JP2009177049A

JP2009177049A - 真空装置

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Publication number: JP2009177049A
Application number: JP2008015977A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takei; 日出夫竹井; Satoshi Ikeda; 智池田; Kenji Mizuno; 健二水野
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: JP5011139B2

Abstract

【要約】
【課題】均一なプラズマを形成して基板を均一に処理する。
【解決手段】本発明の真空装置１は複数のアンテナ２２を有しており、各アンテナ２２と高周波電源６までの間には調整コンデンサ３０が配置されている。調整コンデンサ３０は下部電極３１と上部電極３３とで絶縁シート３２が挟まれて構成されており、下部電極３１と上部電極３３との重なり面積ｓを変えることで、各アンテナ２２から高周波電源６までのインピーダンスを一致させることができる。各アンテナ２２には同じ大きさの高周波電圧が印加されるから、真空槽１１内には均一なプラズマが発生する。
【選択図】図２

Description

本発明は真空装置の技術分野に係り、特に、複数のアンテナからマイクロ波を放出してプラズマを生成する真空装置に関する。

図８は従来技術のエッチング装置１０１を示している。
このエッチング装置１０１では真空槽１１１の内壁面に形成された複数の孔１１２内にそれぞれアンテナ１２２が配置されており、各アンテナ１２２に高周波電圧を印加すると各アンテナ１２２から真空槽１１１内に向けてマイクロ波が放出されるように構成されており、真空排気系１１９により、真空槽１１１の内部を真空雰囲気にした後、ガス導入系１１８からエッチングガスを導入してマイクロ波を放出すると、エッチングガスがプラズマ化し、基板１０７表面のエッチングが行なわれるようになっている。

アンテナ１２２と電源１０６がそれぞれ接続される接続経路１４０のインピーダンスは、アンテナ１２２が異なっても同じ値になるように設計されているが、接続経路１４０を構成する接続板１４１〜１４３の僅かな取り付け状態の相違等から、インピーダンスが完全には等しくならず、そのため各アンテナ１２２から放出されるマイクロ波の強度に相違が生じ、真空槽１１１内に形成されるプラズマが不均一になるという問題がある。
本発明のような真空装置は下記特許文献に記載されている。
特開２０００−３１１２１号公報特開２００４−１８６５３２号公報

本発明の課題は、各アンテナと高周波電源との間のインピーダンスを等しくすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽の内部に配置された複数のアンテナとを有し、前記アンテナはマッチングボックスを介して高周波電源に接続され、前記高周波電源から前記各アンテナに高周波電圧が印加されると、前記各アンテナから前記真空槽の内部にマイクロ波が放出されるように構成された真空装置であって、前記マッチングボックスと前記各アンテナの間には平行平板型の調整コンデンサがそれぞれ挿入され、前記調整コンデンサの電極の重なり面積を調整し、前記調整コンデンサの容量値を変更することで、前記高周波電源と前記アンテナの間のインピーダンスを変更できるように構成された真空装置である。
本発明は、前記調整コンデンサは、下部電極と上部電極と、前記下部電極と前記上部電極に挟まれた絶縁シートとを有し、前記絶縁シートは前記下部電極と前記上部電極に密着された真空装置であって、前記下部電極と前記上部電極は相対移動可能に構成され、重なり合う面積を変更できるように構成された真空装置である。
また、本発明は、前記マッチングボックスと前記各調整コンデンサとが電気的に接続される接続経路は、根本集中部から前記各調整コンデンサまでの間に複数回分岐された真空装置である。

高周波電源から各アンテナまでのインピーダンスが等しくなり、各アンテナに印加される電圧が同じ大きさになるから、均一なプラズマが形成される。

図１は本発明の一例の真空装置１を示している。
この真空装置１は真空槽１１を有しており、真空槽１１の天井には複数の小孔１２が形成されている。
各小孔１２内には、マイクロ波放出装置２０がそれぞれ配置されている。各マイクロ波放出装置２０は、フランジ２１と、フランジ２１から立設されたアンテナ２２を有している。ここでは、各マイクロ波放出装置２０のフランジ部２１はそれぞれ同じ形状同じ大きさ同じ材質である。また、各マイクロ波放出装置２０のアンテナ２２もそれぞれ同じ形状同じ大きさ同じ材質である。

フランジ２１は小孔１２よりも大径であり、アンテナ２２が小孔１２内に位置し、真空槽１１の内部雰囲気側に配置された状態で、フランジ２１が真空槽１１の大気側に配置され、絶縁板２４を介して真空槽１１の天井に固定されている。フランジ２１と絶縁板２４の間と、絶縁板２４と真空槽１１の天井の間にはそれぞれオーリング２６、２７が配置されている。

他方、真空槽１１の底壁には、小孔１２よりも大径の取り付け孔１３が形成されており、取り付け孔１３の内部には、台座３５が絶縁リング３６を介して真空槽１１底壁と密着して配置されており、真空槽１１の内部を真空排気したときに、マイクロ波放出装置２０が取り付けられた部分や台座３５が取り付けられた部分から真空槽１１内に大気が侵入しないようにされている。

フランジ２１の大気側の表面上には、板状の下部電極３１が配置されている。
下部電極３１上には、シート状のフッ素樹脂から成る絶縁シート３２(ここでは厚さ０．１ｍｍ)が配置されており、絶縁シート３２上には板状の上部電極３３(ここでは半径４ｃｍの円形)が配置され、下部電極３１と絶縁シート３２と上部電極３３によって平行平板型の調整コンデンサ３０が形成されている。

この調整コンデンサ３０では、上部電極３３と下部電極３１は、それぞれ絶縁シート３２に密着しており、上部電極３３と下部電極３１との間の電極間距離は絶縁シート３２の厚みと等しくされている。

上部電極３３と下部電極３１は、相対位置を変更して互いに重なり合う面積を変更して固定できるように構成されているが、上部電極３３と下部電極３１の間には絶縁シート３２が位置するようにされており、上部電極３３と下部電極３１との間の電極間の誘電率は絶縁シート３２の誘電率であり、上部電極３３と下部電極３１の重なり合う面積を変更することで、調整コンデンサ３０の容量値を変更できるように構成されている。

例えば、上部電極３３と絶縁シート３２と下部電極３１にネジ穴を設けて絶縁した状態でネジ留め固定する場合に、下部電極３１又は上部電極３３のネジ穴断面をネジの断面よりもおおきくすることで上部電極３３と下部電極３１とが重なり合う面積を調節し、固定することができる。

図２は調整コンデンサ３０の拡大図であり、重なり合った部分の一方の電極の面積をｓ、絶縁シート３２の厚みをｔ、絶縁シート３２の誘電率をεとすると、調整コンデンサ３０の容量ＣはＣ＝ε・ｓ／ｔ(ε₀を真空の誘電率、εｒを絶縁シート３２の比誘電率とするとε＝ε₀・εｒ)である。

上部電極３３と下部電極３１は同じ形状、同じ面積に形成されている場合、重なり部分の面積ｓの最大値は、各電極の片面の面積Ｓと等しく、ｓ＝Ｓのときに容量値Ｃは最大値になる。図２は上部電極３３をずらし、ｓ＜Ｓとした場合を示している。

各マイクロ波放出装置２０に接続された上部電極３３は、接続装置４０によってインピーダンス調整用のマッチングボックス５の出力端子に接続されている。マッチングボックス５の入力端子は配線によって、高周波電源６に接続されており、高周波電源６を起動して高周波電圧を出力すると、各小孔１２内に配置されたマイクロ波放出装置２０には、マッチングボックス５と接続装置４０と調整コンデンサ３０を介して電圧が印加される。

接続装置４０を説明すると、接続装置４０は、複数種類の接続板４１、４５、５１によって構成されており、調整コンデンサ３０同士を接続する接続板４１を一種類と、接続板４１同士を接続する接続板４５、５１を一乃至二種類以上有している。各接続板４１、４５、５１は、一つの集中部を中心として複数本の腕部が接続されて構成されている。

調整コンデンサ３０同士を接続する接続板４１をコンデンサ接続板４１とすると、図３(ａ)に示すように、コンデンサ接続板４１は、ここでは一つの集中部４２からは三本の腕部４３ａ〜４３ｃが放射方向に伸ばされて構成されている。

各コンデンサ接続板４１の腕部４３ａ〜４３ｃは、長さと幅は等しく、また、腕部４３ａ〜４３ｃ間の角度も等しくされ、その結果、複数のコンデンサ接続板４１の集中部４２と腕部４３ａ〜４３ｃ先端との間のインピーダンスは全て略同じ値になる。

コンデンサ接続板４１の腕部４３ａ〜４３ｃは板状であり、一枚のコンデンサ接続板４１の三本の腕部４３ａ〜４３ｃの先端は、それぞれ異なるマイクロ波放出装置２０上の上部電極３３上に乗せられ、腕部４３ａ〜４３ｃと調整コンデンサ３０は電気的に接続されている。従って、三個のマイクロ波放出装置２０は、調整コンデンサ３０と腕部４３ａ〜４３ｃを介して、一枚のコンデンサ接続板４１の集中部４２に電気的に接続されている。

接続板同士(コンデンサ接続板４１同士や他の接続板同士)を接続する接続板４５、５１は、この接続装置４０では二種類有しており、コンデンサ接続板４１同士を接続する接続板を接続板間接続板４５(図３(ｂ))、集中部５２がマッチングボックス５に接続される接続板を根本接続板５１(図３(ｃ))とすると、コンデンサ接続板４１の集中部４２は接続板間接続板４５の腕部４７ａ、４７ｂ先端に接続され、接続板間接続板４５の集中部４６は、一枚の根本接続板５１の腕部５３ａ、５３ｂ先端に接続されており、根本接続板５１の集中部５２から各調整コンデンサ３０の上部電極３３までの間のインピーダンスが可及的に等しくなるようにされている。

図４は上部電極３３の配置図であり、この例では一台の高周波電源６で１２個のアンテナ２２に高周波電圧を印加する場合であり、コンデンサ接続板４１によって３個の調整コンデンサ３０がそれぞれ接続されている(図５)。

そして、接続板間接続板４５によって二枚のコンデンサ接続板４１が接続され(図６)、根本接続板５１によって二枚の接続板間接続板４５が接続されており（図７）、根本接続板５１の集中部５２が配線５５によってマッチングボックス５を介して高周波電源６に接続されており、根本接続板５１の集中部５２から各調整コンデンサ３０までの間は、コンデンサ接続板４１と接続板間接続板４５と根本接続板５１とによって、複数回分岐した枝分かれ状の接続経路が形成されている。

ここでは、各調整コンデンサ３０が同じ高周波電源６と同じマッチングボックス５に接続されているから、各調整コンデンサ３０の上部電極３３と、高周波電源６との接続経路のうち、マッチングボックス５を含む部分（根本接続板５１の集中部５２から高周波電源６までの間）のインピーダンスは同じである。

接続板４１、４５、５１同士の取り付け方や接続板４１、４５、５１の向きなどによって、各調整コンデンサ３０とマッチングボックス５の出力端子との間のインピーダンスの値は異なってしまうが、その差は僅かであり、調整コンデンサ３０の容量値を変更することで高周波電源６からアンテナ２２までのインピーダンスを一致させることができる。

ここでは、各マイクロ波放出装置２０のフランジ２１と根本接続板５１の集中部５２との間のインピーダンスを測定し、予め設定された値になるように、各調整コンデンサ３０の上部電極３３と下部電極３１との重なり面積ｓを調整する。

以上のような作業を行ない、アンテナ２２と高周波電源６との間のインピーダンスをそれぞれ同じ大きさにした後、真空槽１１に接続された真空排気系１９を動作させ、真空槽１１の内部を所定圧力まで真空排気した後、真空雰囲気を維持しながら基板７を真空槽１１の内部に搬入し、ガス導入系１８から真空槽１１内に処理ガスを導入し、高周波電源６を動作させ、高周波電圧を出力すると各アンテナ２２に同じ大きさの高周波電圧が印加され、同じ電力でマイクロ波が発射される。

これにより、真空槽１１内には均一なプラズマが形成され、真空槽１１内に配置された基板７表面のエッチング等の処理が行なわれる。尚、基板７表面の処理を行う際には、台座３５に電源８から高周波電圧を印加してもよい。

上記は、三種類の接続板(コンデンサ接続板４１と接続板間接続板４５と根本接続板５１)によって複数のアンテナ２２をマッチングボックス５の出力端子に接続される一カ所の根本接続板５１の集中部５２に接続したが、マッチングボックス５の出力端子に接続される根本の集中部から接続板が複数回分岐し、枝分かれされた接続板によって、根本集中部と各調整コンデンサ３０が接続されていればよい。

例えば、図３(ｄ)〜(ｆ)に示すように、複数の板６３ａ〜６３ｃ、６７ａ、６７ｂ、７３ａ、７３ｂを組み合わせて同図(ａ)〜(ｃ)と同じ形状の接続板６１、６５、７１を構成させることで、マッチングボックス５に接続される一カ所の根本の集中部から枝分かれした接続板６１、６５、７１を構成させて各調整コンデンサ３０と高周波電源６とを接続してもよい。
また、上記絶縁シート３２はシート状のフッ素樹脂であったが、他の絶縁性の樹脂のシートであってもよい。

上記真空装置１はエッチング装置であったが、本発明の真空装置は成膜装置や表面改質装置等のマイクロ波によってプラズマを生成する真空装置に広く用いることができる。
また、絶縁シート３２を直接フランジ２１に密接させ、フランジ２１を下部電極として用いてもよい。

本発明の真空装置の一例を説明する断面図調整コンデンサの拡大断面図（ａ）〜（ｆ）：接続板を説明する平面図上部電極の配置図コンデンサ接続板をコンデンサに接続した状態の配置図接続板間接続板でコンデンサ接続板を接続した状態の配置図根元接続板で接続板間接続板を接続した状態の配置図従来技術のエッチング装置の断面図

符号の説明

１……真空装置５……マッチングボックス６……高周波電源１１……真空槽２２……アンテナ３０……調整コンデンサ３１……下部電極３２……絶縁シート３３……上部電極

Claims

真空槽と、
前記真空槽の内部に配置された複数のアンテナとを有し、
前記アンテナはマッチングボックスを介して高周波電源に接続され、前記高周波電源から前記各アンテナに高周波電圧が印加されると、前記各アンテナから前記真空槽の内部にマイクロ波が放出されるように構成された真空装置であって、
前記マッチングボックスと前記各アンテナの間には平行平板型の調整コンデンサがそれぞれ挿入され、
前記調整コンデンサの電極の重なり面積を調整し、前記調整コンデンサの容量値を変更することで、前記高周波電源と前記アンテナの間のインピーダンスを変更できるように構成された真空装置。
前記調整コンデンサは、下部電極と上部電極と、前記下部電極と前記上部電極に挟まれた絶縁シートとを有し、前記絶縁シートは前記下部電極と前記上部電極に密着された請求項１記載の真空装置であって、
前記下部電極と前記上部電極は相対移動可能に構成され、重なり合う面積を変更できるように構成された真空装置。
前記マッチングボックスと前記各調整コンデンサとが電気的に接続される接続経路は、根本集中部から前記各調整コンデンサまでの間に複数回分岐された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の真空装置。