JP2003243309A - Antenna evaluation device and method for plasma generation - Google Patents

Antenna evaluation device and method for plasma generation

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JP2003243309A
JP2003243309A JP2002037119A JP2002037119A JP2003243309A JP 2003243309 A JP2003243309 A JP 2003243309A JP 2002037119 A JP2002037119 A JP 2002037119A JP 2002037119 A JP2002037119 A JP 2002037119A JP 2003243309 A JP2003243309 A JP 2003243309A
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Japan
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electric field
distribution
antenna
plasma
plasma generation
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Application number
JP2002037119A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunio Sawatani
邦男 澤谷
Hiroyasu Sato
弘康 佐藤
Yoshi Watabe
嘉 渡部
Hitoshi Ueda
仁 上田
Tomoko Takagi
朋子 高木
Norikazu Ito
憲和 伊藤
Masao Yamadera
正夫 山寺
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To analytically derive optimum power supply specifications on the basis of an analytically found electric field intensity distribution. <P>SOLUTION: After a target plasma density distribution in an arbitrary specific region in a three-dimensional space where an array antenna is installed and design information of an array antenna are input, an electric field intensity distribution wherein an electric power is individually supplied to each antenna element based on predetermined power supply specifications is calculated by setting a specific dielectric constant in the three-dimensional space considering ion sheaths. Furthermore, under the condition that the plasma density distribution is the target plasma density distribution when the synthesized electric field intensity distribution synthesized from each individual target plasma density distribution, by weighting individual power supply specification based on the principle of superposition of the electric field becomes a distribution state corresponding to the target plasma density distribution, the power supply specifications of a high frequency electric power providing the synthesized electric field intensity distribution of a distribution state corresponding to the target plasma density distribution are solved as the optimum problem. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ生成用ア
ンテナ評価装置及び方法に係わり、特にプラズマCVD
装置に適用するプラズマ生成用アンテナの性能を評価す
る技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generation antenna evaluation apparatus and method, and more particularly to plasma CVD.
The present invention relates to a technique for evaluating the performance of a plasma generation antenna applied to an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】周知のように、プラズマCVD装置は、
半導体素子の製造における各種成膜に用いられるもので
あり、より具体的には太陽電池や液晶表示板の製造プロ
セスにおいて基板上に薄膜を形成する際に用いられてい
る。太陽電池や液晶表示板の技術分野では、近年、基板
の大型化が図られており、大型基板に均一な特性及び膜
厚で成膜することが求められている。このような大型基
板に対応した従来技術として、例えば特開2001−1
26899号公報に開示されたアンテナ装置及びプラズ
マ処理装置がある。この従来技術は、複数のマイクロ波
アンテナ(アンテナ線)を大型基板の表面に対向配置し
て、大型基板の表面により均一なプラズマを発生させる
ものである。
2. Description of the Related Art As is well known, a plasma CVD apparatus is
It is used for various film formations in the manufacture of semiconductor elements, and more specifically, it is used when forming a thin film on a substrate in the manufacturing process of a solar cell or a liquid crystal display panel. In the technical fields of solar cells and liquid crystal display panels, the size of substrates has been increasing in recent years, and it is required to form a film on a large size substrate with uniform characteristics and film thickness. As a conventional technique corresponding to such a large substrate, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-1
There is an antenna device and a plasma processing device disclosed in Japanese Patent No. 26899. In this conventional technique, a plurality of microwave antennas (antenna lines) are arranged so as to face the surface of a large substrate, and uniform plasma is generated on the surface of the large substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマC
VD装置を用いて大型基板に均一な特性及び膜厚の成膜
を行う場合、プラズマ生成用アンテナの性能、すなわち
プラズマ生成用アンテナによって生成される基板表面近
傍空間の電界強度分布が重要な性能項目となる。この電
界強度分布は、上記基板表面近傍空間におけるプラズマ
密度分布を直接規定する要件である。しかしながら、上
記プラズマ生成用アンテナによる電界強度分布は、実験
的に最適設定されるものである。したがって、最適設定
を完了するまでには試行錯誤的に数多の実験を行うこと
が必要であり、多大の時間と費用とを要する。
By the way, plasma C
When a uniform property and film thickness are formed on a large substrate using a VD device, the performance of the plasma generation antenna, that is, the electric field intensity distribution in the space near the substrate surface generated by the plasma generation antenna is an important performance item. Becomes This electric field intensity distribution is a requirement that directly defines the plasma density distribution in the space near the substrate surface. However, the electric field intensity distribution by the plasma generation antenna is optimally set experimentally. Therefore, it is necessary to perform many experiments by trial and error until the optimum setting is completed, which requires a lot of time and cost.

【0004】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、以下の点を目的とするものである。 (1)解析的に求められた上記電界強度分布に基づいて
プラズマ生成用アンテナへの最適な給電仕様を解析的に
導出する。 (2)上記電界強度分布や最適な給電仕様をより短時間
の演算処理によって求める。
The present invention has been made in view of the above problems, and has the following objects. (1) An optimum power supply specification for the plasma generation antenna is analytically derived on the basis of the above-mentioned electric field strength distribution obtained analytically. (2) The electric field strength distribution and the optimum power supply specifications are obtained by a shorter time arithmetic processing.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、プラズマ生成用アンテナ評価装置に係
わる第1の手段として、複数のアンテナ素子からなるア
レイアンテナを評価対象とするプラズマ生成用アンテナ
評価装置であって、アレイアンテナが設置される3次元
空間内の任意の特定領域における目標プラズマ密度分
布、及びアレイアンテナの設計情報を入力する入力装置
と、アンテナ素子の表面に形成されるイオンシース(プ
ラズマの否存在領域)を考慮して3次元空間の比誘電率
を設定することにより規定の給電仕様で個々のアンテナ
素子に個別給電した場合の3次元空間内の電界強度分布
(個別給電電界強度分布)を所定の電界解析アルゴリズ
ムに基づいて算出し、かつ、前記各個別給電電界強度分
布を電界の重ね合わせの理に基づいて給電仕様を重み付
けとして合成した合成電界強度分布が前記目標プラズマ
密度分布に相当する分布形態となった場合に特定領域の
プラズマ密度分布が目標プラズマ密度分布となるという
条件の下に、前記目標プラズマ密度分布に相当する分布
形態の合成電界強度分布を与える高周波電力の給電仕様
を所定の問題解法アルゴリズムに基づいて最適化問題と
して解く演算装置と、該演算装置によって求められた最
適な給電仕様を出力する出力装置とを具備する構成を採
用する。
In order to achieve the above object, in the present invention, as a first means relating to a plasma generation antenna evaluation apparatus, a plasma generation targeting an array antenna composed of a plurality of antenna elements is generated. And an input device for inputting a target plasma density distribution in an arbitrary specific area in a three-dimensional space in which the array antenna is installed, and design information of the array antenna, and an antenna evaluation device for the antenna. By setting the relative permittivity of the three-dimensional space in consideration of the ion sheath (region where plasma does not exist), the electric field intensity distribution (individual (Feeding electric field strength distribution) is calculated based on a predetermined electric field analysis algorithm, and the individual feeding electric field strength distributions are superposed on each other. Under the condition that the plasma density distribution of the specific region becomes the target plasma density distribution when the combined electric field strength distribution synthesized by weighting the power supply specifications based on An arithmetic unit that solves as an optimization problem a high-frequency power supply specification that gives a combined electric field strength distribution having a distribution form corresponding to the target plasma density distribution, based on a predetermined problem solving algorithm; and an optimum arithmetic unit obtained by the arithmetic unit. A configuration including an output device that outputs power supply specifications is adopted.

【0006】プラズマ生成用アンテナ評価装置に係わる
第2の手段として、上記第1の手段において、問題解法
アルゴリズムは共役勾配法であるという構成を採用す
る。
As the second means relating to the plasma generation antenna evaluation apparatus, in the first means, the problem solving algorithm is the conjugate gradient method.

【0007】プラズマ生成用アンテナ評価装置に係わる
第3の手段として、上記第1または第2の手段におい
て、電界解析アルゴリズムは、FDTD(Finite Deffe
renceTime Domain)法であるという構成を採用する。
As a third means relating to the plasma generation antenna evaluation apparatus, in the first or second means, the electric field analysis algorithm is FDTD (Finite Deffe
renceTime Domain) method is adopted.

【0008】プラズマ生成用アンテナ評価装置に係わる
第4の手段として、上記第1〜第3いずれかの手段にお
いて、特定領域は成膜しようとする基板の表面近傍領域
であるという構成を採用する。
As a fourth means relating to the plasma generation antenna evaluation apparatus, in any one of the first to third means, the specific region is a region near the surface of the substrate on which the film is to be formed.

【0009】プラズマ生成用アンテナ評価装置に係わる
第5の手段として、上記第1〜第4いずれかの手段にお
いて、目標プラズマ密度分布を一定値とするという構成
を採用する。
As a fifth means relating to the plasma generation antenna evaluation apparatus, in any one of the first to fourth means, a configuration is adopted in which the target plasma density distribution is set to a constant value.

【0010】プラズマ生成用アンテナ評価装置に係わる
第6の手段として、上記第5の手段において、最適化問
題として解く場合における目的関数は、特定領域におけ
る電界の標準偏差を平均値で規格化した規格化標準偏差
であるという構成を採用する。
As a sixth means relating to the plasma generation antenna evaluation apparatus, in the fifth means, the objective function when solving as an optimization problem is a standard obtained by normalizing the standard deviation of the electric field in a specific region with an average value. The standard deviation is adopted.

【0011】一方、本願発明では、プラズマ生成用アン
テナ評価方法に係わる第1の手段として、複数のアンテ
ナ素子からなるアレイアンテナを評価対象とするプラズ
マ生成用アンテナ評価方法であって、プラズマ生成用ア
ンテナの設計情報を入力すると共に、プラズマ生成用ア
ンテナが設置される3次元空間内の任意の特定領域にお
ける目標プラズマ密度分布を演算装置に入力する工程
と、前記プラズマ生成用アンテナの表面に形成されるイ
オンシース(プラズマの否存在領域)を考慮して前記3
次元空間の比誘電率を設定することにより規定の給電仕
様で個々のアンテナ素子に個別給電した場合の3次元空
間内の電界強度分布(個別給電電界強度分布)を所定の
電界解析アルゴリズムに基づいて演算装置によって算出
する工程と、前記各個別給電電界強度分布を電界の重ね
合わせの理に基づいて給電仕様を重み付けとして合成し
た合成電界強度分布が前記目標プラズマ密度分布に相当
する分布形態となった場合に特定領域のプラズマ密度分
布が目標プラズマ密度分布となるという条件の下に、前
記目標プラズマ密度分布に相当する分布形態の合成電界
強度分布を与える高周波電力の給電仕様を所定の問題解
法アルゴリズムに基づいて最適化問題として演算装置を
用いて解く工程とを有す構成を採用する。
On the other hand, in the present invention, as a first means relating to the plasma generation antenna evaluation method, there is provided a plasma generation antenna evaluation method for evaluating an array antenna composed of a plurality of antenna elements. And the step of inputting the target plasma density distribution in an arbitrary specific area in the three-dimensional space in which the plasma generation antenna is installed into the arithmetic unit, and forming on the surface of the plasma generation antenna. Considering the ion sheath (region where plasma does not exist), the above 3
By setting the relative permittivity of the three-dimensional space, the electric field strength distribution (individual power supply electric field strength distribution) in the three-dimensional space when individual antenna elements are individually fed with the specified feeding specifications is based on a predetermined electric field analysis algorithm. The composite electric field strength distribution obtained by combining the step of calculating by the arithmetic unit and the individual electric power supply electric field strength distributions with the electric power supply specification weighted based on the principle of superposition of electric fields has a distribution form corresponding to the target plasma density distribution. In the case where the plasma density distribution of the specific region becomes the target plasma density distribution, the power supply specification of the high frequency power that gives the combined electric field strength distribution of the distribution form corresponding to the target plasma density distribution is given to the predetermined problem solving algorithm. Based on this, a configuration having a step of solving as an optimization problem using an arithmetic unit is adopted.

【0012】プラズマ生成用アンテナ評価方法に係わる
第2の手段として、上記第1の手段において、問題解法
アルゴリズムは、共役勾配法であるという構成を採用す
る。
As a second means related to the plasma generation antenna evaluation method, in the first means, the problem solving algorithm is a conjugate gradient method.

【0013】プラズマ生成用アンテナ評価方法に係わる
第3の手段として、上記第1または第2の手段におい
て、電界解析アルゴリズムは、FDTD(Finite Deffe
renceTime Domain)法であるという構成を採用する。
As a third means relating to the plasma generation antenna evaluation method, in the first or second means, the electric field analysis algorithm is FDTD (Finite Deffe
renceTime Domain) method is adopted.

【0014】プラズマ生成用アンテナ評価方法に係わる
第4の手段として、上記第1〜第3いずいれかの手段に
おいて、特定領域は成膜しようとする基板の表面近傍領
域であるという構成を採用する。
As a fourth means relating to the plasma generation antenna evaluation method, in any one of the first to third means, the specific region is a region near the surface of the substrate on which the film is to be formed. To do.

【0015】プラズマ生成用アンテナ評価方法に係わる
第5の手段として、上記第1〜第4いずれかの手段にお
いて、目標プラズマ密度分布を一定値とするという構成
を採用する。
As a fifth means relating to the plasma generation antenna evaluation method, in any one of the first to fourth means, the target plasma density distribution is set to a constant value.

【0016】プラズマ生成用アンテナ評価方法に係わる
第6の手段として、上記第5の手段において、最適化問
題として解く場合における目的関数は、特定領域におけ
る電界の標準偏差を平均値で規格化した規格化標準偏差
であるという構成を採用する。
As a sixth means relating to the plasma generation antenna evaluation method, the objective function in solving the optimization problem in the fifth means is a standard obtained by normalizing the standard deviation of the electric field in a specific region with an average value. The standard deviation is adopted.

【0017】[0017]

【作用】本発明は、プラズマCVD装置等に用いられる
プラズマ生成用アンテナ(特に複数のアンテナ素子から
なるアレイアンテナ)の性能評価技術であり、より包括
的な技術思想として、プラズマ生成用アンテナが設置さ
れる3次元空間内の任意の特定領域における目標プラズ
マ密度分布を満足するプラズマ生成用アンテナの給電仕
様を設定するためのものである。すなわち、上記特定領
域の目標プラズマ密度分布に相当する特定領域の電界強
度分布を実現するために必要なプラズマ生成用アンテナ
(各アンテナ素子)に対する高周波電力の給電振幅と給
電位相とを解析的に求めることにより、目標プラズマ密
度分布を満足するプラズマ生成用アンテナの給電仕様を
評価する。
The present invention is a performance evaluation technique for a plasma generation antenna (particularly an array antenna composed of a plurality of antenna elements) used in a plasma CVD apparatus or the like. As a more comprehensive technical idea, the plasma generation antenna is installed. This is for setting the feeding specification of the plasma generation antenna that satisfies the target plasma density distribution in an arbitrary specific area in the three-dimensional space. That is, the feed amplitude and the feed phase of the high frequency power to the plasma generation antenna (each antenna element) required to realize the electric field intensity distribution in the specific region corresponding to the target plasma density distribution in the specific region are analytically obtained. By doing so, the feeding specification of the plasma generation antenna that satisfies the target plasma density distribution is evaluated.

【0018】そして、本発明では、上記電界強度分布を
解析的に求めるために必要となる3次元空間の比誘電率
を設定するに際して、プラズマ生成用アンテナ(各アン
テナ素子)の表面に形成されるイオンシース(プラズマ
の否存在領域)を考慮することにより、プラズマ中に形
成される電界をより正確に推定する。上記イオンシース
を考慮することにより、解析的に求められるプラズマ生
成用アンテナのインピーダンスは、実験結果に極めて近
いものとなり、その有効性が確認された。
In the present invention, when the relative permittivity of the three-dimensional space required for analytically obtaining the electric field intensity distribution is set, it is formed on the surface of the plasma generating antenna (each antenna element). The electric field formed in the plasma is more accurately estimated by considering the ion sheath (region where plasma does not exist). Considering the ion sheath, the analytically obtained impedance of the plasma generation antenna was very close to the experimental result, and its effectiveness was confirmed.

【0019】さらに、本発明では、規定の給電仕様で個
々のアンテナ素子に個別給電した場合の3次元空間内の
電界強度分布(個別給電電界強度分布)を所定の電界解
析アルゴリズムに基づいて算出し、このようにして求め
た各個別給電電界強度分布を電界の重ね合わせの理に基
づいて給電仕様を重み付けとして合成した合成電界強度
分布が目標プラズマ密度分布に相当する分布形態となっ
た場合に特定領域のプラズマ密度分布が目標プラズマ密
度分布となるという条件の下に、目標プラズマ密度分布
に相当する分布形態の合成電界強度分布を与える高周波
電力の給電仕様を所定の問題解法アルゴリズムに基づい
て最適化問題として解くという手段を採用することによ
り、任意の目標プラズマ密度分布に相当する合成電界強
度分布を実現し得る高周波電力の給電仕様を解析的に求
める。
Further, according to the present invention, the electric field strength distribution (individual power supply electric field strength distribution) in the three-dimensional space when the individual antenna elements are individually fed under the specified feeding specifications is calculated based on a predetermined electric field analysis algorithm. , It is specified when the combined electric field strength distribution obtained by combining the individual electric field strength distributions obtained in this way with the feeding specifications as the weighting based on the theory of superposition of electric fields has a distribution form corresponding to the target plasma density distribution. Under the condition that the plasma density distribution of the region becomes the target plasma density distribution, the high-frequency power feeding specifications that give the combined electric field strength distribution of the distribution form corresponding to the target plasma density distribution are optimized based on a predetermined problem solving algorithm. By adopting the means of solving as a problem, it is possible to realize a composite electric field strength distribution equivalent to an arbitrary target plasma density distribution. Analytically determining the feeding specifications of the high-frequency power.

【0020】このような手段は、例えばプラズマCVD
装置に供するアレイアンテナのように、比較的大型の基
板上に均一な膜厚で成膜することを性能要件とするプラ
ズマ生成用アンテナに適用することが考えられる。この
場合、要求される成膜性能を実現するためのアレイアン
テナを殆ど実験を行うことなく設計することが可能とな
る。
Such means is, for example, plasma CVD.
It can be considered to be applied to a plasma generation antenna whose performance requirement is to form a film with a uniform film thickness on a relatively large substrate, such as an array antenna provided for the apparatus. In this case, it is possible to design an array antenna for achieving the required film forming performance with almost no experiment.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わるプラズマ生成用アンテナ評価装置及び方法の一実
施形態について説明する。なお、本実施形態は、プラズ
マCVD装置に供するアレイアンテナ(プラズマ生成用
アンテナ)の設計に関するものであり、プラズマ生成用
アンテナが設置される3次元空間は真空チャンバ内空間
であり、また上記3次元空間内の特定領域は、アレイア
ンテナに近接して対向配置される基板の表面近傍空間
(基板表面近傍空間)である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a plasma generation antenna evaluation apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present embodiment relates to the design of an array antenna (plasma generation antenna) used in a plasma CVD apparatus, and the three-dimensional space in which the plasma generation antenna is installed is a vacuum chamber internal space, and the three-dimensional space described above. The specific region in the space is a space near the surface of the substrate (a space near the surface of the substrate) that is arranged to face the array antenna so as to face it.

【0022】図1は、本実施形態に係わるプラズマ生成
用アンテナ評価装置の機能ブロック図である。この図1
において、符号1は入力装置、2は演算装置、3は出力
装置、また4は記憶装置である。このような各種機能要
素によって機能構成される本プラズマ生成用アンテナ評
価装置は、例えば汎用コンピュータにFDTD解析プロ
グラム及び共役勾配法プログラム等のアプリケーション
プログラムをインストールすることによって実現され
る。
FIG. 1 is a functional block diagram of a plasma generation antenna evaluation apparatus according to this embodiment. This Figure 1
In FIG. 1, reference numeral 1 is an input device, 2 is a calculation device, 3 is an output device, and 4 is a storage device. The plasma generation antenna evaluation device configured by such various functional elements is realized by installing an application program such as an FDTD analysis program and a conjugate gradient method program in a general-purpose computer, for example.

【0023】より具体的には、入力装置1は、例えばキ
ーボードや各種ポインティングデバイス、あるいは/お
よびリームーバブル記憶装置や通信装置等であり、評価
対象であるアレイアンテナに関する物理的形状等の設計
情報、上記基板表面近傍空間における目標プラズマ密度
分布及びアレイアンテナの評価に必要な各種情報を演算
装置2に入力するためのものである。なお、入力装置1
がキーボードや各種ポインティングデバイスの場合に
は、評価者の手作業によって上記各種情報が演算装置2
に順次入力され、一方、入力装置1がリームーバブル記
憶装置や通信装置の場合には、予め構築された上記各種
情報が一括して演算装置2に入力される。
More specifically, the input device 1 is, for example, a keyboard, various pointing devices, and / or a removable storage device, a communication device, or the like, and design information such as a physical shape of an array antenna to be evaluated, It is for inputting into the arithmetic unit 2 various information necessary for evaluating the target plasma density distribution in the space near the substrate surface and the array antenna. The input device 1
In the case of a keyboard or various pointing devices, the above-mentioned various information is calculated by the evaluator's manual work.
On the other hand, when the input device 1 is a removable storage device or a communication device, the above-mentioned various types of pre-built information are collectively input to the arithmetic device 2.

【0024】ここで、上記設計情報は、例えばCAD
(Computer Aded Design)装置を用いて別途設計された
アレイアンテナの形状及び各種の電気的設定条件に関す
るCADデータである。このCADデータは、入力装置
1としてのリームーバブル記憶装置や通信装置を介して
演算装置2に入力される。なお、演算装置2にCAD機
能を備えることにより、本プラズマ生成用アンテナ評価
装置を用いてアレイアンテナの形状を設計すると共に電
気的設定条件を設定することによりCADデータを生成
することも考えられる。この場合には、評価者(設計
者)が上記キーボードや各種ポインティングデバイスを
操作することによりアレイアンテナの設計作業を遂行す
る。
Here, the design information is, for example, CAD.
It is CAD data regarding the shape and various electrical setting conditions of an array antenna separately designed by using a (Computer Aded Design) device. The CAD data is input to the arithmetic unit 2 via a removable storage device as the input device 1 or a communication device. It is also conceivable that the arithmetic unit 2 is provided with a CAD function to design the shape of the array antenna using the present plasma generation antenna evaluation apparatus and generate CAD data by setting electrical setting conditions. In this case, the evaluator (designer) operates the keyboard and various pointing devices to carry out the design work of the array antenna.

【0025】図2は、本実施形態におけるアレイアンテ
ナの形状を示す正面図及び側面図である。この図に示す
ように、本アレイアンテナAは、ガラス基板Sに平行な
一面(設置面)内に一定間隔で配列された合計25本の
U字状アンテナ素子#1〜#25から構成されている。
このようなアレイアンテナAの構成は、本発明者等によ
る先願(特願2001−296332)と同様である。
これら各U字状アンテナ素子#1〜#25は、平行な2
つの直線部と該直線部を連結する屈曲部から構成されて
おり、各直線部が方形状のガラス基板Sに対して一定間
隔を隔てて対向配置されている。ガラス基板Sは、その
縁部が支持枠Bによって支持されることにより、アレイ
アンテナAに対向配置されている。
FIG. 2 is a front view and a side view showing the shape of the array antenna in this embodiment. As shown in this figure, the array antenna A is composed of a total of 25 U-shaped antenna elements # 1 to # 25 arranged at regular intervals in one surface (installation surface) parallel to the glass substrate S. There is.
The configuration of such an array antenna A is the same as the prior application (Japanese Patent Application No. 2001-296332) by the present inventors.
Each of these U-shaped antenna elements # 1 to # 25 has two parallel elements.
It is composed of one straight line portion and a bent portion connecting the straight line portions, and each straight line portion is arranged to face the rectangular glass substrate S at regular intervals. The glass substrate S is arranged so as to face the array antenna A by having its edge supported by the support frame B.

【0026】この図2に示すように、各U字状アンテナ
素子#1〜#25の直線部の長さは1.6m、各U字状
アンテナ素子#1〜#25とガラス基板Sとの距離は4
4mm、また図示しないが各U字状アンテナ素子#1〜
#25の断面は一辺4mmの正方形、相互間隔は72m
m(すなわち直線部の相互間隔が36mm)に設定され
ている。
As shown in FIG. 2, the length of the straight line portion of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 is 1.6 m, and each U-shaped antenna element # 1 to # 25 and the glass substrate S are Distance is 4
4 mm, and although not shown, each U-shaped antenna element # 1
The cross section of # 25 is a square with a side of 4 mm, and the distance between them is 72 m.
It is set to m (that is, the mutual interval of the linear portions is 36 mm).

【0027】また、各U字状アンテナ素子#1〜#25
は、一端が高周波電力が供給される給電点、他端が電気
的に接地される接地点に設定されている。各U字状アン
テナ素子#1〜#25の給電点には、特性インピーダン
ス50Ωの同軸ケーブルを介して出力インピーダンス5
0Ωの高周波電源から高周波電力が供給されており、接
地点は真空チャンバCの内壁に接続されることにより接
地されている。さらに、各U字状アンテナ素子#1〜#
25において、給電点と接地点とは交互に配置されてい
る。すなわち、図2の正面図において、全てのU字状ア
ンテナ素子#1〜#25は、左側に位置する端部(一
端)が給電点、右側に位置する端部(他端)が接地点に
設定されている。
Further, each U-shaped antenna element # 1 to # 25.
Is set at one end to a feeding point to which high-frequency power is supplied and at the other end to a grounding point electrically grounded. Output impedance 5 is provided to the feeding points of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 via a coaxial cable having a characteristic impedance of 50Ω.
High frequency power is supplied from a high frequency power source of 0Ω, and the ground point is grounded by being connected to the inner wall of the vacuum chamber C. Furthermore, each U-shaped antenna element # 1 to #
In 25, the feeding point and the grounding point are arranged alternately. That is, in the front view of FIG. 2, in all the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, the end portion (one end) located on the left side is the feeding point, and the end portion (the other end) located on the right side is the grounding point. It is set.

【0028】このように形状及び給電条件が設定された
アレイアンテナA、支持枠B及びガラス基板Sは、方形
状の真空チャンバC内に収容されており、x軸、y軸及
びz軸からなる3次元直交座標系が設定されている。x
軸は各U字状アンテナ素子#1〜#25の配列方向に、
z軸は各U字状アンテナ素子#1〜#25の直線部の延
在方向に、またy軸は、このようなx軸とz軸とによっ
て形成される平面(すなわち上記設置面)に直交する方
向に設定されている。なお、ガラス基板Sは、短辺が1
200mm、長辺が1672mmに設定された大型基板
であり、太陽電池や液晶表示板等に使用されるアモルフ
ァスシリコン基板に対応したものである。
The array antenna A, the support frame B and the glass substrate S for which the shape and power feeding conditions are set in this way are housed in a rectangular vacuum chamber C, and are composed of x-axis, y-axis and z-axis. A three-dimensional Cartesian coordinate system is set. x
The axis is in the arrangement direction of each U-shaped antenna element # 1 to # 25,
The z-axis is the extending direction of the straight line portion of each U-shaped antenna element # 1 to # 25, and the y-axis is orthogonal to the plane formed by the x-axis and the z-axis (that is, the above-mentioned installation surface). The direction is set to. The glass substrate S has a short side of 1
This is a large-sized substrate having a length of 200 mm and a long side set to 1672 mm, and corresponds to an amorphous silicon substrate used for a solar cell, a liquid crystal display panel or the like.

【0029】ここで、図1の説明に戻ると、上記目標プ
ラズマ密度分布は、アレイアンテナAの電界によって真
空チャンバC内に生成されるプラズマの密度分布(プラ
ズマ密度分布)の目標であり、上記表面近傍空間内の各
位置を変数とする目標関数(目標プラズマ密度分布関
数)である。上記目標プラズマ密度分布は、評価者によ
って任意に設定されるものであり、例えば各位置に置い
て均一な分布であっても良いし、あるいは表面近傍空間
の中央に近づく程、プラズマ密度が高くなるように設定
しても良い。ただし、本実施形態では、基板上に均一な
膜厚で成膜することを目的とするプラズマCVD装置に
供するアレイアンテナAを評価するので、上記目標プラ
ズマ密度分布関数は、表面近傍空間内の各位置に関わり
なく一定値とする。
Returning to the explanation of FIG. 1, the target plasma density distribution is the target of the density distribution (plasma density distribution) of the plasma generated in the vacuum chamber C by the electric field of the array antenna A. It is a target function (target plasma density distribution function) in which each position in the space near the surface is a variable. The target plasma density distribution is arbitrarily set by the evaluator, and may be a uniform distribution at each position, or the plasma density becomes higher as it approaches the center of the space near the surface. It may be set as follows. However, in this embodiment, since the array antenna A used in the plasma CVD apparatus for the purpose of forming a uniform film thickness on the substrate is evaluated, the target plasma density distribution function is It is a constant value regardless of the position.

【0030】演算装置2は、入力装置1から入力された
上記各種情報を記憶装置4に記憶させると共に、当該各
種情報を記憶装置4に予め記憶したFDTD解析プログ
ラムや共役勾配法プログラムに基づいて演算処理するこ
とにより最終成果物としてのアレイアンテナAへの給電
仕様を算出し、該給電仕様を出力装置3に出力する。な
お、上記給電仕様は、アレイアンテナAを構成する各U
字状アンテナ素子#1〜#25に給電する高周波電力の
給電振幅及び給電位相によって規定される。
The computing device 2 stores the various information input from the input device 1 in the storage device 4 and computes the various information based on the FDTD analysis program or the conjugate gradient method program stored in the storage device 4 in advance. By processing, the power supply specification to the array antenna A as the final product is calculated, and the power supply specification is output to the output device 3. In addition, the above-mentioned power supply specification is applied to each U constituting the array antenna A.
It is defined by the feed amplitude and the feed phase of the high frequency power that feeds the V-shaped antenna elements # 1 to # 25.

【0031】上記FDTD解析プログラムは、通信用ア
ンテナの電界シミュレーション手法として一般的な3次
元FDTD解析法に基づく解析プログラムである。3次
元FDTD解析法では、解析対象アンテナの周囲近傍空
間の比誘電率、及び周囲近傍空間を所定寸法の直交格子
(以下、セルという)に区分するためのセルサイズ及び
セル数を解析条件として設定することにより、解析対象
アンテナの周囲近傍空間の電界強度分布を各セルについ
て算出するものである。
The FDTD analysis program is an analysis program based on a general three-dimensional FDTD analysis method as an electric field simulation method for a communication antenna. In the three-dimensional FDTD analysis method, the relative permittivity of the space around the antenna to be analyzed, and the cell size and the number of cells for partitioning the space around the antenna into an orthogonal lattice (hereinafter, referred to as a cell) having a predetermined size are set as analysis conditions. By doing so, the electric field strength distribution in the space around the antenna to be analyzed is calculated for each cell.

【0032】このFDTD解析プログラムを用いて上記
アレイアンテナAによって発生する電界をシミュレート
するためには、当該アレイアンテナAの電界によって真
空チャンバC内、つまり各U字状アンテナ素子#1〜#
25の周囲近傍に生成されるプラズマの比誘電率を設定
する必要がある。本実施形態では、この定式化に際し、
図3に示すように各U字状アンテナ素子の周囲近傍に形
成される所定厚のイオンシース、つまりプラズマの否存
在領域を考慮する。
In order to simulate the electric field generated by the array antenna A using the FDTD analysis program, the electric field of the array antenna A causes the electric field in the vacuum chamber C, that is, each of the U-shaped antenna elements # 1 to #.
It is necessary to set the relative permittivity of plasma generated in the vicinity of 25. In this embodiment, in this formulation,
As shown in FIG. 3, an ion sheath of a predetermined thickness formed in the vicinity of the periphery of each U-shaped antenna element, that is, a plasma nonexistence region is considered.

【0033】本アレイアンテナAは、高周波電力によっ
て原料ガスをプラズマ化するので、イオンは、当該高周
波電力の周波数に応動することなく、各U字状アンテナ
素子#1〜#25の周囲近傍領域のイオンは停止してい
ると見なすことができる。すなわち、各U字状アンテナ
素子#1〜#25の周囲近傍領域には、図示するように
各U字状アンテナ素子#1〜#25の表面から一定厚さ
に亘るイオンシース、つまり比誘電率が「1」である真
空領域(プラズマの否存在領域)が形成されると考える
ことができる。
Since the present array antenna A converts the source gas into plasma by high-frequency power, the ions do not respond to the frequency of the high-frequency power, and the ions in the vicinity of the periphery of each U-shaped antenna element # 1 to # 25. Ions can be considered to be stationary. That is, as shown in the drawing, in the vicinity of the peripheries of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, the ion sheaths over a certain thickness from the surface of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, that is, the relative permittivity It can be considered that a vacuum region (where plasma does not exist) in which is 1 is formed.

【0034】共役勾配法プログラムは、一般的な最適化
問題の解法として用いられるものであり、種々ある最適
化アルゴリズムの中の1つである共役勾配法に基づいて
最適問題を解くものである。
The conjugate gradient method program is used as a solution for a general optimization problem, and solves the optimal problem based on the conjugate gradient method which is one of various optimization algorithms.

【0035】演算装置2が実行する演算処理の詳細につ
いては後述するが、処理の概要として、演算装置2は、
上記基板表面近傍空間の電界強度分布が目標プラズマ密
度分布に相当する分布形態となった場合に基板表面近傍
空間のプラズマ密度分布が目標プラズマ密度分布となる
という仮定の下に、真空チャンバC内のアレイアンテナ
Aの近傍空間の比誘電率を、アレイアンテナAの表面に
形成されるイオンシースを考慮して設定することにより
目標プラズマ密度分布に相当する電界強度分布の形成に
必要なアレイアンテナAに対する高周波電力の給電仕様
を解析的に求める。
The details of the arithmetic processing executed by the arithmetic unit 2 will be described later, but as an outline of the processing, the arithmetic unit 2
Under the assumption that the plasma density distribution in the space near the substrate surface becomes the target plasma density distribution when the electric field intensity distribution in the space near the substrate surface has a distribution form corresponding to the target plasma density distribution, By setting the relative permittivity of the space near the array antenna A in consideration of the ion sheath formed on the surface of the array antenna A, the relative dielectric constant with respect to the array antenna A necessary for forming the electric field intensity distribution corresponding to the target plasma density distribution is set. Analytical determination of high-frequency power supply specifications.

【0036】出力装置3は、例えば、外部記憶装置、モ
ニタ、プリンタあるいは通信装置であり、演算装置2の
演算処理の結果得られた上記給電仕様を出力する。すな
わち、出力装置3が外部記憶装置の場合は給電仕様を記
憶保存し、モニタの場合は給電仕様を表示し、プリンタ
の場合は給電仕様を紙面に印刷し、一方、出力装置3が
通信装置の場合は、給電仕様を外部に送信する。
The output device 3 is, for example, an external storage device, a monitor, a printer, or a communication device, and outputs the power supply specifications obtained as a result of the arithmetic processing of the arithmetic device 2. That is, if the output device 3 is an external storage device, the power supply specifications are stored and saved, if the output device 3 is a monitor, the power supply specifications are displayed, and if the output device 3 is a printer, the power supply specifications are printed on paper, while the output device 3 is a communication device. In this case, the power supply specifications are sent to the outside.

【0037】記憶装置4は、演算装置2が上記給電仕様
を算出するするために必要な各種情報を記憶するもので
ある。具体的には、記憶装置4には、規定の給電仕様で
個々のU字状アンテナ素子#1〜#25に個別給電した
場合における真空チャンバC内の電界強度分布(個別給
電電界強度分布)を予め記憶するための個別給電電界分
布記憶領域4a、入力装置1から入力された目標プラズ
マ密度分布を記憶するための目標プラズマ密度分布記憶
領域4b、FDTD解析プログラムを記憶するためのF
DTD解析プログラム記憶領域4c、及び共役勾配法プ
ログラムを記憶するための共役勾配法プログラム記憶領
域4d等を備えている。
The storage device 4 stores various information necessary for the arithmetic unit 2 to calculate the power supply specifications. Specifically, the storage device 4 stores the electric field strength distribution (individual power supply electric field strength distribution) in the vacuum chamber C when the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 are individually supplied with power according to the specified power supply specifications. An individual power feeding electric field distribution storage area 4a for storing in advance, a target plasma density distribution storage area 4b for storing the target plasma density distribution input from the input device 1, and an F for storing an FDTD analysis program.
A DTD analysis program storage area 4c, a conjugate gradient method program storage area 4d for storing a conjugate gradient method program, and the like are provided.

【0038】次に、このように構成されたプラズマ生成
用アンテナ評価装置を用いた上記アレイアンテナAの評
価手法について、図4に示すフローチャートに沿って詳
しく説明する。
Next, a method for evaluating the array antenna A using the plasma generation antenna evaluation apparatus having the above structure will be described in detail with reference to the flow chart shown in FIG.

【0039】本評価手法では、まず最初にアレイアンテ
ナAの設計情報及びFDTD法に関する解析条件が入力
装置1から演算装置2に入力される(ステップS1)。
設計情報は、上述したようにガラス基板Sとの位置関係
をも含むアレイアンテナAの形状(図2参照)及び給電
点や接地点の指定等の電気的設定条件等であり、CAD
データとして演算装置2に入力される。また、解析条件
は、セルサイズ、x軸、y軸及びz軸方向のセル数及び
プラズマパラメータであり、評価者によって入力装置1
から手入力される。プラズマパラメータは、プラズマ周
波数、衝突頻度及びシース厚(イオンシースの厚さ)で
ある。
In this evaluation method, first, the design information of the array antenna A and the analysis conditions regarding the FDTD method are input from the input device 1 to the arithmetic device 2 (step S1).
The design information includes the shape of the array antenna A including the positional relationship with the glass substrate S as described above (see FIG. 2) and electrical setting conditions such as designation of a feeding point and a ground point.
The data is input to the arithmetic unit 2. The analysis conditions are the cell size, the number of cells in the x-axis, y-axis, and z-axis directions and the plasma parameter, and the input device 1 is selected by the evaluator.
It is manually input from. The plasma parameters are plasma frequency, collision frequency and sheath thickness (thickness of ion sheath).

【0040】なお、本実施形態では、セルサイズΔx=
4mm、x軸方向のセル数=583、y軸方向のセル数
=75、z軸方向のセル数=487、プラズマ周波数ω
p=300MHz、衝突頻度ν=200Ms-1、またシ
ース厚=4mmである。また、アレイアンテナAの形状
については、図2及び上記説明の通りである。
In this embodiment, the cell size Δx =
4 mm, number of cells in x-axis direction = 583, number of cells in y-axis direction = 75, number of cells in z-axis direction = 487, plasma frequency ω
p = 300 MHz, collision frequency ν = 200 Ms −1 , and sheath thickness = 4 mm. The shape of the array antenna A is as described in FIG. 2 and the above description.

【0041】そして、このような設計情報及び解析条件
の入力処理が完了すると、演算装置2には、目標プラズ
マ密度分布が上記x軸、y軸及びz軸の3次元直交座標
系における3次元座標(x,y,z)の関数として入力
装置1から入力される(ステップS2)。本実施形態の
アレイアンテナAは、ガラス基板S上に均一な膜厚の薄
膜を形成することを目的とするものなので、目標プラズ
マ密度分布は、ガラス基板Sの表面において一定値とな
る定数として入力される。
When the input process of the design information and the analysis condition is completed, the arithmetic unit 2 causes the target plasma density distribution to have the three-dimensional coordinates in the three-dimensional orthogonal coordinate system of the x-axis, the y-axis, and the z-axis. It is input from the input device 1 as a function of (x, y, z) (step S2). Since the array antenna A of the present embodiment is intended to form a thin film having a uniform film thickness on the glass substrate S, the target plasma density distribution is input as a constant having a constant value on the surface of the glass substrate S. To be done.

【0042】続いて、演算装置2は、上記FDTD解析
プログラム記憶領域4cに記憶されたFDTD解析プロ
グラム及びステップS1において入力された解析条件に
基づいて、各U字状アンテナ素子#1〜#25の個別給
電電界強度分布を算出する(ステップS3)。
Subsequently, the arithmetic unit 2 selects each of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 based on the FDTD analysis program stored in the FDTD analysis program storage area 4c and the analysis conditions input in step S1. The individual power supply electric field strength distribution is calculated (step S3).

【0043】ここで、上記解析条件を構成するプラズマ
パラメータについて、さらに詳しく説明する。高周波放
電プラズマの比誘電率εp(プラズマ比誘電率)は、一
般的に下式(1)によって表される。この式(1)にお
いて、ωpはプラズマ周波数、νは衝突頻度(電子と中
性粒子との衝突頻度)、ωは高周波電力の角周波数(励
振角周波数)である。この式(1)に示すように、プラ
ズマ比誘電率εpは、複素数であり、実数部は多くの場
合1未満の負値となる。
Here, the plasma parameters constituting the above analysis conditions will be described in more detail. The relative permittivity εp (plasma relative permittivity) of the high frequency discharge plasma is generally expressed by the following equation (1). In this equation (1), ωp is the plasma frequency, ν is the collision frequency (collision frequency between electrons and neutral particles), and ω is the angular frequency of high-frequency power (excitation angular frequency). As shown in this equation (1), the plasma relative permittivity εp is a complex number, and the real part is a negative value less than 1 in many cases.

【0044】[0044]

【数1】 [Equation 1]

【0045】本実施形態では、目標プラズマ密度分布を
一定値(定数)、つまりプラズマ密度が均一であること
を目標としているので、プラズマ比誘電率εpは一定値
である。また、プラズマパラメータは真空チャンバC内
の位置に関わりなく一定値であると仮定することができ
るので、各U字状アンテナ素子#1〜#25の各部位に
おけるシース厚は一定値となる。これら条件に基づい
て、本実施形態では、上記プラズマ比誘電率εpを規定
するプラズマパラメータ、つまりプラズマ周波数ωpを
300MHz、衝突頻度νを200Ms-1、またシース
厚を4mmに設定する。
In this embodiment, since the target plasma density distribution is a constant value (constant), that is, the plasma density is uniform, the plasma relative permittivity εp is a constant value. Further, since it can be assumed that the plasma parameter has a constant value regardless of the position in the vacuum chamber C, the sheath thickness at each portion of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 has a constant value. Based on these conditions, in the present embodiment, the plasma parameters that define the plasma relative permittivity εp, that is, the plasma frequency ωp is 300 MHz, the collision frequency ν is 200 Ms −1 , and the sheath thickness is 4 mm.

【0046】すなわち、演算装置2は、断面形状が方形
状(図3参照)の各U字状アンテナ素子#1〜#25の
周囲近傍領域に表面から鉛直方向に4mm厚のイオンシ
ース(比誘電率=1)が形成されており、このようなイ
オンシースの外側に上記プラズマ比誘電率εpの材料プ
ラズマが存在するとしたアレイアンテナAの解析モデル
をFDTD解析プログラムによる解析対象とする。
That is, the arithmetic unit 2 has an ion sheath (relative dielectric constant) of 4 mm in the vertical direction from the surface in the vicinity of the periphery of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 having a rectangular cross section (see FIG. 3). The analysis model of the array antenna A in which the material plasma having the above-mentioned plasma relative permittivity εp exists outside the ion sheath is set as the analysis target by the FDTD analysis program.

【0047】図5は、このような解析モデルの有効性を
示す図であり、イオンシースの有無に基づく各U字状ア
ンテナ素子#1〜#25のインピーダンス特性を示すも
のである。この図5において、(a)は給電周波数に応
じた抵抗の変化特性、(b)はリアクタンスの変化特性
を示している。抵抗及びリアクタンス共に、プラズマパ
ラメータを上記のように設定した場合の変化特性(実
線)は、実測値(○印)の傾向に沿ったものとなってお
り、イオンシースを考慮することの有効性が確認でき
る。
FIG. 5 is a diagram showing the effectiveness of such an analytical model, showing the impedance characteristics of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 based on the presence or absence of an ion sheath. In FIG. 5, (a) shows the resistance change characteristic according to the power supply frequency, and (b) shows the reactance change characteristic. For both resistance and reactance, the change characteristics (solid line) when the plasma parameters are set as described above are in line with the measured values (marked with ○), and it is effective to consider the ion sheath. I can confirm.

【0048】演算装置2は、上記解析モデルをFDTD
法をFDTD解析プログラムに基づいて処理することに
より、各U字状アンテナ素子#1〜#25に関する個別
給電電界強度分布を算出し、各個別給電電界強度分布を
個別給電電界強度分布記憶領域4aに格納する。
The arithmetic unit 2 performs the FDTD on the above analytical model.
By processing the method based on the FDTD analysis program, the individual feeding electric field strength distributions for the respective U-shaped antenna elements # 1 to # 25 are calculated, and the individual feeding electric field strength distributions are stored in the individual feeding electric field strength distribution storage area 4a. Store.

【0049】すなわち、演算装置2は、25個のU字状
アンテナ素子#1〜#25のうち規定の給電仕様で個別
に給電した場合における基板表面近傍空間の電界値を全
セルに亘って算出し、各セルの電界値を個別給電電界強
度分布として電電界分布記憶領域4aに記憶させる。各
個別給電電界強度分布は、当然に上記イオンシースを考
慮して算出される。この結果、記憶装置4内の電電界分
布記憶領域4aには、ステップS3によって設定された
各セルについて、各U字状アンテナ素子#1〜#25に
単独給電した時の25個の電界値が格納・保存される。
なお、本実施形態では、このようなFDTD法に基づく
各個別給電電界強度分布の算出に際し、演算処理に必要
なメモリ容量を削減するために、RC法(Recursive Con
volutionscheme)を用いている。
That is, the arithmetic unit 2 calculates the electric field value in the space near the surface of the substrate over all the cells when power is individually fed from the 25 U-shaped antenna elements # 1 to # 25 according to the specified feeding specifications. Then, the electric field value of each cell is stored in the electric field distribution storage area 4a as an individual power supply electric field strength distribution. Each individual feed electric field strength distribution is naturally calculated in consideration of the ion sheath. As a result, in the electric field distribution storage area 4a in the storage device 4, for each cell set in step S3, 25 electric field values when the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 are individually fed with power are stored. Stored / saved.
In the present embodiment, in calculating each individual power supply electric field strength distribution based on such an FDTD method, in order to reduce the memory capacity necessary for the arithmetic processing, the RC method (Recursive Convergence) is used.
volution scheme).

【0050】このような個別給電電界強度分布の算出が
完了すると、演算装置2は、共役勾配法プログラム記憶
領域4dに記憶された共役勾配法プログラムに基づいて
各U字状アンテナ素子#1〜#25への給電仕様を最適
化問題として解く(ステップS4)。
When the calculation of the individual power supply electric field strength distribution is completed, the arithmetic unit 2 determines each U-shaped antenna element # 1 to # based on the conjugate gradient method program stored in the conjugate gradient method program storage area 4d. The power supply specifications for 25 are solved as an optimization problem (step S4).

【0051】すなわち、演算装置2は、ステップS3に
おいて予め求められた各個別給電電界強度分布を電界に
関する「重ね合わせの理」に基づいて合成して得られた
合成電界強度分布が目標プラズマ密度分布(一定値)に
相当する分布形態となった場合に基板表面近傍空間のプ
ラズマ密度分布が目標プラズマ密度分布に等しくなった
との仮定に基づいて、上記合成電界強度分布を与える給
電仕様の最適値を導出する。なお、「重ね合わせの理」
は、周知のように、複数の電源からの給電によって発生
する電界は、各々の電源に単一給電した際に得られる個
別電界を合成することによって得られる、という電界に
おける基本原理である。
That is, the arithmetic unit 2 synthesizes the individual power supply electric field intensity distributions obtained in advance in step S3 on the basis of the "superposition principle" regarding the electric fields to obtain the resultant electric field intensity distribution as the target plasma density distribution. Based on the assumption that the plasma density distribution in the space near the substrate surface is equal to the target plasma density distribution when the distribution pattern is equivalent to (constant value), the optimum value of the power supply specifications that gives the above composite electric field strength distribution is determined. Derive. It should be noted that "superposition theory"
As is well known, is a basic principle in the electric field that an electric field generated by power feeding from a plurality of power sources is obtained by combining individual electric fields obtained when a single power is fed to each power source.

【0052】ここで、一般論として、各セルのセル番号
を(k,l,m)で示される離散変数として表すと、第
n番目のU字状アンテナ素子#nに個別給電した場合の
個別給電電界強度分布Enは、下式(2)で表される。
Here, as a general theory, when the cell number of each cell is expressed as a discrete variable indicated by (k, l, m), the individual number when individual power is fed to the nth U-shaped antenna element #n The power supply electric field strength distribution En is expressed by the following equation (2).

【0053】[0053]

【数2】 [Equation 2]

【0054】このような個別給電電界強度分布Enに対
して、給電振幅Cnと給電位相θnとによって式(3)の
ように表される給電電圧を重み付け関数とした場合、上
記合成電界強度分布Eは式(4)のように表される。
When the feeding voltage represented by the equation (3) by the feeding amplitude Cn and the feeding phase θn is used as a weighting function for such an individual feeding electric field intensity distribution En, the combined electric field strength distribution E is obtained. Is expressed as in equation (4).

【0055】[0055]

【数3】 [Equation 3]

【0056】[0056]

【数4】 [Equation 4]

【0057】このようにな合成電界強度分布Eが目標プ
ラズマ密度分布(一定値)に相当する分布形態となる場
合における重み付け変数、つまり給電振幅Cnと給電位
相θnは、合成電界強度分布Eと目標プラズマ密度分布
との差異を示す目的関数Dを最小化することを条件とし
た最適化問題を解くことにより求めることができる。本
実施形態では、上記目的関数Dとして、下式(5)に示
す電界の規格化標準偏差を用いる。この規格化標準偏差
は、式(5)が示しているように、基板表面近傍空間に
おける電界の標準偏差を平均値で規格化した値であり、
Nsは基板表面におけるセル数である。
When the combined electric field intensity distribution E has a distribution form corresponding to the target plasma density distribution (constant value) in this way, the weighting variables, that is, the feed amplitude Cn and the feed phase θn are the combined electric field intensity distribution E and the target. It can be obtained by solving an optimization problem under the condition that the objective function D showing the difference from the plasma density distribution is minimized. In the present embodiment, the standardized standard deviation of the electric field shown in the following equation (5) is used as the objective function D. This standardized standard deviation is a value obtained by standardizing the standard deviation of the electric field in the space near the substrate surface by the average value, as shown in equation (5),
Ns is the number of cells on the substrate surface.

【0058】[0058]

【数5】 [Equation 5]

【0059】演算装置2は、共役勾配法プログラムに基
づいて給電仕様を導出するに当たり、上記目的関数Dつ
まり規格化標準偏差を最小化することを条件とし、この
条件を満足する各U字状アンテナ素子#1〜#25への
給電仕様を求める。なお、本実施形態では、最適化問題
を解くために掛かる演算時間を短縮するために、給電仕
様を構成する給電振幅及び給電位相のうち、給電振幅に
ついては特定の一定値とし、給電位相の最適解のみを求
めるようにした。
When deriving the feed specification based on the conjugate gradient method program, the arithmetic unit 2 sets the condition that the above objective function D, that is, the standardized standard deviation is minimized, and each U-shaped antenna that satisfies this condition. A power supply specification for the elements # 1 to # 25 is obtained. In the present embodiment, in order to reduce the calculation time required to solve the optimization problem, of the power supply amplitude and the power supply phase constituting the power supply specification, the power supply amplitude is set to a specific constant value, and the power supply phase is optimized. I tried to find only the solution.

【0060】そして、演算装置2は、目的関数Dを最小
化する給電位相の最適解が得られた場合(ステップS
5)、当該最適解を出力装置3に出力する。図6は、出
力装置3に出力された給電位相の最適解(最適位相)を
示す表である。各U字状アンテナ素子#1〜#25のう
ち、端に位置するU字状アンテナ素子#1,#2,#2
4,#25を除く各U字状アンテナ素子#3〜#23に
ついては、互いに隣り合うU字状アンテナ素子間の位相
差がほぼ170度になっていることが分かる。
Then, the arithmetic unit 2 obtains the optimum solution of the feeding phase that minimizes the objective function D (step S).
5) Output the optimal solution to the output device 3. FIG. 6 is a table showing the optimum solution (optimal phase) of the feeding phase output to the output device 3. Of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, the U-shaped antenna elements # 1, # 2, and # 2 located at the ends.
It can be seen that the U-shaped antenna elements # 3 to # 23 except for # 4 and # 25 have a phase difference of approximately 170 degrees between the U-shaped antenna elements adjacent to each other.

【0061】図7は、上記最適位相に対応する基板表面
の電界強度分布及びガラス基板S上の膜厚分布を示す図
であり、本実施形態の有効性を示している。この図7に
おいて、(a)は最適位相で各U字状アンテナ素子#1
〜#25に給電した場合における基板表面の電界強度分
布をFDTD法によって求めた結果(計算値)であり、
濃淡によって基板表面上の電界強度の強弱を示してい
る。また、(b)は、最適位相で各U字状アンテナ素子
#1〜#25に給電した場合にガラス基板S上に実際に
形成された薄膜の膜厚を計測した結果(実験値)であ
り、基板表面上の各部位の膜厚の大小を濃淡によって示
している。これら(a)及び(b)において、下側はU
字状アンテナ素子#1〜#25の直線部側であり、上側
は各U字状アンテナ素子#1〜#25の屈曲部側であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing the electric field intensity distribution on the substrate surface and the film thickness distribution on the glass substrate S corresponding to the optimum phase, which shows the effectiveness of this embodiment. In FIG. 7, (a) shows the optimum phase for each U-shaped antenna element # 1.
Is a result (calculated value) of the electric field intensity distribution on the substrate surface obtained by the FDTD method when power is supplied to
The intensity of the electric field on the surface of the substrate is shown by the density. Further, (b) is a result (experimental value) of measuring the film thickness of the thin film actually formed on the glass substrate S when each U-shaped antenna element # 1 to # 25 is fed with the optimum phase. , The magnitude of the film thickness of each part on the surface of the substrate is shown by shading. In these (a) and (b), the lower side is U
The straight line side of each of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, and the upper side is the bent side of each of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25.

【0062】薄膜形成の実験においては、原料ガスとし
て充分多くのモノシランガスを実際に制作した真空チャ
ンバC内に導入して放電させ、ガラス基板S上に形成さ
れる非晶質ケイ素膜の膜厚を測定した。非晶質ケイ素の
プリカーサは、モノシランガスと電子との一回の衝突に
より生成されると言われている。また、充分多くの原料
ガスを真空チャンバC内に供給することにより、原料が
枯渇してしまうような状態を回避することにより、より
適切な実験結果が得られるように配慮した。
In an experiment for forming a thin film, a sufficient amount of monosilane gas as a raw material gas was introduced into the actually manufactured vacuum chamber C to cause discharge, and the film thickness of the amorphous silicon film formed on the glass substrate S was changed. It was measured. Amorphous silicon precursors are said to be produced by a single collision of monosilane gas and electrons. Further, by supplying a sufficiently large amount of raw material gas into the vacuum chamber C, consideration was given to obtain more appropriate experimental results by avoiding a state in which the raw material is depleted.

【0063】電界強度分布の計算値を見ると、基板表面
の左下コーナー部にやや電界強度が低い領域が存在する
ことや、右辺中央部よりやや下にも電界強度が低い領域
が存在することが予見される。実験の結果、これらの部
分においてやや膜の成長速度が遅くなることが確認され
た。このように最適位相に対応する電界強度分布と膜厚
分布とはかなり良好な一致を示すことがわかった。
Looking at the calculated value of the electric field strength distribution, there is a region where the electric field strength is slightly lower in the lower left corner of the substrate surface, and there is a region where the electric field strength is slightly lower than the center of the right side. Foreseen. As a result of the experiment, it was confirmed that the growth rate of the film was slightly slowed in these parts. Thus, it was found that the electric field strength distribution corresponding to the optimum phase and the film thickness distribution show a fairly good agreement.

【0064】なお、電界強度分布の計算結果では、各U
字状アンテナ素子#1〜#25の配置を反映した縞模様
が見られるが、膜厚分布の実験値では、このような縞模
様に対応する膜厚変化は発生していない。このような相
違は、電界強度分布の計算においてはプラズマの発生を
つかさどる電界強度分布のみを計算しているが、膜厚分
布の実験では、拡散・消滅の効果を同時に観測すること
になるため、発生のみを調べる場合に比較してぼやけた
観測結果になっているものと考えられる。
In the calculation result of the electric field strength distribution, each U
A striped pattern reflecting the arrangement of the character-shaped antenna elements # 1 to # 25 is seen, but in the experimental value of the film thickness distribution, the film thickness change corresponding to such striped pattern does not occur. In such a difference, in the calculation of the electric field strength distribution, only the electric field strength distribution that controls the generation of plasma is calculated, but in the experiment of the film thickness distribution, the effects of diffusion and extinction are observed at the same time. It is considered that the observation results are blurred compared to when only the occurrence is examined.

【0065】図8は、上記図7に対比するものであり、
全てのU字状アンテナ素子#1〜#25に同相給電した
場合における電界強度分布の計算結果及び膜厚分布の実
験値を示している。(a)は電界強度分布の計算結果で
あり、(b)は膜厚分布の実験値である。(a)によれ
ば、同相給電における電界強度分布の計算結果は、「重
ね合わせの理」による電界合成の結果を示すものとし
て、給電部付近に電界強度の強い部分が発生している。
このような電界が強い領域においては、大きなプラズマ
密度(電子密度)が得られるので、膜の成長速度が速く
なることが推定される。したがって、膜厚分布の実験値
としては、上記電界強度分布の計算結果に相似した膜厚
分布が得られるはずである。
FIG. 8 is to be compared with FIG.
The calculation result of the electric field strength distribution and the experimental value of the film thickness distribution in the case of feeding in-phase to all the U-shaped antenna elements # 1 to # 25 are shown. (A) is the calculation result of the electric field strength distribution, and (b) is the experimental value of the film thickness distribution. According to (a), the calculation result of the electric field strength distribution in the in-phase power feeding shows the result of the electric field synthesis by the "superposition principle", and a strong electric field strength portion is generated near the power feeding portion.
In such a region where the electric field is strong, a large plasma density (electron density) can be obtained, so that it is estimated that the growth rate of the film becomes high. Therefore, as an experimental value of the film thickness distribution, a film thickness distribution similar to the above calculation result of the electric field intensity distribution should be obtained.

【0066】図8にける(a)と(b)とを対比する
と、給電部付近において電界強度が強くなり、かつ、こ
の部分の膜厚が厚くなるという傾向は一致している。ま
た、U字状アンテナ素子#1〜#25の屈曲部にも若干
電界が強くなる領域が発生することが示されており、こ
の部分の膜厚はかなり厚くなっていることが分かる。こ
のように電界強度分布の計算結果と膜厚分布の実験値と
は定性的には概ね一致するが、必ずしも完全には一致し
ていない。この相違は、電界強度分布の計算において均
一プラズマの仮定の元に電界強度を算出したことに関係
があると思料される。
When (a) and (b) in FIG. 8 are compared, the tendency that the electric field strength becomes strong in the vicinity of the power feeding portion and the film thickness at this portion becomes thicker coincides. Further, it is shown that a region where the electric field is slightly strong is generated also in the bent portions of the U-shaped antenna elements # 1 to # 25, and it can be seen that the film thickness of this portion is considerably thick. As described above, the calculation result of the electric field intensity distribution and the experimental value of the film thickness distribution substantially qualitatively match, but do not always completely match. It is considered that this difference is related to the calculation of the electric field strength under the assumption of uniform plasma in the calculation of the electric field strength distribution.

【0067】また、上述した規格化標準偏差は、同相給
電の場合は「1.01」であったが、最適位相に従って
給電した場合には「0.469」にまで減少した。上述
した先願(特願2001−296332)では、隣り合
うアンテナ相互の位相差を180度に設定することを開
示したが、本実施形態の結果としては、170度程度の
位相差が電界強度分布の良好な均一性をもたらすことが
明らかになった。このような給電位相の詳細な最適化を
実験的に基づいて導出することは、実質的に不可能であ
る。
The standardized standard deviation described above was "1.01" in the case of in-phase power feeding, but decreased to "0.469" in the case of power feeding in accordance with the optimum phase. In the above-mentioned prior application (Japanese Patent Application No. 2001-296332), it is disclosed that the phase difference between adjacent antennas is set to 180 degrees. However, as a result of the present embodiment, a phase difference of about 170 degrees is an electric field intensity distribution. It has been found to result in good homogeneity of It is virtually impossible to experimentally derive such a detailed optimization of the feeding phase.

【0068】一方、ステップS4において最適解が得ら
れなかった場合には、ステップS5における判断は「N
o」となるので、設計変更が行われる(ステップS
7)。この設計変更は、ステップS1において入力された
アレイアンテナAの設計情報の修正処理であり、評価者
が修正情報を入力装置1から演算装置2に入力する処理
である。このような設計変更が行われた場合には、設計
変更されたアレイアンテナAについて、ステップS3〜
S6の処理が繰り返される。
On the other hand, when the optimum solution is not obtained in step S4, the judgment in step S5 is "N".
o ", the design is changed (step S
7). This design change is a correction process of the design information of the array antenna A input in step S1, and is a process in which the evaluator inputs the correction information from the input device 1 to the arithmetic unit 2. If such a design change is made, steps S3 to
The process of S6 is repeated.

【0069】本実施形態によれば、以下のような効果が
得られる。 (1)イオンシースを考慮してアレイアンテナAの電界
強度分布を解析的に求めるので、給電仕様を実験に頼る
ことなく、よってアレイアンテナAの設計に必要な時間
を大幅に短縮することが可能である。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since the electric field strength distribution of the array antenna A is analytically obtained in consideration of the ion sheath, the time required for designing the array antenna A can be significantly shortened without relying on experiments for feeding specifications. Is.

【0070】(2)「重ね合わせの理」を用いてアレイ
アンテナAの給電仕様の最適値を求めるので、当該最適
値の導出に掛かる演算装置2の演算時間を大幅に短縮す
ることが可能である。「重ね合わせの理」を用いること
なく給電仕様の最適値を求めようとした場合には、全て
の演算処理にスパーコンピュータを用いる必要があり、
演算時間は9時間、メモリ容量は2.4Gbyte程度必要
になるが、本実施形態によれば、各U字状アンテナ素子
#1〜#25の個別給電電界強度分布をスパーコンピュ
ータを用いて予め求め、給電仕様の最適値の導出処理に
ついては、一般的なエンジニアリングワークステーショ
ンに上記個別給電電界強度分布をデータとして入力する
ことにより1分程度で求めることが可能である。このエ
ンジニアリングワークステーションを用いた最適値の導
出処理に必要なメモリ容量は250Mbyte程度である。
(2) Since the optimum value of the feeding specification of the array antenna A is obtained by using the "superposition principle", it is possible to greatly reduce the calculation time of the arithmetic unit 2 for deriving the optimum value. is there. If you want to find the optimum value of the power supply specifications without using "superposition theory", you need to use a super computer for all arithmetic processing.
Although the calculation time is 9 hours and the memory capacity is required to be about 2.4 Gbyte, according to the present embodiment, the individual power supply electric field intensity distribution of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 is obtained in advance by using a spar computer. The process of deriving the optimum value of the power supply specification can be obtained in about 1 minute by inputting the individual power supply electric field intensity distribution as data to a general engineering workstation. The memory capacity required for deriving an optimum value using this engineering workstation is about 250 Mbytes.

【0071】(3)さらに、本実施形態では、給電仕様
のうち、給電振幅は一定値に固定し、給電位相のみの最
適解を演算装置2で求めるようにしたので、給電仕様に
関する最適化問題を解くために必要な演算時間を短縮す
ることができる。 (4)イオンシースを考慮することによりアレイアンテ
ナAのインピーダンス特性をより正確に求めることが可
能なので、アンテナ駆動回路の出力インピーダンスを容
易に設定することが可能となる。
(3) Further, in the present embodiment, among the power supply specifications, the power supply amplitude is fixed to a constant value, and the optimum solution of only the power supply phase is obtained by the arithmetic unit 2. It is possible to reduce the calculation time required to solve (4) Since the impedance characteristic of the array antenna A can be obtained more accurately by considering the ion sheath, the output impedance of the antenna drive circuit can be easily set.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナを評価対象
とするプラズマ生成用アンテナ評価装置であって、アレ
イアンテナが設置される3次元空間内の任意の特定領域
における目標プラズマ密度分布、及びアレイアンテナの
設計情報を入力する入力装置と、アンテナ素子の表面に
形成されるイオンシースを考慮して3次元空間の比誘電
率を設定することにより規定の給電仕様で個々のアンテ
ナ素子に個別給電した場合の3次元空間内の電界強度分
布を所定の電界解析アルゴリズムに基づいて算出し、か
つ、各個別給電電界強度分布を電界の重ね合わせの理に
基づいて給電仕様を重み付けとして合成した合成電界強
度分布が目標プラズマ密度分布に相当する分布形態とな
った場合に特定領域のプラズマ密度分布が目標プラズマ
密度分布となるという条件の下に、目標プラズマ密度分
布に相当する分布形態の合成電界強度分布を与える高周
波電力の給電仕様を所定の問題解法アルゴリズムに基づ
いて最適化問題として解く演算装置と、該演算装置によ
って求めれれた最適な給電仕様を出力する出力装置とを
具備するので、アレイアンテナによる合成電界強度分布
及びアレイアンテナへの給電仕様を解析的かつ精度良く
求めることができる。したがって、アレイアンテナにつ
いても、開発期間の短縮及び開発コストの低減を実現す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
A plasma generation antenna evaluation device for evaluating an array antenna composed of a plurality of antenna elements, wherein a target plasma density distribution in an arbitrary specific area in a three-dimensional space in which the array antenna is installed, and design information of the array antenna 3D when individual antenna elements are individually fed with specified feeding specifications by setting the relative permittivity of the 3D space in consideration of the input device for inputting and the ion sheath formed on the surface of the antenna element. The electric field strength distribution in the space is calculated based on a predetermined electric field analysis algorithm, and the individual electric field strength distributions are combined by weighting the electric power supply specifications based on the theory of superposition of electric fields. When the plasma density distribution in a specific region becomes the target plasma density distribution when the distribution form is equivalent to the density distribution Under such conditions, a calculation device that solves the power supply specification of the high-frequency power that gives a combined electric field strength distribution in a distribution form corresponding to the target plasma density distribution as an optimization problem based on a predetermined problem solving algorithm, and the calculation device Since it is provided with an output device that outputs the optimum feeding specification, the composite electric field strength distribution by the array antenna and the feeding specification to the array antenna can be analytically and accurately obtained. Therefore, also for the array antenna, it is possible to reduce the development period and the development cost.

【0073】また、電界の重ね合わせの理に基づいて各
個別給電電界強度分布を合成することにより目標プラズ
マ密度分布に相当する分布形態の合成電界強度分布を与
える給電仕様を求めるので、最適化問題をより短時間か
つより少ない必要メモリ容量で演算することが可能とな
る。このような演算手法を採らない場合には、スーパー
コンピュータ程の演算能力を持つ演算装置を用いる必要
があり、プラズマ生成用アンテナの開発現場において給
電仕様を解析的に求めることは実質的に不可能であった
が、本発明によればエンジニアリングワークステーショ
ンを用いて給電仕様を算出することができるので、プラ
ズマ生成用アンテナの開発に対する寄与は大である。
Further, since the individual feeding electric field strength distributions are combined based on the principle of superposition of electric fields, the feeding specification giving the combined electric field strength distribution of the distribution form corresponding to the target plasma density distribution is obtained. Can be calculated in a shorter time and with a smaller required memory capacity. If such a calculation method is not adopted, it is necessary to use a calculation device having the calculation capacity of a supercomputer, and it is virtually impossible to analytically determine the power supply specifications at the development site of the plasma generation antenna. However, according to the present invention, since the power supply specification can be calculated using the engineering workstation, the contribution to the development of the plasma generation antenna is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施形態に係わるプラズマ生成
用アンテナ評価装置の機能構成を示す機能ブロック図で
ある。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a functional configuration of a plasma generation antenna evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態におけるアレイアンテ
ナAの形状を示す正面図及び側面図である。
FIG. 2 is a front view and a side view showing a shape of an array antenna A according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の一実施形態において各U字状アン
テナ素子#1〜#25の周囲近傍に形成されるイオンシ
ースの模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of an ion sheath formed near the periphery of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 in one embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の一実施形態におけるアレイアンテ
ナAの評価手法を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an evaluation method of the array antenna A according to the embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の一実施形態において、イオンシー
スの有無に基づく各U字状アンテナ素子#1〜#25の
インピーダンス特性である。
FIG. 5 is an impedance characteristic of each U-shaped antenna element # 1 to # 25 based on the presence or absence of an ion sheath in one embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の一実施形態において給電位相の最
適解(最適位相)を示す表である。
FIG. 6 is a table showing an optimum solution (optimal phase) of a feeding phase in the embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の一実施形態において、最適位相に
対応する基板表面の電界強度分布(計算値)及びガラス
基板S上の膜厚分布(実験値)を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an electric field intensity distribution (calculated value) on the substrate surface and a film thickness distribution (experimental value) on the glass substrate S corresponding to the optimum phase in one embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の一実施形態において、同相給電に
対応する基板表面の電界強度分布(計算値)及びガラス
基板S上の膜厚分布(実験値)を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an electric field intensity distribution (calculated value) on a substrate surface and a film thickness distribution (experimental value) on a glass substrate S corresponding to in-phase power feeding in one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…… 入力装置 2…… 演算装置 3…… 出力装置 4…… 記憶装置 4a……個別給電電界分布記憶領域 4b……目標プラズマ密度分布記憶領域 4c……FDTD解析プログラム記憶領域 4d……共役勾配法プログラム記憶領域 #1〜#25……U字状アンテナ素子 A……アレイアンテナ(プラズマ生成用アンテナ) B……支持枠 C……真空チャンバ S……ガラス基板 1 ... Input device 2 ... Computing device 3 ... Output device 4 ... Storage device 4a ... storage area for individual electric field distribution 4b ... Target plasma density distribution storage area 4c ... FDTD analysis program storage area 4d: conjugate gradient method program storage area # 1 to # 25 ... U-shaped antenna element A: Array antenna (plasma generation antenna) B: Support frame C ... vacuum chamber S: Glass substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 仁 東京都府中市南町三丁目13番1号 コーポ トミ201号室 (72)発明者 高木 朋子 東京都多摩市一ノ宮二丁目9番10号 舟田 荘203号室 (72)発明者 伊藤 憲和 東京都町田市常磐町2947番1号 メゾンパ ルテールII204号室 (72)発明者 山寺 正夫 東京都千代田区大手町二丁目2番1号 石 川島播磨重工業株式会社本社内 Fターム(参考) 4G075 AA24 AA30 BB10 BC04 CA47 4K030 KA30 KA39 5F045 AA08 BB10 EH19    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hitoshi Ueda             3-13-1, Minami-cho, Fuchu-shi, Tokyo Corp.             Tomi Room 201 (72) Tomoko Takagi             2-9-10 Ichinomiya, Tama-shi, Tokyo Funada             Room 203 (72) Inventor Norikazu Ito             2947-1 Jobancho, Machida City, Tokyo Maison Pa             Luthere II Room 204 (72) Inventor Masao Yamadera             2-2-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Stone             Kawashima Harima Heavy Industries Co., Ltd. F term (reference) 4G075 AA24 AA30 BB10 BC04 CA47                 4K030 KA30 KA39                 5F045 AA08 BB10 EH19

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のアンテナ素子からなるアレイア
ンテナを評価対象とするプラズマ生成用アンテナ評価装
置であって、 アレイアンテナが設置される3次元空間内の任意の特定
領域における目標プラズマ密度分布、及びアレイアンテ
ナの設計情報を入力する入力装置(1)と、 アンテナ素子の表面に形成されるイオンシース(プラズ
マの否存在領域)を考慮して3次元空間の比誘電率を設
定することにより規定の給電仕様で個々のアンテナ素子
に個別給電した場合の3次元空間内の電界強度分布(個
別給電電界強度分布)を所定の電界解析アルゴリズムに
基づいて算出し、かつ、前記各個別給電電界強度分布を
電界の重ね合わせの理に基づいて給電仕様を重み付けと
して合成した合成電界強度分布が前記目標プラズマ密度
分布に相当する分布形態となった場合に特定領域のプラ
ズマ密度分布が目標プラズマ密度分布となるという条件
の下に、前記目標プラズマ密度分布に相当する分布形態
の合成電界強度分布を与える高周波電力の給電仕様を所
定の問題解法アルゴリズムに基づいて最適化問題として
解く演算装置(2)と、 該演算装置(2)によって求められた最適な給電仕様を
出力する出力装置(3)とを具備することを特徴とする
プラズマ生成用アンテナ評価装置。
1. A plasma generation antenna evaluation apparatus for evaluating an array antenna including a plurality of antenna elements, wherein a target plasma density distribution in an arbitrary specific area in a three-dimensional space in which the array antenna is installed, It is defined by setting the relative permittivity of the three-dimensional space in consideration of the input device (1) for inputting the design information of the array antenna and the ion sheath (region where plasma does not exist) formed on the surface of the antenna element. The electric field strength distribution (individual power supply electric field strength distribution) in the three-dimensional space when the individual electric power is individually fed to each antenna element according to the power supply specification is calculated based on a predetermined electric field analysis algorithm, and the individual electric power supply field strength distributions are calculated. Based on the theory of superposition of electric fields, the composite electric field strength distribution synthesized by weighting the power supply specifications corresponds to the target plasma density distribution. Under the condition that the plasma density distribution in the specific region becomes the target plasma density distribution when it becomes a form, the power supply specification of the high frequency power that gives the combined electric field strength distribution of the distribution form corresponding to the target plasma density distribution is set to a predetermined value. Plasma comprising an arithmetic unit (2) for solving an optimization problem based on a problem solving algorithm, and an output unit (3) for outputting an optimum power supply specification obtained by the arithmetic unit (2) Generation antenna evaluation device.
【請求項2】 問題解法アルゴリズムは、共役勾配法
であることを特徴とする請求項1記載のプラズマ生成用
アンテナ評価装置。
2. The plasma generation antenna evaluation apparatus according to claim 1, wherein the problem solving algorithm is a conjugate gradient method.
【請求項3】 電界解析アルゴリズムは、FDTD(F
inite Defference Time Domain)法であることを特徴と
する請求項1あるいは2記載のプラズマ生成用アンテナ
評価装置。
3. The electric field analysis algorithm is FDTD (F
3. The plasma generation antenna evaluation apparatus according to claim 1, wherein the plasma generation antenna evaluation method is an inite Defference Time Domain method.
【請求項4】 プラズマCVD装置等におけるプラズ
マ生成用アンテナの場合、特定領域は基板の表面近傍領
域であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載
のプラズマ生成用アンテナ評価装置。
4. The plasma generation antenna evaluation apparatus according to claim 1, wherein in the case of a plasma generation antenna in a plasma CVD apparatus or the like, the specific region is a region near the surface of the substrate.
【請求項5】 目標プラズマ密度分布を一定値とする
ことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のプラズ
マ生成用アンテナ評価装置。
5. The plasma generation antenna evaluation apparatus according to claim 1, wherein the target plasma density distribution has a constant value.
【請求項6】 最適化問題として解く場合における目
的関数は、特定領域における電界の標準偏差を平均値で
規格化した規格化標準偏差であることを特徴とする請求
項5記載のプラズマ生成用アンテナ評価装置。
6. The plasma generation antenna according to claim 5, wherein the objective function when solving as an optimization problem is a standardized standard deviation obtained by normalizing the standard deviation of the electric field in a specific region with an average value. Evaluation device.
【請求項7】 複数のアンテナ素子からなるアレイア
ンテナを評価対象とするプラズマ生成用アンテナ評価方
法であって、 プラズマ生成用アンテナの設計情報を入力すると共に、
前記プラズマ生成用アンテナが設置される3次元空間内
の任意の特定領域における目標プラズマ密度分布を演算
装置に入力する工程と、 前記プラズマ生成用アンテナの表面に形成されるイオン
シース(プラズマの否存在領域)を考慮して前記3次元
空間の比誘電率を設定することにより、規定の給電仕様
で個々のアンテナ素子に個別給電した場合の3次元空間
内の電界強度分布(個別給電電界強度分布)を所定の電
界解析アルゴリズムに基づいて演算装置によって算出す
る工程と、 前記各個別給電電界強度分布を電界の重ね合わせの理に
基づいて給電仕様を重み付けとして合成した合成電界強
度分布が前記目標プラズマ密度分布に相当する分布形態
となった場合に特定領域のプラズマ密度分布が目標プラ
ズマ密度分布となるという条件の下に、前記目標プラズ
マ密度分布に相当する分布形態の合成電界強度分布を与
える高周波電力の給電仕様を所定の問題解法アルゴリズ
ムに基づいて最適化問題として演算装置を用いて解く工
程とを有することを特徴とするプラズマ生成用アンテナ
評価方法。
7. A plasma generation antenna evaluation method for evaluating an array antenna including a plurality of antenna elements, wherein design information of the plasma generation antenna is input,
A step of inputting a target plasma density distribution in an arbitrary specific area in a three-dimensional space in which the plasma generation antenna is installed into an arithmetic device, and an ion sheath (presence of plasma is not present) formed on the surface of the plasma generation antenna. By setting the relative permittivity of the three-dimensional space in consideration of the area), the electric field strength distribution in the three-dimensional space (individual electric power supply field strength distribution) when individual antenna elements are individually fed with the specified feeding specifications Is calculated by a calculation device based on a predetermined electric field analysis algorithm, and the combined electric field intensity distribution obtained by synthesizing the individual electric power supply electric field intensity distributions by weighting the electric power supply specifications based on the principle of superposition of electric fields is the target plasma density. Under the condition that the plasma density distribution of the specific area becomes the target plasma density distribution when the distribution form is equivalent to the distribution And a step of solving a power supply specification of high-frequency power that gives a combined electric field strength distribution having a distribution form corresponding to the target plasma density distribution as an optimization problem using an arithmetic device based on a predetermined problem solving algorithm. Evaluation method for plasma generation antenna.
【請求項8】 問題解法アルゴリズムは、共役勾配法
であることを特徴とする請求項7記載のプラズマ生成用
アンテナ評価方法。
8. The method for evaluating an antenna for plasma generation according to claim 7, wherein the problem solving algorithm is a conjugate gradient method.
【請求項9】 電界解析アルゴリズムは、FDTD(F
inite Defference Time Domain)法であることを特徴と
する請求項7または8記載のプラズマ生成用アンテナ評
価方法。
9. The electric field analysis algorithm is FDTD (F
The method for evaluating an antenna for plasma generation according to claim 7 or 8, which is an inite Defference Time Domain) method.
【請求項10】 プラズマCVD装置等におけるプラ
ズマ生成用アンテナの場合、特定領域は基板の表面近傍
領域であることを特徴とする請求項7〜9いずれかに記
載のプラズマ生成用アンテナ評価方法。
10. The plasma generation antenna evaluation method according to claim 7, wherein in the case of a plasma generation antenna in a plasma CVD apparatus or the like, the specific region is a region near the surface of the substrate.
【請求項11】 目標プラズマ密度分布を一定値とす
ることを特徴とする請求項7〜10いずれかに記載のプ
ラズマ生成用アンテナ評価方法。
11. The method for evaluating an antenna for plasma generation according to claim 7, wherein the target plasma density distribution is set to a constant value.
【請求項12】 最適化問題として解く場合における
目的関数は、特定領域における電界の標準偏差を平均値
で規格化した規格化標準偏差であることを特徴とする請
求項11記載のプラズマ生成用アンテナ評価方法。
12. The plasma generation antenna according to claim 11, wherein the objective function when solving as an optimization problem is a standardized standard deviation obtained by normalizing the standard deviation of the electric field in a specific region with an average value. Evaluation methods.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008031515A (en) * 2006-07-28 2008-02-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Microwave plasma analysis program
JP2009174028A (en) * 2008-01-28 2009-08-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Microwave plasma analysis program
JP2010174272A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Plasma generation apparatus and plasma generation method
CN113804984A (en) * 2021-08-17 2021-12-17 南昌大学 Space environment sensing method based on satellite-borne low-frequency antenna

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