JP2017004602A - プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2017004602A
JP2017004602A JP2015113934A JP2015113934A JP2017004602A JP 2017004602 A JP2017004602 A JP 2017004602A JP 2015113934 A JP2015113934 A JP 2015113934A JP 2015113934 A JP2015113934 A JP 2015113934A JP 2017004602 A JP2017004602 A JP 2017004602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
antenna
metal
dielectric
metal pipe
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015113934A
Other languages
English (en)
Inventor
靖典 安東
Yasunori Ando
靖典 安東
李 東偉
dong wei Li
東偉 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP2015113934A priority Critical patent/JP2017004602A/ja
Priority to CN201510627231.XA priority patent/CN105491780B/zh
Priority to US14/872,144 priority patent/US9947511B2/en
Priority to TW104132294A priority patent/TWI580324B/zh
Priority to KR1020150138483A priority patent/KR101763277B1/ko
Publication of JP2017004602A publication Critical patent/JP2017004602A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

【課題】 真空容器内に配置されて誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、それを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるアンテナを提供する。【解決手段】 アンテナ20は、絶縁パイプ22とその中に配置された中空のアンテナ本体24とを備えている。アンテナ本体24は、複数の金属パイプ26を中空絶縁体28を介在させて直列接続した構造をしており、かつ中空絶縁体28の両側の金属パイプ26と電気的に直列につながるコンデンサ30を有している。コンデンサ30は、一方側の金属パイプ26の一部分を第1の電極として兼用している。かつ、当該金属パイプ26の外周部から中空絶縁体28の外周部にかけて設けられた誘電体36と、誘電体36の外周部から他方側の金属パイプ26の外周部にかけて設けられていて当該金属パイプ26に電気的に接続された第2の電極34とを備えている。電極34は、一方側の金属パイプ26に誘電体36を介在させて重なる領域を有している。【選択図】 図6

Description

この発明は、高周波電流が流されて真空容器内において誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナおよびそれを備えているプラズマ処理装置に関する。なお、イオンは、この出願中では正イオンを意味する。
アンテナに高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界によって真空容器内において誘導結合型のプラズマ(略称ICP)を発生させるためのアンテナおよびそれを備えているプラズマ処理装置が従来から提案されている。
この種のプラズマ処理装置においては、大型の基板に対応する等のためにアンテナを長くすると、当該アンテナのインピーダンスが大きくなり、それによってアンテナの両端間に大きな電位差が発生する。その結果、この大きな電位差の影響を受けてプラズマの密度分布、電位分布、電子温度分布等のプラズマの均一性が悪くなり、ひいては基板処理の均一性が悪くなるという課題がある。また、アンテナのインピーダンスが大きくなると、アンテナに高周波電流を流しにくくなるという課題もある。
このような課題を解決する等のために、アンテナとコンデンサとを直列接続している構成のプラズマ処理装置が幾つか提案されている。
例えば、特許文献1には、外部アンテナ(即ち真空容器の外部に配置されるアンテナ。以下同様)を有するプラズマ処理装置が提案されており、この装置では、ループ状のアンテナを構成する複数の直線導体を、真空容器の一部を成す誘電体窓の上部(外部)に並べて配置し、かつ当該ループ状アンテナの、誘電体窓から遠い戻り導体にコンデンサを直列接続している。
特許文献2には、内部アンテナ(即ち真空容器内に配置されるアンテナ。以下同様)を有するプラズマ処理装置が記載されており、この装置では、絶縁パイプ内にアンテナ導体を通して成る直線状のアンテナを複数本、真空容器内に並べて配置し、かつ各アンテナ間を、真空容器外に設けたコンデンサで直列接続している。
特許文献3には、内部アンテナを有するプラズマ処理装置が記載されており、この装置では、一方の主面が真空容器内に位置する平面状アンテナ(平面導体)の当該主面に、高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝を1以上形成して当該主面を複数領域に分割し、かつ各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて平面状アンテナの各領域と各コンデンサとを互いに電気的に直列接続している。
特表2002−510841号公報(段落0014、0028、図3、図10) 特開平11−317299号公報(段落0044、0109、図1、図12、図22) 特開2012−133899号公報(段落0006、図1、図2)
上記特許文献1に記載の技術は、アンテナ導体とコンデンサとが直列接続された構造であるので、電位の反転によるループ状アンテナ全体の両端間の電位差を低減させることはできるけれども、プラズマ発生に直接関わる、誘電体窓に近接する導体は直線状導体であるので、基板の大型化に対応する等のために当該直線状導体を長くすると、それに伴って個々の直線状導体のインピーダンスが増加する。その結果、誘電体窓に近接する個々の直線状導体の両端間に発生する電位差が大きくなり、プラズマの均一性を低下させる。また、個々の直線状導体のインピーダンス増加に伴い、高周波電流が流れにくくなり、誘導結合状態が効率的に得られなくなる。
更に、外部アンテナであって誘電体窓を通しての誘導結合であるため、誘電体窓材の厚みのためにプラズマ空間までの距離が遠く、内部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が低下する。
上記特許文献2に記載の技術では、基板の大型化に対応する等のために各アンテナを長くすると、それに伴って個々のアンテナのインピーダンスが増加する。その結果、個々のアンテナの両端間に発生する電位差が大きくなり、プラズマの均一性を低下させる。また、個々のアンテナのインピーダンス増加に伴い、高周波電流が流れにくくなり、誘導結合状態が効率的に得られなくなる。
上記特許文献3に記載の技術は、内部アンテナであるので外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高く、かつ平面状アンテナの真空容器内側の主面に設けた1以上の溝内にコンデンサをそれぞれ設けているので、基板の大型化に対応する等のために平面状アンテナを長くしてもその両端間に発生する電位差を小さく抑えることができるという特長を有しているけれども、平面状アンテナはその平面内で2次元方向の電位分布を持ちやすく、それに相当するプラズマ分布が発生し、それが基板表面の膜に転写されやすいので、このような点を改善する観点からは、アンテナ導体はパイプ状のものが好ましい。しかし、アンテナ導体をパイプ状のものにする場合は、特許文献3に記載のような平面状アンテナの溝内にコンデンサを設ける技術を適用することはできない。コンデンサ周りに新たな工夫が必要である。
そこでこの発明は、真空容器内に配置されて誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、アンテナ導体に金属パイプを用いており、しかもアンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるアンテナを提供することを一つの目的としている。また、そのようなアンテナを備えるプラズマ処理装置を提供することを他の目的としている。
この発明に係るアンテナの一つは、真空容器内に配置され、かつ高周波電流が流されて、当該真空容器内に誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される中空のアンテナ本体とを備えており、前記アンテナ本体は、(a)複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしていて、各接続部は真空および前記冷却水に対するシール機能を有しており、(b)かつ前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有しており、前記中空絶縁体および前記コンデンサは前記真空容器内に配置されるものであり、前記中空絶縁体の一方端部と前記金属パイプとの接続部を第1接続部、他方端部と前記金属パイプとの接続部を第2接続部と呼ぶと、前記コンデンサは、(a)前記第1接続部側の前記金属パイプの一部分を当該コンデンサの第1の電極として兼用しており、かつ(b)前記第1接続部側の前記金属パイプの外周部から前記中空絶縁体の外周部にかけての領域に設けられた誘電体と、(c)前記誘電体の外周部から前記第2接続部側の前記金属パイプの外周部にかけての領域に設けられていて、当該第2接続部側の金属パイプに電気的に接続された電極であって、前記第1接続部側の前記金属パイプに前記誘電体を介在させて重なる領域を有している第2の電極とを備えている、ことを特徴としている。
上記アンテナを構成するアンテナ本体は、複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、かつ当該中空絶縁体の両側の金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有しているので、アンテナ本体の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になり、それによってアンテナのインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができる。
前記誘電体の内側面および外側面に金属膜が相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁されて形成されていても良い。
前記誘電体は誘電体シートから成り、その二つの主面に金属膜が相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁されて形成されており、当該誘電体シートは前記第1接続部側の前記金属パイプの外周部から前記中空絶縁体の外周部にかけての領域に、円周方向の端部を除いて一重で巻かれており、円周方向の端部の誘電体シートは互いに重ねられており、そしてこのような誘電体シートを、金属シートから成る第2の電極または一対の半円筒状電極から成る第2の電極で押さえている、という構成を採用しても良い。
この発明に係るプラズマ処理装置の一つは、真空排気されかつガスが導入される真空容器と、前記真空容器内に配置された前記アンテナと、前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備えていて、前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されている。
請求項1に記載の発明によれば次の効果を奏する。
(a)真空容器内に配置される内部アンテナであるので、外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高い。
(b)アンテナを構成するアンテナ本体は、複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、かつ当該中空絶縁体の両側の金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有しているので、アンテナ本体の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になり、それによってアンテナのインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができる。従って、当該アンテナの両端間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。それによって均一性の良いプラズマを発生させることが可能になる。
(c)アンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるので、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることが可能になる。
(d)前記コンデンサは、第1接続部側の金属パイプの一部分を当該コンデンサの第1の電極として兼用していて、その外周部に誘電体を有し、更にその外周部に第2の電極を有している構成であるので、金属パイプとその外側の絶縁パイプとの間の距離をあまり増大させずに済み、かつ内部に流される冷却水の流れに対する抵抗をあまり増大させずに済む。
(e)前記コンデンサは、第1接続部側の金属パイプの一部分を当該コンデンサの第1の電極として兼用しており、かつ当該金属パイプの外周部から中空絶縁体の外周部にかけての領域に誘電体が設けられているので、しかも当該金属パイプ内には冷却水が流されるので、当該金属パイプの高い熱伝導率によって誘電体を効率良く冷却することができる。その結果、高周波電力の印加に伴う誘電体の温度上昇による損傷を抑制して、コンデンサの耐熱性を向上させることができる。
(f)前記コンデンサは、第1接続部側の金属パイプの一部分を当該コンデンサの第1の電極として兼用しているので、第1の電極を別個に設けなくて済み、従って構造の簡素化および部品点数の削減を実現することができる。
請求項2に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、誘電体とその両面に形成されている金属膜によってコンデンサの静電容量が確実に定まるので、コンデンサを構成する部分の金属パイプおよび第2の電極の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ部分の製作が容易になる。
請求項3に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、誘電体シートとその両面に形成されている金属膜によってコンデンサの静電容量が確実に定まるので、コンデンサを構成する部分の金属パイプおよび第2の電極の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ部分の製作が容易になる。
また、円周方向の端部の誘電体シートを互いに重ねているので、金属パイプと第2の電極との間の耐電圧をより高めることができる。
更に、第2の電極を構成する金属シートは金属膜付きの誘電体シートを押さえるように巻かれているので、誘電体シートと金属パイプとの間の熱抵抗を小さくして誘電体シートの冷却効果をより高めることができる。
請求項4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、誘電体シートとその両面に形成されている金属膜によってコンデンサの静電容量が確実に定まるので、コンデンサを構成する部分の金属パイプおよび第2の電極の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ部分の製作が容易になる。
また、円周方向の端部の誘電体シートを互いに重ねているので、金属パイプと第2の電極との間の耐電圧をより高めることができる。
更に、第2の電極を構成する一対の半円筒状電極で金属膜付きの誘電体シートを押さえているので、誘電体シートと金属パイプとの間の熱抵抗を小さくして誘電体シートの冷却効果をより高めることができる。
請求項5に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記のようなアンテナを備えていて、均一性の良いプラズマを効率良く発生させることができるので、基板処理の均一性および効率を高めることができる。
請求項6に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、直線状のアンテナを複数、基板の表面に沿う方向に並列に配置しているので、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。
この発明の一実施形態に係るアンテナを備えているプラズマ処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 図1中のアンテナのコンデンサ周りの一例を拡大して示す概略断面図である。 アンテナのコンデンサ形成に用いるフィルム状の誘電体および電極の一例を展開して示す平面図である。 アンテナの中空絶縁体周りの他の例を拡大して示す概略断面図である。 図1に示すアンテナの等価回路(A)および直列共振条件を満たしている場合の電位分布(B)の一例を示す図である。 この発明の他の実施形態に係るアンテナのコンデンサ周りの一例を示す概略断面図である。 この発明の他の実施形態に係るアンテナのコンデンサ周りの他の例を示す概略断面図であり、絶縁パイプの図示は省略している。 金属膜付きの誘電体シートの一例を示す平面図である。 この発明の他の実施形態に係るアンテナのコンデンサ周りの更に他の例を示す概略断面図であり、絶縁パイプの図示は省略している。 図9中の線D−Dに沿う拡大断面図である。 直線状のアンテナを複数有しているプラズマ処理装置の一例を示す概略横断面図である。
(1)アンテナ等の一実施形態
図1に、この発明の一実施形態に係るアンテナを備えているプラズマ処理装置の一例を示し、図2に図1中のアンテナのコンデンサ周りの一例を拡大して示す。
このプラズマ処理装置は、真空排気されかつガス8が導入される真空容器2と、この真空容器2内に配置されていて高周波電流IR が流されて真空容器2内に誘導結合型のプラズマ16を発生させるためのアンテナ20と、このアンテナ20に高周波電流IR を流す高周波電源56とを備えていて、発生させたプラズマ16を用いて基板10に処理を施すように構成されている。
基板10は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であるが、これに限られるものではない。
基板10に施す処理は、例えば、プラズマCVD法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
このプラズマ処理装置は、プラズマCVD法によって膜形成を行う場合はプラズマCVD装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。
真空容器2は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置4によって真空排気される。真空容器2はこの例では電気的に接地されている。
真空容器2内に、例えば流量調節器(図示省略)およびガス導入管6を経由して、ガス8が導入される。ガス8は、基板10に施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマCVDによって基板10に膜形成を行う場合は、ガス8は、原料ガスを希釈ガス(例えばH2 )で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがSiH4 の場合はSi 膜を、SiH4 +NH3 の場合はSiN膜を、SiH4 +O2 の場合はSiO2 膜を、それぞれ基板10の表面に形成することができる。
真空容器2内に、基板10を保持する基板ホルダ12が設けられている。この例のように、基板ホルダ12にバイアス電源14からバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は、例えば負の直流電圧、負のパルス電圧等であるが、これに限られるものではない。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマ16中の正イオンが基板10に入射するときのエネルギーを制御して、基板10の表面に形成される膜の結晶化度を制御することができる。この例のように、基板ホルダ12内に、基板10を加熱するヒータ13を設けておいても良い。
アンテナ20は、この例では直線状のアンテナであり、真空容器2内の上部付近に、基板10の表面に沿うように(例えば、基板10の表面と実質的に平行に)配置されている。真空容器2内に配置するアンテナ20は、一つでも良いし、複数でも良い。複数にする場合の一例を、後で図11を参照して説明する。
アンテナ20は、絶縁パイプ22と、その中に配置されていて内部に冷却水44が流される中空のアンテナ本体24とを備えている。アンテナ本体24は、この例では、絶縁パイプ22内に空間23を介して配置されている。その理由は後述する。
絶縁パイプ22の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。
絶縁パイプ22を設ける理由は次のとおりである。即ち、公知のように、導体と高周波プラズマとが近接する構造の場合、プラズマ中のイオンよりも電子の方が軽くて遥かに多く導体に入射するので、プラズマ電位が導体よりも正側に上昇する。これに対して、上記のような絶縁パイプ22を設けておくと、絶縁パイプ22によって、プラズマ16中の荷電粒子がアンテナ本体24を構成する金属パイプ26に入射するのを抑制することができるので、金属パイプ26に荷電粒子(主として電子)が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、金属パイプ26が荷電粒子(主としてイオン)によってスパッタされてプラズマ16および基板10に対して金属汚染(メタルコンタミネーション)が生じるのを抑制することができる。
アンテナ本体24は、複数の金属パイプ26を、隣り合う金属パイプ26間に中空絶縁体28を介在させて直列接続した構造をしていて、各接続部は真空および冷却水44に対するシール機能を有している。このシール機能は、公知のシール手段で実現することができる。例えば、パッキンを用いても良いし、図4に示すような管用テーパねじ構造を用いても良い。これについては後述する。
この例では金属パイプ26の数は二つであり、従って中空絶縁体28(ひいてはその外周部に配置されたコンデンサ30)の数は一つであるが、金属パイプ26の数は三つ以上でも良く、いずれにしても中空絶縁体28(ひいてはその外周部に配置されたコンデンサ30)の数は金属パイプ26の数よりも一つ少ないものになる。
アンテナ本体24は、各中空絶縁体28の外周部に配置された層状のコンデンサ30を有していて、各中空絶縁体28の左右両側の金属パイプ26と当該コンデンサ30とを電気的に直列接続した構造をしている(図5の等価回路参照)。従ってこの中空絶縁体28およびコンデンサ30は、図1に示すように、真空容器2内に配置されることになる。
各コンデンサ30は、主に図2を参照して、(a)中空絶縁体28の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体28の一方側に接続された金属パイプ26に電気的に接続された第1の電極32と、(b)中空絶縁体28の外周部に、第1の電極32と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体28の他方側に接続された金属パイプ26に電気的に接続された第2の電極34と、(c)第1の電極32および第2の電極34間に配置された誘電体36とを有している。電極32、34のリード部と金属パイプ26とは、例えば、半田付け等による接合、熱収縮チューブを用いての圧接等によって電気的に接続しても良い。
金属パイプ26の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これらに限られるものではない。
中空絶縁体28は、図2に示す例では絶縁パイプである。中空絶縁体28の材質は、例えば、ガラス、アルミナ等のセラミックス、フッ素樹脂、ポリエチレン(PE)、エンジニアリングプラスチック(例えばポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)など)等であるが、これらに限られるものではない。
電極32、34は、例えば金属の膜、箔、フィルム、シート等である。電極32、34の材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等であるが、これらに限られるものではない。
誘電体36の材質は、例えば、ホリエチレンテレフタレート(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)等であるが、これらに限られるものではない。
各コンデンサ30は、第1の電極32、第2の電極34および誘電体36を、それぞれ1層ずつ有していても良いし(図2はこの場合の例を示す)、それぞれ複数層ずつ有していても良い。
第1の電極32、第2の電極34および誘電体36は、中空絶縁体28の外周部にそれぞれ個別に配置しても良いし、例えば図3に示す例のようなフィルム状(シート状とも言える。以下同様)の誘電体および電極を中空絶縁体28の外周部に巻き付けること等によって一括して配置しても良い。
図3の例は、フィルム状の誘電体36の一方の主面に第1の電極32を例えば金属蒸着等によって形成し、他方の主面(紙面の裏側)であって電極32と重なる位置に第2の電極34を例えば金属蒸着等によって形成し、両電極32、34の取り出し部に接続導体38、40をそれぞれ接続した構造をしている。
このようなフィルム状の誘電体および電極を、上記中空絶縁体28の外周部に所望回数(例えば1回または複数回)巻き付けて、接続導体38、40を左右の金属パイプ26にそれぞれ接続すれば良い。複数回巻き付ける場合は、間にもう1枚の誘電体フィルムを挟めば良い。複数回巻き付けることによって、簡単な方法で、第1の電極32、第2の電極34および誘電体36をそれぞれ複数層配置することができる。フィルム状の誘電体36の片面に電極(これは電極32または電極34に相当する)を設けたものを2枚重ねて中空絶縁体28の外周部に所望回数巻き付けても良い。電極32、34として、金属箔を用いても良い。コンデンサ30を構成する上記要素の固定・接続は、例えば、熱収縮チューブ等を用いて行っても良い。
各コンデンサ30の静電容量Cは、周知の次式で表すことができる。Sは対向している電極32、34の面積、dは両電極32、34間の距離、εは誘電体36の誘電率である。従って、これらS、d、εの内の一つ以上を変えることによって、静電容量Cを調整することができる。上述した電極32、34および誘電体36をそれぞれ複数層配置すると、上記面積Sが大きくなるので静電容量Cが大きくなる。
[数1]
C=ε・S/d
左右の金属パイプ26と中空絶縁体28との各接続部には、図4に示す例のような管用テーパねじ構造を用いても良い。即ちこの例では、左右の金属パイプ26の端部に、金属製で雌ねじのテーパねじ部42をそれぞれ接合しており、そこに、両端部に雄ねじのテーパねじ部29を有する中空絶縁体28をねじ込んでいる。この中空絶縁体28の材質は、前述した材質の内でもより硬いもの(例えばエンジニアリングプラスチック)が好ましい。各テーパねじ部42とテーパねじ部29との間には、シールテープを挟んでも良い。このような管用テーパねじ構造によっても、上記各接続部に真空および冷却水44に対するシール機能を持たせることができる。この中空絶縁体28の外周部に、前述したコンデンサ30を配置すれば良い。
再び図1を参照して、アンテナ20の両端部を真空容器2外へ貫通させる部分には、絶縁部46がそれぞれ設けられている。この各絶縁部46を、アンテナ本体24の両端部の金属パイプ26が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン48によって真空シールされている。各絶縁部46と真空容器2との間も、例えばパッキン50によって真空シールされている。絶縁パイプ22は真空容器2内にあり、その両端部は絶縁部46によって支持されている。この例のように、真空領域から大気領域へのアンテナ20の取り出しは、金属パイプ26の部分で行う方が、加工が容易である。なお、絶縁パイプ22の両端部と絶縁部46間はシールしなくても良い。絶縁パイプ22内の空間23にガス8が入っても、当該空間23は小さくて電子の移動距離が短いので、通常は空間23にプラズマは発生しないからである。
アンテナ本体24の内部、即ち各金属パイプ26および各中空絶縁体28の内部に流す冷却水44は、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましい。例えば純水またはそれに近い水が好ましい。各金属パイプ26に高周波電流IR を流すと、各金属パイプ26は抵抗を有しているために発熱する(即ち、ジュール熱を発生する)。この熱は中空絶縁体28およびコンデンサ30にも伝わるけれども、これらの要素26、28、30は、上記冷却水44によって冷却して温度を下げることができる。コンデンサ30も、主として中空絶縁体28との間の熱伝導によって、冷却水44によって冷却することができる。
アンテナ20(より具体的にはそのアンテナ本体24)の一方端である給電端52には、整合回路58を介して高周波電源56が接続されており、他方端である終端54は、戻り導体62を経由して接地点60で接地されている。終端54はコンデンサを介さずに直接接地しても良いし、この例のように戻り導体62にコンデンサ64を直列接続しておいても良い。その理由は後述する。上記構成によって、高周波電源56から、整合回路58を介して、アンテナ20(より具体的にはそのアンテナ本体24)に高周波電流IR を流すことができる。
高周波電源56から出力する高周波電力、高周波電流IR の周波数は、例えば、一般的な13.56MHzであるが、これに限られるものではない。
アンテナ20に高周波電流IR を流すことによって、アンテナ20の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流IR と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器2内において、電子が加速されてアンテナ20の近傍のガス8を電離させてアンテナ20の近傍にプラズマ(即ち誘導結合型のプラズマ)16が発生する。このプラズマ16は基板10の近傍まで拡散し、このプラズマ16によって基板10に前述した処理を施すことができる。
上記アンテナ20は、真空容器2内に配置される内部アンテナであり、当該アンテナ20を流れる高周波電流IR によって作られる高周波磁場を近くからプラズマ16の生成に効果的に使うことができるので、外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高い。後で参照するために、この効果を効果1と呼ぶことにする。
しかも、アンテナ20を構成するアンテナ本体24は、複数の金属パイプ26を、中空絶縁体28の外周部に配置された層状のコンデンサ30で電気的に直列接続した構造をしていて、アンテナ本体24の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ20のインピーダンスを低減させることができる。後で参照するために、この効果を効果2と呼ぶことにする。
これを詳述すると、図1に示すアンテナ20(より具体的にはそのアンテナ本体24)の等価回路を図5(A)に示す。ここでは、各金属パイプ26のインダクタンスをL、抵抗をR、コンデンサ30の静電容量をCとしている。各金属パイプ26のインダクタンスLと抵抗Rは、各金属パイプ26を互いに実質的に同じ長さにすれば、実質的に同じ値にすることができる。このアンテナ20のインピーダンスZは次式で表すことができる。ωは高周波電流IR の角周波数、jは虚数単位である。
[数2]
Z=2R+j(2ωL−1/ωC)
上記式の虚数部がアンテナ本体24の合成リアクタンスであり、誘導性リアクタンス2ωLから容量性リアクタンス1/ωCを引いた形となっているので、コンデンサ30を直列接続することによって、アンテナ20のインピーダンスZを低減させることができる。換言すれば、このアンテナ20によれば、そのアンテナ本体24を構成する金属パイプ26およびコンデンサ30の個数等を適宜選定することができるので、それによって、アンテナ20の長さに関わらず、アンテナ20のインピーダンスZを適当な値に設計することができる。
その結果、基板10の大型化に対応する等のためにアンテナ20を長くする場合でもそのインピーダンスZの増大を抑えることができる。従って、当該アンテナ20の両端間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。それによって均一性の良いプラズマ16を発生させることが可能になる。ひいては、基板10の処理の均一性を高めることができる。
また、アンテナ20を長くする場合でもそのインピーダンスZの増大を抑えることができるので、アンテナ20に高周波電流IR が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマ16を効率良く発生させることが可能になる。ひいては、基板10の処理の効率を高めることができる。後で参照するために、この効果を効果3と呼ぶことにする。
上記説明からも分るように、コンデンサ30の静電容量Cは、アンテナ本体24のインピーダンスの虚数部(例えば上記数2の虚数部)が、より厳密に言えばプラズマ16の生成時における当該虚数部が、できるだけ小さくなるように設定しておくのが好ましい。「プラズマ16の生成時」と言っているのは、プラズマ生成時に上記インダクタンスLが低下することが経験上分っており、この低下分を見込んで設計しておくのが好ましいからである。上記虚数部が0になるときが直列共振条件を満たしている場合であり、そのようにするのが一番好ましいけれども、必ずしも直列共振条件を満たしている必要はなく、上記虚数部が例えば±50Ω以下、好ましくは±10Ω以下になるようにしても良い。
図5(A)の回路において、アンテナ20に高周波電流IR を流したとき、上記直列共振条件を満たしている場合のアンテナ20の電位分布の一例を図5(B)中に実線Aで示す。この図5(B)では、説明の簡略化のために、抵抗Rを無視すると共に、アンテナ20の終端54の電位を基準に示している。傾斜部S1 は誘導性リアクタンスωLによる電位上昇分、傾斜部S2 は容量性リアクタンス1/ωCによる電位降下分である。
図5(B)中の二点鎖線Bは、アンテナが上記コンデンサ30に相当するものを有していない従来の単なる導体の場合の電位分布である。
この図5(B)から分るように、上記アンテナ20の場合は、その両端間の電位差を小さく抑えることができる。従って、均一性の良いプラズマ16を生成することができ、ひいては基板処理の均一性を高めることができる。
上述した直列共振条件を満たしていない場合は、例えば、図5(B)中の点bの電位が幾らか正側または負側にシフトし、それに応じて他の部分の電位もシフトすることになる。それでも、二点鎖線Bで示す従来の単なる導体の場合に比べれば、アンテナの両端間のの電位差を小さく抑えることができる。
上記アンテナ20を構成するアンテナ本体24は、中空絶縁体28の外周部に配置された層状のコンデンサ30を有しているので、金属パイプ26とその外側の絶縁パイプ22との間の距離をあまり増大させずに済み、かつ内部に流される冷却水44の流れに対する抵抗をあまり増大させずに済む。後で参照するために、この効果を効果4と呼ぶことにする。
これを詳述すると、仮に、上記コンデンサ30の代わりに、例えば上記特許文献3の図2等に記載のような電子部品(パーツ)としてのコンデンサ(即ち、それ自身で電子部品として完成していて、独立して電子部品として取り扱うことのできるコンデンサ)を中空絶縁体28の外側に取り付けるとすると、耐圧および静電容量を確保するために当該コンデンサは大型のものにならざるを得ないため、絶縁パイプ22をかなり太くしなければならなくなる。そのようにすると、(a)当該絶縁パイプ22の内側の金属パイプ26と外側のプラズマ16との間の距離が大きくなるので、プラズマ16の生成効率が低下する、(b)太くした絶縁パイプ22内で不要なプラズマが発生する可能性が高まる、等の不都合が生じる。上記コンデンサ30によれば、このような不都合発生を防止することができる。
また、仮に電子部品(パーツ)としてのコンデンサを中空絶縁体28の内側に取り付けるとすると、(a)当該コンデンサが冷却水44の流れを大きく阻害してアンテナの冷却が難しくなる、(b)これを改善するために金属パイプ26および中空絶縁体28をかなり太くすると、上記特許文献3の課題の所でも説明したように、金属パイプ26の面積が大きくなってその電位分布が基板表面の膜に転写されやすくなり膜厚分布が乱れる、等の不都合が生じる。上記コンデンサ30によれば、このような不都合発生をも防止することができる。
なお、前述したように、アンテナ20のアンテナ本体24を構成する金属パイプ26を三つ以上にし、その各金属パイプ26間に上記中空絶縁体28およびコンデンサ30をそれぞれ設けても良い。そのようにすると、アンテナ20の電位分布を、図5に示したものよりも小分けにして、アンテナ20の両端間の電位差をより小さくすることができる。
各コンデンサ30は、前述したように、第1の電極32、第2の電極34および誘電体36をそれぞれ複数層有していても良い。そのようにすると、各コンデンサ30の静電容量Cを大きくすることが容易になり、それによって、アンテナ本体24の前記合成リアクタンスをより小さくしてアンテナ20のインピーダンスZを低減させることがより容易になる。
アンテナ20を構成するアンテナ本体24は、図1等に示す例のように、絶縁パイプ22内に空間23を介して配置しておくのが好ましい。そのようにすると、当該空間23の存在によって絶縁パイプ22の表面の電位上昇を抑えることができ、それによってプラズマ電位の上昇を抑えることができる。
これを詳述すると、前述したように、高周波電流IR を流すことによってアンテナ本体24の電位は上昇する(例えば図5参照)。その場合、アンテナ本体24と絶縁パイプ22間に空間23が存在していると、アンテナ本体24と絶縁パイプ22の表面との間には、当該空間23に存在する小さな静電容量C3 と、絶縁パイプ22の厚さ内に存在する比較的大きな静電容量C4 とが直列接続された形になるので、この直列合成静電容量は小さい。従って、絶縁パイプ22の表面はアンテナ本体24の電位上昇の影響を受けにくくなるので、絶縁パイプ22の表面の電位上昇を抑えることができる。それによって、プラズマ16の電位上昇を抑えることができる。これに対して、上記空間23を介さずにアンテナ本体24(具体的にはその金属パイプ26)が絶縁パイプ22の内壁に接していると、上記直列の静電容量C3 が存在しなくなるので、絶縁パイプ22の表面はアンテナ本体24の電位上昇の影響を受けやすくなり、絶縁パイプ22の表面の電位上昇も大きくなる。それによって、プラズマ16の電位上昇も大きくなる。
図1に示す例のように、アンテナ回路の戻り導体62にコンデンサ64を直列接続しておいても良い。この戻り導体62にもインダクタンスおよび抵抗が存在する。コンデンサ64を設けておくと、その容量性リアクタンスによって、高周波電流IR の閉ループ全体のインピーダンスの虚数部を小さくして、当該インピーダンスを小さくすることができる。従って、アンテナ20に高周波電流IR を流しやすくなる。コンデンサ64の静電容量C2 は、例えば、その容量性リアクタンスが、戻り導体62に存在する誘導性リアクタンスを打ち消すことができる程度にすれば良い。
(2)アンテナ等の他の実施形態
次に、アンテナ20等の他の実施形態を幾つか説明する。以下においては、先に図1〜図5を参照して説明した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、先の実施形態との相違点を主に説明する。また、以下の各実施形態間の相違点を主に説明する。
先の実施形態のアンテナ20は、例えば図2を参照して、コンデンサ30を中空絶縁体28の外周面に設けており、第1の電極32および第2の電極34からリード部(または図3の接続導体38、40)を各金属パイプ26上へ引き出して接続した構造をしている。
中空絶縁体28の材質は、前記のとおり例えば、ガラス、アルミナ等のセラミックス、あるいはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリフェニレンスルフィド(PPS)等のエンジニアリングプラスチック等であるが、これらは一般的に金属に比べて熱伝導率が遥かに小さい。幾つかの材料の熱伝導率の例を示すと次のとおりである。
PEEK:約0.26[W/mK]
PPS:約0.3〜0.55[W/mK]
ガラス:約1[W/mK]
アルミニウム:約236[W/mK]
銅:約398[W/mK]
従って、中空絶縁体28内に冷却水44を流しても、中空絶縁体28の熱伝導率が小さいので、コンデンサ30の冷却効果があまり良くないという点になお改善の余地がある。また、コンデンサ30部分の構造をより簡素化したいという要望もある。
そこで、これらの点を更に改善したアンテナ20の実施形態の幾つかを以下に説明する。
図6に示す実施形態のアンテナ20も、そのアンテナ本体24は、前記中空絶縁体28の両側の金属パイプ26と電気的に直列につながるコンデンサ30を有している。即ち、中空絶縁体28の両側の金属パイプ26とコンデンサ30とを電気的に直列接続した構造をしている。従って、このアンテナ20の等価回路は、コンデンサ30部分が一つの場合は、図5に示した等価回路と同じになる。
このコンデンサ30の構成を説明すると次のとおりである。即ち、中空絶縁体28の一方端部と金属パイプ26との接続部を第1接続部66、他方端部と金属パイプ26との接続部を第2接続部68と呼ぶと、コンデンサ30は、(a)第1接続部66側の金属パイプ26の一部分を当該コンデンサ30の第1の電極として兼用しており、かつ(b)第1接続部66側の金属パイプ26の外周部から中空絶縁体28の外周部にかけての領域に設けられた誘電体36と、(c)誘電体36の外周部から第2接続部68側の金属パイプ26の外周部にかけての領域に設けられていて、第2接続部68側の金属パイプ26に電気的に接続された電極であって、第1接続部66側の金属パイプ26に誘電体36を介在させて重なる領域CAを有している第2の電極34とを備えている。換言すれば、誘電体36は、第1接続部66側の金属パイプ26の外周部と中空絶縁体28の外周部とに跨がって設けられている。第2の電極34は、第1接続部66側の金属パイプ26上の誘電体36の外周部から第2接続部68側の金属パイプ26の外周部に跨がって設けられている。
上記重なる領域CAは、そこで静電容量が形成されるので、静電容量形成領域と呼ぶことができる。コンデンサ30は、この静電容量形成領域CAを含む部分の金属パイプ26を当該コンデンサの第1の電極として兼用している。
金属パイプ26、中空絶縁体28、第2の電極34および誘電体36等の材質の例は、前述のとおりである。
誘電体36の中空絶縁体28側の端部は、第2接続部68を越えて第2接続部68側の金属パイプ26の外周部まで伸びていても良い。但し、第2の電極34と当該側の金属パイプ26との電気的接続を妨げないものとする。
第1接続部66側の金属パイプ26上の第2の電極34は、誘電体36の軸方向の先端部から所定の距離L1 を除いて誘電体36を覆うように設けるのが好ましい。そのようにすると、当該側の金属パイプ26と第2の電極34との間の沿面距離が増大するので、両者間の耐電圧を高めることができる。従って当該距離L1 の大きさは、必要な耐電圧に応じて定めれば良い。
このコンデンサ30の静電容量Cは、前述した数1と同じ次式で表すことができる。Sは上記静電容量形成領域CAの面積、dは第2の電極34とその下の金属パイプ26間の距離、εは誘電体36の誘電率である。後述する他の実施形態(図7、図9等参照)のように、誘電体36または誘電体シート36aの両面に金属膜70、72を形成している場合は、Sは両金属膜70、72が相対向する静電容量形成領域CAの面積、dは誘電体36または誘電体シート36aの厚さ、εは誘電体36または誘電体シート36aの誘電率である。従って、これらS、d、εの内の一つ以上を変えることによって、コンデンサ30の静電容量Cを調整することができる。
[数3]
C=ε・S/d
この実施形態の場合も、中空絶縁体28とその両側の金属パイプ26との接続部には、図4に示した例のような管用テーパねじ構造を用いても良い。その場合、金属パイプ26の端部に接合された金属製で雌ねじのテーパねじ部42(図4参照)は、金属製でありかつ電気的に金属パイプ26に導通しているので、図6に示す実施形態では金属パイプ26の一部分として考えれば良い。以下に述べる他の実施形態においても同様である。
この実施形態のアンテナ20も、中空絶縁体28の両側の金属パイプ26と電気的に直列につながる上記のようなコンデンサ30を有しているので、先の実施形態のアンテナ20が奏する前述した効果(即ち前記効果1〜効果4)と同様の効果を奏する。前記効果4に関しても、この実施形態のコンデンサ30は、第1接続部66側の金属パイプ26の一部分を当該コンデンサ30の第1の電極として兼用していて、その外周部に誘電体36を有し、更にその外周部に第2の電極34を有している構成であるので、金属パイプ26とその外側の絶縁パイプ22との間の距離をあまり増大させずに済み、かつ内部に流される冷却水44の流れに対する抵抗をあまり増大させずに済む。
それに加えてこの実施形態のアンテナ20は次の更なる効果を奏する。
コンデンサ30は、第1接続部66側の金属パイプ26の一部分を当該コンデンサ30の第1の電極として兼用しており、かつ当該金属パイプ26の外周部から中空絶縁体28の外周部にかけての領域に誘電体36が設けられているので、しかも当該金属パイプ26内には冷却水44が流されるので、当該金属パイプ26の高い熱伝導率によって誘電体36を効率良く冷却することができる。金属パイプ26に用いられるアルミニウム、銅等の熱伝導率が、中空絶縁体28に用いられる絶縁物に比べて遥かに大きいことは、先に例示したとおりである。その結果、高周波電力の印加に伴う誘電体36の温度上昇による損傷を抑制して、コンデンサ30の耐熱性を向上させることができる。
更に、コンデンサ30は、第1接続部66側の金属パイプ26の一部分を当該コンデンサ30の第1の電極として兼用しているので、第1の電極を別個に設けなくて済み、従って構造の簡素化および部品点数の削減を実現することができる。
図7に示す実施形態のように、コンデンサ30を構成する誘電体36の内側面および外側面に金属膜70、72を相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁して形成しておいても良い。この場合、内側面の金属膜70は第1接続部66側の金属パイプ26に電気的に接続されており、外側面の金属膜72は第2の電極34に電気的に接続されている。
なお、図7、図9、図10では、絶縁パイプ22の図示を省略しているが、アンテナは先の実施形態の場合と同様に絶縁パイプ22を有している。
誘電体36への金属膜70、72の形成手段としては、例えば、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の公知の薄膜形成手段を用いれば良い。金属膜70、72の材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等であるが、これらに限られるものではない。
上記実施形態の場合、図7に示す例のように、誘電体36の外側面には、軸方向の先端部から所定の距離L2 を除いて金属膜72を形成し、内側面には軸方向の上記とは反対側の先端部から所定の距離L3 を除いて金属膜70を形成しておくのが好ましい。両距離L2 、L3 は例えばL2 ≒L3 にすれば良い。上記のようにすると、両金属膜70、72間および金属パイプ26と第2の電極34間の沿面距離が増大するので、これらの間の耐電圧を高めることができる。従って、両距離L2 、L3 の大きさは、必要な耐電圧に応じて決めれば良い。後述する誘電体シート36aに形成されている金属膜70、72についても同様である。
コンデンサ30部分が上記構造の場合、その静電容量形成領域CAは両金属膜70、72が相対向する領域になり、図6に示した実施形態の場合よりも静電容量形成領域CAを広くすることができるという利点もある。
コンデンサ30部分を上記構造にすることによって、誘電体36とその両面に形成されている金属膜70、72によってコンデンサ30の静電容量が確実に定まるので、コンデンサ30を構成する部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ30部分の製作が容易になる。
これを詳述すると、図6に示した構造の場合、仮に誘電体36とその内側の金属パイプ26との間や、外側の第2の電極34との間に隙間が存在すると、静電容量が設計どおりにならず、設計値から変化する可能性がある。上記隙間をなくするために、コンデンサ30を構成する部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工精度ならびにそれらの取り付け精度を高くするのも一つの方策ではあるけれども、図7に示す構造では、誘電体36とその両面に形成された金属膜70、72によって、上記部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工精度ならびにそれらの取り付け精度の影響を受けることなくコンデンサ30の静電容量が確実に定まるので、上記部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ30部分の製作が容易になる。
図7に示すコンデンサ30部分の変形例を説明すると、前記誘電体36を誘電体シート36aで構成し、その二つの主面に金属膜70、72を相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁して形成しておいても良い。この金属膜付きの誘電体シート36aの一例の平面図を図8に示す。
なお図8では、誘電体シート36aの裏面の金属膜70を分かりやすくするために、表面の金属膜72と少しずらして図示しているが、実際のコンデンサではこのようにずらす必要はない。また図8中のハッチングは、金属膜72の領域を分かりやすくするためのものであり、断面を表すものではない。
図8に示すように、誘電体シート36aの一方の主面(図の裏面側)に金属膜70が形成されており、他方の主面(図の表面側)に、金属膜70と対向するように金属膜72が形成されており、かつ両金属膜70、72は互いに電気的に絶縁されている。より具体的には、誘電体シート36aの一方の主面に形成される金属膜70の3辺に所定幅の金属膜非形成領域74〜76を設けている。同様に、誘電体シート36aの他方の主面に形成される金属膜72の3辺に所定幅の金属膜非形成領域77〜79を設けている。これらを設ける理由は後述する。
誘電体シート36aへの金属膜70、72の形成手段および金属膜70、72の材質の例は、前記と同様である。誘電体シート36aの材質の例は、前記誘電体36の材質の例と同じである。
図10は図9のD−D断面図であるが、第2の電極34の構成以外は図7の例と同じであるので、この図10も参照しながら図7に示すコンデンサ30部分の上記変形例を更に説明すると、金属膜付きの誘電体シート36aは、第1接続部66側の金属パイプ26の外周部から中空絶縁体28の外周部にかけての領域に、円周方向の端部を除いて一重で巻かれている。二重に巻くと表裏の金属膜70、72間がショートするので、それを避けるためである。円周方向の端部84、86の誘電体シート36aは互いに重ねられている。
第2の電極34は、この変形例では金属シートから成り、それを金属膜付きの誘電体シート36aの外周部から第2接続部68側の金属パイプ26の外周部にかけての領域に、当該誘電体シート36aを押さえるように巻いている。巻く回数は1回でも良いし、複数回でも良い。巻いた金属シートの終端部は、例えば熱収縮チューブ等の公知の手段を用いて固定しておけば良い。上記のように金属シートを巻くことによって、誘電体シート36aの一方の主面の金属膜70を金属パイプ26に電気的に接続すると共に、他方の主面の金属膜72を第2の電極34に電気的に接続している。
図8に示した金属膜非形成領域77、74は、それぞれ、図7に示す距離L2 、L3 に相当する部分であり、これらを設けることによって、コンデンサ30の軸方向(換言すればアンテナ20の軸方向)における沿面距離を大きくして耐電圧を高めることができる。また、上記金属膜非形成領域75、76、78、79を設けることによって、図10に示すように巻いた誘電体シート36aの円周方向において、金属膜70、72の形成されていない端部84、86を形成することができる。それによって、誘電体シート36aの円周方向における端部から金属膜70、72までの沿面距離を大きくして耐電圧を高めることができる。更に、端部84、86を互いに重ねることによって、以下に述べる効果を奏することができる。
コンデンサ30部分を上記構造にすることによって、誘電体シート36aとその両面に形成されている金属膜70、72によってコンデンサ30の静電容量が確実に定まるので、コンデンサ30を構成する部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ30部分の製作が容易になる。その詳細は、誘電体36の両面に金属膜70、72を形成している場合の前記説明と同様である。
また、図10を参照して説明したように、円周方向の端部84、86の誘電体シート36aを互いに重ねているので、金属パイプ26と第2の電極34との間の沿面距離がより大きくなり、金属パイプ26と第2の電極34との間の耐電圧をより高めることができる。
更に、第2の電極34を構成する金属シートは金属膜付きの誘電体シート36aを押さえるように巻かれているので、誘電体シート36aと金属パイプ26との間の熱抵抗を小さくして誘電体シート36aの冷却効果をより高めることができる。同時に、誘電体シート36aの両面の金属膜70および72と金属パイプ26および第2の電極34との間の電気的な接続を確保することができる。
コンデンサ30が上記のような金属膜70、72付きの誘電体シート36aを有している場合のアンテナの他の実施形態を図9、図10に示す。
コンデンサ30の部分について、図7を参照して説明した上記変形例との相違点を主に説明すると、この実施形態では、コンデンサ30の第2の電極34を上述した金属シートで構成する代わりに、次のような構成にしている。それ以外は、図7を参照して説明した上記変形例と同じであるので、ここでは重複説明を省略する。
即ちこの実施形態では、コンデンサ30の第2の電極34は一対の半円筒状電極80、82から成り、両半円筒状電極80、82で互いに反対側から金属膜付きの誘電体シート36aを押さえると共に両半円筒状電極80、82を第2接続部68側の金属パイプ26に固定手段(この例ではねじ88、90)で固定しており、それによって誘電体シート36aの一方の主面の金属膜70を第1接続部66側の金属パイプ26に電気的に接続すると共に、他方の主面の金属膜72を第2の電極34に電気的に接続している。但し固定手段は、ねじ88、90以外のものでも良い。
コンデンサ30部分を上記構造にすることによって、誘電体シート36aとその両面に形成されている金属膜70、72によってコンデンサ30の静電容量が確実に定まるので、コンデンサ30を構成する部分の金属パイプ26および第2の電極34の加工ならびに取り付けに関して高い精度が必要でなくなる。その結果、コンデンサ30部分の製作が容易になる。その詳細は、誘電体36の両面に金属膜70、72を形成している場合の前記説明と同様である。
また、図10を参照して先に説明したように、円周方向の端部84、86の誘電体シート36aを互いに重ねているので、金属パイプ26と第2の電極34との間の沿面距離がより大きくなり、金属パイプ26と第2の電極34との間の耐電圧をより高めることができる。
更に、第2の電極34を構成する一対の半円筒状電極80、82で金属膜付きの誘電体シート36aを押さえているので、誘電体シート36aと金属パイプ26との間の熱抵抗を小さくして誘電体シート36aの冷却効果をより高めることができる。同時に、誘電体シート36aの両面の金属膜70および72と金属パイプ26および第2の電極34との間の電気的な接続を確保することができる。
なお、上述したいずれの実施形態の場合も、アンテナ20は、上述した直線状のものに限定されるものではなく、曲がっていても良い。その場合でも前述した作用効果を奏することができる。例えば、アンテナ20は、基板10の平面形状に沿うように曲がっていても良い。また、アンテナ20は、中間部で折り返した形状(例えば細長いU字状)等でも良い。
図1に示すプラズマ処理装置は、上記アンテナ20を備えていて、それによって先に詳述したように均一性の良いプラズマ16を効率良く発生させることができるので、基板処理の均一性および効率を高めることができる。
図11は、直線状のアンテナ20を複数有しているプラズマ処理装置の一例を示す概略横断面図である。図1等に示した例との相違点を主に説明すると、この例のように、真空容器2内に、直線状の前述したアンテナ20を複数、基板10の表面に沿う方向に(例えば基板10の表面と実質的に平行に)並列に配置しても良い。そのようにすると、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。
上記複数のアンテナ20には、例えば、共通の高周波電源および整合回路を用いて高周波電流を供給しても良い。その場合、共通の整合回路と各アンテナ20との間に、可変インピーダンスをそれぞれ介在させて、複数のアンテナ20に流れる高周波電流のバランスを良くするようにしても良い。また、上記複数のアンテナ20には、個別の高周波電源および整合回路を用いて高周波電流を供給するようにしても良い。
図1中のコンデンサ64に相当するコンデンサを設ける場合は、当該コンデンサを、各アンテナ20の戻り導体(図1中の戻り導体62に相当)にそれぞれ直列接続すれば良い。
2 真空容器
8 ガス
10 基板
16 プラズマ
20 アンテナ
22 絶縁パイプ
23 空間
24 アンテナ本体
26 金属パイプ
28 中空絶縁体
30 コンデンサ
32 第1の電極
34 第2の電極
36 誘電体
36a 誘電体シート
44 冷却水
56 高周波電源
58 整合回路
66 第1接続部
68 第2接続部
70、72 金属膜
80、82 半円筒状電極

Claims (6)

  1. 真空容器内に配置され、かつ高周波電流が流されて、当該真空容器内に誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナであって、
    絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される中空のアンテナ本体とを備えており、
    前記アンテナ本体は、(a)複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしていて、各接続部は真空および前記冷却水に対するシール機能を有しており、(b)かつ前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有しており、
    前記中空絶縁体および前記コンデンサは前記真空容器内に配置されるものであり、
    前記中空絶縁体の一方端部と前記金属パイプとの接続部を第1接続部、他方端部と前記金属パイプとの接続部を第2接続部と呼ぶと、前記コンデンサは、(a)前記第1接続部側の前記金属パイプの一部分を当該コンデンサの第1の電極として兼用しており、かつ(b)前記第1接続部側の前記金属パイプの外周部から前記中空絶縁体の外周部にかけての領域に設けられた誘電体と、(c)前記誘電体の外周部から前記第2接続部側の前記金属パイプの外周部にかけての領域に設けられていて、当該第2接続部側の金属パイプに電気的に接続された電極であって、前記第1接続部側の前記金属パイプに前記誘電体を介在させて重なる領域を有している第2の電極とを備えている、ことを特徴とするアンテナ。
  2. 前記誘電体の内側面および外側面に金属膜が相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁されて形成されていて、当該内側面の金属膜は前記第1接続部側の前記金属パイプに電気的に接続されており、当該外側面の金属膜は前記第2の電極に電気的に接続されている請求項1記載のアンテナ。
  3. 前記誘電体は誘電体シートから成り、その二つの主面に金属膜が相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁されて形成されており、
    当該誘電体シートは前記第1接続部側の前記金属パイプの外周部から前記中空絶縁体の外周部にかけての領域に、円周方向の端部を除いて一重で巻かれており、円周方向の端部の誘電体シートは互いに重ねられており、
    前記第2の電極は金属シートから成り、前記誘電体シートの外周部から前記第2接続部側の前記金属パイプの外周部にかけての領域に、前記誘電体シートを押さえるように巻かれており、
    それによって前記誘電体シートの一方の主面の前記金属膜を前記第1接続部側の前記金属パイプに電気的に接続すると共に、他方の主面の前記金属膜を前記第2の電極に電気的に接続している請求項1記載のアンテナ。
  4. 前記誘電体は誘電体シートから成り、その二つの主面に金属膜が相対向するように、かつ互いに電気的に絶縁されて形成されており、
    当該誘電体シートは前記第1接続部側の前記金属パイプの外周部から前記中空絶縁体の外周部にかけての領域に、円周方向の端部を除いて一重で巻かれており、円周方向の端部の誘電体シートは互いに重ねられており、
    前記第2の電極は一対の半円筒状電極から成り、両半円筒状電極で互いに反対側から前記誘電体シートを押さえると共に両半円筒状電極を前記第2接続部側の前記金属パイプに固定手段で固定しており、
    それによって前記誘電体シートの一方の主面の前記金属膜を前記第1接続部側の前記金属パイプに電気的に接続すると共に、他方の主面の前記金属膜を前記第2の電極に電気的に接続している請求項1記載のアンテナ。
  5. 真空排気されかつガスが導入される真空容器と、
    前記真空容器内に配置された請求項1、2、3または4記載のアンテナと、
    前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備えていて、
    前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。
  6. 前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置している請求項5記載のプラズマ処理装置。
JP2015113934A 2014-10-01 2015-06-04 プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置 Pending JP2017004602A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015113934A JP2017004602A (ja) 2015-06-04 2015-06-04 プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置
CN201510627231.XA CN105491780B (zh) 2014-10-01 2015-09-28 等离子体产生用的天线及具备该天线的等离子体处理装置
US14/872,144 US9947511B2 (en) 2014-10-01 2015-10-01 Antenna for plasma generation and plasma processing device having the same
TW104132294A TWI580324B (zh) 2014-10-01 2015-10-01 電漿產生用的天線及具備該天線的電漿處理裝置
KR1020150138483A KR101763277B1 (ko) 2014-10-01 2015-10-01 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015113934A JP2017004602A (ja) 2015-06-04 2015-06-04 プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017004602A true JP2017004602A (ja) 2017-01-05

Family

ID=57752628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015113934A Pending JP2017004602A (ja) 2014-10-01 2015-06-04 プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017004602A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6310601B1 (ja) * 2017-06-07 2018-04-11 日新電機株式会社 スパッタリング装置
WO2018168942A1 (ja) * 2017-03-17 2018-09-20 日新電機株式会社 スパッタリング装置
WO2019107540A1 (ja) * 2017-12-01 2019-06-06 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
CN111183504A (zh) * 2017-10-02 2020-05-19 东京毅力科创株式会社 制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI738986B (zh) * 2017-03-17 2021-09-11 日商日新電機股份有限公司 濺鍍裝置
WO2018168942A1 (ja) * 2017-03-17 2018-09-20 日新電機株式会社 スパッタリング装置
JP2018154875A (ja) * 2017-03-17 2018-10-04 日新電機株式会社 スパッタリング装置
US11328913B2 (en) 2017-03-17 2022-05-10 Nissin Electric Co., Ltd. Sputtering device
JP7061257B2 (ja) 2017-03-17 2022-04-28 日新電機株式会社 スパッタリング装置
WO2018225324A1 (ja) * 2017-06-07 2018-12-13 日新電機株式会社 スパッタリング装置
JP2018204080A (ja) * 2017-06-07 2018-12-27 日新電機株式会社 スパッタリング装置
KR20190140059A (ko) * 2017-06-07 2019-12-18 닛신덴키 가부시키 가이샤 스퍼터링 장치
US11251020B2 (en) 2017-06-07 2022-02-15 Nissin Electric Co., Ltd. Sputtering apparatus
KR102325544B1 (ko) * 2017-06-07 2021-11-12 닛신덴키 가부시키 가이샤 스퍼터링 장치
JP6310601B1 (ja) * 2017-06-07 2018-04-11 日新電機株式会社 スパッタリング装置
JP2021503686A (ja) * 2017-10-02 2021-02-12 東京エレクトロン株式会社 製造プロセスにおける超局所化及びプラズマ均一性制御
CN111183504A (zh) * 2017-10-02 2020-05-19 东京毅力科创株式会社 制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制
US11551909B2 (en) 2017-10-02 2023-01-10 Tokyo Electron Limited Ultra-localized and plasma uniformity control in a plasma processing system
JP7264576B2 (ja) 2017-10-02 2023-04-25 東京エレクトロン株式会社 製造プロセスにおける超局所化及びプラズマ均一性制御
CN111183504B (zh) * 2017-10-02 2023-07-21 东京毅力科创株式会社 制造过程中的超局部和等离子体均匀性控制
US11217429B2 (en) 2017-12-01 2022-01-04 Nissin Electric Co., Ltd. Plasma processing device
TWI692994B (zh) * 2017-12-01 2020-05-01 日商日新電機股份有限公司 電漿處理裝置
JP2019102252A (ja) * 2017-12-01 2019-06-24 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
WO2019107540A1 (ja) * 2017-12-01 2019-06-06 日新電機株式会社 プラズマ処理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101763277B1 (ko) 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치
JP5733460B1 (ja) プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置
JP6341329B1 (ja) プラズマ発生用のアンテナ及びそれを備えるプラズマ処理装置
JP5874853B1 (ja) プラズマ処理装置
JP6471515B2 (ja) パイプ保持接続構造およびそれを備える高周波アンテナ装置
JP6310601B1 (ja) スパッタリング装置
JP2017004602A (ja) プラズマ発生用のアンテナおよびそれを備えるプラズマ処理装置
JP6931461B2 (ja) プラズマ発生用のアンテナ、それを備えるプラズマ処理装置及びアンテナ構造
JP2017033788A (ja) プラズマ処理装置
KR102235221B1 (ko) 플라즈마 발생용의 안테나, 그것을 구비하는 플라즈마 처리 장치 및 안테나 구조
US11217429B2 (en) Plasma processing device
JP2021088727A (ja) 成膜方法
JP6996096B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2012133899A (ja) プラズマ処理装置
WO2019177037A1 (ja) アンテナ及びプラズマ処理装置
JP2018156763A (ja) プラズマ発生用のアンテナ及びそれを備えるプラズマ処理装置
WO2018151114A1 (ja) プラズマ発生用のアンテナ、それを備えるプラズマ処理装置及びアンテナ構造
JP2017010820A (ja) プラズマ処理装置
JP7489603B2 (ja) アンテナ機構及びプラズマ処理装置
JP2020087891A (ja) アンテナ及び成膜装置
JP7028001B2 (ja) 成膜方法
JP2017228422A (ja) プラズマ生成装置
JP2021018923A (ja) プラズマ処理装置