プラズマ処理装置
【課題】 内部アンテナ型のプラズマ処理装置において、真空容器の小容積化、高周波電力の効率的な利用および供給ガスの効率的な利用を可能にする。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、真空容器４の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口２２と、その真空容器外側の面を塞いでいる蓋２４と、各アンテナ用開口２２内に設けられたアンテナ導体２６と、各アンテナ用開口２２内においてアンテナ導体２６を覆っている誘電体カップ３０とを備えている。各誘電体カップ３０は、その底面に複数の小孔を有している。各誘電体カップ３０内には、ガス導入部３６から導入されたガス３４を前記各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物３８が充填されている。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、真空容器４の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口２２と、その真空容器外側の面を塞いでいる蓋２４と、各アンテナ用開口２２内に設けられたアンテナ導体２６と、各アンテナ用開口２２内においてアンテナ導体２６を覆っている誘電体カップ３０とを備えている。各誘電体カップ３０は、その底面に複数の小孔を有している。各誘電体カップ３０内には、ガス導入部３６から導入されたガス３４を前記各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物３８が充填されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを用いて基板に、例えばＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等の処理を施すプラズマ処理装置に関し、より具体的には、真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置に関する
【背景技術】
【０００２】
内部アンテナ型とは、高周波放電のためのアンテナ導体が、電流導入端子（フィードスルー）を介する等して、真空容器内に配置された構造のアンテナをいう。
【０００３】
従来の誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置を構成する一つのアンテナ周りの一例を図１に示す。これと同様の構造は、例えば、特許文献１、２および非特許文献１に記載されている。
【０００４】
この従来のプラズマ処理装置では、コ字状またはＵ字状のアンテナ導体６６を誘電体６８で覆った構造の１以上のアンテナ７０を、真空容器６４内に突き出すように取り付けている。
【０００５】
真空容器６４内に設けられている被処理用の基板２の寸法に応じて、複数のアンテナ７０が設けられる。複数のアンテナ７０は、例えば、図１に示す例のように基板２の処理面に対向する真空容器６４の天井面に配置する場合（例えば特許文献１参照）と、真空容器６４の側面に基板２を取り囲むように配置する場合（例えば特許文献２参照）と、両者を併用する場合（例えば非特許文献１参照）とがある。
【０００６】
プラズマ７６の生成に必要なガスを真空容器６４内へ導入するガス導入部は、真空容器６４の天井面または側面の適当な箇所に設けられている。
【０００７】
真空容器６４内に上記ガスを導入すると共に、アンテナ７０（具体的にはそのアンテナ導体６６）に高周波電流を流すことによって、アンテナ７０の周辺に高周波磁界が発生し、それによって誘導電界が発生する。この誘導電界によって電子が加速されて上記ガスを電離させて、アンテナ７０の周辺にプラズマ７６が生成される。このプラズマ７６によって基板２に、ＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング等の所望の処理を施すことができる。
【０００８】
上記内部アンテナ型とは別のものとして、高周波放電のためのアンテナ導体を、真空を保持する誘電体窓を介在させて真空容器外に配置した構造の外部アンテナ型がある（例えば特許文献３参照）。
【０００９】
上記従来技術や本発明で採用している内部アンテナ型は、外部アンテナ型と比べると、アンテナ導体を覆っている誘電体（誘電体６８または後述する誘電体カップ３０）は、圧力（大気圧）に耐える必要がないことから、当該誘電体の厚さを小さくすることができるので、プラズマにその近くから効率良く高周波電力を供給することができ、プラズマへの電力吸収効率が高いという利点がある（例えば、特許文献１の段落０００５、非特許文献１の１９４頁右欄参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２２０６００号公報（図２、図８）
【特許文献２】特開２００４−３９７１９号公報（図１、図３）
【特許文献３】特開２００５−２８５５６４号公報（図１）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】節原裕一著，「マルチ低インダクタンス内部アンテナを用いた次世代メートル級大面積プロセスに向けたプラズマ生成制御技術」, J. Plasma Fusion Res. Vol. 84, No. 4(2008), p. 193-198
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来のプラズマ処理装置には次の課題がある。
【００１３】
（ａ）アンテナ７０と基板２との間には、離散的に配置した複数のアンテナ７０で生成されるプラズマ７６を基板２上で均一化させる等のために、ある程度の距離Ｌ1 を確保しなければならないが、それに加えて、アンテナ７０が真空容器６４内に突き出している距離Ｌ2 （これは例えば１００ｍｍ程度）を確保する必要があるので、この距離Ｌ2 に相当する分、真空容器６４の容積を大きくしなければならない。それに伴って、真空容器６４用の真空排気装置の排気容量も大きくしなければならない。
【００１４】
（ｂ）アンテナ７０の周辺にプラズマ７６が発生するけれども、詳しく見れば、コ字状またはＵ字状のアンテナ７０の内側７２に強い誘導電界が発生するので、その辺りを中心にプラズマ７６が発生する。これは、基板２から見て遠い位置にプラズマ７６を発生させることになる。このプラズマ７６が基板２まで拡散することを利用して基板２を処理するのであるが、プラズマ密度はおおよそ距離の２乗に逆比例するので、プラズマ７６の発生位置が上記のように遠いと、基板２の処理にプラズマ７６を効率良く利用することができなくなる。これは結局は、プラズマ生成のエネルギー源である高周波電力を効率良く利用することができないことである。
【００１５】
（ｃ）従来技術では、真空容器６４の天井面または側面の適当な箇所に設けられたガス導入部から真空容器６４内にガスを導入して、真空容器６４内全体をほぼ一様なガス圧にしてプラズマ７６を発生させているので、プラズマ生成に必要のない所にまでガスを同じように供給しており、従って供給ガスを効率良く利用することができていない。
【００１６】
そこでこの発明は、内部アンテナ型のプラズマ処理装置において、真空容器の小容積化、高周波電力の効率的な利用および供給ガスの効率的な利用を可能にすることを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係るプラズマ処理装置は、真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置であって、前記真空容器内に設けられていて前記基板を保持するホルダと、前記真空容器の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口と、前記各アンテナ用開口の真空容器外側の面を塞いでいる蓋と、前記各アンテナ用開口内にそれぞれ設けられた前記アンテナ導体と、前記ホルダ側に位置する底面、当該底面につながる側面および当該底面に設けられた複数の小孔を有するものであって、前記各アンテナ用開口内に、前記各アンテナ導体を覆うように、かつ前記側面が前記アンテナ用開口の壁面に近接するようにそれぞれ設けられた誘電体カップと、前記各誘電体カップ内に前記ガスをそれぞれ導入するガス導入部と、前記各誘電体カップ内にそれぞれ充填されており、かつ前記ガス導入部から導入された前記ガスを前記誘電体カップの底面の各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物と、前記各アンテナ導体に高周波電力を供給して当該各アンテナ導体に前記高周波電流を流す高周波電源とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
このプラズマ処理装置においては、各誘電体カップ内に導入されたガスは、当該誘電体カップ内の充填物のガス流路を通って当該誘電体カップの各小孔に導かれ、この各小孔を通って各誘電体カップの底面の外側付近に供給される。
【００１９】
また、各アンテナ導体に高周波電流を流すことによって各アンテナ導体の周辺に高周波磁界が発生するけれども、各誘電体カップ内には充填物を充填しており、かつ各誘電体カップの側面をアンテナ用開口の壁面に近接させていて、各誘電体カップの内側およびその側面の外側空間では電子は十分に走行できないのでプラズマの発生が防止され、各誘電体カップの底面の外側付近でのみプラズマが発生し、そこがプラズマ生成領域となる。
【００２０】
このようにして、各誘電体カップの底面の外側付近のプラズマ生成領域でのみプラズマを発生させることができ、かつ当該プラズマ生成領域にそのすぐ近くからガスを供給して、当該プラズマ生成領域のガス圧を局所的に高くすることができる。
【００２１】
前記誘電体カップの側面と、当該誘電体カップが収納されている前記アンテナ用開口の壁面との間の距離は、０ｍｍ〜５ｍｍにするのが好ましい。
【００２２】
前記充填物は、例えば、多数の誘電体粒または多数の誘電体短管である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば次の効果を奏する。
【００２４】
（ア）各誘電体カップ内に充填物を充填しており、かつ誘電体カップの側面をアンテナ用開口の壁面に近接させているので、各誘電体カップの内側および側面の外側空間でのプラズマ発生を防止して、各誘電体カップの底面の外側付近のプラズマ生成領域でのみプラズマを発生させることができる。従って、プラズマ生成用の高周波電力を、当該プラズマ生成領域で発生させるプラズマに効率良く供給することができるので、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００２５】
（イ）上記各プラズマ生成領域は、各アンテナ導体よりも基板に近い位置にあるので、各プラズマ生成領域で発生させたプラズマを、基板の処理に効率良く利用することができる。従ってこの理由からも、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００２６】
（ウ）各誘電体カップ内に導入されたガスは、各誘電体カップの底面の各小孔を通って、当該底面の外側付近の上記各プラズマ生成領域にそのすぐ近くから供給することができるので、各プラズマ生成領域のガス圧を局所的に高くすることができる。従って、各プラズマ生成領域により高密度のプラズマを生成することができると共に、供給ガスを効率良く利用することができる。
【００２７】
（エ）真空容器の壁面に設けられたアンテナ用開口内にアンテナ導体を設けているので、アンテナ導体と基板との間の距離をほぼ同一にして比べた場合、真空容器内にアンテナ導体を突き出している従来技術に比べて、真空容器の容積を小さくすることができる。従って、当該真空容器用の真空排気装置の排気容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置を構成する一つのアンテナ周りの一例を示す概略図である。
【図２】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２中の一つのアンテナ周りを拡大して示す正面図である。
【図４】図２のアンテナ周りの右側面図である。
【図５】図２のアンテナ周りの下面図であり、充填物の図示は省略している。
【図６】図２のガス導入部の位置を変えた例を示す図である。
【図７】図２の変形例を示す図である。
【図８】充填物が多数の誘電体短管である場合の例を拡大して部分的に示す図である。
【図９】コイル状のアンテナ導体の他の例を誘電体カップと共に示す図であり、充填物の図示は省略している。
【図１０】渦巻状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【図１１】２本の棒状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【図１２】平面状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図２に示し、その一つのアンテナ周りを拡大して図３〜図５に示す。
【００３０】
このプラズマ処理装置は、真空容器４内に設けられたアンテナ導体２６に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガス３４を電離させてプラズマ４６を生成し、当該プラズマ４６を用いて基板２に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置である。
【００３１】
基板２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。
【００３２】
基板２に施す処理は、例えば、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。
【００３３】
このプラズマ処理装置は、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。
【００３４】
このプラズマ処理装置を詳述すると、真空容器４は例えば金属製であり、その内部は真空排気装置８によって真空排気される。
【００３５】
真空容器４内には、基板２を保持するホルダ１０が設けられている。この例では、ホルダ１０は軸１１に支持されている。軸１１が真空容器４を貫通する部分には、電気絶縁機能および真空シール機能を有する軸受部１２が設けられている。この例のように、ホルダ１０にバイアス電源１４から軸１１を経由して負のバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は負のパルス状電圧でも良い。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマ４６中の正イオンが基板２に入射するときのエネルギーを制御して、基板２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。
【００３６】
真空容器４の壁面に、ホルダ１０上の基板２に向くように、１以上のアンテナ用開口２２が設けられている。より具体的には、真空容器４の天井面６に、ホルダ１０上の基板２に向くように、複数のアンテナ用開口２２が設けられている。この各アンテナ用開口２２に、アンテナ部２０をそれぞれ設けている。各アンテナ部２０は、蓋２４、アンテナ導体２６、誘電体カップ３０、ガス導入部３６および充填物３８をそれぞれ有している。これらについては以下に詳述する。
【００３７】
各アンテナ用開口２２およびアンテナ部２０の平面形状、数、配置等は、例えば、処理しようとする基板２の寸法や形状等に応じて決めれば良い。図２に示す例では、基板２に対向する天井面６に、複数のアンテナ用開口２２を、基板２より広い範囲にほぼ等間隔に設け、その各アンテナ用開口２２にアンテナ部２０をそれぞれ設けている。
【００３８】
各アンテナ部２０の構造の例を、主として図３〜図５を参照して詳述する。
【００３９】
各アンテナ用開口２２の真空容器４（具体的にはその天井面６）外側の面は、蓋２４によって塞がれている。両者４、２４間には真空シール用のパッキン４０が設けられている。蓋２４は、より具体的には、この例では金属製のフランジである。
【００４０】
各アンテナ用開口２２内には、アンテナ導体２６がそれぞれ設けられている。各アンテナ導体２６は、この例ではコイル状（正確には、螺旋のコイル状。以下同様）をしている。このアンテナ導体２６の両端の給電部２８、２９が蓋２４を貫通する部分には、真空シール機能および電気絶縁機能を有する電流導入端子（フィードスルー）４２がそれぞれ設けられている。
【００４１】
アンテナ導体２６の平面形状は、処理しようとする基板２の形状等に応じて決めれば良い。図３〜図５等に示す例では、アンテナ導体２６の平面形状は長円形（換言すれば、レーストラック形。以下同様）をしている（図５参照）。
【００４２】
コイル状のアンテナ導体２６の巻き数は、この例では１．５回巻きであるが、これに限られるものではない。
【００４３】
各アンテナ導体２６の中に冷却水等の冷媒を流して、各アンテナ導体２６を冷却するようにしても良い。後述する他の例においても同様である。
【００４４】
蓋２４を、図７に示す例のように絶縁物製のフランジにして、電流導入端子４２を省略しても良い。その場合は、例えば、アンテナ導体２６の給電部２８、２９が蓋２４を貫通する部分に、真空シール用のパッキン４１を設ければ良い。上記絶縁物の材質は、例えば、石英、アルミナ等であるが、これに限られるものではない。
【００４５】
各アンテナ用開口２２内には、各アンテナ導体２６を覆うように、誘電体カップ３０がそれぞれ設けられている。各誘電体カップ３０は、ホルダ１０（図２参照）側に位置する底面３１、当該底面３１につながる側面３２を有するカップ状（換言すれば有底筒状）のものである。
【００４６】
誘電体カップ３０の平面形状は、アンテナ導体２６の平面形状に対応したものにすれば良く、アンテナ用開口２２の平面形状は、誘電体カップ３０の平面形状に対応したものにすれば良い。この例では前述したようにアンテナ導体２６の平面形状が長円形をしているので、誘電体カップ３０およびアンテナ用開口２２の平面形状も長円形をしている（図５参照）。
【００４７】
各誘電体カップ３０は、その側面３２がアンテナ用開口２２の壁面に近接するようにアンテナ用開口２２内に設けている。換言すれば、アンテナ用開口２２は誘電体カップ３０よりも僅かに大きくしている。両者をほぼ同じ寸法にして、誘電体カップ３０の側面３２がアンテナ用開口２２の壁面に接していても良い。
【００４８】
誘電体カップ３０の底面３１には、複数の小孔３３を設けている。小孔にすることによって、各小孔３３を通して、ガス導入部３６から誘電体カップ３０内に導入されたガス３４を外に通すことができるけれども、後述するプラズマ４６が誘電体カップ３０内に入り込むのを防ぐことができる。この観点からは、各小孔３３は、その直径が底面３１の厚さよりも十分に（例えば１／５〜１／１０程度に）小さい細孔が好ましい。複数の小孔３３を設けることによって、より具体的には複数の小孔３３を分散させて設けることによって、後述するプラズマ生成領域４４にガス３４を満遍なく供給することができる。
【００４９】
誘電体カップ３０は、図３等に示す例のように、蓋２４に取り付けて蓋２４から支持しても良いし、図７に示す例のように、押え板４８等を用いて、アンテナ用開口２２の周囲の真空容器４から支持しても良い。押え板４８は、複数の部分的なものでも良いし、リング状のものでも良い。
【００５０】
誘電体カップ３０の底面３１は、図３等に示す例のように、その周りの真空容器４の面とほぼ同一面内にあるように構成するのが良いけれども、アンテナ用開口２２内に幾分入り込んでいても構わないし、幾分突き出していても構わない。
【００５１】
各誘電体カップ３０の材質は、例えば、石英ガラス、アルミナ、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、その他セラミックスである。
【００５２】
各誘電体カップ３０内にガス３４を導入するガス導入部３６をそれぞれ設けている。このガス導入部３６は、図３等に示す例のように、蓋２４の部分に設けても良いし、図６に示す例のように、誘電体カップ３０の側面３２の部分に設けても良い。
【００５３】
ガス３４は、基板２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２に膜形成を行う場合は、ガス３４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２の表面に形成することができる。
【００５４】
各誘電体カップ３０内に、誘電体製の充填物３８を充填している。つまり、誘電体カップ３０内においてアンテナ導体２６は充填物３８の中に埋まっている。この充填物３８は、ガス導入部３６から導入されたガス３４を誘電体カップ３０の底面３１の各小孔３３に導くガス流路を有している。この充填物３８は、アンテナ導体２６と誘電体カップ３０との間の空間を、ガス３４の流路を確保しつつ、誘導電界による電子加速で放電に至って誘電体カップ３０内でプラズマが発生しない程度に密に埋めるものである。この充填物３８は、誘電体カップ３０内にほぼ一杯に充填しておくのが好ましい。そのようにすると、誘電体カップ３０内でプラズマが発生するのをより確実に防止することができる。
【００５５】
より具体的には、図３〜図７の例の充填物３８は、多数の誘電体粒である。この場合は、隣り合う誘電体粒間に小さな隙間が存在し、このような複数の隙間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。この誘電体粒は、図３〜図７の例では球状であるが、それ以外に楕円状球などでも良い。また、全て同一寸法の誘電体粒を用いても良いし、空隙をより小さく埋める等のために、２種類以上の異なる寸法の誘電体粒を用いても良い。
【００５６】
充填物３８は、多数の誘電体粒以外のものでも良い。例えば、充填物３８は、図８に拡大して示すような多数の誘電体短管でも良い。この場合は、隣り合う誘電体短管間に小さな隙間が存在し、かつ各誘電体短管内にも空間が存在し、このような複数の隙間および空間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。２種類以上の異なる寸法の誘電体短管を用いても良い。
【００５７】
充填物３８は、例えばグラスウールのような、綿（わた）状の誘電体でも良い。これを誘電体カップ３０内に詰め込んでおけば良い。この場合は、隣り合う短繊維状の誘電体間に小さな空間が存在し、このような複数の空間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。
【００５８】
充填物３８の材質は、例えば、誘電体カップ３０の材質として先に例示したものと同様である。
【００５９】
各アンテナ用開口２２内のアンテナ導体２６は、誘電体カップ３０で覆われており、かつ誘電体カップ３０内には充填物３８が充填されているけれども、上記のように各誘電体カップ３０は複数の小孔３３を有しており、かつ充填物３８は上記のようなガス流路を有していて、各アンテナ導体２６を真空容器４内から真空シールしている訳ではないので、各アンテナ導体２６は、真空容器４内の真空雰囲気中に存在している。従って、この各アンテナ導体２６は、基本的には、真空容器４内に配置された構造をしているので、内部アンテナ型である。
【００６０】
再び図２を参照して、このプラズマ処理装置は、各アンテナ導体２６に高周波電力を供給して各アンテナ導体２６に高周波電流を流す高周波電源５０を備えている。この例では、アンテナ導体２６と同数の高周波電源５０を備えており、各高周波電源５０からの高周波電力は、整合回路５２をそれぞれ介して、各アンテナ導体２６の一方の給電部２８（図３等参照）に供給される。各アンテナ導体２６の他方の給電部２９（図３等参照）は、この例では終端キャパシタ５４を介して接地しているが、直接接地しても良い。
【００６１】
アンテナ導体２６と同数の高周波電源５０を設ける代わりに、一つの高周波電源５０と電力分配器とを設けて、この電力分配器からの高周波電力を各整合回路５２を介して各アンテナ導体２６に供給しても良い。
【００６２】
高周波電源５０から出力する高周波電力の周波数は、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。
【００６３】
このプラズマ処理装置の作用を説明する。各誘電体カップ３０内にガス導入部３６からガス３４を導入すると、当該ガス３４は、誘電体カップ３０内の充填物３８のガス流路を通って誘電体カップ３０の各小孔３３に導かれ、この各小孔３３を通って、各誘電体カップ３０の底面３１の外側（真空容器４内側）付近に供給される。
【００６４】
また、各アンテナ導体２６に高周波電源５０から高周波電力を供給して高周波電流を流すことによって、各アンテナ導体２６の周辺に高周波磁界が発生し、それによって各アンテナ導体２６の周辺に誘導電界が発生する。この高周波磁界および誘導電界は、誘電体カップ３０を通して、誘電体カップ３０の底面３１の外側付近にも発生する。
【００６５】
しかし、各誘電体カップ３０内には充填物３８を充填しており、かつ各誘電体カップ３０の側面３２をアンテナ用開口２２の壁面に近接させていて、各誘電体カップ３０の内側およびその側面３２の外側空間では電子は十分に走行できないのでプラズマの発生が防止され、各誘電体カップ３０の底面３１の外側付近でのみプラズマ４６が発生し、そこがプラズマ生成領域４４となる。
【００６６】
つまり、各誘電体カップ３０内の充填物３８は、ガス３４は通すけれども、電子が放電を維持できるのに十分な距離を走行することを妨げるので、各誘電体カップ３０内にプラズマが発生するのを防止することができる。
【００６７】
更に、各誘電体カップ３０の側面３２をアンテナ用開口２２の壁面に近接させていて、アンテナ用開口２２の壁面と側面３２間の空間では、電子は放電を維持できるのに十分な距離を走行することができないので、当該空間にプラズマが発生するのを防止することができる。
【００６８】
上記のような作用によって、各誘電体カップ３０の内側および側面３２の外側空間でのプラズマ発生を防止して、各誘電体カップ３０の底面３１の外側付近のプラズマ生成領域４４でのみプラズマ４６を発生させることができる。従って、プラズマ生成用の高周波電力を、当該プラズマ生成領域４４で発生させるプラズマに効率良く供給することができるので、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００６９】
プラズマ生成領域４４で発生させたプラズマ４６は、拡散して基板２の近傍に達する。このプラズマ４６によって基板２に、ＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング等の所望の処理を施すことができる。
【００７０】
しかも、上記各プラズマ生成領域４４は、各アンテナ導体２６よりも基板２に近い位置にあるので、各プラズマ生成領域４４で発生させたプラズマ４６を、基板２の処理に効率良く利用することができる。従ってこの理由からも、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００７１】
更に、各誘電体カップ３０内に導入されたガス３４は、各誘電体カップ３０の底面３１の各小孔３３を通って、当該底面３１の外側付近の上記各プラズマ生成領域４４にそのすぐ近くから供給することができるので、各プラズマ生成領域４４のガス圧を局所的に高くすることができる。従って、各プラズマ生成領域４４により高密度のプラズマを生成することができると共に、供給ガス３４を効率良く利用することができる。
【００７２】
また、真空容器４の壁面に設けられたアンテナ用開口２２内にアンテナ導体２６を設けているので、アンテナ導体と基板２との間の距離をほぼ同一にして比べた場合、真空容器６４内にアンテナ導体６６を突き出している従来技術（図１参照）に比べて、真空容器４の容積を小さくすることができる。従って、当該真空容器４用の真空排気装置８の排気容量を小さくすることができる。
【００７３】
つまり、図１に示す距離Ｌ1 と図２に示す距離Ｌ3 とをほぼ同一にして比べた場合、本発明では、図１中のアンテナ突出距離Ｌ2 に相当する距離だけ真空容器４の壁面を内側に配置することができるので（図２参照）、当該距離Ｌ2 を容積に換算した程度の量だけ、真空容器４の容積を小さくすることができる。
【００７４】
より具体例を示すと、図１に示す従来技術における距離Ｌ1 は約２００ｍｍ〜約３００ｍｍであるのに対して、距離Ｌ2 は約１００ｍｍもあり、本発明によれば、この距離Ｌ2 に相当する距離を無くすることができるので、基板２と真空容器４の内壁との間の距離を、従来技術の約２／３〜約３／４に短くすることができ、それに応じて真空容器４の容積を小さくすることができる。その結果、真空排気装置８の排気容量を小さくすることができる。
【００７５】
更に、プラズマＣＶＤのようにプラズマを利用して膜を形成する場合、図１に示すような従来技術では、真空容器６４内に突き出しているアンテナ７０の表面にも不要な膜堆積が生じて、それがゴミ発生源となって基板２を汚染する可能性があるのに対して、本発明では真空容器４内にアンテナは突き出していないので、不要な膜堆積およびそれに伴うゴミ発生を減らすことができる。その結果、装置のメインテナンス頻度を減らすことができる。
【００７６】
各誘電体カップ３０の側面３２とアンテナ用開口２２の壁面との間の空間の距離Ｌ4 （図３、図４参照）は、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にするのが好ましい。これは、当該プラズマ処理装置の運転時の上記空間のガス圧は、例えば、０．７Ｐａ〜１３３Ｐａ程度であり、この程度のガス圧雰囲気中における電子の平均自由行程を考えると、５ｍｍは当該平均自由行程よりも十分に小さいので、上記空間では電子はガスを電離させるのに十分な距離を走行できず、従ってプラズマは発生しないからである。
【００７７】
アンテナ導体２６は、例えば、上記例のようにコイル状のものである。この場合は、巻き数を増やすことで、誘導電界をより強く発生させることができるので、より密度の高いプラズマ４６を発生させることができる。もっとも、アンテナ導体２６の巻き数を増やすとインピーダンスが増大するので給電側に大きな電位が発生するため、プラズマ４６の電位上昇を伴う。この観点からは、コイル状のアンテナ導体２６の巻き数は、例えば１回巻きから２回巻き程度にするのが好ましい。図２〜図７、図９に示す例は１．５回巻きの例である。
【００７８】
コイル状のアンテナ導体２６は、例えば図９に示す例のように、その前面部２７が誘電体カップ３０の底面３１に実質的に平行になるように巻かれたものにしても良い。そのようにすると、図３等に示すアンテナ導体２６に比べて、プラズマ生成領域４４により均一に誘導電界を発生させて、プラズマの均一性をより高めることが期待できる。
【００７９】
アンテナ導体２６は、例えば図１０に示す例のように、渦巻状のものでも良い。この場合は、アンテナ導体２６を広くかつ満遍なく巻くことができるので、コイル状に比べて、面内の広がりおよび均一性のより良いプラズマの生成が可能になる。また、巻き数を増やすことで、誘導電界をより強く発生させて、より高密度のプラズマを発生させることができる。
【００８０】
アンテナ導体２６は、例えば図１１に示す例のように、棒状（直線棒状）のものでも良い。これによって、線状のプラズマを発生させることができる。図１１は、２本並列の例を示すが、２本以外でも良い。あるいは、例えば図１２に示す例のように、アンテナ導体２６は平面状のものでも良い。これにより、面状のプラズマを生成することができる。また、棒状や平面状のアンテナ導体２６はインピーダンスが低いので、プラズマの電位を低くすることができる。
【００８１】
図１は、複数のアンテナ用開口２２およびアンテナ部２０を、基板２の処理面に対向する真空容器４の天井面６に配置した例であるが、本発明はそれに限られるものではない。例えば、複数のアンテナ用開口２２およびアンテナ部２０を、真空容器４の側面に基板２を取り囲むように配置しても良いし、両者（天井面配置と側面配置）を併用しても良い。また、基板２の寸法等に応じて、アンテナ用開口２２およびアンテナ部２０は一つずつでも良い。
【符号の説明】
【００８２】
２ 基板
４ 真空容器
１０ ホルダ
２０ アンテナ部
２２ アンテナ用開口
２４ 蓋
２６ アンテナ導体
３０ 誘電体カップ
３１ 底面
３２ 側面
３３ 小孔
３４ ガス
３６ ガス導入部
３８ 充填物
４４ プラズマ生成領域
４６ プラズマ
５０ 高周波電源
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを用いて基板に、例えばＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等の処理を施すプラズマ処理装置に関し、より具体的には、真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置に関する
【背景技術】
【０００２】
内部アンテナ型とは、高周波放電のためのアンテナ導体が、電流導入端子（フィードスルー）を介する等して、真空容器内に配置された構造のアンテナをいう。
【０００３】
従来の誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置を構成する一つのアンテナ周りの一例を図１に示す。これと同様の構造は、例えば、特許文献１、２および非特許文献１に記載されている。
【０００４】
この従来のプラズマ処理装置では、コ字状またはＵ字状のアンテナ導体６６を誘電体６８で覆った構造の１以上のアンテナ７０を、真空容器６４内に突き出すように取り付けている。
【０００５】
真空容器６４内に設けられている被処理用の基板２の寸法に応じて、複数のアンテナ７０が設けられる。複数のアンテナ７０は、例えば、図１に示す例のように基板２の処理面に対向する真空容器６４の天井面に配置する場合（例えば特許文献１参照）と、真空容器６４の側面に基板２を取り囲むように配置する場合（例えば特許文献２参照）と、両者を併用する場合（例えば非特許文献１参照）とがある。
【０００６】
プラズマ７６の生成に必要なガスを真空容器６４内へ導入するガス導入部は、真空容器６４の天井面または側面の適当な箇所に設けられている。
【０００７】
真空容器６４内に上記ガスを導入すると共に、アンテナ７０（具体的にはそのアンテナ導体６６）に高周波電流を流すことによって、アンテナ７０の周辺に高周波磁界が発生し、それによって誘導電界が発生する。この誘導電界によって電子が加速されて上記ガスを電離させて、アンテナ７０の周辺にプラズマ７６が生成される。このプラズマ７６によって基板２に、ＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング等の所望の処理を施すことができる。
【０００８】
上記内部アンテナ型とは別のものとして、高周波放電のためのアンテナ導体を、真空を保持する誘電体窓を介在させて真空容器外に配置した構造の外部アンテナ型がある（例えば特許文献３参照）。
【０００９】
上記従来技術や本発明で採用している内部アンテナ型は、外部アンテナ型と比べると、アンテナ導体を覆っている誘電体（誘電体６８または後述する誘電体カップ３０）は、圧力（大気圧）に耐える必要がないことから、当該誘電体の厚さを小さくすることができるので、プラズマにその近くから効率良く高周波電力を供給することができ、プラズマへの電力吸収効率が高いという利点がある（例えば、特許文献１の段落０００５、非特許文献１の１９４頁右欄参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２２０６００号公報（図２、図８）
【特許文献２】特開２００４−３９７１９号公報（図１、図３）
【特許文献３】特開２００５−２８５５６４号公報（図１）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】節原裕一著，「マルチ低インダクタンス内部アンテナを用いた次世代メートル級大面積プロセスに向けたプラズマ生成制御技術」, J. Plasma Fusion Res. Vol. 84, No. 4(2008), p. 193-198
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来のプラズマ処理装置には次の課題がある。
【００１３】
（ａ）アンテナ７０と基板２との間には、離散的に配置した複数のアンテナ７０で生成されるプラズマ７６を基板２上で均一化させる等のために、ある程度の距離Ｌ1 を確保しなければならないが、それに加えて、アンテナ７０が真空容器６４内に突き出している距離Ｌ2 （これは例えば１００ｍｍ程度）を確保する必要があるので、この距離Ｌ2 に相当する分、真空容器６４の容積を大きくしなければならない。それに伴って、真空容器６４用の真空排気装置の排気容量も大きくしなければならない。
【００１４】
（ｂ）アンテナ７０の周辺にプラズマ７６が発生するけれども、詳しく見れば、コ字状またはＵ字状のアンテナ７０の内側７２に強い誘導電界が発生するので、その辺りを中心にプラズマ７６が発生する。これは、基板２から見て遠い位置にプラズマ７６を発生させることになる。このプラズマ７６が基板２まで拡散することを利用して基板２を処理するのであるが、プラズマ密度はおおよそ距離の２乗に逆比例するので、プラズマ７６の発生位置が上記のように遠いと、基板２の処理にプラズマ７６を効率良く利用することができなくなる。これは結局は、プラズマ生成のエネルギー源である高周波電力を効率良く利用することができないことである。
【００１５】
（ｃ）従来技術では、真空容器６４の天井面または側面の適当な箇所に設けられたガス導入部から真空容器６４内にガスを導入して、真空容器６４内全体をほぼ一様なガス圧にしてプラズマ７６を発生させているので、プラズマ生成に必要のない所にまでガスを同じように供給しており、従って供給ガスを効率良く利用することができていない。
【００１６】
そこでこの発明は、内部アンテナ型のプラズマ処理装置において、真空容器の小容積化、高周波電力の効率的な利用および供給ガスの効率的な利用を可能にすることを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係るプラズマ処理装置は、真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置であって、前記真空容器内に設けられていて前記基板を保持するホルダと、前記真空容器の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口と、前記各アンテナ用開口の真空容器外側の面を塞いでいる蓋と、前記各アンテナ用開口内にそれぞれ設けられた前記アンテナ導体と、前記ホルダ側に位置する底面、当該底面につながる側面および当該底面に設けられた複数の小孔を有するものであって、前記各アンテナ用開口内に、前記各アンテナ導体を覆うように、かつ前記側面が前記アンテナ用開口の壁面に近接するようにそれぞれ設けられた誘電体カップと、前記各誘電体カップ内に前記ガスをそれぞれ導入するガス導入部と、前記各誘電体カップ内にそれぞれ充填されており、かつ前記ガス導入部から導入された前記ガスを前記誘電体カップの底面の各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物と、前記各アンテナ導体に高周波電力を供給して当該各アンテナ導体に前記高周波電流を流す高周波電源とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
このプラズマ処理装置においては、各誘電体カップ内に導入されたガスは、当該誘電体カップ内の充填物のガス流路を通って当該誘電体カップの各小孔に導かれ、この各小孔を通って各誘電体カップの底面の外側付近に供給される。
【００１９】
また、各アンテナ導体に高周波電流を流すことによって各アンテナ導体の周辺に高周波磁界が発生するけれども、各誘電体カップ内には充填物を充填しており、かつ各誘電体カップの側面をアンテナ用開口の壁面に近接させていて、各誘電体カップの内側およびその側面の外側空間では電子は十分に走行できないのでプラズマの発生が防止され、各誘電体カップの底面の外側付近でのみプラズマが発生し、そこがプラズマ生成領域となる。
【００２０】
このようにして、各誘電体カップの底面の外側付近のプラズマ生成領域でのみプラズマを発生させることができ、かつ当該プラズマ生成領域にそのすぐ近くからガスを供給して、当該プラズマ生成領域のガス圧を局所的に高くすることができる。
【００２１】
前記誘電体カップの側面と、当該誘電体カップが収納されている前記アンテナ用開口の壁面との間の距離は、０ｍｍ〜５ｍｍにするのが好ましい。
【００２２】
前記充填物は、例えば、多数の誘電体粒または多数の誘電体短管である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば次の効果を奏する。
【００２４】
（ア）各誘電体カップ内に充填物を充填しており、かつ誘電体カップの側面をアンテナ用開口の壁面に近接させているので、各誘電体カップの内側および側面の外側空間でのプラズマ発生を防止して、各誘電体カップの底面の外側付近のプラズマ生成領域でのみプラズマを発生させることができる。従って、プラズマ生成用の高周波電力を、当該プラズマ生成領域で発生させるプラズマに効率良く供給することができるので、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００２５】
（イ）上記各プラズマ生成領域は、各アンテナ導体よりも基板に近い位置にあるので、各プラズマ生成領域で発生させたプラズマを、基板の処理に効率良く利用することができる。従ってこの理由からも、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００２６】
（ウ）各誘電体カップ内に導入されたガスは、各誘電体カップの底面の各小孔を通って、当該底面の外側付近の上記各プラズマ生成領域にそのすぐ近くから供給することができるので、各プラズマ生成領域のガス圧を局所的に高くすることができる。従って、各プラズマ生成領域により高密度のプラズマを生成することができると共に、供給ガスを効率良く利用することができる。
【００２７】
（エ）真空容器の壁面に設けられたアンテナ用開口内にアンテナ導体を設けているので、アンテナ導体と基板との間の距離をほぼ同一にして比べた場合、真空容器内にアンテナ導体を突き出している従来技術に比べて、真空容器の容積を小さくすることができる。従って、当該真空容器用の真空排気装置の排気容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置を構成する一つのアンテナ周りの一例を示す概略図である。
【図２】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２中の一つのアンテナ周りを拡大して示す正面図である。
【図４】図２のアンテナ周りの右側面図である。
【図５】図２のアンテナ周りの下面図であり、充填物の図示は省略している。
【図６】図２のガス導入部の位置を変えた例を示す図である。
【図７】図２の変形例を示す図である。
【図８】充填物が多数の誘電体短管である場合の例を拡大して部分的に示す図である。
【図９】コイル状のアンテナ導体の他の例を誘電体カップと共に示す図であり、充填物の図示は省略している。
【図１０】渦巻状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【図１１】２本の棒状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【図１２】平面状のアンテナ導体の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図２に示し、その一つのアンテナ周りを拡大して図３〜図５に示す。
【００３０】
このプラズマ処理装置は、真空容器４内に設けられたアンテナ導体２６に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガス３４を電離させてプラズマ４６を生成し、当該プラズマ４６を用いて基板２に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置である。
【００３１】
基板２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。
【００３２】
基板２に施す処理は、例えば、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。
【００３３】
このプラズマ処理装置は、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。
【００３４】
このプラズマ処理装置を詳述すると、真空容器４は例えば金属製であり、その内部は真空排気装置８によって真空排気される。
【００３５】
真空容器４内には、基板２を保持するホルダ１０が設けられている。この例では、ホルダ１０は軸１１に支持されている。軸１１が真空容器４を貫通する部分には、電気絶縁機能および真空シール機能を有する軸受部１２が設けられている。この例のように、ホルダ１０にバイアス電源１４から軸１１を経由して負のバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は負のパルス状電圧でも良い。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマ４６中の正イオンが基板２に入射するときのエネルギーを制御して、基板２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。
【００３６】
真空容器４の壁面に、ホルダ１０上の基板２に向くように、１以上のアンテナ用開口２２が設けられている。より具体的には、真空容器４の天井面６に、ホルダ１０上の基板２に向くように、複数のアンテナ用開口２２が設けられている。この各アンテナ用開口２２に、アンテナ部２０をそれぞれ設けている。各アンテナ部２０は、蓋２４、アンテナ導体２６、誘電体カップ３０、ガス導入部３６および充填物３８をそれぞれ有している。これらについては以下に詳述する。
【００３７】
各アンテナ用開口２２およびアンテナ部２０の平面形状、数、配置等は、例えば、処理しようとする基板２の寸法や形状等に応じて決めれば良い。図２に示す例では、基板２に対向する天井面６に、複数のアンテナ用開口２２を、基板２より広い範囲にほぼ等間隔に設け、その各アンテナ用開口２２にアンテナ部２０をそれぞれ設けている。
【００３８】
各アンテナ部２０の構造の例を、主として図３〜図５を参照して詳述する。
【００３９】
各アンテナ用開口２２の真空容器４（具体的にはその天井面６）外側の面は、蓋２４によって塞がれている。両者４、２４間には真空シール用のパッキン４０が設けられている。蓋２４は、より具体的には、この例では金属製のフランジである。
【００４０】
各アンテナ用開口２２内には、アンテナ導体２６がそれぞれ設けられている。各アンテナ導体２６は、この例ではコイル状（正確には、螺旋のコイル状。以下同様）をしている。このアンテナ導体２６の両端の給電部２８、２９が蓋２４を貫通する部分には、真空シール機能および電気絶縁機能を有する電流導入端子（フィードスルー）４２がそれぞれ設けられている。
【００４１】
アンテナ導体２６の平面形状は、処理しようとする基板２の形状等に応じて決めれば良い。図３〜図５等に示す例では、アンテナ導体２６の平面形状は長円形（換言すれば、レーストラック形。以下同様）をしている（図５参照）。
【００４２】
コイル状のアンテナ導体２６の巻き数は、この例では１．５回巻きであるが、これに限られるものではない。
【００４３】
各アンテナ導体２６の中に冷却水等の冷媒を流して、各アンテナ導体２６を冷却するようにしても良い。後述する他の例においても同様である。
【００４４】
蓋２４を、図７に示す例のように絶縁物製のフランジにして、電流導入端子４２を省略しても良い。その場合は、例えば、アンテナ導体２６の給電部２８、２９が蓋２４を貫通する部分に、真空シール用のパッキン４１を設ければ良い。上記絶縁物の材質は、例えば、石英、アルミナ等であるが、これに限られるものではない。
【００４５】
各アンテナ用開口２２内には、各アンテナ導体２６を覆うように、誘電体カップ３０がそれぞれ設けられている。各誘電体カップ３０は、ホルダ１０（図２参照）側に位置する底面３１、当該底面３１につながる側面３２を有するカップ状（換言すれば有底筒状）のものである。
【００４６】
誘電体カップ３０の平面形状は、アンテナ導体２６の平面形状に対応したものにすれば良く、アンテナ用開口２２の平面形状は、誘電体カップ３０の平面形状に対応したものにすれば良い。この例では前述したようにアンテナ導体２６の平面形状が長円形をしているので、誘電体カップ３０およびアンテナ用開口２２の平面形状も長円形をしている（図５参照）。
【００４７】
各誘電体カップ３０は、その側面３２がアンテナ用開口２２の壁面に近接するようにアンテナ用開口２２内に設けている。換言すれば、アンテナ用開口２２は誘電体カップ３０よりも僅かに大きくしている。両者をほぼ同じ寸法にして、誘電体カップ３０の側面３２がアンテナ用開口２２の壁面に接していても良い。
【００４８】
誘電体カップ３０の底面３１には、複数の小孔３３を設けている。小孔にすることによって、各小孔３３を通して、ガス導入部３６から誘電体カップ３０内に導入されたガス３４を外に通すことができるけれども、後述するプラズマ４６が誘電体カップ３０内に入り込むのを防ぐことができる。この観点からは、各小孔３３は、その直径が底面３１の厚さよりも十分に（例えば１／５〜１／１０程度に）小さい細孔が好ましい。複数の小孔３３を設けることによって、より具体的には複数の小孔３３を分散させて設けることによって、後述するプラズマ生成領域４４にガス３４を満遍なく供給することができる。
【００４９】
誘電体カップ３０は、図３等に示す例のように、蓋２４に取り付けて蓋２４から支持しても良いし、図７に示す例のように、押え板４８等を用いて、アンテナ用開口２２の周囲の真空容器４から支持しても良い。押え板４８は、複数の部分的なものでも良いし、リング状のものでも良い。
【００５０】
誘電体カップ３０の底面３１は、図３等に示す例のように、その周りの真空容器４の面とほぼ同一面内にあるように構成するのが良いけれども、アンテナ用開口２２内に幾分入り込んでいても構わないし、幾分突き出していても構わない。
【００５１】
各誘電体カップ３０の材質は、例えば、石英ガラス、アルミナ、炭化シリコン、窒化シリコン、シリコン、その他セラミックスである。
【００５２】
各誘電体カップ３０内にガス３４を導入するガス導入部３６をそれぞれ設けている。このガス導入部３６は、図３等に示す例のように、蓋２４の部分に設けても良いし、図６に示す例のように、誘電体カップ３０の側面３２の部分に設けても良い。
【００５３】
ガス３４は、基板２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２に膜形成を行う場合は、ガス３４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２の表面に形成することができる。
【００５４】
各誘電体カップ３０内に、誘電体製の充填物３８を充填している。つまり、誘電体カップ３０内においてアンテナ導体２６は充填物３８の中に埋まっている。この充填物３８は、ガス導入部３６から導入されたガス３４を誘電体カップ３０の底面３１の各小孔３３に導くガス流路を有している。この充填物３８は、アンテナ導体２６と誘電体カップ３０との間の空間を、ガス３４の流路を確保しつつ、誘導電界による電子加速で放電に至って誘電体カップ３０内でプラズマが発生しない程度に密に埋めるものである。この充填物３８は、誘電体カップ３０内にほぼ一杯に充填しておくのが好ましい。そのようにすると、誘電体カップ３０内でプラズマが発生するのをより確実に防止することができる。
【００５５】
より具体的には、図３〜図７の例の充填物３８は、多数の誘電体粒である。この場合は、隣り合う誘電体粒間に小さな隙間が存在し、このような複数の隙間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。この誘電体粒は、図３〜図７の例では球状であるが、それ以外に楕円状球などでも良い。また、全て同一寸法の誘電体粒を用いても良いし、空隙をより小さく埋める等のために、２種類以上の異なる寸法の誘電体粒を用いても良い。
【００５６】
充填物３８は、多数の誘電体粒以外のものでも良い。例えば、充填物３８は、図８に拡大して示すような多数の誘電体短管でも良い。この場合は、隣り合う誘電体短管間に小さな隙間が存在し、かつ各誘電体短管内にも空間が存在し、このような複数の隙間および空間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。２種類以上の異なる寸法の誘電体短管を用いても良い。
【００５７】
充填物３８は、例えばグラスウールのような、綿（わた）状の誘電体でも良い。これを誘電体カップ３０内に詰め込んでおけば良い。この場合は、隣り合う短繊維状の誘電体間に小さな空間が存在し、このような複数の空間が互いに屈曲しながらつながって、上記ガス流路を形成している。
【００５８】
充填物３８の材質は、例えば、誘電体カップ３０の材質として先に例示したものと同様である。
【００５９】
各アンテナ用開口２２内のアンテナ導体２６は、誘電体カップ３０で覆われており、かつ誘電体カップ３０内には充填物３８が充填されているけれども、上記のように各誘電体カップ３０は複数の小孔３３を有しており、かつ充填物３８は上記のようなガス流路を有していて、各アンテナ導体２６を真空容器４内から真空シールしている訳ではないので、各アンテナ導体２６は、真空容器４内の真空雰囲気中に存在している。従って、この各アンテナ導体２６は、基本的には、真空容器４内に配置された構造をしているので、内部アンテナ型である。
【００６０】
再び図２を参照して、このプラズマ処理装置は、各アンテナ導体２６に高周波電力を供給して各アンテナ導体２６に高周波電流を流す高周波電源５０を備えている。この例では、アンテナ導体２６と同数の高周波電源５０を備えており、各高周波電源５０からの高周波電力は、整合回路５２をそれぞれ介して、各アンテナ導体２６の一方の給電部２８（図３等参照）に供給される。各アンテナ導体２６の他方の給電部２９（図３等参照）は、この例では終端キャパシタ５４を介して接地しているが、直接接地しても良い。
【００６１】
アンテナ導体２６と同数の高周波電源５０を設ける代わりに、一つの高周波電源５０と電力分配器とを設けて、この電力分配器からの高周波電力を各整合回路５２を介して各アンテナ導体２６に供給しても良い。
【００６２】
高周波電源５０から出力する高周波電力の周波数は、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。
【００６３】
このプラズマ処理装置の作用を説明する。各誘電体カップ３０内にガス導入部３６からガス３４を導入すると、当該ガス３４は、誘電体カップ３０内の充填物３８のガス流路を通って誘電体カップ３０の各小孔３３に導かれ、この各小孔３３を通って、各誘電体カップ３０の底面３１の外側（真空容器４内側）付近に供給される。
【００６４】
また、各アンテナ導体２６に高周波電源５０から高周波電力を供給して高周波電流を流すことによって、各アンテナ導体２６の周辺に高周波磁界が発生し、それによって各アンテナ導体２６の周辺に誘導電界が発生する。この高周波磁界および誘導電界は、誘電体カップ３０を通して、誘電体カップ３０の底面３１の外側付近にも発生する。
【００６５】
しかし、各誘電体カップ３０内には充填物３８を充填しており、かつ各誘電体カップ３０の側面３２をアンテナ用開口２２の壁面に近接させていて、各誘電体カップ３０の内側およびその側面３２の外側空間では電子は十分に走行できないのでプラズマの発生が防止され、各誘電体カップ３０の底面３１の外側付近でのみプラズマ４６が発生し、そこがプラズマ生成領域４４となる。
【００６６】
つまり、各誘電体カップ３０内の充填物３８は、ガス３４は通すけれども、電子が放電を維持できるのに十分な距離を走行することを妨げるので、各誘電体カップ３０内にプラズマが発生するのを防止することができる。
【００６７】
更に、各誘電体カップ３０の側面３２をアンテナ用開口２２の壁面に近接させていて、アンテナ用開口２２の壁面と側面３２間の空間では、電子は放電を維持できるのに十分な距離を走行することができないので、当該空間にプラズマが発生するのを防止することができる。
【００６８】
上記のような作用によって、各誘電体カップ３０の内側および側面３２の外側空間でのプラズマ発生を防止して、各誘電体カップ３０の底面３１の外側付近のプラズマ生成領域４４でのみプラズマ４６を発生させることができる。従って、プラズマ生成用の高周波電力を、当該プラズマ生成領域４４で発生させるプラズマに効率良く供給することができるので、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００６９】
プラズマ生成領域４４で発生させたプラズマ４６は、拡散して基板２の近傍に達する。このプラズマ４６によって基板２に、ＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング等の所望の処理を施すことができる。
【００７０】
しかも、上記各プラズマ生成領域４４は、各アンテナ導体２６よりも基板２に近い位置にあるので、各プラズマ生成領域４４で発生させたプラズマ４６を、基板２の処理に効率良く利用することができる。従ってこの理由からも、高周波電力を効率良く利用することができる。
【００７１】
更に、各誘電体カップ３０内に導入されたガス３４は、各誘電体カップ３０の底面３１の各小孔３３を通って、当該底面３１の外側付近の上記各プラズマ生成領域４４にそのすぐ近くから供給することができるので、各プラズマ生成領域４４のガス圧を局所的に高くすることができる。従って、各プラズマ生成領域４４により高密度のプラズマを生成することができると共に、供給ガス３４を効率良く利用することができる。
【００７２】
また、真空容器４の壁面に設けられたアンテナ用開口２２内にアンテナ導体２６を設けているので、アンテナ導体と基板２との間の距離をほぼ同一にして比べた場合、真空容器６４内にアンテナ導体６６を突き出している従来技術（図１参照）に比べて、真空容器４の容積を小さくすることができる。従って、当該真空容器４用の真空排気装置８の排気容量を小さくすることができる。
【００７３】
つまり、図１に示す距離Ｌ1 と図２に示す距離Ｌ3 とをほぼ同一にして比べた場合、本発明では、図１中のアンテナ突出距離Ｌ2 に相当する距離だけ真空容器４の壁面を内側に配置することができるので（図２参照）、当該距離Ｌ2 を容積に換算した程度の量だけ、真空容器４の容積を小さくすることができる。
【００７４】
より具体例を示すと、図１に示す従来技術における距離Ｌ1 は約２００ｍｍ〜約３００ｍｍであるのに対して、距離Ｌ2 は約１００ｍｍもあり、本発明によれば、この距離Ｌ2 に相当する距離を無くすることができるので、基板２と真空容器４の内壁との間の距離を、従来技術の約２／３〜約３／４に短くすることができ、それに応じて真空容器４の容積を小さくすることができる。その結果、真空排気装置８の排気容量を小さくすることができる。
【００７５】
更に、プラズマＣＶＤのようにプラズマを利用して膜を形成する場合、図１に示すような従来技術では、真空容器６４内に突き出しているアンテナ７０の表面にも不要な膜堆積が生じて、それがゴミ発生源となって基板２を汚染する可能性があるのに対して、本発明では真空容器４内にアンテナは突き出していないので、不要な膜堆積およびそれに伴うゴミ発生を減らすことができる。その結果、装置のメインテナンス頻度を減らすことができる。
【００７６】
各誘電体カップ３０の側面３２とアンテナ用開口２２の壁面との間の空間の距離Ｌ4 （図３、図４参照）は、０ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にするのが好ましい。これは、当該プラズマ処理装置の運転時の上記空間のガス圧は、例えば、０．７Ｐａ〜１３３Ｐａ程度であり、この程度のガス圧雰囲気中における電子の平均自由行程を考えると、５ｍｍは当該平均自由行程よりも十分に小さいので、上記空間では電子はガスを電離させるのに十分な距離を走行できず、従ってプラズマは発生しないからである。
【００７７】
アンテナ導体２６は、例えば、上記例のようにコイル状のものである。この場合は、巻き数を増やすことで、誘導電界をより強く発生させることができるので、より密度の高いプラズマ４６を発生させることができる。もっとも、アンテナ導体２６の巻き数を増やすとインピーダンスが増大するので給電側に大きな電位が発生するため、プラズマ４６の電位上昇を伴う。この観点からは、コイル状のアンテナ導体２６の巻き数は、例えば１回巻きから２回巻き程度にするのが好ましい。図２〜図７、図９に示す例は１．５回巻きの例である。
【００７８】
コイル状のアンテナ導体２６は、例えば図９に示す例のように、その前面部２７が誘電体カップ３０の底面３１に実質的に平行になるように巻かれたものにしても良い。そのようにすると、図３等に示すアンテナ導体２６に比べて、プラズマ生成領域４４により均一に誘導電界を発生させて、プラズマの均一性をより高めることが期待できる。
【００７９】
アンテナ導体２６は、例えば図１０に示す例のように、渦巻状のものでも良い。この場合は、アンテナ導体２６を広くかつ満遍なく巻くことができるので、コイル状に比べて、面内の広がりおよび均一性のより良いプラズマの生成が可能になる。また、巻き数を増やすことで、誘導電界をより強く発生させて、より高密度のプラズマを発生させることができる。
【００８０】
アンテナ導体２６は、例えば図１１に示す例のように、棒状（直線棒状）のものでも良い。これによって、線状のプラズマを発生させることができる。図１１は、２本並列の例を示すが、２本以外でも良い。あるいは、例えば図１２に示す例のように、アンテナ導体２６は平面状のものでも良い。これにより、面状のプラズマを生成することができる。また、棒状や平面状のアンテナ導体２６はインピーダンスが低いので、プラズマの電位を低くすることができる。
【００８１】
図１は、複数のアンテナ用開口２２およびアンテナ部２０を、基板２の処理面に対向する真空容器４の天井面６に配置した例であるが、本発明はそれに限られるものではない。例えば、複数のアンテナ用開口２２およびアンテナ部２０を、真空容器４の側面に基板２を取り囲むように配置しても良いし、両者（天井面配置と側面配置）を併用しても良い。また、基板２の寸法等に応じて、アンテナ用開口２２およびアンテナ部２０は一つずつでも良い。
【符号の説明】
【００８２】
２ 基板
４ 真空容器
１０ ホルダ
２０ アンテナ部
２２ アンテナ用開口
２４ 蓋
２６ アンテナ導体
３０ 誘電体カップ
３１ 底面
３２ 側面
３３ 小孔
３４ ガス
３６ ガス導入部
３８ 充填物
４４ プラズマ生成領域
４６ プラズマ
５０ 高周波電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内に設けられていて前記基板を保持するホルダと、
前記真空容器の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口と、
前記各アンテナ用開口の真空容器外側の面を塞いでいる蓋と、
前記各アンテナ用開口内にそれぞれ設けられた前記アンテナ導体と、
前記ホルダ側に位置する底面、当該底面につながる側面および当該底面に設けられた複数の小孔を有するものであって、前記各アンテナ用開口内に、前記各アンテナ導体を覆うように、かつ前記側面が前記アンテナ用開口の壁面に近接するようにそれぞれ設けられた誘電体カップと、
前記各誘電体カップ内に前記ガスをそれぞれ導入するガス導入部と、
前記各誘電体カップ内にそれぞれ充填されており、かつ前記ガス導入部から導入された前記ガスを前記誘電体カップの底面の各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物と、
前記各アンテナ導体に高周波電力を供給して当該各アンテナ導体に前記高周波電流を流す高周波電源とを備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体カップの側面と、当該誘電体カップが収納されている前記アンテナ用開口の壁面との間の距離を０ｍｍ〜５ｍｍにしている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記充填物は、多数の誘電体粒である請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記充填物は、多数の誘電体短管である請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
真空容器内に設けられたアンテナ導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型かつ内部アンテナ型のプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内に設けられていて前記基板を保持するホルダと、
前記真空容器の壁面に設けられた１以上のアンテナ用開口と、
前記各アンテナ用開口の真空容器外側の面を塞いでいる蓋と、
前記各アンテナ用開口内にそれぞれ設けられた前記アンテナ導体と、
前記ホルダ側に位置する底面、当該底面につながる側面および当該底面に設けられた複数の小孔を有するものであって、前記各アンテナ用開口内に、前記各アンテナ導体を覆うように、かつ前記側面が前記アンテナ用開口の壁面に近接するようにそれぞれ設けられた誘電体カップと、
前記各誘電体カップ内に前記ガスをそれぞれ導入するガス導入部と、
前記各誘電体カップ内にそれぞれ充填されており、かつ前記ガス導入部から導入された前記ガスを前記誘電体カップの底面の各小孔に導くガス流路を有している誘電体製の充填物と、
前記各アンテナ導体に高周波電力を供給して当該各アンテナ導体に前記高周波電流を流す高周波電源とを備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体カップの側面と、当該誘電体カップが収納されている前記アンテナ用開口の壁面との間の距離を０ｍｍ〜５ｍｍにしている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記充填物は、多数の誘電体粒である請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記充填物は、多数の誘電体短管である請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−４９０６５（Ｐ２０１２−４９０６５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１９１４（Ｐ２０１０−１９１９１４）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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