JP5822658B2 - 真空処理装置 - Google Patents
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Description
上述した従来のリッジ導波管を利用したプラズマ生成装置では、リッジ導波管に対して、横方向からマイクロ波電力を供給する構造になっている。高周波電源からリッジ電極へ電力を供給する際に、高い高周波電力を用いるとことで基板表面に形成される膜の膜質を向上できるとともに、製膜速度を向上させることができる。
放電室のリッジ電極間のみで強い電界のもとプラズマを生成させることが好ましく、かつ非リッジ部や変換器内の空間では強い電界が発生しないことが求められる。
本願発明者らは、鋭意研究の結果、プラズマ生成のための高周波の周波数に対してリッジ電極間隔d1のサイズを、高周波の真空中波長:λの関数として規定することが有効であることを見出し、このλの関数で選定することにより、リッジ電極のプラズマ生成領域でプラズマを生成可能な強度の電界が得られる基本的な寸法を算出することが容易になることを見出した。上記発明によれば、リッジ電極間隔d1を簡易に設定することができる。これにより、リッジ型電極のプラズマ生成領域でプラズマを生成可能な強度の電界が得られるような電極寸法(リッジ導波管の横幅a0、及びリッジ導波管の長さをl1)の算出が容易になる。このように設計されたリッジ電極を備えることで、1m2以上、更には2m2以上の大面積基板であっても均質性の高い膜を製膜することが可能な真空処理装置となる。
d1=xλ
を満たし、前記xが0.003以上0.01以下の数値であることが好ましく、0.004であることが更に好ましい。
d1=0.004λ・・・(1)
a0=0.72λ・・・・(2)
l1=0.52λ・・・・(3)
を満たすことが好ましい。
l2=0.36λ
を満たし、前記放電室の非リッジ部及び前記変換器の非リッジ部の高さb0が0.13λ以上λ/6以下とされることが好ましい。
l2=0.36λ
を満たし、前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の高さb0が0.13λ以上λ/3以下とされ、且つ、前記放電室及び変換器のリッジ部の横幅r0と、前記放電室及び変換器の前記非リッジ部の横幅n0との比r0/n0が3.4以上8.8以下であっても良い。
d 1 =0.004λ・・・(1)
a 0 =0.72λ・・・・(2)
l 1 =0.52λ・・・・(3)
を満たすよう設定する真空処理装置の設計方法を提供する。
図1は、本発明の第1実施形態における製膜装置1の概略構成を説明する模式的な斜視図である。図2は、特に製膜装置1の放電室付近における、より詳細かつ模式的な分解斜視図である。図3は、図2のIII-III矢視断面により、本発明の第1実施形態に係る製膜装置を示す縦断面図である。
本実施形態ではこのリッジ電極間隔d1は、式d1=0.004λを満たす値に設定され、±2%の変動を許容する。λは、高周波電源5A,5Bから変換器3A,3Bへと供給される高周波電力の真空中の波長である。
ダブルリッジ導波管において、図1のH方向を向く、一方の非リッジ部22aの端から他方の非リッジ部22bまでの距離が、ダブルリッジ導波管の横幅a0と定められる。また、ダブルリッジ導波管において、導波管の軸方向(図1のL方向)に沿った長さを、ダブルリッジ導波管の長さl1と定められる。ダブルリッジ導波管の横幅a0は、a0=0.72λを満たすよう設定される。a0とl1は、ダブルリッジ電極のサイズに影響し、電界を発生させてプラズマ生成する高周波電力の周波数が主に影響することから、λの一次関数として表すことが可能となる。ダブルリッジ導波管の長さl1は、l1=0.52λを満たすよう設定される。横幅a0及び長さl1は、それぞれ±2%の変動を許容する。
リッジ対向間隔d2は、高周波電源5A,5Bの周波数、基板Sの大きさやプラズマ製膜処理の種類等に応じて適宜設定されている。リッジ対向間隔d2は、放電室2におけるリッジ電極21a,21b間のリッジ電極間隔d1よりも広く設定されている。よって、リッジ部31a,31bとリッジ電極21a,21bとの境界部に数〜数百ミリのリッジ段差D(図1参照)が存在している。
まず、排気手段9により放電室2、変換器3A,3Bの内部から空気が排出され、基板Sが均熱温調器11の上に載置される。なお、図2および図3では、基板Sはプラズマ発生領域とのガス通過が可能としたリッジ電極の外側に設置してあるが、リッジ電極間に設置してもよい。
製膜装置1を用いたプラズマ処理において、放電室2のリッジ電極21a,21b間のみでプラズマを生成させることが好ましい。そのためには、リッジ電極21a,21b間の領域で放電可能な強度以上の強い電界、つまり放電開始電圧に相当する電界強度以上の電界が発生し、かつ非リッジ部や変換器内の空間では強い電界が発生しないことが求められる。
図6のような電界強度の分布の偏りをなくすため、高周波電源5Aおよび高周波電源5Bの少なくとも一方から供給される高周波電力の位相を時間に対して調節する位相変調を行うことにより、放電室2に形成される定在波の位置の調節が行われる。これにより、一対のリッジ電極21a,21bにおけるL方向の電界強度の分布が時間平均的に均一化される。
図7は、本発明の第2実施形態における製膜装置100の概略構成を説明する模式的な斜視図である。第1実施形態と共通する構成については、同じ参照番号を使用し、その説明は省略する。
後述の表1に示すように、高周波電力の周波数として100MHzを選定する場合、r0は1360mm〜1760mmとなり、n0は400mm〜200mmとなり、比r0/n0が3.4〜8.8となる。
図8〜図11にシミュレーション結果を示す。同図において、横軸がd2/λ、縦軸が電界強度分布率である。図8〜図11は、b0をぞれぞれ0.13λ、λ/6、0.23λ、またはλ/3とした場合のグラフである。
2 放電室(プロセス室)
3A,3B 変換器
4A,4B 同軸ケーブル(同軸管)
5A,5B 高周波電源
6A,6B 整合器
7A,7B サーキュレータ
9 排気手段
10 母ガス供給手段
11 均熱温調器
21a,21b リッジ電極
22a,22b,32a,32b 非リッジ部
31a,31b リッジ部
51A,51B 誘導体
Claims (4)
- 平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、
前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、
前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、
基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、
を有し、
前記一方及び他方のリッジ電極の対向する面間の距離をd1、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をa0、
前記放電室のリッジ導波管の長さをl1、及び
前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλ、
と定義した場合に、前記d1、前記a0、及び前記l1がそれぞれ±2%の変動を許容する範囲で以下の式
d 1 =0.004λ・・・(1)
a 0 =0.72λ・・・・(2)
l 1 =0.52λ・・・・(3)
を満たす真空処理装置。 - 比誘電率8.0から10.0の間の材質からなり、半径が0.088λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、
前記変換器のリッジ導波管の長さl2が、±2%の変動を許容するよう以下の式
l2=0.36λ
を満たし、
前記放電室の非リッジ部及び前記変換器の非リッジ部の高さb0が0.13λ以上λ/6以下とされる請求項1に記載の真空処理装置。 - 比誘電率8.6の材質からなり、半径が0.088λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、
前記変換器のリッジ導波管の長さl2が、±2%の変動を許容するよう以下の式
l2=0.36λ
を満たし、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の高さb0が0.13λ以上λ/3以下とされ、且つ、
前記リッジ電極及びリッジ部の横幅r0と、前記放電室及び変換器の前記非リッジ部の横幅n0との比r0/n0が3.4以上8.8以下である請求項1に記載の真空処理装置。 - 平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、
前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、
前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、
基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、
を有する真空処理装置の設計方法であって、
前記一方及び他方のリッジ電極の対向する面間の距離をd1、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をa0、
前記放電室のリッジ導波管の長さをl1、及び
前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλ、
と定義し、
前記d1、前記a0、及び前記l1を、それぞれ±2%の変動を許容する範囲で以下の式
d1=0.004λ・・・(1)
a0=0.72λ・・・・(2)
l1=0.52λ・・・・(3)
を満たすよう設定する真空処理装置の設計方法。
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