JP5162269B2 - 真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は真空処理装置の技術分野にかかり、特に、真空処理装置内で形成されるプラズマのインピーダンスを測定できる真空処理装置に関する。

図３は従来技術の真空処理装置を示している。
この真空処理装置１０５では、真空槽１１１の内部に複数の石英ドーム１２１が突き出されており、各石英ドーム１２１内にはそれぞれアンテナ１２２が配置されている。

真空槽１１１には真空排気系１４５とガス導入系１４６とが接続されており、真空槽１１１の内部の基板ホルダ１１３上に基板１１７を配置し、真空排気系１４５によって真空槽１１１の内部を真空排気し、ガス導入系１４６から真空槽１１１の内部にエッチングガスを導入し、高周波電源１４１を起動して各アンテナ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の内部にマイクロ波が放射され、真空槽１１１の内部でエッチングガスのプラズマが形成される。基板１１７の表面は、エッチングガスプラズマによって生成されたラジカルによってエッチング処理がされる。

各アンテナ１２２と高周波電源１４１の間は、できるだけインピーダンスが一致し、各アンテナ１２２によって形成されるプラズマが均一になるようにされているが、高周波電源からアンテナまでを伝送路とし、プラズマを負荷とすると、伝送路と負荷との間のインピーダンスが不整合であると電力効率が悪く、真空処理を効率よく行なうことができない。

インピーダンスの測定技術は、例えば下記文献に記載されている。
特開昭６２−２４５３６号公報 特開２００４−１２８３８５号公報 特開２００５−５６７６８号公報

本発明の課題は、真空槽内に形成されるプラズマのインピーダンスを測定する技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空排気可能な真空槽と、前記真空槽内に導入されたガスをプラズマ化するプラズマ形成装置と、前記真空槽に接続された複数の測定室と、前記各測定室にそれぞれ配置され、先端が前記測定室内部に突き出され、前記測定室の外部に電気的に導出可能な、プラズマのインピーダンスを測定するための探針と、を有する真空処理装置である。
また、本発明は、前記プラズマ形成装置は、前記真空槽の内部に突出され、マイクロ波を放射可能な複数のアンテナを有する真空処理装置である。
また、本発明は、前記真空槽の内部と前記測定室の内部の間にはシャッタが設けられた真空処理装置である。
また、本発明は、前記アンテナはそれぞれ誘電体のアンテナ容器内に配置され、前記アンテナ容器と共に前記真空槽内に突き出され、前記アンテナ容器と前記真空槽との間は気密に構成され、前記アンテナは大気雰囲気に置かれた真空処理装置である。

プラズマ形成装置毎に一台ずつプラズマを形成してプラズマのインピーダンスを測定できるので、プラズマ形成装置毎にインピーダンス整合を行なうことができる。
真空処理を行なう際にはシャッタを閉じておくことができるので、エッチングガス等の処理ガスのプラズマによって探針が損傷を受けないで済む。

図１の符号５は、本発明の一例の真空処理装置を示している。
この真空処理装置５は、真空槽１１と、複数のプラズマ形成装置１６を有している。
各プラズマ形成装置１６は、石英ドームから成るアンテナ容器２１と、アンテナ容器２１内に納められたアンテナ２２とを有しており、真空槽１１の天井には複数のアンテナ孔１５が設けられ、アンテナ容器２１がそれぞれアンテナ孔１５内に挿通され、各アンテナ２２は、アンテナ容器２１内に配置された状態で真空槽１１の内部に突出されている。各アンテナ容器２１と真空槽１１の間は気密に構成されており、アンテナ容器２１の内部を大気雰囲気にし、アンテナ２２を大気雰囲気中に置きながら真空槽１１の内部を真空排気できるように構成されている。

この真空槽１１は、その側壁、天井、又は底壁に一乃至複数個の測定室１２が設けられている。各測定室１２と真空槽１１の間には開閉可能なシャッタ３５が設けられており、シャッタ３５を開けると真空槽１１の内部と測定室１２の内部が連通し、シャッタ３５を閉じると測定室１２の内部は真空槽１１の内部から分離されるようになっている。

測定室１２の内部には棒状の二本の探針３１，３２がそれぞれ配置されている。各探針３１，３２の根本部分は真空槽１１の外部に電気的に導出されている。
真空槽１１の底壁上には基板ホルダ１３が配置され、基板ホルダ１３上には処理対象物である基板１７が配置されている。

真空槽１１には真空排気系４５とガス導入系４６が接続されている。真空槽１１とプラズマ形成装置１６の間や、測定室１２が真空槽１１に取り付けられた部分は気密に構成されており、真空排気系４５を動作させ、真空槽１１内部を真空排気すると、真空槽１１の内部と測定室１２の内部が真空排気される。

ここでは、ガス導入系４６にはエッチングガスが蓄積されており、各測定室１２のシャッタ３５を閉じ、真空排気系４５によって真空槽１１の内部を真空排気した後、ガス導入系４６からエッチングガスを真空槽１１の内部に導入すると、真空槽１１の内部は大気圧よりも低圧のエッチングガス雰囲気になる。
真空槽１１の外部には、高周波電源４１と、高周波電源４１に接続されたマッチングボックス４２とが配置されており、各アンテナ２２はそれぞれマッチングボックス４２に接続され、マッチングボックス４２を介して高周波電源４１に接続されている。

高周波電源４１を起動して各アンテナ２２に高周波電圧を印加すると、各アンテナ２２から真空槽１１の内部にマイクロ波が放射される。真空槽１１の内部がエッチングガス雰囲気の状態では、エッチングガスはマイクロ波によって励起され、エッチングガスのプラズマが生成される。エッチングガスプラズマの内部ではエッチングガスのラジカルが生成され、基板１７表面がそのラジカルに接触すると基板１７表面がエッチングされる。

このように、複数のプラズマ形成装置１６の各アンテナ２２に、それぞれ高周波電圧を印加し、エッチングガスプラズマを発生させる場合には、真空槽１１内には、密度が均一なプラズマが形成されることが望ましい。
本発明では、エッチング等の真空処理を行なう前に、予め、形成されたプラズマのインピーダンスを測定している。

測定手順を説明すると、先ず、予め図２に示すように、真空槽１１の外部に測定装置５１(ここではネットワークアナライザ)と、測定装置５１に接続された中間回路５２(高調波周波数変換器)とを配置しておき、複数のプラズマ形成装置１６のうち、プラズマ形成装置１６を一台選択して高周波電源４１に接続し、そのプラズマ形成装置１６によって形成されるプラズマに近い位置の測定室１２内の探針３１，３２に、中間回路５２を接続する。この探針３１，３２は、中間回路５２を介して測定装置５１に接続される。

中間回路５２に接続された探針３１，３２が配置された測定室１２のシャッタ３５を開けた状態で真空槽１１の内部にエッチングガスや希ガス等のプラズマ形成用ガスを導入し、選択した一台のプラズマ形成装置１６に高周波電圧を印加し、そのプラズマ形成装置１６によって真空槽１１内にプラズマを形成する。

次いで、中間回路５２から探針３１，３２に対し、周波数を変えながら測定信号を出力し、形成されれたプラズマを測定対象物としてプラズマに測定信号を印加し、測定装置５１によって測定対象物の反射係数等のパラメータからプラズマの持つインピーダンスを求められる。
一台のプラズマ形成装置１６が形成するプラズマのインピーダンスの測定が終了した後、高周波電源４１からの高周波電圧の出力と探針３１，３２からの測定信号の出力を停止し、中間回路５２を探針３１，３２から取り外す。

次いで、未測定の別のプラズマ形成装置１６を選択し、そのプラズマ形成装置１６が形成するプラズマに近い測定室１２の探針３１，３２に中間回路５２を接続し、他の測定室１２のシャッタ３５は閉じた状態で、その測定室１２のシャッタ３５を開け、選択したプラズマ形成装置１６に高周波電圧を印加して真空槽１１内にプラズマを形成し、プラズマのインピーダンスを求める。

このように、高周波電圧を印加するプラズマ形成装置１６に応じて中間回路５２を接続する探針３１，３２とを変えながら、各プラズマ形成装置１６が形成するプラズマのインピーダンスを、プラズマ形成装置１６の一台毎に測定する。

測定装置５１には表示装置が接続されており、プラズマの特性(反射係数やインピーダンス等の値)の測定結果は、表示装置上でスミスチャート上のプロットとして表示できるように構成されており、高周波電源４１から測定に用いたアンテナ２２との間の伝送路のインピーダンスを別に求めておき、スミスチャート上に一緒に表示すると、その伝送路のインピーダンスをプラズマのインピーダンスに整合させるために必要なインピーダンスの値が簡単に分かるから、そのアンテナ２２のインピーダンス整合を行なうことができる。

また、全部のプラズマ形成装置１６が形成するプラズマのインピーダンスを求めると、各プラズマ形成装置１６が形成するプラズマのインピーダンスが同じ値になるように、各プラズマ形成装置１６とマッチングボックス４２の間のインピーダンスを調整し、真空槽１１内に均一なプラズマを形成することが可能となる。

なお、高周波電圧を印加しないプラズマ形成装置１６をマッチングボックス４２から切り離すことで、一台のプラズマ形成装置１６に高周波電圧を印加することができる。
上記アンテナ２２は石英ドームから成る容器内に配置したが、アンテナ２２を配置する容器は他の材料で構成することができる。

なお、本発明のプラズマ形成装置１６は、マイクロ波を放射してプラズマを形成する装置に限定されるものではなく、誘導性結合等を利用する装置等、プラズマを負荷として電力を供給する装置を広く含む。

本発明の一例の真空処理装置の使用方法を説明するための図 その真空処理装置内のプラズマのインピーダンスを測定する方法を説明するための図 従来技術の真空処理装置を説明するための図

符号の説明

５……真空処理装置
１１……真空槽
１２……測定室
１６……プラズマ形成装置
２１……アンテナ容器
２２……アンテナ
３１，３２……探針
３５……シャッタ

Claims (4)

1. 真空排気可能な真空槽と、
   前記真空槽内に導入されたガスをプラズマ化するプラズマ形成装置と、
   前記真空槽に接続された複数の測定室と、
   前記各測定室にそれぞれ配置され、先端が前記測定室内部に突き出され、前記測定室の外部に電気的に導出可能な、プラズマのインピーダンスを測定するための探針と、
   を有する真空処理装置。
2. 前記プラズマ形成装置は、前記真空槽の内部に突出され、マイクロ波を放射可能な複数のアンテナを有する請求項１記載の真空処理装置。
3. 前記真空槽の内部と前記測定室の内部の間にはシャッタが設けられた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の真空処理装置。
4. 前記アンテナはそれぞれ誘電体のアンテナ容器内に配置され、前記アンテナ容器と共に前記真空槽内に突き出され、前記アンテナ容器と前記真空槽との間は気密に構成され、前記アンテナは大気雰囲気に置かれた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の真空処理装置。

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