JP2013004356A

JP2013004356A - プラズマ装置

Info

Publication number: JP2013004356A
Application number: JP2011135376A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Irisawa; 一彦入澤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】薄膜がアンテナに付着するのを抑制可能なプラズマ装置を提供する。
【解決手段】プラズマ装置は、アンテナ１を備える。アンテナ１は、絶縁管１ａと、導体１ｂと、伝熱材１ｃとを含む。絶縁管１ａは、略Ｕ字形状を有し、Ａｌ_２Ｏ_３からなる。導体１ｂは、略Ｕ字形状からなり、筒状部分１ｄを有する。筒状部分１ｄには、冷却水が流される。そして、導体１ｂは、絶縁管１ａ内に挿入される。伝熱材１ｃは、絶縁管１ａと導体１ｂとの間に充填される。そして、伝熱材１ｃは、シリコン樹脂からなる。
【選択図】図３

Description

この発明は、プラズマ装置に関するものである。

従来、誘導結合型のプラズマ発生装置が知られている（特許文献１）。このプラズマ発生装置は、略Ｕ字形状のアンテナを備える。

アンテナは、アンテナ導体と、絶縁体とからなる。絶縁体は、筒状の形状を有し、アンテナ導体は、絶縁体内に挿入されている。そして、アンテナ導体と、絶縁体との間の空間は、真空である。

特開２０１０−１５７５１１号公報

しかし、従来のプラズマ発生装置に用いられるアンテナは、アンテナ導体と絶縁体との間の空間が真空であるため、アンテナ導体を冷却しても、絶縁体を冷却することが困難であり、プラズマ発生装置を用いてアモルファスシリコン膜等の薄膜を基板上に形成した場合、アンテナを構成する絶縁体の表面にも薄膜が付着するという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、薄膜がアンテナに付着するのを抑制可能なプラズマ装置を提供することである。

この発明の実施の形態によれば、プラズマ装置は、反応容器と、アンテナと、循環装置とを備える。アンテナは、反応容器の天板に固定され、略Ｕ字形状を有する。循環装置は、アンテナに冷却水を循環する。そして、アンテナは、略Ｕ字形状を有する絶縁管と、絶縁管の内部に挿入された筒状の導体と、導体と絶縁管との間に充填された伝熱材とを含む。また、循環装置は、導体に冷却水を循環する。

この発明の実施の形態によるプラズマ装置においては、アンテナの導体は、冷却水によって冷却され、伝熱材は、絶縁管で発生した熱を導体へ伝達する。そして、導体へ伝達された熱は、導体で放熱される。その結果、プラズマ装置内でプラズマが発生しても絶縁管の温度上昇が抑制される。

従って、プラズマ装置において、薄膜が基板上に堆積されても、薄膜がアンテナに付着するのを抑制できる。

この発明の実施の形態によるプラズマ装置の構成を示す断面図である。図１に示すアンテナおよびの斜視図である。図１に示すアンテナの断面図である。アンテナの天板への固定状態を示す模式図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態によるプラズマ装置の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態によるプラズマ装置１００は、アンテナ１〜４と、反応容器１０と、基板ホルダー２０と、導入端子２１，２３，２５，２７と、ヒーター３０と、ガス供給装置４０と、排気装置５０と、整合器６０と、高周波電源７０と、循環装置８０を備える。

反応容器１０は、略直方体の外形を有し、内部が中空になっている。そして、反応容器１０は、本体部１１と、天板１２と、オーリング１３とを含む。本体部１１および天板１２の各々は、ステンレスからなり、接地電位ＧＮＤに接続されている。本体部１１は、ガス供給口１４および排気口１５を有する。天板１２は、オーリング１３に接して配置される。オーリング１３は、本体部１１の周囲に設けられた溝に挿入されており、本体部１１および天板１２に接する。これによって、オーリング１３は、反応容器１０の内部を気密に保持する。

アンテナ１〜４は、筒状の構造からなり、冷却水がアンテナ１からアンテナ４へ順次流れるように直列に接続されている。また、アンテナ１〜４は、反応容器１０の内部に配置され、反応容器１０の天板１２に沿って所定の間隔で配列される。そして、アンテナ１〜４は、その一方端側がそれぞれ導入端子２１，２３，２５，２７を通って平板部材３１に接続される。また、アンテナ１〜４は、その他方端側が別の導入端子（図１では図示せず）を通って接地電位ＧＮＤに接続される。

導入端子２１，２３，２５，２７は、反応容器１０の天板１２に固定される。平板部材３１は、例えば、Ｃｕからなる。そして、平板部材３１は、反応容器１０の外側において、反応容器１０の天板１２に略平行に配置される。

平板部材３１は、１つの面がアンテナ１〜４の一方端に接続される。そして、平板部材３１は、天板１２に平行な方向ＤＲ１における一方端が整合器６０に接続される。

基板ホルダー２０は、反応容器１０の本体部１２の底面１１Ａに固定される。ヒーター３０は、基板ホルダー２０の内部に配置される。

ガス供給装置４０は、反応容器１０のガス導入口１４に連結される。排気装置５０は、反応容器１０の排気口１５に連結される。整合器６０は、アンテナ１〜４の配列方向における平板部材３１の一方端と高周波電源７０との間に接続される。高周波電源７０は、整合器６０と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。循環装置８０は、アンテナ１の一方端と、アンテナ４の他方端とに接続される。そして、循環装置８０は、アンテナ１〜４に冷却水を循環させる。

図２は、図１に示すアンテナ１〜４および平板部材３１の斜視図である。図２を参照して、プラズマ装置１００は、配管１６〜１８と、導入端子２２，２４，２６，２８とをさらに備える。

導入端子２２，２４，２６，２８は、導入端子２１，２３，２５，２７と同じように反応容器１０の天板１２に固定される。

平板部材３１は、例えば、５ｃｍの幅、１ｃｍの厚みおよび１ｍの長さを有する。

アンテナ１〜４の各々は、略Ｕ字形状を有する。そして、アンテナ１〜４は、略Ｕ字形に曲げられたアンテナ１〜４をそれぞれ含む４個の平面が略平行になるように配置される。

アンテナ１〜４のうち、直線部分１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａは、それぞれ、導入端子２１，２３，２５，２７を通って平板部材３１に電気的に接続される。また、アンテナ１〜４のうち、直線部分１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂは、それぞれ、導入端子２２，２４，２６，２８を通って接地電位ＧＮＤに電気的に接続される。

そして、導入端子２１〜２８は、反応容器１０の天板１２に固定されるので、アンテナ１〜４は、それぞれ、１対の導入端子２１，２２、１対の導入端子２３，２４、１対の導入端子２５，２６および１対の導入端子２７，２８によって反応容器１０の天板１２に固定される。

配管１６は、アンテナ１の直線部分１Ｂをアンテナ２の直線部分２Ａに接続する。配管１７は、アンテナ２の直線部分２Ｂをアンテナ３の直線部分３Ａに接続する。配管１８は、アンテナ３の直線部分３Ｂをアンテナ４の直線部分４Ａに接続する。アンテナ１の直線部分１Ａおよびアンテナ４の直線部分４Ｂは、循環装置８０に接続される。

循環装置８０からの冷却水は、アンテナ１の直線部分１Ａに入り、アンテナ１、配管１６、アンテナ２、配管１７、アンテナ３、配管１８およびアンテナ４を順次流れ、循環装置８０へ戻る。このように、循環装置８０からの冷却水は、アンテナ１〜４を順次流れる。

図３は、図１に示すアンテナ１の断面図である。図３を参照して、アンテナ１は、絶縁管１ａと、導体１ｂと、伝熱材１ｃとを含む。

絶縁管１ａは、略Ｕ字形状を有し、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。導体１ｂは、略Ｕ字形状からなり、筒状部分１ｄを有する。また、導体１ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）からなる。そして、導体１ｂは、絶縁管１ａ内に挿入される。

伝熱材１ｃは、絶縁管１ａと導体１ｂとの間に充填される。そして、伝熱材１ｃは、例えば、シリコン樹脂からなり、約２．７の誘電率を有する。

絶縁管１ａは、例えば、直径１５ｍｍφの外径と、直径１２〜１３ｍｍφの内径とを有する。導体１ｂは、例えば、直径６ｍｍφの外径と、直径４ｍｍφの内径とを有する。その結果、伝熱材１ｃは、３〜３．５ｍｍの厚みを有する。

導体１ｂは、筒状部分１ｄに流れる冷却水によって冷却される。伝熱材１ｃは、絶縁管１ａおよび導体１ｂの両方に接し、絶縁管１ａで発生した熱を導体１ｂに伝達する。その結果、絶縁管１ａで発生した熱は、伝熱材１ｃを介して導体１ｂへ伝達され、導体１ｂで放熱される。このように、アンテナ１においては、絶縁管１ａは、伝熱材１ｃを介して、導体１ｂに流れる冷却水によって冷却される。

なお、図１に示すアンテナ２〜４も、図３に示すアンテナ１と同じ構造からなる。

図４は、アンテナ１の天板１２への固定状態を示す模式図である。図４を参照して、アンテナ１の導体１ｂの一方端側は、導入端子２１を介して天板１２に固定され、導体１ｂの他方端側は、導入端子２２を介して天板１２に固定される。そして、絶縁管１ａおよび伝熱材１ｃは、天板１２よりも下側、即ち、反応容器１０の内部に配置される。

このように、アンテナ１は、導体１ｂの両端部が導入端子２１，２２によって天板１２に固定されることによって天板１２に固定される。

なお、アンテナ２〜４も、アンテナ１と同様にして、それぞれ、導入端子２３，２４；２５，２６；２７，２８によって天板１２に固定される。

また、アンテナ１〜４の各々は、アルミナを焼結して作製した絶縁管１ａ内に導体１ｂを挿入し、絶縁管１ａと導体１ｂとの間にシリコン樹脂を充填して作製される。

再び、図１および図２を参照して、アンテナ１〜４は、整合器６０および平板部材３１を介して高周波電源７０から高周波電力が供給されると、平板部材３１から接地電位ＧＮＤへ向かう方向に高周波電流を流し、誘導結合により反応容器１０内にプラズマを発生する。

基板ホルダー２０は、基板を保持する。導入端子２１〜２８は、アンテナ１〜４を反応容器１０の天板１２に固定するとともに、アンテナ１〜４と天板１２との隙間をシールドする。

ヒーター３０は、基板ホルダー２０上に設置された基板を所定の温度に加熱する。

ガス供給装置４０は、シラン（ＳｉＨ_４）ガスおよびゲルマン（ＧｅＨ_４）ガス等の半導体薄膜を形成するための材料ガス、水素（Ｈ_２）ガスおよび窒素（Ｎ_２）ガス等の希釈ガス、およびアルゴン（Ａｒ）ガス等のエッチングガスをガス供給口１４を介して反応容器１０内に供給する。

排気装置５０は、例えば、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプからなり、排気口１５を介して反応容器１０内を真空に引く。

整合器６０は、高周波電源７０から供給された高周波電力を反射を抑制して平板部材３１へ供給する。

高周波電源７０は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を整合器６０へ供給する。

高周波電源７０が高周波電力を整合器６０を介して平板部材３１へ供給すると、高周波電流は、平板部材３１と整合器６０との接続点３１Ａから矢印ＡＲＷ１の方向へ流れ、アンテナ１〜４の直線部分１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａへ流れ込む。

そして、高周波電流は、アンテナ１を矢印ＡＲＷ２の方向へ流れ、接地電位ＧＮＤへ流れ込む。また、高周波電流は、アンテナ２を矢印ＡＲＷ３の方向へ流れ、接地電位ＧＮＤへ流れ込む。さらに、高周波電流は、アンテナ３を矢印ＡＲＷ４の方向へ流れ、接地電位ＧＮＤへ流れ込む。さらに、高周波電流は、アンテナ４を矢印ＡＲＷ５の方向へ流れ、接地電位ＧＮＤへ流れ込む。

また、循環装置８０は、アンテナ１〜４に冷却水を循環する。

そうすると、反応容器１０内で誘導結合によってプラズマが発生し、アンテナ１〜４の絶縁管１ａで熱が発生しても、その発生した熱は、アンテナ１〜４の伝熱材１ｃを介して導体１ｂへ伝達され、導体１ｂで放熱される。その結果、アンテナ１〜４の絶縁管１ａの温度は、低く保持され、薄膜が絶縁管１ａに付着し難くなる。

従って、薄膜がアンテナ１〜４に付着するのを抑制できる。

なお、上記においては、伝熱材１ｃは、シリコン樹脂等の誘電体からなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、伝熱材１ｃは、液体からなっていてもよい。

また、上記においては、プラズマ装置１００は、４個のアンテナ１〜４（または４個のアンテナ１０１）を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、プラズマ装置１００は、少なくとも１個のアンテナ１（または少なくとも１個のアンテナ１０１）を備えていればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、プラズマ装置に適用される。

１〜４アンテナ、１ａ絶縁管、１ｂ，９１導体、１ｃ伝熱材、１ｄ筒状部分、１０反応容器、１１本体部、１２天板、１３Ｏリング、１４ガス導入口、１５排気口、２０基板ホルダー、２１〜２８導入端子、３０ヒーター、４０ガス供給装置、５０排気装置、６０整合器、７０高周波電源、８０循環装置、１００プラズマ装置。

Claims

反応容器と、
前記反応容器の天板に固定され、略Ｕ字形状を有するアンテナと、
前記アンテナに冷却水を循環する循環装置とを備え、
前記アンテナは、
略Ｕ字形状を有する絶縁管と、
前記絶縁管の内部に挿入された筒状の導体と、
前記導体と前記絶縁管との間に充填された伝熱材とを含み、
前記循環装置は、前記導体に冷却水を循環する、プラズマ装置。