関する誘導結合状態を軸回転させることができるように改良することが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の誘導結合型プラズマ装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、誘導体からなりプラズマ発生空間を囲む外筒と、その外周側に設置された等ピッチで同径の螺旋状コイルアンテナと、前記プラズマ発生空間に連通するプラズマ処理空間を囲む真空チャンバとを備えた誘導結合型プラズマ装置において、誘導体からなり前記外筒に遊挿され前記プラズマ発生空間を囲む内筒と、この内筒を軸回転させる回転駆動機構とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また（解決手段２）、更に、前記回転駆動機構が複数の転動機構を具備しており、これらの転動機構が前記内筒の周方向に分散して設置されていることを特徴とする。
また（解決手段３）、更に、前記内筒が鍔部を有するものであり、前記転動機構が前記鍔部に接触して転動するものであることを特徴とする。
また（解決手段４）、更に、前記外筒と前記真空チャンバとの間に両者を分離可能に連結する連結部材が設けられ、この連結部材に前記転動機構が装着されており、前記転動機構に前記鍔部が乗っていることを特徴とする。
また（解決手段５）、更に、前記外筒の端面のうち前記真空チャンバから遠い方の端面を塞ぐ蓋部材の一部が又はこの蓋部材のところから延びた円筒部材が、前記内筒の端部に遊挿されており、この遊挿部分を介して前記プラズマ発生空間に反応ガスを供給するガス供給手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このような本発明の誘導結合型プラズマ装置にあっては（解決手段１）、既存の筒状誘導体は外筒として残したまま、その中に誘導結合を妨げない新たな内筒を導入したことにより、プラズマ発生空間におけるプラズマ形成がほとんど内筒の中空で行われるようになって、副生成物の付着する内壁が外筒の内壁から内筒の内壁に移る。しかも、その内筒が軸回転するので、即ち筒体の仮想軸芯を中心に回転するので、副生成物の内壁付着に関しては、誘導結合状態が回転しているのと等価になる。
【００１０】
これにより、高周波通電対象のコイルアンテナ及び気密容器の外筒は固定したままであっても、内壁面に対する副生成物の付着状態は、内壁面の随所で、コイルアンテナ直下外に来て付着が進む状態と、コイルアンテナ直下に来て付着物が除去される状態とが、交互に繰り返されるので、不所望な副生成物の堆積が防止されることとなる。しかも、回転対象の内筒は、高周波通電の対象でなく、気密容器の一部でもなく、遊挿状態で導入されているので、そのような内筒を軸回転させる回転駆動機構は、一般に、汎用的な手段で安価に具体化することができる。
したがって、この発明によれば、プラズマ発生空間における副生成物の内壁付着が少ない誘導結合型プラズマ装置を安価に実現することができる。
【００１１】
また（解決手段２）、更に、回転駆動機構における複数の転動機構を内筒の周方向に分散設置することにより、転動機構をプラズマから遠ざけ易くなるとともに、転動機構を外部から駆動し易くもなる。
また（解決手段３）、更に、内筒に鍔部を持たせてそこを転動接触部位とすることにより、転動機構の分散設置が容易になる。
また（解決手段４）、更に、外筒と真空チャンバとの間に設けた連結部材に転動機構を装着してそれに内筒を乗せるようにもしたことにより、内筒を取り出してクリーニングする作業や、転動機構を外して清掃や修理を行う作業も、容易になる。
【００１２】
また（解決手段５）、更に、内筒におけるガス供給側の端部に蓋部材の一部か円筒部材が遊挿されてそこから反応ガスが供給されるようにもしたことにより、プラズマやガスが内筒の端部を回って外筒の内壁面のところへ入り込む経路を長くすることができ、その結果、簡便に、気密容器の一部である外筒の内壁面への副生成物の付着を一層抑制することができる。しかも、ガス供給手段の複雑化を招くことなく、外筒に対する副生成物の内壁付着を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
このような本発明の誘導結合型プラズマ装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１，２により説明する。
図１，図２に示した実施例１は、上述した解決手段１〜５（出願当初の請求項１〜５）を総て具現化したものであり、図３に示した実施例２は、上述した解決手段５（出願当初の請求項５）に関する変形例である。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、ボルト等の締結具や，ヒンジ等の連結具，電動モータ等の駆動源，タイミングベルト等の伝動部材，モータドライバ等の電気回路，コントローラ等の電子回路などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。
【実施例１】
【００１４】
本発明の誘導結合型プラズマ装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、全体構造を示し、（ａ）が全体正面図、（ｂ）がプラズマ発生部等の縦断面図である。また、図２は、内筒および回転駆動機構の構造を示し、（ａ）が展開斜視図、（ｂ）が回転駆動状態の斜視図である。
【００１５】
この誘導結合型プラズマ装置１０は（図１参照）、脚部１４にて支持されているプラズマ処理部３０と、その上に連結設置されたプラズマ発生部２０と、その上に連結設置されたガス供給ユニット１１と、プラズマ処理部３０の下に連結設置されたＡＰＣ弁１２及び真空ポンプ１３と、図示しないＲＦ電源（高周波電源）と、やはり図示しないコントローラ（電子制御装置）とを具えている。その他、協動する別装置として、図示しない搬送ロボットが隣接されていて、プラズマ処理部３０のゲートバルブ３１を開閉して被処理物４０を搬入搬出しうるようになっている。
【００１６】
プラズマ処理部３０は（図１（ｂ）参照）、プラズマ処理空間３５を囲む真空チャンバ３２を主体とするものであり、その内部には、搬入された被処理物４０をプラズマに曝すために乗せて置くサセプタ３４と、石英等の誘導体からなりサセプタ３４を一回り囲む保護筒３３とが設けられている。プラズマ処理空間３５は、その圧力が真空ポンプ１３での真空引き及びＡＰＣ弁１２の開度調整によってプラズマの発生や維持に適した真空状態にされるようになっている。
【００１７】
プラズマ発生部２０は（図１（ｂ）参照）、プラズマ発生空間２５を囲む外筒２２を主体とするものであり、外筒２２の外周側にはコイルアンテナ２３が設置され、外筒２２の内周側には内筒２６が設置されている。
これらプラズマ発生部２０とプラズマ処理部３０との間には短筒状・環状の連結部材２７が配置され、外筒２２と真空チャンバ３２とが連結部材２７にて連結されて、プラズマ発生空間２５とプラズマ処理空間３５とが隣接状態で連通するものとなっている。
【００１８】
プラズマ発生部２０の外筒２２の上端面には、すなわち外筒２２の両端面のうち真空チャンバ３２から遠い方の端面のところには、そこを塞ぐ蓋部材２１が装着されていて、プラズマ発生空間２５及びプラズマ処理空間３５が気密に囲われるようになっており、蓋部材２１と外筒２２と連結部材２７と真空チャンバ３２との結合体が一の気密容器を成している。
連結部材２７は、クリーニング時や修理交換時等の分解および組立がしやすいよう、外筒２２と真空チャンバ３２とを例えばボルト等で分離可能に連結するようになっている。
【００１９】
外筒２２は、石英等の誘導体からなる筒状体であり、下端が真空チャンバ３２と直に連結されるのでなく介在する連結部材２７と連結されるようになったことを除けば、ＩＣＰ方式では従来から多用されて来た一般的な筒状誘導体と同じで足りる。
コイルアンテナ２３は、電気良導体である銅線や銅管等からなり、等ピッチで同径の螺旋状に形成されており、やはりＩＣＰ方式では従来から多用されて来た一般的なコイルアンテナと同じで足りる。ＲＦ電源も同じく一般的なもので済む。
【００２０】
内筒２６は、プラズマ励起のための誘導結合を妨げないよう石英等の誘導体からなり、外筒２２に遊挿されてプラズマ発生空間２５を囲むよう、外筒２２より少し細い筒状体に形成されている。内筒２６の外壁面・外周面と外筒２２の内壁面・内周面との間には間隙２４が確保されていて、内筒２６が外筒２２の中で軸回転すなわち鉛直の仮想軸芯を中心にして回転しうるようになっている。間隙２４は、プラズマの進入を抑制するために、さらには誘導結合を弱めないためにも、回転に差し支えない限りで、狭くなっている。
【００２１】
内筒２６の下端には（図１（ｂ），図２参照）、プラズマから離れるようフランジ状に張り出した鍔部２６ａが形成されており、鍔部２６ａにプラズマが向かうのを阻止・抑制するために保護筒３３の上端が鍔部２６ａの内縁に近接している。そして、このような鍔部２６ａの外縁部分を内筒２６の軸回転可能な支持に利用するために、鍔部２６ａの環状下面が、回転駆動機構における複数の転動機構に対する接触転動面となっている。接触転動に噛合も加えて伝動を確実に行うために、鍔部２６ａの下面には、一巡する歯列が形成されている。
【００２２】
転動機構のうち、外筒２２の鍔部２６ａと直に接触するのは、転動軸２８（シャフト）の先端の歯車部２８ａである。
転動軸２８は、この例では４本が採用されており、内筒２６及び連結部材２７の周方向に分散して具体的には９０゜ずつずれた等角分割位置に分かれて、連結部材２７に設置されている。転動軸２８は、何れも、連結部材２７を水平に貫通して連結部材２７に装着され、内側に向けた先端部すなわち歯車部２８ａに内筒２６の鍔部２６ａを乗せるようになっている。そして、連結部材２７から外へ突き出た基端部が図示しない電動モータ等にて回転させられると、歯車部２８ａと鍔部２６ａとの転動および噛合によって内筒２６が軸回転するようになっている。
【００２３】
ガス供給ユニット１１は、電磁弁の介挿接続された配管を幾本か具えており、プラズマ形成に用いられるガス例えば窒素やアルゴン等の希釈ガスや既述した塩素系ガス等の反応ガスをプラズマ発生空間２５へ必要に応じて供給するようになっている。そのガス供給を蓋部材２１経由で行うため、蓋部材２１の下面中央部は下方へ突き出て内筒２６の上端部に遊挿されるようになっており、この遊挿部分にガス送給用の孔が貫通形成されている。
さらに、そのガス供給や，ＡＰＣ弁１２及び真空ポンプ１３による排気，ＲＦ電源によるコイルアンテナ２３の高周波通電が、図示しないコントローラに対して適宜設定されるレシピに従い、コントローラによって自動制御されるようにもなっている。
【００２４】
この実施例１の誘導結合型プラズマ装置について、その使用態様及び動作を説明する。被処理物４０の搬入搬出や，ＡＰＣ弁１２及び真空ポンプ１３での真空引き，ガス供給ユニット１１からプラズマ発生空間２５へのガス供給，コイルアンテナ２３の高周波通電などは、一般のＩＣＰ方式と同様で良いので、それらの詳細な説明は割愛し、高周波通電によってプラズマ発生空間２５にプラズマが形成されたところから説明する。特に、内筒２６を導入して軸回転させるようになったことによる副生成物の内壁付着の状況を中心に説明する。
【００２５】
例えばメタルエッチングのため塩素ガス（Ｃｌ２）等が蓋部材２１の中央部を介してプラズマ発生空間２５に送り込まれ、コイルアンテナ２３に通電されている高周波がプラズマ発生空間２５のガスに作用して、プラズマ発生空間２５にプラズマが形成される。そのプラズマは、大部分がプラズマ処理空間３５へ流れて、被処理物４０に作用し、それから真空ポンプ１３で排気されるが、一部は、間隙２４へも漏れ出す。もっとも、その漏れ量は、蓋部材２１の中央部分が内筒２６の上端部に遊挿していることや、内筒２６の下端と保護筒３３の上端との隙間が狭いことから、ごく僅かでしかない。しかも、間隙２４が狭いので、コイルアンテナ２３の内周側へ辿り着くのは更に少ない。そのため、外筒２２の内周面・内壁面や内筒２６の外周面・外壁面には、塩化物等の不所望な副生成物がほとんど付着しない。
【００２６】
その代わり、内筒２６の内周面・内壁面がプラズマ発生空間２５のプラズマに曝されることになるので、既述したように、内筒２６の内壁面のうち、半径方向にみてコイルアンテナ２３のアンテナ線同士の間隙の下方に当たるところには、不所望な副生成物が付着しようとする。もっとも、少なくともプラズマ形成時には転動軸２８が作動して内筒２６が軸回転するので、内筒２６の軸方向に対して一定角度で傾斜しているコイルアンテナ２３に対して、内筒２６の内壁面は、何処も、コイルアンテナ２３の直下の位置と、アンテナ線同士の間隙下の位置とを、交互に繰り返して移行することとなる。
【００２７】
そして、やはり既述したように、半径方向にみてコイルアンテナ２３の直ぐ下のところでは副生成物の付着が妨げられることから、内筒２６の内壁面は、ほぼ全域で、副生成物が付着しかけては除去されということが繰り返されるので、副生成物がほとんど堆積しない。また、内筒２６の鍔部２６ａと保護筒３３の上端および真空チャンバ３２の上端との間隙が狭いうえ、その外側に転動軸２８が配置されているので、転動軸２８がプラズマに曝されて損傷を受けるおそれもほどんどない。さらに、内筒２６や転動軸２８の回転はゆっくりしているので、転動軸２８挿通孔の気密は汎用のシール部材で足りる。
そのため、この誘導結合型プラズマ装置１０は、安価に製造できるうえ、プラズマ発生部の内壁面のクリーニング負担が軽減されて長時間に亘り連続運転することができる。
【実施例２】
【００２８】
図３にプラズマ発生部２０の上端部分の縦断面図を示した本発明の誘導結合型プラズマ装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、内筒２６の上端部への遊挿部分が蓋部材２１そのものの一部でなく蓋部材２１のところから延びた円筒部２２ａになっている点である。
円筒部２２ａは、外筒２２の上端部が内周側へ折り返した部分であり、円筒部２２ａの外径が内筒２６上端の内径より少し小さくなっている。
この場合、蓋部材２１を平板状に形成することが可能であり、そのようにしても、ガス供給ユニット１１から供給されたガスはプラズマ発生空間２５の中へ送り込まれ、プラズマ発生空間２５のプラズマは、内筒２６の上端のところを回って間隙２４へ漏れ出ようとすると、絞られたうえ遠回りさせられるので、間隙２４へ漏れるのを抑制される。
【００２９】
［その他］
上記の実施例では、転動軸２８が４本であったが、転動軸２８は、それに限られる訳でなく、３本でも良く、５本以上でも良い。
また、転動機構・回転駆動機構は、転動軸２８の如く連結部材２７を貫通するものに限られない。例えば、特許文献２に記載されたような磁気結合を利用して、チャンバ壁に穴を開けずに、チャンバ内外の伝動を行うようにしても良い。
さらに、上記の実施例では、内筒２６の上端部に遊挿される円筒部２２ａが外筒２２の一部であったが、円筒部２２ａは外筒２２と別体のものであっても良い。
コイルアンテナ２３の捲回数も一例を図示したにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１について、誘導結合型プラズマ装置の構造を示し、（ａ）が全体正面図、（ｂ）がプラズマ発生部等の縦断面図である。
【図２】内筒および回転駆動機構の構造を示し、（ａ）が展開斜視図、（ｂ）が回転駆動状態の斜視図である。
【図３】本発明の実施例２について、誘導結合型プラズマ装置の構造を示し、プラズマ発生部の上端部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…誘導結合型プラズマ装置、
１１…ガス供給ユニット、１２…ＡＰＣ弁、１３…真空ポンプ、１４…脚部、
２０…プラズマ発生部、
２１…蓋部材、２２…外筒（筒状誘導体）、２２ａ…円筒部（円筒部材）、
２３…コイルアンテナ、２４…間隙、２５…プラズマ発生空間、
２６…内筒、２６ａ…鍔部、２７…連結部材、
２８…転動軸（転動機構、回転駆動機構）、２８ａ…歯車部、
３０…プラズマ処理部、
３１…ゲートバルブ、３２…真空チャンバ、３３…保護筒、
３４…サセプタ、３５…プラズマ処理空間、
４０…被処理物
【図１】
2005142046.tif 000003
【図２】
2005142046.tif 000004
【図３】
2005142046.tif 000005