JP2019160718A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させる。【解決手段】基板Ｗを収容する真空容器２内にプラズマＰを発生させるためのアンテナ３と、アンテナ３に高周波電流ＩＲを供給する高周波電源４と、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流を検出する第１電流検出部Ｓ１と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる電流を検出する第２電流検出部Ｓ２と、アンテナ３の接地側端部３ｂに接続されたリアクタンスが可変な負荷と、第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値Ｉ１、及び、第２電流検出部Ｓ２により検出された第２電流値Ｉ２をパラメータとして、負荷のリアクタンスを制御する制御装置Ｘとを具備するようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、高周波電流が流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を備えたプラズマ処理装置、このプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラムに関するものである。
この種のプラズマ処理装置としては、特許文献１に示すように、複数本のアンテナを真空容器内の基板の四方に配置して、これらのアンテナに高周波電流を流すことで誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させて基板をプラズマ処理するように構成されたものがある。
より詳細に説明すると、このプラズマ処理装置は、複数のアンテナそれぞれに接続された可変インピーダンス素子と、複数のアンテナそれぞれの給電側に設けられたピックアップコイル又はキャパシタとをさらに備えている。そして、ピックアップコイル又はキャパシタからの出力値に基づいて可変インピーダンス素子のインピーダンス値をフィードバック制御することで、それぞれのアンテナの周囲に発生するプラズマの密度を所定範囲内に制御して、真空容器に発生させるプラズマ密度の空間的な均一化を図っている。
ところが、基板が大型なものになると、特許文献１のプラズマ処理装置に用いられているような比較的短尺なアンテナを基板の四方に配置したのでは対応することができず、この場合には特許文献２に示すような長尺状のアンテナが用いられる。
このような長尺状のアンテナを真空容器内に配置して誘導結合型プラズマを生成する場合、アンテナとプラズマとの間で生じる静電結合により、プラズマを介してアンテナと真空容器の壁との間で電流が流れたり、プラズマを介して互いに隣り合うアンテナ間で電流が流れたりする。
その結果、アンテナの長手方向に沿った電流量の分布が均一にならず、アンテナの長手方向に沿ったプラズマ密度が不均一になるという問題が生じる。
その結果、アンテナの長手方向に沿った電流量の分布が均一にならず、アンテナの長手方向に沿ったプラズマ密度が不均一になるという問題が生じる。
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係るプラズマ処理装置は、基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷と、前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを制御する制御装置とを具備することを特徴とするものである。なお、ここでいう負荷とは、高周波電源から供給される高周波電流を消費するもののことである。
このようなプラズマ処理装置であれば、アンテナの給電側端部に流れる第１電流値及びアンテナの接地側端部に流れる第２電流値をパラメータとして負荷のリアクタンスを制御するので、アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応できるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることが可能となる。
その結果、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応できるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることが可能となる。
リアクタンスが可変な負荷としては、例えば容量が異なる複数のコンデンサをアンテナに対して切り替え可能に並列接続した構成を挙げることができるが、かかる構成では複数のコンデンサが必要であり、装置が大掛かりなる等の問題が生じる。
そこで、装置を大掛かりにすることなく、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させるためには、前記負荷が可変コンデンサであり、前記制御装置が、前記第１電流値及び前記第２電流値をパラメータとして、前記可変コンデンサの容量を制御する構成が挙げられる。
そこで、装置を大掛かりにすることなく、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させるためには、前記負荷が可変コンデンサであり、前記制御装置が、前記第１電流値及び前記第２電流値をパラメータとして、前記可変コンデンサの容量を制御する構成が挙げられる。
アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にするための具体的な構成としては、前記制御装置が、前記第１電流値及び前記第２電流値が等しくなるように、前記負荷のリアクタンスをフィードバック制御する構成が挙げられる。
前記アンテナが少なくとも２つ直列接続されるとともに、前記第１電流検出部、前記第２電流検出部、及び前記負荷が、前記各アンテナに対して設けられており、前記２つのアンテナのうち前記高周波電源側のアンテナの接地側端部に流れる電流を検出する前記第２電流検出部が、他方のアンテナの給電側端部に流れる電流を検出する前記第１電流検出部として兼用されていることが好ましい。
このような構成であれば、各アンテナに対して第１電流検出部及び第２電流検出部をそれぞれ設ける構成に比べて電流検出部を１つ減らすことができる。これにより、設備コスト削減を図れるうえ、負荷を制御するためのパラメータを１つ減らすことができるので、制御が容易となり、電流のさらなる均一性を図れる。
このような構成であれば、各アンテナに対して第１電流検出部及び第２電流検出部をそれぞれ設ける構成に比べて電流検出部を１つ減らすことができる。これにより、設備コスト削減を図れるうえ、負荷を制御するためのパラメータを１つ減らすことができるので、制御が容易となり、電流のさらなる均一性を図れる。
ところで、上述したようにアンテナを直列接続してアンテナの長さを長くすると、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問題がある。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問題もある。
そこで、少なくとも２つの前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記各アンテナの同じ側の端部の間に介在する接続導体によって互いに直列接続されており、前記接続導体が、前記一対のアンテナに電気的に接続される可変コンデンサを有していることが好ましい。
このような構成であれば、高周波電流に対するリアクタンスは、簡単に言えば、アンテナの誘導性リアクタンスから可変コンデンサの容量性リアクタンスを差し引いたものとなるので、一対のアンテナを直列接続しつつも、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、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、プラズマを効率良く発生させることができる。
このような構成であれば、高周波電流に対するリアクタンスは、簡単に言えば、アンテナの誘導性リアクタンスから可変コンデンサの容量性リアクタンスを差し引いたものとなるので、一対のアンテナを直列接続しつつも、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、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、プラズマを効率良く発生させることができる。
前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、前記接続導体が、前記可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記可変コンデンサに導く第１の接続部と、前記可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、前記冷却液が前記可変コンデンサの誘電体であることが好ましい。
このような構成であれば、可変コンデンサを冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
このような構成であれば、可変コンデンサを冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷とを具備するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを変更することを特徴とする方法である。
さらに、本発明に係るプラズマ処理装置用プログラムは、基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷とを具備するプラズマ処理装置に用いられるプログラムであって、前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを制御する機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするプログラムである。
このようなプラズマ処理方法やプラズマ処理装置用プログラムによれば、上述したプラズマ処理装置による作用効果を奏し得る。
このように構成した本発明によれば、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることができる。
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜装置構成＞
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗ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。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗ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。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
なお、このプラズマ処理装置１００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。
具体的にプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、真空排気され且つガスＧが導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された長尺状のアンテナ３と、真空容器２内に誘導結合型のプラズマＰを生成するための高周波をアンテナ３に印加する高周波電源４とを備えている。なお、アンテナ３に高周波電源４から高周波を印加することによりアンテナ３には高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。
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５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、例えば流量調整器（図示省略）及び真空容器２の側壁に形成されたガス導入口２１を経由して、ガスＧが導入される。ガスＧは、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。
また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ６が設けられている。この例のように、基板ホルダ６にバイアス電源７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Ｐ中の正イオンが基板Ｗに入射する時のエネルギーを制御して、基板Ｗの表面に形成される膜の結晶化度の制御等を行うことができる。基板ホルダ６内に、基板Ｗを加熱するヒータ６１を設けておいても良い。
アンテナ３は、ここでは直線状のものであり、真空容器２内における基板Ｗの上方に、基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）、ここでは１本配置されている。
アンテナ３の両端部付近は、真空容器２の相対向する側壁をそれぞれ貫通している。アンテナ３の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部材８がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材８を、アンテナ３の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン９１によって真空シールされている。各絶縁部材８と真空容器２との間も、例えばパッキン９２によって真空シールされている。なお、絶縁部材８の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等である。
真空容器２の外部に位置するアンテナ３の両端部のうち、一方の端部は、高周波電源４に接続される給電側端部３ａであり、他方の端部は、接地される接地側端部３ｂである。具体的に、給電側端部３ａは、整合回路４１を介して高周波電源４に接続されており、接地側端部３ｂは、可変コンデンサＶＣを介して接地されている。なお、この可変コンデンサＶＣは、高周波電源４から供給される高周波電流を消費するものであり、リアクタンスが可変なリアクタンス素子の一例である。
上記構成によって、高周波電源４から、整合回路４１を介して、アンテナ３に高周波電流ＩＲを流すことができ、可変コンデンサＶＣの容量を変更することで、高周波電流ＩＲに対するリアクタンスを変更することができる。なお、高周波の周波数は、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。
さらに、アンテナ３において、真空容器２内に位置する部分は、直管状の絶縁カバー１０により覆われている。この絶縁カバー１０の両端部は絶縁部材８によって支持されている。なお、絶縁カバー１０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。
本実施形態のアンテナ３は、内部に冷却液ＣＬが流通する流路３Ｓを有する中空構造のものである。本実施形態では、直管状をなす金属パイプ３１である。金属パイプ３１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。
なお、冷却液ＣＬは、真空容器２の外部に設けられた循環流路１１によりアンテナ３を流通するものであり、前記循環流路１１には、冷却液ＣＬを一定温度に調整するための熱交換器などの温調機構１１１と、循環流路１１において冷却液ＣＬを循環させるためのポンプなどの循環機構１１２とが設けられている。冷却液ＣＬとしては、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましく、例えば純水またはそれに近い水が好ましい。その他、例えばフッ素系不活性液体などの水以外の液冷媒を用いても良い。
然して、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流を検出する第１電流検出部Ｓ１と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる電流を検出する第２電流検出部Ｓ２と、第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値及び第２電流検出部Ｓ２により検出された第２電流値をパラメータとして可変コンデンサＶＣの容量を制御する制御装置Ｘとをさらに具備してなる。
第１電流検出部Ｓ１は、給電側端部３ａ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、給電側端部３ａに流れる電流の大きさである第１電流値Ｉ１を検出し、この第１電流値Ｉ１を示す信号を制御装置Ｘに出力するものである。
第２電流検出部Ｓ２は、接地側端部３ｂ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、接地側端部３ｂに流れる電流の大きさである第２電流値Ｉ２を検出し、この第２電流値Ｉ２を示す信号を制御装置Ｘに出力するものである。
制御装置Ｘは、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、入出力インターフェース等を備えたコンピュータであり、前記メモリに記憶されたプログラムが実行され、各機器が協業することで、図２に示すように、第１電流値取得部Ｘ１、第２電流値取得部Ｘ２、及びリアクタンス制御部Ｘ３としての機能を発揮するように構成されている。
以下、各部について説明する。
以下、各部について説明する。
第１電流値取得部Ｘ１は、第１電流検出部Ｓ１から第１電流値Ｉ１を示す信号を有線又は無線により取得するとともに、その第１電流値Ｉ１をリアクタンス制御部Ｘ３に送信するものである。
第２電流値取得部Ｘ２は、第２電流検出部Ｓ２から第２電流値Ｉ２を示す信号を有線又は無線により取得するとともに、その第２電流値Ｉ２をリアクタンス制御部Ｘ３に送信するものである。
リアクタンス制御部Ｘ３は、第１電流値取得部Ｘ１が取得した第１電流値Ｉ１及び第２電流値取得部Ｘ２が取得した第２電流値Ｉ２をパラメータとして可変コンデンサＶＣの容量を制御するものである。
ここで、リアクタンス制御部Ｘ３の詳細な制御内容について説明する前に、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２と、可変コンデンサＶＣの容量との関係について説明する。
例えば、ネットワークアナライザ等によりリアクタンスを測定したリアクタンス素子たる負荷を複数準備し、図３に示すように、アンテナ３の接地側にリアクタンスの異なる負荷を順次接続する。そして、第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値Ｉ１から、第２電流検出部Ｓ２により検出された第２電流値Ｉ２を差し引いた電流差をこれらの電流値Ｉ１、Ｉ２の平均値で割った値と、そのときにアンテナ３の接地側に接続されている負荷のリアクタンスとをプロットしたものが図４に示す測定データである。
この測定データから分かるように、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の差分と、負荷のリアクタンスとの間には相関があり、リアクタンスが大きくなる程、第１電流値Ｉ１から第２電流値Ｉ２を差し引いた差分が小さくなり、リアクタンスが小さくなる程、第１電流値Ｉ１から第２電流値Ｉ２を差し引いた差分が大きくなることが分かる。
このことから、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＜０の場合、負荷のリアクタンスを小さくすることで、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように制御される。
一方、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＞０の場合は、負荷のリアクタンスを大きくすることで、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように制御される。
このことから、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＜０の場合、負荷のリアクタンスを小さくすることで、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように制御される。
一方、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＞０の場合は、負荷のリアクタンスを大きくすることで、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように制御される。
そこで、リアクタンス制御部Ｘ３は、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されており、具体的には、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＜０の場合、可変コンデンサＶＣの容量を小さくしてリアクタンスを小さくし、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＞０の場合、可変コンデンサＶＣの容量を大きくしてリアクタンスを大きくする。
＜本実施形態の効果＞
ここで、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いて第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように可変コンデンサＶＣを制御した場合と、本実施形態の可変コンデンサＶＣに相当する構成を備えておらず、上述した制御をしていない場合（比較例）とで、アンテナの長手方向に沿った成膜速度のばらつきを比較した結果を図５に示す。なお、ここでの「ばらつき」は、下記の式で求めた値である。
（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００
この比較結果から、本実施形態の制御をしていない場合（比較例）では、アンテナ３の長さ方向に沿った成膜速度のばらつきが±１２．７％であるのに対して、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いた場合には、アンテナ３の長さ方向に沿った成膜速度のばらつきが±４．６％であり、長手方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないことが分かる。
ここで、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いて第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように可変コンデンサＶＣを制御した場合と、本実施形態の可変コンデンサＶＣに相当する構成を備えておらず、上述した制御をしていない場合（比較例）とで、アンテナの長手方向に沿った成膜速度のばらつきを比較した結果を図５に示す。なお、ここでの「ばらつき」は、下記の式で求めた値である。
（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００
この比較結果から、本実施形態の制御をしていない場合（比較例）では、アンテナ３の長さ方向に沿った成膜速度のばらつきが±１２．７％であるのに対して、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いた場合には、アンテナ３の長さ方向に沿った成膜速度のばらつきが±４．６％であり、長手方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないことが分かる。
ところで、図６に示すように、アンテナ３に流れる電流と成膜速度とには相関があり、アンテナ３に流れる電流が大きい程、成膜速度が速くなり、アンテナ３に流れる電流が小さい程、成膜速度が遅くなる傾向にある。なお、この相関は、例えば６本のアンテナから検出された電流値をこれらの平均値で規格化した値を横軸にとり、各アンテナによる成膜速度をこれらの平均値で規格化した値を縦軸にとり、それらの６点をプロットした一例である。
この相関に鑑みれば、図５に示した結果、すなわち本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いた場合に長手方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないという結果は、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いることでアンテナ３に流れる電流が長手方向に沿って均一である証左である。
この相関に鑑みれば、図５に示した結果、すなわち本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いた場合に長手方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないという結果は、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いることでアンテナ３に流れる電流が長手方向に沿って均一である証左である。
このように、本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる第１電流値と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる第２電流値とが等しくなるように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御しているので、アンテナ３に流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナ３を用いて基板Ｗの大型化に対応できるようにしつつ、アンテナ３の長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
その結果、長尺状のアンテナ３を用いて基板Ｗの大型化に対応できるようにしつつ、アンテナ３の長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
また、リアクタンスが可変な負荷として可変コンデンサＶＣを用いているので、例えばアンテナに容量が異なる複数の固定コンデンサを切り替え可能に並列接続する構成に比べて、装置全体の構成を簡素化することができる。
さらに、第１電流検出部Ｓ１を真空容器２の外部に位置する給電側端部３ａに設け、第２電流検出部Ｓ２を真空容器２の外部に位置する接地側端部３ｂに設けているので、第１電流検出部Ｓ１や第２電流検出部Ｓ２のメンテナンスや校正を簡単に行うことができる。
加えて、アンテナ３を冷却液ＣＬにより冷却することができるので、プラズマＰを安定して発生させることができる。
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態ではプラズマ処理装置１００が、アンテナ３を１本備えたものであったが、直列又は並列に接続した複数のアンテナ３を備えていても良い。
具体的には、図７に示すように、例えば２本のアンテナ３が直列接続されており、この直列接続された２本のアンテナ３が複数組並列に設けられている構成が挙げられる。なお、直列接続されるアンテナ３は３本以上であっても構わない。
２本のアンテナ３のうち、高周波電源側のアンテナ３（以下、第１のアンテナ３Ａという）は、その給電側端部３ａが整合回路４１を介して高周波電源４に接続されており、他方のアンテナ３（以下、第２のアンテナ３Ｂという）は、その接地側端部３ｂが接地されている。
各第１のアンテナ３Ａと整合回路４１との間それぞれには、第１の可変コンデンサＶＣ１が設けられており、各第１のアンテナ３Ａは、共通の高周波電源４や整合回路４１に接続されている。一方、各第２のアンテナ３Ｂはそれぞれ、第２の可変コンデンサＶＣ２を介して接地されている。
上述した構成において、第１のアンテナ３Ａ及び第２のアンテナ３Ｂは、図８に示すように、各アンテナ３Ａ、３Ｂの同じ側の端部の間に介在する接続導体１２によって互いに電気的に接続されて１本のアンテナ構造をなす。なお、図７においては、説明の便宜上、接続導体１２を省略している。
この接続導体１２は、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａを接続するものであり、内部に流路を有し、その流路に各アンテナ３Ａ、３Ｂを冷却する冷却液ＣＬが流れように構成されている。これにより、第１のアンテナ３Ａを流れた冷却液ＣＬは、接続導体１２の流路を介して第２のアンテナ３Ｂに流れ込む。
具体的に接続導体１２は、アンテナ３に電気的に接続される第３の可変コンデンサＶＣ３と、当該第３の可変コンデンサＶＣ３と第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂとを接続する第１の接続部１４と、第３の可変コンデンサＶＣ３と第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとを接続する第２の接続部１５とを有している。
第１の接続部１４は、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂを取り囲むことによって、該アンテナ３Ａに電気的に接触するとともに、該アンテナ３Ａの端部に形成された開口部３Ｈから冷却液ＣＬを第３の可変コンデンサＶＣ３に導くものである。
第２の接続部１５は、第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａを取り囲むことによって、該アンテナ３Ｂに電気的に接触するとともに、第３の可変コンデンサＶＣ３を通過した冷却液ＣＬを該アンテナ３Ｂの端部に形成された開口部３Ｈに導くものである。
これらの接続部１４、１５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。
第３の可変コンデンサＶＣ３は、第１のアンテナ３Ａに電気的に接続される第１の固定電極１６と、第２のアンテナ３Ｂに電気的に接続される第２の固定電極１７と、第１の固定電極１６との間で第１のコンデンサを形成するとともに、第２の固定電極１７との間で第２のコンデンサを形成する可動電極１８とを有し、可動電極１８が所定の回転軸Ｃ周りに回転することによって、その静電容量を変更できるように構成されている。
この可変コンデンサ１３は、第１の固定電極１６、第２の固定電極１７及び可動電極１８を収容する絶縁性を有する収容容器１９を備えており、収容容器１９の内部を満たす冷却液ＣＬが、可変コンデンサ１３の誘電体となる。
そして、図７に示すように、第１のアンテナ３Ａ及び第２のアンテナ３Ｂそれぞれに対して、第１電流検出部Ｓ１及び第２電流検出部Ｓ２が設けられている。
より具体的に説明すると、第１のアンテナ３Ａに対する第１電流検出部Ｓ１は、第１のアンテナ３Ａの給電側端部３ａと第１の可変コンデンサＶＣ１との間に設けられており、第１のアンテナ３Ａに対する第２電流検出部Ｓ２は、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間に設けられている。
一方、第２のアンテナ３Ｂに対する第１電流検出部Ｓ１は、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間に設けられており、第２のアンテナ３Ｂに対する第２電流検出部Ｓ２は、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂと第２の可変コンデンサＶＣ２との間に設けられている。
一方、第２のアンテナ３Ｂに対する第１電流検出部Ｓ１は、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間に設けられており、第２のアンテナ３Ｂに対する第２電流検出部Ｓ２は、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂと第２の可変コンデンサＶＣ２との間に設けられている。
ここでは、第１のアンテナ３Ａに対して設けられた第２電流検出部Ｓ２が、第２のアンテナ３Ｂに対する第１電流検出部Ｓ１として兼用されており、第３の可変コンデンサＶＣ３と第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間に配置されている。以下、この電流検出部を兼用電流検出部Ｓ１（Ｓ２）ともいう。なお、兼用電流検出部Ｓ１（Ｓ２）は、第３の可変コンデンサＶＣ３と第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂとの間に配置されていても良い。
上述した構成により、第１のアンテナ３Ａに対して設けられた第１電流検出部Ｓ１により、第１のアンテナ３Ａの給電側端部３ａを流れる第１電流値Ｉ１が検出される。また、兼用電流検出部Ｓ１（Ｓ２）により、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂを流れるとともに第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａを流れる第２電流値Ｉ２が検出される。また、第２のアンテナ３Ｂに対して設けられた第２電流検出部Ｓ２により、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂを流れる第３電流値Ｉ３が検出される。
そして、前記実施形態と同様に、図示しない制御装置が、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３をパラメータとして、第２の可変コンデンサＶＣ２及び第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を制御する。
ここで、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３と、第２の可変コンデンサＶＣ２及び第３の可変コンデンサＶＣ３のリアクタンスとの関係について、図９に示す測定データを参照しながら説明する。
この測定データは、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間のリアクタンスＸ２０を横軸にとり、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂのリアクタンスＸ３０を縦軸にとり、プロットされた円の大きさによって、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３の標準偏差σをこれらの電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の平均値で割った値を示したものである。
この測定データは、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａとの間のリアクタンスＸ２０を横軸にとり、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂのリアクタンスＸ３０を縦軸にとり、プロットされた円の大きさによって、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３の標準偏差σをこれらの電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の平均値で割った値を示したものである。
プロットされた円の大きさが小さい程、各電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のばらつきが小さいことを示しており、例えばリアクタンスＸ２０が約２３［Ω］であり、リアクタンスＸ３０が約４．５［Ω］である場合に、各電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のばらつきが殆どなく、各電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３がほぼ等しくなることが分かる。なお、ここでの「ばらつき」は、下記の式で求めた値である。
（Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３の標準偏差σ）／（Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３の平均値）
（Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３の標準偏差σ）／（Ｉ１、Ｉ２、及びＩ３の平均値）
そこで、図示しない制御装置は、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３が等しくなるように、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量及び第３の可変コンデンサＶＣ３の容量をフィードバック制御するように構成されている。
より具体的には、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＜０の場合、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を小さくしてリアクタンスを小さくし、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＞０の場合、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を大きくしてリアクタンスを大きくする。
一方、第２電流値Ｉ２−第３電流値Ｉ３＜０の場合、第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を小さくしてリアクタンスを小さくし、第２電流値Ｉ２−第３電流値Ｉ３＞０の場合、第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を大きくしてリアクタンスを大きくする。
より具体的には、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＜０の場合、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を小さくしてリアクタンスを小さくし、第１電流値Ｉ１−第２電流値Ｉ２＞０の場合、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を大きくしてリアクタンスを大きくする。
一方、第２電流値Ｉ２−第３電流値Ｉ３＜０の場合、第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を小さくしてリアクタンスを小さくし、第２電流値Ｉ２−第３電流値Ｉ３＞０の場合、第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を大きくしてリアクタンスを大きくする。
このような構成であれば、第１電流値Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３が等しくなるように、第２の可変コンデンサＶＣ２の容量及び第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を制御しているので、第１のアンテナ３Ａから第２のアンテナ３Ｂに亘って、長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることができる。
さらに、第１のアンテナ３Ａの給電側端部３ａそれぞれ対して設けられた第１電流検出部Ｓ１の第１電流値Ｉ１に基づいて、各第１のアンテナ３Ａに対する高周波電流ＩＲの分配比を把握することができる。従って、各第１電流値Ｉ１に基づき各第１の可変コンデンサＶＣ１の容量を変更することで、各第１のアンテナ３Ａに対して供給される高周波電流ＩＲの分配比を調整することができる。
従って、第１のアンテナ３Ａ及び第２のアンテナ３Ｂに流れる高周波電流ＩＲを長手方向に沿って均一化しつつ、並列に設けられた各第１のアンテナ３Ａに高周波電源４からの高周波電流ＩＲを均等に分配することができ、空間的に均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
ここで、各可変コンデンサＶＣ１〜ＶＣ３を上述したように制御した場合と、上述した制御をしていない場合（比較例）とで、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきを比較した結果を図１０に示す。なお、ここでの「ばらつき」は、下記の式で求めた値である。
（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００
この比較結果から、上述した制御をしていない場合（比較例）では、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが±１４．１％であるのに対して、各可変コンデンサＶＣ１〜ＶＣ３を上述したように制御した場合には、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが±３．４％であり、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないことが分かる。
（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００
この比較結果から、上述した制御をしていない場合（比較例）では、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが±１４．１％であるのに対して、各可変コンデンサＶＣ１〜ＶＣ３を上述したように制御した場合には、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが±３．４％であり、アンテナ３の配列方向に沿った成膜速度のばらつきが少ないことが分かる。
別の装置構成としては、図１１に示すように、複数本のアンテナ３が整合回路４１を介して共通の高周波電源４に並列接続されていても良い。ここでは、例えば３本のアンテナ３が、第１の可変コンデンサＶＣ１を介して高周波電源４に接続されるとともに、第２の可変コンデンサＶＣ２を介して接地されている。なお、アンテナ３の本数は適宜変更して構わない。
そして、各アンテナ３の給電側端部３ａそれぞれに第１電流検出部Ｓ１が設けられており、各アンテナ３の接地側端部３ｂそれぞれに第２電流検出部Ｓ２が設けられている。
このような構成であれば、前記実施形態と同様に、第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値及び第２電流検出部Ｓ２により検出された第２電流値が等しくなるように各第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を制御することで、各アンテナ３の長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることができる。
さらに、図７の構成と同様に、それぞれの給電側端部３ａに設けられた第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値に基づいて、各アンテナ３に対する高周波電流ＩＲの分配比を把握することができる。従って、第１電流値に基づき第１の可変コンデンサＶＣ１の容量を変更することで、各アンテナ３に対して供給される高周波電流ＩＲの分配比を調整することができる。
これにより、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲを長手方向に沿って均一化しつつ、各アンテナ３に高周波電流ＩＲを均等に分配することができ、空間的に均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
さらに、図７の構成と同様に、それぞれの給電側端部３ａに設けられた第１電流検出部Ｓ１により検出された第１電流値に基づいて、各アンテナ３に対する高周波電流ＩＲの分配比を把握することができる。従って、第１電流値に基づき第１の可変コンデンサＶＣ１の容量を変更することで、各アンテナ３に対して供給される高周波電流ＩＲの分配比を調整することができる。
これにより、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲを長手方向に沿って均一化しつつ、各アンテナ３に高周波電流ＩＲを均等に分配することができ、空間的に均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
前記実施形態のリアクタンス制御部Ｘ３は、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２とが等しくなるように可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されていたが、第１電流値Ｉ１と第２電流値Ｉ２との差分が所定値（ゼロより大きい値）となるように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されていても良い。
また、例えば図４や図９などに示した相関データから各電流値が等しくなるリアクタンスを予め求めておけば、そのリアクタンスに基づいてリアクタンス制御部Ｘ３が可変コンデンサＶＣの容量の初期値を設定するように構成されていても良い。
第１電流検出部Ｓ１や第２電流検出部Ｓ２の配置としては、前記実施形態ではアンテナ３の給電側端部３ａや接地側端部３ｂに設けられていたが、例えばアンテナ３の給電側端部３ａに接続された導線や、接地側端部３ｂに接続された導線に設けられていても良い。
前記実施形態では、制御装置が、第１電流値及び第２電流値に基づいて可変コンデンサの容量を変更していたが、オペレータが、第１電流値及び第２電流値に基づいて、手動で可変コンデンサの容量をリアクタンス素子のリアクタンスとして変更しても良い。
前記実施形態では、リアクタンスが可変な負荷として可変コンデンサを用いていたが、例えば容量やリアクタンスが異なる複数のリアクタンス素子をアンテナに対して切り替え可能に並列接続したものを負荷として用いても良い。
前記実施形態では、アンテナは直線状をなすものであったが、湾曲又は屈曲した形状であっても良い。この場合、金属パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良いし、絶縁パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・プラズマ処理装置
Ｗ ・・・基板
Ｐ ・・・誘導結合型プラズマ
ＩＲ ・・・高周波電流
２ ・・・真空容器
３ ・・・アンテナ
３ａ ・・・給電側端部
３ｂ ・・・接地側端部
ＶＣ ・・・可変コンデンサ
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
Ｓ１ ・・・第１検出部
Ｓ２ ・・・第２検出部
Ｘ ・・・制御装置
Ｘ１ ・・・第１取得部
Ｘ２ ・・・第２取得部
Ｘ３ ・・・制御用データ格納部
Ｘ４ ・・・コンデンサ制御部
Ｗ ・・・基板
Ｐ ・・・誘導結合型プラズマ
ＩＲ ・・・高周波電流
２ ・・・真空容器
３ ・・・アンテナ
３ａ ・・・給電側端部
３ｂ ・・・接地側端部
ＶＣ ・・・可変コンデンサ
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
Ｓ１ ・・・第１検出部
Ｓ２ ・・・第２検出部
Ｘ ・・・制御装置
Ｘ１ ・・・第１取得部
Ｘ２ ・・・第２取得部
Ｘ３ ・・・制御用データ格納部
Ｘ４ ・・・コンデンサ制御部
Claims (8)
- 基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、
前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、
前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、
前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、
前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷と、
前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを制御する制御装置とを具備する、プラズマ処理装置。 - 前記負荷が可変コンデンサであり、
前記制御装置が、前記第１電流値及び前記第２電流値をパラメータとして、前記可変コンデンサの容量を制御する、請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 前記制御装置が、前記第１電流値及び前記第２電流値が等しくなるように、前記負荷のリアクタンスをフィードバック制御する、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
- 前記アンテナが２つ直列接続されるとともに、前記第１電流検出部、前記第２電流検出部、及び前記負荷が、前記各アンテナに対して設けられており、
前記２つのアンテナのうち前記高周波電源側のアンテナの接地側端部に流れる電流を検出する前記第２電流検出部が、他方のアンテナの給電側端部に流れる電流を検出する前記第１電流検出部として兼用されている、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 少なくとも２つの前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記各アンテナの同じ側の端部の間に介在する接続導体によって互いに直列接続されており、
前記接続導体が、前記一対のアンテナに電気的に接続される可変コンデンサを有している、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、
前記接続導体が、
前記可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記可変コンデンサに導く第１の接続部と、
前記可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、
前記冷却液が前記可変コンデンサの誘電体である、請求項５記載のプラズマ処理装置。 - 基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷とを具備するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを変更する、プラズマ処理方法。 - 基板を収容する真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源と、前記アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部と、前記アンテナの接地側端部に接続されたリアクタンスが可変な負荷とを具備するプラズマ処理装置に用いられるプログラムであって、
前記第１電流検出部により検出された第１電流値、及び、前記第２電流検出部により検出された第２電流値をパラメータとして、前記負荷のリアクタンスを制御する機能をコンピュータに発揮させる、プラズマ処理装置用プログラム。
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| PCT/JP2019/010315 WO2019177038A1 (ja) | 2018-03-16 | 2019-03-13 | プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラム |
| TW108108753A TWI700390B (zh) | 2018-03-16 | 2019-03-15 | 電漿處理裝置、電漿處理方法以及電漿處理裝置用程式 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2018049075A JP7001959B2 (ja) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラム |
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| JP2005149887A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-09 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | プラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置 |
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| CN105491780B (zh) * | 2014-10-01 | 2018-03-30 | 日新电机株式会社 | 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 |
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Patent Citations (3)
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| JP2021070834A (ja) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | 日新電機株式会社 | スパッタリング装置、スパッタリング方法、及びスパッタリング装置用プログラム |
| JP7306221B2 (ja) | 2019-10-29 | 2023-07-11 | 日新電機株式会社 | スパッタリング装置、スパッタリング方法、及びスパッタリング装置用プログラム |
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