JP2012256604A - 誘電体基板に基づいて円板状の加工品を製造する方法、ならびにそのための真空処理設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体基板(100)は第1の真空蒸着ステーション(102)で、10−5Ωcm≦ρ≦10−1Ωcmが抵抗率(ρ)について成り立つ材料の層でコーティングされ、しかも、結果として生じる面積抵抗率RSが0≦RS≦10−4Ωδの範囲内におさまるようにコーティングされる。次いで、コーティングされた誘電体基板(104)にステーション(105)で反応性高周波プラズマ処理工程が施される。
【選択図】図5
Description
プラズマプロセス空間にさらされている表面を「電極面」として定義する。
米国特許第6631692号ならびに米国特許出願公開第2003/0089314号より、互いに向かい合う2つの金属電極面の間にプラズマプロセス空間を形成し、その際に、互いに向かい合う金属電極面の一方または両方を成形することが公知である。
1aと1b:高周波電界Eが間に印加される、プロセス空間PRで互いに向かい合う金属電極面である。
上に述べた問題を解決するために本発明も前提としている、物理的に根本的に異なる取組みが、本件出願と同じ出願人の米国特許第6228438号から公知となっている。米国特許第6228438号に基づく方法の原理について、まず図2を参照して説明する。ただし、この図は前述の明細書に開示されていない具体化の態様を示しているが、理解の基礎として援用することにする。互いに向かい合う電極面のうちの一方の電極面2aは、一例として上述したように金属製である。それに対して第2の電極面2bは誘電材料でできており、たとえば平坦に構成された誘電性の薄いプレート4でできている。プロセス空間PRにおける両方の電極面2aおよび2bの一定の間隔にもかかわらず所望の局所的な電界分布を引き起こす、たとえば図示するように縁部領域で中心領域Ecよりも強い電界Erを引き起こす、電位分布Φ2bが誘電電極面2bに沿って、生起される。このことは、たとえば図2に示すように、高周波発生器6が容量性素子CR,CCを介して、所望の分布に応じて別様に誘電プレート4に結合されることによって、実現することができる。図2に示す、ただし前掲の米国特許第6228438号には開示されていない、前述の特許明細書で具体化されている原理の実施形態では、結合キャパシタンスCRは、中心キャパシタンスCCよりも大きいキャパシタンス値を有するように選択されている。キャパシタンスCRないしCCの構成は、米国特許第6228438号によれば、図3に示すようにして解決される。第1に、図2に示す電極面2bを形成する誘電体8が設けられるが、この電極面は同時に、図2に基づいて設けられる金属の結合面10に関して厚さdが局所的に変化しているために、局所的に変化するキャパシタンスCR,Cを形成する。このとき誘電体8は、図4に示すように固体誘電体によって形成されていてもよく、または、金属の結合面10と、電極面2bを形成する誘電性プレート4との間の排気もしくはガス充填された中空スペース8aによって形成されていてもよい。重要なのは、前述の中空スペース8aでプラズマ放電が形成されないことである。
複数の材料によって行われ、このような固体を貫通する開口パターンに、分配された配管を介して反応性ガスが供給される。
することだけが成功に結びつき、したがって、当初はむしろ不都合にみなされてきた機能組み合わせが、誘電電極面で具体化されなくてはならないことが見出されたのである。
面積抵抗率RSは、抵抗率ρと層厚との商として算出される。面積抵抗率はΩの大きさを有しており、記号□で示される。
本発明では、方法の選択は、誘電体基板の表面が導電性の高い材料で予備コーティングされているか、それとも導電性の低い材料で予備コーティングされているかに左右されるだけでなく、前述の材料で層の面積抵抗率RSがどの程度であるかにも決定的に左右されることが見出されている。
選択されることによって実現され、および/または、誘電プレート構造の厚みが周辺領域では中心領域よりも薄く設計されることによって実現される。
チャンバ(図4の8a)を通じてこのようなキャパシタンスを構成する場合、このことは、たとえば次のようにして実現される。
a)金属結合面は実質的に平坦に構成され、誘電プレート構造は実質的に一定の厚さでプロセス空間から見て凸面状に構成される;
b)誘電プレート構造は実質的に一定の厚さで平坦に構成され、結合面はプロセス空間から見て凹面状に構成される;
c)結合面は凹面状に構成され、誘電プレート構造の裏面も同様とし、プロセス空間から見て凹面状の誘電電極面を有するように構成される;
d)結合面は実質的に平坦に構成され、誘電プレート構造は、結合面と平行な平坦な裏面と、プロセス空間から見て凸面状の電極面とを備えるように構成される;
e)結合面は平坦に構成され、電極面も同様とし、それに対してプレート裏面はプロセス空間から見て凸面状に構成される。
形が起こることがなくなる。さらには、希望するプレート特性を的確に生成するために、異なる誘電率や異なる厚みおよび厚み変化をもつ、さまざまな材料からなるタイルを柔軟に使用することができ、また、凹面状ないし凸面状の電極面もしくは構造裏面を形成するために、相互の重ね合わせや多層の構造によって利用することができる。
・真空容器を有しており、その内部に、
・第1の平坦な金属電極面と、
・誘電プレート構造の表面を形成する、第1の金属電極面のほうを向いた第2の誘電電極面と、
・誘電プレート構造の裏面のほうを向いた金属結合面と、
・結合面および第1の電極面にそれぞれ通じる電気接続部と、
・結合面を貫いて開口するガス配管系、およびプレート構造を貫いて開口する配分された開口部のパターンとを備えており、
プレート構造が複数のセラミックタイルによって形成されていることを特徴とする。
図5には、本発明による方法の進行順序が、簡略化したブロック図を用いて示されている。誘電体基板100が第1の真空蒸着ステーション102で、たとえば反応性マグネトロンスパッタを行うステーションで、少なくとも部分的に層によりコーティングされ、この層の材料は抵抗率ρを有しており、この抵抗率については次式
プロセス空間PRから見て凹面状に金属プレート14に穿設された窪み10として構成されている。本例で図示している窪み10は、図7に模式的に示すように長方形であり、0から、窪み10における一定の間隔へと飛躍的に増大する、結合面KFと誘電プレート構造27の裏面ERとの間の間隔dの間隔分布を形成する。図7には基板104が破線で示されている。金属プレート14を介して、高周波発生器13が結合面KFと接続されており、さらにこの高周波発生器は、通常は基準電位にある電極面EF1と接続されている。
すでに述べたとおり、後でまた説明する本発明の設備の変形例では、チャンバ10は0から一定の値まで飛躍する間隔dを有するように設計されるのではなく、電界分布にとって重要なキャパシタンス分布を主に規定する前述の間隔は、特定の分布を有するように最適化されて設計される。この間隔dは、チャンバ10のなかでプラズマが発生することがないように、周波数に依存して0.05mmから50mmの間で選択される。
プロセス:PHfECVDコーティング
fHf:27MHz
基板寸法:1.1×1.25m2
図6に示す窪みの深さd:1mm
全圧:0.22mbar
基板面あたりの出力:280W/m2
基板材料:比導電率:10−15(Ωm)−1のフロートガラス
予備塗布されるコーティング:スズをドーピングしたInO2
コーティングの面積抵抗率RS:3Ω□
反応性ガス:H2を添加したシラン
H2によるシランの希釈度:50%
単位面積あたりの全体のガス流量:0.75slm/m2
実験は、図6ないし図7に示す設備構成で実施した。
−図8より:プロセス空間PRにおける不均一な電界分布のために、結果として生じるコ
ーティング厚み分布は許容されないほど不均一である。
−図9より:処理されるべき基板が純粋に誘電性であるとき、加工品を支持する電極(3)の窪みは、電界分布の均一性およびこれに伴う層厚分布の均一性の大幅な改善につながる。
−図10より:図9に示す純粋に誘電性の加工品について層厚分布の大幅な改善につながる構成は、加工品が本発明に基づいて予備コーティングされた基板104からなっているとき、許容されない層厚分布につながる。
誘電プレート構造という用語は、本発明との関連では、二次元に平坦に延びるフィルム状からプレート状までの形態をとる誘電性の形成物を意味している。
高い真空度、およびプラズマにさらされるプレート構造27の材料としては、前述したように、たとえばAl2O3等のセラミックを使用することができる。プロセスによっては、場合によりこれ以外の誘電材料を使用することもでき、開口パターンを備える耐熱性の誘電性フィルムなども使用することができる。
チャンバ10に沿った各々の容積要素dVにおいて、図面の左側に示すように、キャパシタンスC10およびC27の直列回路が生じている。キャパシタンスC10は、結合面KFと誘電プレート構造27の裏面ERとの間の変化する間隔によって、ならびにチャンバ10のなかのガスの誘電率によって規定されるのに対して、キャパシタンスC27は、一定の厚みDとプレート構造27の誘電率εとに基づき、場所的に一定である。
図15(e)は平坦な結合面KFを示している。誘電プレート27は結合面KFと平行で平坦な裏面Eを有しているが、逆に、プロセス空間PRから見て凸面状をした誘電電極面EF2を有している。それにより、これまでの説明から当業者には容易に読み取れるように、選択したプレート厚およびプレート材料の誘電率に応じて、上に説明したのと同じ電界補償効果をプロセス空間PRで実現することができる。
セラミックからなる誘電性の多数のタイルで、堅固な構造27が構成される。図16には、そのようなタイルとその組付け部が平面図と断面図で示されている。上述したように有利には長方形または正方形であり、たとえばAl2O3等のセラミック材料で製作されたそれぞれのタイル50は、たとえばセラミックネジ等の誘電性のスペーサボルト52によって、ならびに誘電性のワッシャ54によって、結合面KFに対して実質的に中央でプレート104に位置決めされている。それにより、面KFと、プレート構造27を形成するタイル50の裏面ERとの間の相対間隔が保証される。タイル50が周辺部で支持され、それにもかかわらず、熱負荷を受けたとき全方向へ応力なく自由に膨張できるようにするために、タイルは結合面KFに対して支持ピン56で案内されている。回転をしないように、タイル50は案内ピン58によって長孔案内部59に止められている。タイル50は、図16には図示しない開口パターンを備えており、場合により、この開口パターンは各タイル50の間の間隙によって補完される。タイル50は、場合により互いに重なり合っていてもよい。このようなタイルの1つまたは複数の層を、場合により場所的に変化させながら設けることもでき、また、異なる領域に異なるセラミック材料、特に誘電率の異なる材料を使用することができる。それにより、フレキシブルに異なる形状と材料プロフィルを、誘電プレート構造27で具体化することができる。
Claims (28)
- 誘電体基板(100)に基づいて円板状の加工品を製造する方法であって、前記方法は、真空容器のなかで向かい合う2つの電極面(2a;EF1,2b;EF2)の間で形成されるプラズマプロセス空間(PR)での処理を含んでおり、前記電極の間に電気的な高周波電界が生成され、それにより反応性ガスが装填された前記プロセス空間(PR)で高周波プラズマ放電が生起され、このとき、一方の電極面(2b,EF2)は誘電性材料でできており、これに前記面に沿って設定された変化する分布で高周波電位(Φ2b)が印加され、前記プロセス空間(PR)での電界の分布が前記電極面(2b,EF2)における電位分布(Φ2b)によって設定され、同時に前記基板によって誘電電極面(2b,EF2)が形成される、または金属で構成された他方の電極面(2a,EF1)に前記基板は配置され、さらに、前記基板と向かい合う電極面では開口パターン(29)から反応性ガスが前記プロセス空間(PR)へ導入される、そのような方法において、前記誘電体基板(100)は前記プロセス空間(PR)での処理の前に少なくとも区域的に層材料でコーティングされ、前記層材料の抵抗率ρについては次式
- 高周波電位の分布および前記プロセス空間への反応ガスの導入は、裏面(ER)が金属結合面(KF)とともにチャンバ(10)を形成する、前記プロセス空間のほうを向いている平坦な誘電構造(27)の表面によって前記誘電電極面(EF2)が形成されることによって具体化され、前記結合面(FK)から前記裏面(ER)までの間隔は前記面に沿って変化しており、および/または前記平坦な構造(27)の厚み(D)は前記面に沿って変化しており、および/または前記平坦な構造(27)の誘電率は前記面に沿って変化しており、さらに、反応ガスが前記チャンバ(10)へ導入されて、前記平坦な構造(27)に設けられた開口パターン(29)を通って前記プロセス空間(PR)へ導入され、さらに、前記結合面(KF)と他方の金属電極面(EF1)との間で高周波信号が励起されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも近似的に一定の厚み(D)をもつ平坦な誘電構造(27)が使用されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 所定の変化する厚み分布をもつ平坦な誘電構造(27)が使用されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記誘電電極面(2b,EF2)における電位分布(Φ2b)は前記結合面(KF)の電位から中心部で周辺領域よりも大きく相違していることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記平坦な構造(27)の前記裏面(ER)と前記結合面(KF)との間隔が周辺部で中心領域よりも狭く選択されることによって、および/または前記平坦な誘電構造(27)の厚みが周辺領域で中心領域よりも小さく選択されることによって、および/または前記平坦な構造(27)の材料の誘電率が周辺領域で前記誘電電極面の中心領域よりも大きく選択されることによって、前記誘電電極面(EF2)における電位分布は中心部から周辺部へ向かって継続的に前記結合面(KF)の電位に近似していくことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- a)前記結合面(KF)は実質的に平坦に構成され、前記平坦な誘電構造(27)は実質的に一定の厚さ(D)で前記プロセス空間から見て凸面状に構成され、または、
b)前記平坦な誘電構造(27)は実質的に一定の厚さ(D)で平坦に構成され、前記結合面(KF)は前記プロセス空間から見て凹面状に構成され、または、
c)前記結合面(KF)は凹面状に構成され、前記平坦な誘電構造(27)は平坦な裏面と前記プロセス空間から見て凹面状の誘電電極面を有するように構成され、または、
d)前記結合面は実質的に平坦に構成され、前記平坦な誘電構造は前記結合面と平行な平坦な裏面と、前記プロセス空間から見て凸面状の電極面とを備えるように構成され、または、
e)前記結合面は平坦に構成され、前記電極面も同様とし、前記平坦な構造の裏面は前記プロセス空間から見て凸面状に構成されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - 前記平坦な誘電構造(27)は誘電性に有利なセラミックのタイル(50)で構成されることを特徴とする、請求項2から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記セラミックタイル(50)の少なくとも一部は前記金属結合面(KF)に対して中央で間隔(52)を保つように位置決めされて取り付けられることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記金属結合面(KF)から前記平坦な誘電構造(27)の前記裏面(ER)までの間隔は1つの段階で、有利には複数の段階で変化しており、および/または前記平坦な誘電構造(27)の厚み(D)は1つの段階で、有利には複数の段階で変化していることを特徴とする、請求項2から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記金属結合面(KF)から前記平坦な誘電構造(27)の前記裏面(ER)までの間隔は連続的に変化しており、および/または前記平坦な構造の厚みは連続的に変化していることを特徴とする、請求項2から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記誘電体基板(100)はまず導電酸化物でコーティングされ、次いで(104)前記プロセス空間での処理にかけられることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記導電酸化物として透明導電酸化物が選択されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記誘電体基板(100)はドーピングされて、もしくはドーピングされずに、ZnO,InO2,SnO2の材料のうちの少なくとも1つでコーティングされ、その後に前記プロセス空間(PR)での処理にかけられることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記誘電体基板は前記プロセス空間での処理の前に層材料の層でコーティングされ、前
記層の厚みについては次式:
- 前記反応性ガスはNH3,N2,SF6,CF4,Cl2,O2,F2,CH4,シラン、ジシラン、H2,ホスフィン、ジボラン、ホウ酸トリメチル、NF3のガスのうち少なくとも1つを含んでいることを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記高周波電界は周波数fHfで印加され、前記周波数については次式
- 前記基板の円周直径は少なくとも0.5mであることを特徴とする、請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記チャンバは固体誘電体で充填されていることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記固体誘電体は前記誘導電極面に沿ってその誘電率に関して変化していることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記固体誘電体として前記誘電電極面の固体誘電体が用いられることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 真空処理設備において、
・真空容器(105a)を有しており、その内部に第1の平坦な金属電極面(EF1)と、
・平坦な誘電構造(27)の表面を形成する、前記第1の金属電極面のほうを向いた第2の誘電電極面(EF2)と、
・前記平坦な誘電構造(27)の裏面(ER)のほうを向いた金属結合面(KF)と、
・前記結合面(KF)および第1の電極面(EF1)にそれぞれ通じる電気接続部と、
・前記結合面(KF)を貫いて開口するガス配管系、および前記平坦な構造(27)を貫いて開口する平面的に配分された開口部(29)のパターンとを備えている、そのような真空処理設備において、
前記平坦な誘電構造(27)が複数のセラミックタイル(50)によって形成されていることを特徴とする真空処理設備。 - 前記タイル(50)の少なくとも一部は、少なくとも近似的にタイル中心部に配置され
た誘電性の支持部(52)によって前記金属結合面(KF)に保持されることを特徴とする、請求項22に記載の設備。 - 前記タイル(50)は前記誘電電極面(EF2)で平面的に広がっており、または前記第1の電極面から見て凸面状もしくは凹面状に広がっていることを特徴とする、請求項22または23に記載の設備。
- 前記結合面(KF)は前記第1の電極面(EF1)から見て段階的または連続的に凹面状に成形されていることを特徴とする、請求項22から24までのいずれか1項に記載の設備。
- 前記金属結合面(KF)にガス導入開口部があり、その個数の大半は前記パターンの開口部(29)と一直線上に並ぶとともに、有利には同じ開口断面積を有していることを特徴とする、請求項22から25までのいずれか1項に記載の設備。
- 前記タイル(50)の少なくとも一部は少なくとも1つの案内ピン(58)により長孔案内部(59)に回転しないように止められていることを特徴とする、請求項22から26までのいずれか1項に記載の設備。
- 前記タイル(50)の少なくとも一部は前記結合面に関して、および前記結合面に対して相対的に、面積膨張方向へ自由に可動できる支持ピン(56)によって支持されていることを特徴とする、請求項22から27までのいずれか1項に記載の設備。
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