JP7429858B2 - インピーダンス測定治具 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置を構成するアンテナのインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定治具に関するものである。

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、スパッタリング等に用いられるプラズマ処理装置は、特許文献１に示すように、アンテナに高周波電流を流すことによりプラズマを生成するように構成されている。

かかるプラズマ処理装置において、例えば複数本のアンテナを用いる場合など、均一なプラズマを生成するためには、それぞれのアンテナのインピーダンスが揃っているかなどを装置の製造前に確認しておくことが望まれる。

そこで、従来は図５に示すように、アンテナのインピーダンスをネットワークアナライザ等のインピーダンス測定器を用いて測定することがあり、具体的にはインピーダンス測定器の一方の端子をアンテナの一端部に電気的に接続するとともに、他方の端子をアンテナの他端部に電気的に接続している。

しかしながら、上述したインピーダンス測定において、アンテナが長尺のものであると、アンテナの両端部のうちの少なくとも一方を、インピーダンス測定器の端子に接続するためには、配線ケーブルを介す必要がある。そうすると、測定毎に配線ケーブルの這わせ方や取り回しの違い或いは配線ケーブルの揺らぎなどに起因して、周辺から受ける電磁波や寄生容量等の影響が変わり、測定値が安定せず、測定値のばらつきが生じる。

特開２０１７－００４６６５号公報

そこで、本発明は、かかる問題を解決するべくなされたものであり、アンテナのインピーダンス測定において、測定値のばらつきを低減させることのできるインピーダンス測定治具を提供す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インピーダンス測定治具は、プラズマ処理装置を構成するアンテナのインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定治具であって、一方の端子が前記アンテナの一端部に電気的に接続されるインピーダンス測定器とともに用いられるものであり、前記アンテナの他端部に電気的に接続されるとともに、前記インピーダンス測定器の他方の端子が電気的に接続される導電性剛体を備えることを特徴とするものである。

このように構成されたインピーダンス測定治具であれば、アンテナの他端部とインピーダンス測定器の他方の端子とを導電性剛体を介して電気的に接続しているので、電気ケーブルを介して接続する場合に比べて、周辺から受ける電磁波や寄生容量等の影響の変動を抑えることができ、測定値のばらつきを低減させることができる。

上述した作用効果をより顕著に発揮させるためには、前記導電性剛体が、複数回のインピーダンス測定に亘って形状を維持できるものであることが好ましい。

前記導電性剛体が、前記アンテナの一端部側から他端部側に亘って設けられており、当該導電性剛体における前記アンテナの一端部側に前記インピーダンス測定器の前記他方の端子が電気的に接続されることが好ましい。
これらならば、アンテナの一端部側にインピーダンス測定器を設けることで、インピーダンス測定器の一方の端子とアンテナの一端部とを電気的に接続する電気ケーブルを不要に或いは可及的に短くすることができ、測定値のばらつきをより確実に低減させることができる。

より具体的な実施態様としては、前記導電性剛体が、前記アンテナの一端部及び他端部を支持する金属容器であり、前記金属容器と前記アンテナの一端部及び他端部それぞれとの間に介在する絶縁体、及び、前記金属容器と前記アンテナの他端部とを電気的に接続する接続体をさらに備える態様を挙げることができる。
これならば、インピーダンス測定治具を簡易な構成にすることができるうえ、金属容器にアンテナを載置してインピーダンスを簡単に測定することができる。

上述した金属容器内に配置されたアンテナに電磁波が入り込むと、このアンテナは例えば近傍に測定者が近づくだけでもインピーダンスが変化するほど不安定なものとなり、このインピーダンスの変化も測定値のばらつきの要因となる。
そこで、測定値のばらつきをより低減するためには、前記金属容器を塞ぐとともに、当該金属容器内に配置された前記アンテナに電磁波が入り込むことを抑制する電磁波シールドをさらに備えることが好ましい。

前記アンテナを支持する絶縁性のアンテナ支持部材をさらに備えることが好ましい。
これならば、アンテナの撓みを低減することができ、測定値のばらつきをより低減することができる。

このように構成した本発明によれば、アンテナのインピーダンス測定における測定値のばらつきを従来に比べて低減させることができる。

一実施形態のインピーダンス測定治具の構成を模式的に示す斜視図。 同実施形態のインピーダンス測定治具の構成を模式的に示す断面図。 同実施形態のインピーダンス測定治具の作用効果を示す測定結果。 その他の実施形態におけるインピーダンス測定治具の構成を模式的に示す断面図。 アンテナのインピーダンスを測定する従来例を示す模式図。

以下に、本発明に係るインピーダンス測定治具の一実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態のインピーダンス測定治具は、プラズマ処理装置を構成するアンテナのインピーダンスを測定するためのものである。なお、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマを用いて基板等の処理物にプラズマ処理を施すものであり、具体的には例えばプラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等をするものである。

このインピーダンス測定治具１００（以下、単に測定治具１００ともいう）は、図１に示すように、例えばネットワークアナライザ等のインピーダンス測定器Ｚとともに用いられるものである。

インピーダンス測定器Ｚは、一対の端子Ｚａ、Ｚｂを備えており、これらの端子Ｚａ、ＺｂそれぞれをアンテナＸに電気的に接続することで、アンテナＸのインピーダンスを測定するものである。

以下では、アンテナＸが長尺状をなすものであり、インピーダンス測定器Ｚの一方の端子ＺａをアンテナＸの一端部Ｘａに電気的に接続するとともに、他方の端子ＺｂをアンテナＸの他端部Ｘｂに電気的に接続する場合について説明する。

具体的には、図１及び図２に示すように、インピーダンス測定器Ｚを、アンテナＸの一端部Ｘａ側、より詳細にはアンテナＸの一端部Ｘａの近傍に配置しており、その一方の端子ＺａをアンテナＸの一端部Ｘａに接触させている。なお、一方の端子Ｚａは、必ずしもアンテナＸの一端部Ｘａに接触させる必要はなく、アンテナＸの一端部Ｘａに例えば導電性部材を介して電気的に接続されていれば、アンテナＸとは非接触であっても良い。

一方で、アンテナＸの他端部Ｘｂとインピーダンス測定器Ｚの他方の端子Ｚｂとの電気的な接続に、本実施形態の測定治具１００が用いられている。

然して、この測定治具１００は、アンテナＸの他端部Ｘｂに電気的に接続されるとともに、インピーダンス測定器Ｚの他方の端子Ｚｂが電気的に接続される導電性剛体１を備えるものである。

この導電性剛体１は、配線ケーブルなどとは異なり、複数回のインピーダンス測定に亘って形状を維持できるものであり、少なくとも複数回のインピーダンス測定に亘ってインピーダンスが不変なものである。

具体的に導電性剛体１は、アンテナＸの一端部Ｘａ側から他端部Ｘｂ側に亘って設けられており、接地されている。そして、この導電性剛体１におけるアンテナＸの一端側に、上述したインピーダンス測定器Ｚの他方の端子Ｚｂが電気的に接続される。

本実施形態の導電性剛体１は、アンテナＸが載置される金属容器１であり、アンテナＸの一端部Ｘａ及び他端部Ｘｂを支持するものである。なお、金属容器１の深さ、すなわち金属容器１の底面からアンテナＸまでの高さは、一例としてプラズマ処理装置の真空チャンバの底面からアンテナＸまでの高さにする態様が挙げられる。これにより、真空チャンバとアンテナＸとの間における寄生容量を、金属容器１とアンテナＸとの間で模擬的に生じさせることができ、アンテナＸがプラズマ処理装置に組み込まれた状態を模擬しながらインピーダンス測定を行うことができる。

ここで、本実施形態の測定治具１００は、図２に示すように、金属容器１とアンテナＸの一端部Ｘａ及び他端部Ｘｂそれぞれとの間に介在する絶縁体２と、金属容器１とアンテナＸの他端部Ｘｂとを電気的に接続する接続体３とをさらに備えている。

絶縁体２は、金属容器１に着脱可能なものであり、ここではアンテナＸの端部Ｘａ、Ｘｂを例えば上下から挟み込む一対の絶縁要素２１、２２からなるものである。これにより、金属容器１に下側の絶縁要素２１を設置し、その下側要素にアンテアの端部Ｘａ、Ｘｂを載置して、上側の絶縁要素２２で挟み込むことで、アンテナＸの両端部Ｘａ、Ｘｂが絶縁体２により絶縁された状態で金属容器１に支持される。

接続体３は、アンテナＸの他端部Ｘｂに接触するとともに、金属容器１におけるアンテナＸの他端部Ｘｂ側に接触する例えば配線ケーブル等である。このように、金属容器１における他端部Ｘｂ側に接触させることにより、この配線ケーブル３としては短いものを用いることができるので、この配線ケーブル３による測定値のばらつきは実質的に無視できる程度のものとなる。なお、接続体３として、配線ケーブルよりも剛性があり、より変形しにくい部材を用いても良い。

さらに、本実施形態の測定治具１００は、図２に示すように、金属容器１を塞ぐとともに、当該金属容器１内に配置されたアンテナＸに電磁波が入り込むことを抑制する電磁波シールド４と、アンテナＸを支持する絶縁性のアンテナ支持部材５とをさらに備えている。

電磁波シールド４は、金属容器１に電気的に接続されるとともに接地されており、金属容器１に対して着脱可能なものである。具体的にここでの電磁波シールド４は、金属容器１の上方を向く開口を塞ぐ例えばパンチングメタル等からなるファラデーシールドである。

アンテナ支持部材５は、金属容器１や絶縁体２に支持された状態で金属容器１内に設けられており、ここではアンテナＸの一端部Ｘａから他端部Ｘｂに亘りアンテナＸに沿って設けられた樹脂やガラスなどからなる長尺状のものである。

このように構成された測定治具１００によれば、アンテナＸの他端部Ｘｂとインピーダンス測定器Ｚの他方の端子Ｚｂとを導電性剛体たる金属容器１を介して電気的に接続しているので、電気ケーブルを介して接続する場合に比べて、周辺から受ける電磁波や寄生容量等の影響の変動を抑えることができ、測定値のばらつきを低減させることができる。

ここで、アンテナＸのインピーダンスを本実施形態の測定治具１００を用いて測定した結果と、従来の測定方法により測定した結果とを比較したものを図３に示す。なお、これらの測定結果は、互いに等しい或いはほぼ等しいインピーダンスを有する同一形状（同一長さ）の複数本のアンテナＸに１３．５６ＭＨｚの高周波電流を流し、その際の各アンテナＸのインピーダンスを測定した結果である。
この測定結果から看取されるように、従来の測定方法では測定結果のばらつきが９．２Ωであるのに対して、本実施形態の測定治具１００を用いることで測定結果のばらつきが１．１Ωとなり、測定結果のばらつきを低減できていることが分かる。

また、本実施形態の測定治具１００は、導電性剛体１としてアンテナＸが載置される金属容器１を用いているので、測定治具１００を簡易な構成にすることができるうえ、アンテナＸのインピーダンスを簡単に測定することができる。

さらに、測定治具１００が金属容器１内に配置されたアンテナＸに電磁波が入り込むことを抑制する電磁波シールド４を備えているので、アンテナＸに電磁波が入り込むことに起因する測定値のばらつきを可及的に減らすことができる。

そのうえ、測定治具１００がアンテナＸを支持するアンテナ支持部材５を備えているので、アンテナＸの撓みを低減することができ、この撓みに起因する測定値のばらつきを可及的に減らすことができる。

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、導電性剛体１が金属容器であったが、図４に示すように、導電性剛体１は、アンテナＸの一端部Ｘａ及び他端部Ｘｂに沿って設けられた金属製の棒状をなすものであっても良い。すなわち、導電性剛体１は、アンテナＸの他端部Ｘｂとインピーダンス測定器Ｚの他方の端子Ｚｂとを電気的に接続するものであれば、その形状は種々のものを選択して構わない。

また、前記実施形態では、インピーダンス測定器Ｚの端子Ｚａ、ＺｂをアンテナＸの一端部Ｘａ及び他端部Ｘｂそれぞれに電気的に接続していたが、例えば一方の端子Ｚａ又は他方の端子ＺｂをアンテナＸの中央部に接続するなどしても良い。

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・・・インピーダンス測定治具
Ｘ ・・・アンテナ
Ｘａ ・・・一端部
Ｘｂ ・・・他端部
Ｚ ・・・インピーダンス測定器
Ｚａ ・・・一方の端子
Ｚｂ ・・・他方の端子
１ ・・・導電性剛体（金属容器）
２ ・・・絶縁体
２１ ・・・下側の絶縁要素
２２ ・・・上側の絶縁要素
３ ・・・接続体
４ ・・・電磁波シールド
５ ・・・アンテナ支持部材

Claims (6)

1. プラズマ処理装置を構成するアンテナのインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定治具であって、一方の端子が前記アンテナの一端部に電気的に接続されるインピーダンス測定器とともに用いられるものであり、
   前記アンテナの他端部に電気的に接続されるとともに、前記インピーダンス測定器の他方の端子が電気的に接続される導電性剛体を備え、
   前記導電性剛体は、前記アンテナが載置されるとともに、前記アンテナの一端部及び他端部を支持する金属容器である、インピーダンス測定治具。
2. 前記導電性剛体が、複数回のインピーダンス測定に亘って形状を維持できるものである、請求項１記載のインピーダンス測定治具。
3. 前記導電性剛体が、前記アンテナの一端部側から他端部側に亘って設けられており、当該導電性剛体における前記アンテナの一端部側に前記インピーダンス測定器の前記他方の端子が電気的に接続される、請求項１又は２記載のインピーダンス測定治具。
4. 前記金属容器と前記アンテナの一端部及び他端部それぞれとの間に介在する絶縁体と、
   前記金属容器と前記アンテナの他端部とを電気的に接続する接続体とをさらに備える請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のインピーダンス測定治具。
5. 前記金属容器を塞ぐとともに、当該金属容器内に配置された前記アンテナに電磁波が入り込むことを抑制する電磁波シールドをさらに備える請求項４記載のインピーダンス測定治具。
6. 前記アンテナを支持する絶縁性のアンテナ支持部材をさらに備える請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のインピーダンス測定治具。