プラズマ処理装置
【課題】 誘導結合型のプラズマ処理装置において、アンテナの実効インダクタンスを小さくしてアンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑え、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高める。
【解決手段】 プラズマ処理装置を構成する平面形状が実質的にまっすぐなアンテナ３０は、二枚の矩形導体板３１、３２を同一平面上に位置するように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置し、かつ両導体板の長手方向Ｘの一方端同士を導体３３で接続した往復導体構造をしている。両導体板３１、３２に高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される。かつ両導体板３１、３２の隙間側の辺に開口部３７を形成し、それを複数、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散させて配置している。
【解決手段】 プラズマ処理装置を構成する平面形状が実質的にまっすぐなアンテナ３０は、二枚の矩形導体板３１、３２を同一平面上に位置するように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置し、かつ両導体板の長手方向Ｘの一方端同士を導体３３で接続した往復導体構造をしている。両導体板３１、３２に高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される。かつ両導体板３１、３２の隙間側の辺に開口部３７を形成し、それを複数、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散させて配置している。
【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、スパッタリング等の処理を施すプラズマ処理装置に関し、より具体的には、アンテナ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のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置に属するものとして、容量結合型プラズマ（略称ＣＣＰ）を生成する容量結合型のプラズマ処理装置と、誘導結合型プラズマ（略称ＩＣＰ）を生成する誘導結合型のプラズマ処理装置とがある。
【０００３】
容量結合型のプラズマ処理装置は、簡単に言えば、二枚の平行電極間に高周波電圧を印加して、両電極間に発生する高周波電界を用いてプラズマを生成するものである。
【０００４】
この容量結合型のプラズマ処理装置においては、プラズマに高い電圧が印加されてプラズマ電位が高くなり、プラズマ中の荷電粒子（例えばイオン）が高いエネルギーで基板に入射衝突するので、基板上に形成する膜に与えるダメージが大きくなり、膜質が低下する等の課題がある。
【０００５】
一方、誘導結合型のプラズマ処理装置は、簡単に言えば、アンテナ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プラズマを生成するものであり、基本的に、容量結合型に比べてプラズマ電位を低くすることができる等の利点がある。
【０００６】
このような誘導結合型のプラズマ処理装置の一例として、特許文献１には、平板状のアンテナを真空容器の開口部に絶縁枠を介して取り付け、当該アンテナの一端と他端間に高周波電源から高周波電力を供給して高周波電流を流し、それによって発生する誘導電界によっ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プラズマ処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ ２００９／１４２０１６号パンフレット（段落００２４−００２６、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
誘導結合型のプラズマ処理装置においても、大型の基板に対応する等のためにアンテナを長くすると、当該アンテナのインピーダンス（特にインダクタンス）が大きくなり、それによってアンテナの長手方向の両端部間に大きな電位差が発生する。
【０００９】
このアンテナの電位は、プラズマとの間の静電容量を介してプラズマ電位に反映されるので、アンテナの電位が高いとプラズマ電位も高くなる。その結果、プラズマ中の荷電粒子（例えばイオン）が高いエネルギーで基板に入射衝突するので、基板上に形成する膜に与えるダメージが大きくなり、膜質が低下する等の課題が生じる。
【００１０】
また、アンテナの長手方向の両端部間に大きな電位差が発生すると、電位の高い方の端部付近においてはアンテナの電位の振幅が大きいために、容量結合型によるプラズマ生成作用が本来の誘導結合型によるプラズマ生成作用に重畳されるようになり、電位の高い方の端部付近のプラズマ密度が他端部付近のプラズマ密度よりも高くなる。その結果、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布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。
【００１１】
そこでこの発明は、誘導結合型の装置であって、アンテナの実効インダクタンスを小さくしてアンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができるプラズマ処理装置を提供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】
【００１２】
この発明に係るプラズマ処理装置は、平面形状が実質的にまっすぐなアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生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のプラズマ処理装置であって、前記アンテナは、二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に位置するように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置し、かつ両矩形導体板の長手方向の一方端同士を導体で接続した往復導体構造をしていて、当該二枚の矩形導体板に前記高周波電流が互いに逆向きに流されるものであり、かつ前記二枚の矩形導体板の前記隙間側の辺に前記隙間を挟んで対向する切り欠きをそれぞれ設けて当該対向する切り欠きによって開口部を形成し、この開口部を複数、前記アンテナの長手方向に分散させて配置している、ことを特徴としている。
【００１３】
このプラズマ処理装置を構成するアンテナは、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流が互いに逆向きに流されるので、往復導体間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナの実効インダクタンスが小さくなる。従って、従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００１４】
また、アンテナを流れる高周波電流について詳細に見ると、高周波電流は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板の隙間側の辺に着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れるので、隙間と反対側の辺に比べて、インダクタンス（ひいてはインピーダンス。以下同様）がより小さくなる。従って、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流がより多く流れることになる。その結果、各開口部は、アンテナの長手方向に分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００１５】
しかも、各開口部間の接続部分は、互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れてインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナのインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は上記のとおりである。
【００１６】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の大きさを、その他の前記開口部の大きさよりも大きくしても良いし、前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の間隔を、その他の前記開口部の間隔よりも小さくしても良いし、両者を併用しても良い。
【００１７】
前記二枚の矩形導体板を、前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置しても良いし、短辺方向において湾曲させて、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置しても良い。
【００１８】
前記二枚の矩形導体板の前記隙間と反対側の辺の周りを、それぞれ、前記矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる前記高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆しておいても良い。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、アンテナは、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流が互いに逆向きに流されるので、往復導体間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナの実効インダクタンスが小さくなる。従って、従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００２０】
プラズマ電位を低く抑えることができる結果、プラズマから基板に入射する荷電粒子のエネルギーを小さく抑えることができるので、それによって例えば、基板上に形成する膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。また、アンテナを長くする場合でも、上記理由によって、アンテナの電位を低く抑えてプラズマ電位を低く抑えることができるので、アンテナを長くして基板の大型化に対応することが容易になる。
【００２１】
アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２２】
また、アンテナを流れる高周波電流について詳細に見ると、高周波電流は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板の隙間側の辺に着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れるので、隙間と反対側の辺に比べて、インダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。従って、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流がより多く流れることになる。その結果、各開口部は、アンテナの長手方向に分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００２３】
しかも、各開口部間の接続部分は、互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れてインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナのインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は上記のとおりである。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。これに対して、この発明のように、アンテナの長手方向における両端部の開口部の大きさを、その他の開口部の大きさよりも大きくすることによって、両端部の開口部付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。これに対して、この発明のように、アンテナの長手方向における両端部の開口部の間隔を、その他の開口部の間隔よりも小さくすることによって、両端部の開口部付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、プラズマ中には二枚の矩形導体板を流れる高周波電流と逆向きの誘導電流が流れ、これによってもアンテナのインダクタンスが低下するけれども、二枚の矩形導体板は断面Ｖ字構造に配置されていてその隙間と反対側の辺は、隙間側の辺に比べてプラズマからの距離が大きいのでインダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二枚の矩形導体板は断面Ｕ字構造に配置されていてその隙間と反対側の辺は、隙間側の辺に比べてプラズマからの距離が大きいので、請求項４の発明と同様の理由から、インダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二枚の矩形導体板の隙間と反対側の辺の周りを、矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆していて、表皮効果によって高周波電流は主にこの比抵抗の大きい導体を流れるので、二枚の矩形導体板の隙間と反対側の辺のインピーダンスが大きくなる。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、真空容器内側に位置するアンテナとプラズマの生成領域との間に、アンテナをプラズマから遮る誘電体板を設けておくことによって、アンテナの表面がプラズマ中の荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされるのを防止することができるので、当該スパッタによってプラズマおよび基板に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じることを防止することができる。更に、プラズマを構成する電子はイオンよりも軽くて移動度が遥かに大きいけれども、上記誘電体板によって当該電子がアンテナに入射してプラズマから逃げるのを防止することができるので、プラズマ電位の上昇を抑制することもできる。
【００３０】
また、真空容器内側に位置するアンテナを誘電体内に埋めておくことによって、真空容器内に位置するアンテナのすぐ近くで不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、基板処理に必要なプラズマの不安定性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、互いに並列に配置され、かつ並列に高周波電力が供給される複数のアンテナを備えているので、より大面積のプラズマを生成することができる。しかも、共通の高周波電源から、隣り合うアンテナの隣り合う矩形導体板の隙間と反対側の隣り合う辺に流れる高周波電流が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成しているので、上記隙間と反対側の隣り合う辺間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが大きくなる。その結果、上記隙間と反対側の隣り合う辺に沿って流れる高周波電流を減少させ、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って流れる高周波電流を増大させることができるので、各開口部付近に発生させる磁場を強めることができる。その結果、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができるので、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１中の一つのアンテナの概略平面図である。
【図３】図１中の一つのアンテナの概略平面図であり、冷却パイプは省略している。
【図４】図３中の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。
【図５】図３に示すアンテナの概略の等価回路図である。
【図６】図３に示すアンテナの一つの開口部周りを拡大して示す平面図である。
【図７】上下方向に配置された往復導体の一例を示す概略断面図である。
【図８】図３に示すアンテナの寸法を表す符号を記入した図である。
【図９】図８に示すアンテナのＸ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図１０】図８に示すアンテナのＹ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図１１】アンテナの他の例を示す概略断面図であり、図４に示す断面図に対応している。
【図１２】アンテナの更に他の例を示す概略断面図であり、図４に示す断面図に対応している。
【図１３】アンテナの更に他の例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１４】開口部の大きさを変えて開口部付近の導体面垂直方向の磁束密度を測定したときのモデルを示す図である。
【図１５】図１４に示すモデルにおいて開口部の大きさを変えて開口部付近の導体面垂直方向の磁束密度を測定した結果の一例を示す図である。
【図１６】複数のアンテナを並列配置してそれらに共通の高周波電源から高周波電力を並列に供給する構成の一例を示す概略平面図である。
【図１７】複数のアンテナを並列配置してそれらに共通の高周波電源から高周波電力を並列に供給する構成の他の例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図１に示し、その一つのアンテナ３０を抜き出して図２〜図４に示す。図１、図２以外では、図示を簡略化するために、冷却パイプは省略している。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３４】
アンテナ３０等の向きを表すために、一点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を各図中に記載している。Ｚ方向は基板２の表面に立てた垂線３に平行な方向であり、Ｙ方向は当該垂線３に直交する方向であり、これらは表現を簡略化するために、それぞれ、上下方向Ｚ、左右方向Ｙと呼ぶことにする。Ｘ方向は、垂線３に直交する方向であり、かつアンテナ３０の長手方向である。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であるが、これに限られるものではない。以上のことは、他の図においても同様である。
【００３５】
この装置は、平面形状が実質的にまっすぐなアンテナ３０に高周波電源６０から高周波電流ＩR を流すことによって真空容器４内に誘導電界を発生させて当該誘導電界によってプラズマ５０を生成し、このプラズマ５０を用いて基板２に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置である。
【００３６】
「実質的にまっすぐ」というのは、文字どおりまっすぐな状態だけでなく、まっすぐに近い状態（ほぼまっすぐな状態）をも含む意味である。
【００３７】
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。
【００３８】
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、太陽電池等の半導体デバイス用の基板等であるが、これに限られるものではない。
【００３９】
基板２の平面形状は、例えば円形、四角形等であり、特定の形状に限定されない。
【００４０】
基板２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。
【００４１】
このプラズマ処理装置は、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。
【００４２】
このプラズマ処理装置は、例えば金属製の真空容器４を備えており、その内部は真空排気口８を通して真空排気される。
【００４３】
真空容器４内には、ガス導入管２２を通してガス２４が導入される。ガス導入管２２は、この例では、各アンテナ３０の長手方向Ｘに複数本ずつ配置されており、それらの前にはガス２４を拡散させるガス拡散板２６が設けられている。
【００４４】
ガス２４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法によって基板２に膜形成を行う場合は、ガス２４は、原料ガスまたはそれを希釈ガス（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。
【００４５】
真空容器４の天井面６に、各アンテナ３０の平面形状に対応した平面形状の開口部７がこの例では二つ設けられており、各開口部７内にアンテナ３０がそれぞれ設けられている。即ち、この実施形態はアンテナ３０を二つ有している。
【００４６】
各開口部７の上部には蓋板（例えばフランジ）４４が設けられており、各蓋板４４と天井面６との間には真空シール用のパッキン４６が設けられている。各蓋板４４は誘電体製でも良いが、この例では金属製にして、真空容器４と共に電気的に接地している。そのようにすると、各アンテナ３０からの高周波の外部への漏れを抑えることができる。
【００４７】
主に図３を参照して、各アンテナ３０は、二枚のＸ方向に長い矩形導体板３１、３２を、基板２の表面に沿う同一の平面上（即ちこの例では、ＸＹ平面に平行な同一平面上）に位置するように、互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置した構成をしている。換言すれば、二枚の矩形導体板３１、３２を、それらの端面を隙間３４をあけて対向させて、両矩形導体板３１、３２が平面になるように互いに近接させて平行に配置している。かつ、両矩形導体板３１、３２の長手方向Ｘの一方端同士を導体３３で接続している。これによって、各アンテナ３０は往復導体構造をしている。導体３３は、両矩形導体板３１、３２と別体のものでも良いし、一体のものでも良い。
【００４８】
各矩形導体板３１、３２および導体３３の材質は、例えば、銅（より具体的には無酸素銅）、アルミニウム等であるが、これに限られるものではない。
【００４９】
各アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２には、高周波電源６０から整合回路６２を経由して高周波電力が供給され、それによって当該二枚の矩形導体板３１、３２には、互いに逆向きの高周波電流（往復電流）ＩR が流される（高周波だから、この高周波電流ＩR の向きは時間によって反転する。以下同様）。詳述すると、往復導体構造をしている一方側の矩形導体板３１の、上記導体３３とは反対側の端部を高周波電力の給電点とし、他方側の矩形導体板３２の、上記導体３３とは反対側の端部を終端点としている。この終端点は、図示例のように直接接地しても良いし、コンデンサを介して接地しても良い。後述する他の例のアンテナ３０についても同様である。
【００５０】
なお、図３、図５等では、説明を分かりやすくする等のために、一つのアンテナ３０につき高周波電源６０および整合回路６２を一つずつ設けた例を図示しているが、そのようにせずに、一つの高周波電源６０および整合回路６２を複数のアンテナ３０に共用しても良い。即ち、複数のアンテナ３０に共通の高周波電源６０から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。その場合の例は後述する。
【００５１】
上記高周波電流ＩR によって、各アンテナ３０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流ＩR と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器４内において、電子が加速されてアンテナ３０の近傍のガス２４を電離させてアンテナ３０の近傍にプラズマ５０が発生する。このプラズマ５０は基板２の近傍まで拡散し、このプラズマ５０によって基板２に前述した処理を施すことができる。
【００５２】
高周波電源６０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。
【００５３】
二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４側の辺（換言すれば内側の辺）３１ａ、３２ａに、隙間３４を挟んで対向する切り欠き３５、３６をそれぞれ設けて、当該対向する切り欠き３５、３６によって開口部３７を形成し、この開口部３７を複数、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散させて配置している。開口部３７の数はこの例では五つであるが、それ以外でも良い。後述する他の例のアンテナ３０についても同様である。
【００５４】
各切り欠き３５、３６は、隙間３４を中心にして対称形のものにするのが好ましい。各開口部３７の形状は、図示例のように円形でも良いし、方形等でも良い。
【００５５】
上記各アンテナ３０は、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流ＩR が互いに逆向きに流されるので、往復導体３１、３２間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナ３０の実効インダクタンスが小さくなる。
【００５６】
これを詳述すると、互いに接近している平行な往復導体の総合インピーダンスＺT は、差動接続として電気理論の書籍等にも記載されているように、次式で表される。ここでは説明を簡略化するために、各導体の抵抗を共にＲ、自己インダクタンスを共にＬとし、両導体間の相互インダクタンスをＭとしている。
【００５７】
［数１］
ＺT ＝２Ｒ＋ｊ２（Ｌ−Ｍ）
【００５８】
上記総合インピーダンスＺT の内のインダクタンスＬT は次式で表される。このインダクタンスＬT のように、自己インダクタンスと相互インダクタンスとを合成したものを、この明細書では実効インダクタンスと呼ぶことにする。
【００５９】
［数２］
ＬT ＝２（Ｌ−Ｍ）
【００６０】
上記式からも分るように、往復導体の実効インダクタンスＬT は、相互インダクタンスＭのぶん小さくなり、ひいては総合インピーダンスＺT も小さくなる。この原理が往復導体構造をしている上記アンテナ３０にも適用される。
【００６１】
上記原理によってアンテナ３０の実効インダクタンスが小さくなる結果、前述した従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナ３０の長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ５０の電位を低く抑えると共にアンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００６２】
プラズマ５０の電位を低く抑えることができる結果、プラズマ５０から基板２に入射する荷電粒子（例えばイオン）のエネルギーを小さく抑えることができる。それによって例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、当該膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。また、アンテナ３０をＸ方向に長くする場合でも、上記理由によって、アンテナ３０の電位を低く抑えてプラズマ電位を低く抑えることができるので、アンテナ３０を長くして基板２の大型化に対応することが容易になる。
【００６３】
アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００６４】
また、各アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR について詳細に見ると、図３、図４に示すように、高周波電流ＩR は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板３１、３２の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４側の辺（内側の辺）３１ａ、３２ａに着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流ＩR が逆向きに流れるので、隙間３４と反対側の辺（換言すれば外側の辺）３１ｂ、３２ｂに比べて、インダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。
【００６５】
即ち、アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR について見れば、外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流ＩR に対してはその逆向きに流れる高周波電流がないのに対して、互いに近接している内側の辺３１ａ、３２ａには高周波電流ＩR が互いに逆向きに流れるので、内側の辺３１ａ、３２ａの方がインダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。これは先に数１、数２を参照して説明した原理による。即ち、内側の辺３１ａ、３２ａは、その相互インダクタンスのぶん実効インダクタンスが低下するということである。
【００６６】
先にアンテナ３０を大局的に見て説明した、相互インダクタンスの存在による実効インダクタンスの低下には、詳しく見ると、この内側の辺３１ａ、３２ａ間の相互インダクタンスによるインダクタンスの低下が大きく寄与していると言うことができる。
【００６７】
アンテナ３０の内側の辺３１ａ、３２ａおよび外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流ＩR に着目して、図３に示すアンテナ３０の概略の等価回路を描くと図５となる。実際は各辺３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ上に分散して分布して存在しているインピーダンスを、この例ではまとめてＺ1 〜Ｚ4 で示している。上述したように、外側の辺３１ｂ、３２ｂのインピーダンスＺ2 、Ｚ4 に比べて、内側の辺３１ａ、３２ａのインピーダンスＺ1 、Ｚ3 の方が小さくなる。
【００６８】
従って、内側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR がより多く流れることになる。その結果、各開口部３７は、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部３７付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００６９】
各開口部３７付近に作られる磁場の例を図６を参照して説明する。開口部３７に沿って高周波電流ＩR が互いに逆向きに流れ、それぞれが発生させる磁界６４、６５は開口部３７において互いに同方向になるので、磁場強度は両者の和となり、強い磁場を発生させることができる。また、アンテナ面（導体面）に垂直な方向（即ちＺ方向）の磁界６６を強くすることができる。この磁場によって誘起されてプラズマ５０中を流れる誘導電流６８は、磁界６６を周回するように、高周波電流ＩR とは逆方向に流れる。
【００７０】
また、図３を参照して、各開口部３７間の接続部分３８は、互いに近接している辺に高周波電流ＩR が逆向きに流れて、前述した理由によってインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナ３０のインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は前述のとおりである。
【００７１】
なお、アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR と、この高周波電流ＩR によって誘起されてプラズマ５０内を流れる誘導電流６８との関係について見れば、図４に示すように両者は互いに逆向きに流れる。
【００７２】
往復導体によってアンテナの実効インダクタンスを小さくしてアンテナの長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えるためには、図７に示す例のように、平板状の二つの導体（往復導体）７１、７２をプラズマ５０の生成領域に対して上下方向に近接して配置するという考えもあるけれども、この場合は両導体７１、７２を互いに逆向きに流れる高周波電流ＩR が作る磁界７３、７４は、プラズマ５０の生成領域では互いに逆方向になるので、磁場強度は両者の差となり弱くなる。これに対して、この実施形態のアンテナ３０の場合は、先に図６を参照して説明したように、開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR が作る磁場強度は和であるため、強い磁場を発生させることができる。それによって、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００７３】
アンテナ３０の冷却は、図１、図２に示す例のように、両矩形導体板３１、３２の上面にまっすぐな冷却パイプ４２を取り付けることによって行うことができる。従って、冷却構造が簡単であり、製作しやすい。後述する他の例のアンテナ３０の場合も同様である。
【００７４】
図３に示したアンテナ３０の寸法を表す符号を記入した図を図８に示す。この図８では、Ｘ、Ｙ方向の原点Ｏを、長手方向Ｘの中央の開口部３７の中心に取っている。そしてこの図８に示すアンテナのＸ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を図９に示し、Ｙ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を図１０に示す。
【００７５】
この測定の条件は次のとおりである。即ち、両矩形導体板３１、３２の長さＬ1 を３００ｍｍ、幅Ｗ1 を５０ｍｍ、隙間３４の幅Ｗ2 を５ｍｍ、開口部３７の数を五つ、各開口部３７の直径Ｄを４０ｍｍ、隣り合う開口部３７の間隔を５０ｍｍとした。両矩形導体板３１、３２の材質を銅、高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波電源６０の出力を３Ｗとした。反射電力は０Ｗであった。磁束密度は導体面から３０ｍｍの位置で測定した。プラズマ５０は発生させていない。
【００７６】
図９に示すように、開口部３７の位置に対応する脈動は少なく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、均一性の良い磁束密度分布が得られている。これは、（ａ）導体面から３０ｍｍ程度の位置では、各開口部３７付近で作られる磁束密度がＸ方向に広がりを持っている、（ｂ）隙間３４の幅Ｗ2 が５ｍｍあるので、開口部３７間の接続部分３８でも少しは磁場が発生している、こと等によるものと考えられる。
【００７７】
図１０に示すように、Ｙ方向においては、開口部３７の中心付近に強い磁場が発生しているのに対して、両矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂ付近（±５０ｍｍ付近）での磁場は小さい。これは、前述したように、外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流が小さいことを表している。
【００７８】
複数の開口部３７の大きさまたは隣り合う開口部３７間の間隔を、全て同一にするのでなく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて異ならせても良い。両者を併用しても良い。必要に応じて、長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。このようにすることによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を調整することができる。後述する他の例のアンテナ３０においても同様である。
【００７９】
図１４に示すモデルを用いて、その開口部３７の大きさ（直径）を変えて、開口部３７付近の導体面垂直方向（即ち前述したＺ方向）の磁束密度を測定した結果の一例を図１５に示す。この測定条件は次のとおりである。矩形導体板３１、３２および隙間３４の寸法は図１４中に記載したとおりであり、両矩形導体板３１、３２の材質を銅、高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ、測定時の高周波電力を３Ｗとした。磁束密度は導体面から３０ｍｍの位置で測定した。プラズマは発生させていない。
【００８０】
図１５に示すように、開口部３７の寸法を大きくすることによって、開口部３７付近の磁束密度を大きくすることができる。
【００８１】
上述した複数の開口部３７の大きさまたは隣り合う開口部３７間の間隔を、全て同一にするのでなく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて異ならせる場合の具体例を説明する。
【００８２】
アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。その理由を簡単に説明すると、両端部以外は左右両側からプラズマが拡散して来るのに対して、両端部は片側からしかプラズマが拡散して来ないからである。
【００８３】
そこで、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の大きさを、その他の開口部３７の大きさよりも大きくしても良い。それによって、上記図１５に示す測定結果からも分るように、両端部の開口部３７付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００８４】
この場合、必要に応じて長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。
【００８５】
また、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の間隔（つまり隣り合う開口部３７間の間隔）を、その他の開口部３７の間隔よりも小さくしても良い。それによって、両端部の開口部３７付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００８６】
この場合も、必要に応じて長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。
【００８７】
また、上述したアンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の大きさを、その他の開口部３７の大きさよりも大きくすることと、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の間隔を、その他の開口部３７の間隔よりも小さくすることとを併用しても良い。
【００８８】
図１に示す例のように、真空容器４内に位置するアンテナ３０とプラズマ５０の生成領域との間に、アンテナ３０をプラズマ５０から遮る誘電体板５２を設けておいても良い。誘電体板５２は、アンテナ３０に近接させて設けるのが好ましい。その方が、プラズマ５０の生成空間を広く取ることができる等の利点があるからである。より具体的にはこの例では、各アンテナ３０を配置している各開口部７の入口付近に誘電体板５２をそれぞれ設けている。誘電体板５２は、開口部７の入口付近に直接取り付けても良いし、この例のように支持板５４を用いて取り付けても良い。また、複数のアンテナ３０に共通の誘電体板５２を設けても良い。後述する他の例のアンテナ３０を用いる場合も同様である。
【００８９】
誘電体板５２は、例えば、石英、アルミナ、シリコンカーバイドなどのセラミックス、あるいはシリコン板などから成る。
【００９０】
誘電体板５２を設けておくと、アンテナ３０の表面がプラズマ５０中の荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされるのを防止することができるので、当該スパッタによってプラズマ５０および基板２に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じることを防止することができる。更に、プラズマ５０を構成する電子はイオンよりも軽くて移動度が遥かに大きいけれども、上記誘電体板５２によって当該電子がアンテナ３０に入射してプラズマ５０から逃げるのを防止することができるので、プラズマ電位の上昇を抑制することもできる。
【００９１】
また、図１に示す例のように、真空容器４内に位置するアンテナ３０を誘電体４８内に埋めておいても良い。アンテナ３０に冷却パイプ４２を取り付けている場合はそれも埋めておけば良い。より具体的にはこの例では、各アンテナ３０を配置している各開口部７内の、蓋板４４とアンテナ３０の下面との間の空間のほぼ全てを誘電体４８で埋めている。後述する他の例のアンテナ３０を用いる場合も同様である。
【００９２】
誘電体４８は、例えば、セラミックスなどの絶縁性無機材料、あるいは絶縁性樹脂などから成る。
【００９３】
誘電体板５２を設けていない場合はもちろんであるが、誘電体板５２を設けていても、それでガス２４を完全にシールしているわけではないので、真空容器４内に位置するアンテナ３０の部分には、誘電体４８を設けていないと、ガス２４が拡散して来る。この拡散して来たガス２４が電離されてアンテナ３０のすぐ近くでプラズマが発生したり、状況によっては発生しなかったりするので、基板処理に必要な本来のプラズマ５０の不安定性を増加させる。
【００９４】
これに対して、アンテナ３０を上記のように誘電体４８内に埋めておくことによって、アンテナ３０のすぐ近くにガス２４が拡散して来るのを防止することができるので、真空容器４内に位置するアンテナ３０のすぐ近くで不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、基板処理に必要な本来のプラズマ５０の不安定性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。
【００９５】
次に、アンテナ３０の他の例を、上述した例との相違点を主体に説明する。
【００９６】
アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２を、前述したように基板２の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、図１１に示す例のように、基板２の表面と反対側（換言すればプラズマ５０の生成領域と反対側）が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置しても良い。冷却パイプ４２、誘電体４８、誘電体板５２については、図１に示した例の場合と同様である。
【００９７】
前述したように、高周波電流ＩR によってプラズマ５０を発生させると、プラズマ５０中には二枚の矩形導体板３１、３２を流れる高周波電流ＩR と逆向きの誘導電流６８が流れ、これによっても、先に数１および数２を参照して説明したのと同様の原理によって、アンテナ３０のインダクタンスひいてはインピーダンスが低下するけれども、二枚の矩形導体板３１、３２は断面Ｖ字構造に配置されていてその隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂは、隙間側の辺３１ａ、３２ａに比べてプラズマ５０からの距離Ｌ2 が大きいのでインダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００９８】
二枚の矩形導体板３１、３２の傾きの程度は適宜定めれば良く、傾きを大きくすると、上述した内側の辺３１ａ、３２ａと外側の辺３１ｂ、３２ｂとの間にインダクタンスひいてはインピーダンスの差をつける作用は大きくなる。
【００９９】
アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２を、基板２の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、図１２に示す例のように、各矩形導体板３１、３２をその短辺方向において湾曲させて、基板２の表面と反対側（換言すればプラズマ５０の生成領域と反対側）が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置しても良い。開口部３７付近は平面でも良い。冷却パイプ４２、誘電体４８、誘電体板５２については、図１に示した例の場合と同様である。
【０１００】
この例の場合も、二枚の矩形導体板３１、３２は断面Ｕ字構造に配置されていてその隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂは、隙間側の辺３１ａ、３２ａに比べてプラズマ５０からの距離Ｌ2 が大きいので、図１１の例の場合と同様の理由から、インダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【０１０１】
二枚の矩形導体板３１、３２の湾曲の程度は適宜定めれば良く、湾曲を大きくすると、上述した内側の辺３１ａ、３２ａと外側の辺３１ｂ、３２ｂとの間にインダクタンスひいてはインピーダンスの差をつける作用は大きくなる。
【０１０２】
図１３に示す例のように、アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂの周りを、それぞれ、矩形導体板３１、３２の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体７６によって、当該導体７６を流れる高周波電流ＩR の表皮厚さ以上の厚さで被覆しておいても良い。
【０１０３】
前述したように、表皮効果によって高周波電流ＩR は矩形導体板３１、３２の主に端部を流れる。そこで、ここでは矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂに着目して、その辺３１ｂ、３２ｂの周り（上下面および端面）を導体７６で覆っておく。導体７６のＹ方向の幅Ｗ4 は、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度で十分である。導体７６で上記のように覆うためには、例えば、矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂに導体７６をメッキによって形成するのが簡単で良い。
【０１０４】
矩形導体板３１、３２の材質は、前述したように銅、アルミニウム等である。それよりも比抵抗の大きい導体７６の材質は、例えばニッケル、鉄等である。これらは、比抵抗が大きいだけでなく、透磁率も大きいので好ましい。
【０１０５】
上記高周波電流ＩR の表皮厚さδは次式で表される。ここで、ｆは高周波電流ＩR の周波数、μは導体７６の透磁率、σは導体７６の導電率（＝１／比抵抗ρ）である。
【０１０６】
［数３］
δ＝１／√（πｆμσ）
【０１０７】
具体例を挙げると、周波数ｆは１３．５６ＭＨｚである。導体７６がニッケルの場合、透磁率μは約２．４π×１０-4Ｎ／Ａ2 、比抵抗ρは約６．８４×１０-8Ωｍ、導電率σは約１４．５×１０6 ／Ωｍであるので、表皮厚さδは約１．４７μｍとなる。従って、導体７６の厚さをこれ以上にすれば良い。
【０１０８】
上記導体７６を被覆しておくと、矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂ側を流れる高周波電流ＩR は、表皮効果によって、主にこの比抵抗の大きい導体７６を流れるので、矩形導体板３１、３２の隙間と反対側の辺３１ｂ、３２ｂのインピーダンスが大きくなる。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【０１０９】
図１６、図１７にそれぞれ示す例のように、前記構成のアンテナ３０を、複数、互いにＹ方向に並列に配置し、この複数のアンテナ３０に、共通の高周波電源６０から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。各アンテナ３０は、前述したいずれの構成でも良い。
【０１１０】
高周波電源６０（より具体的にはそれに接続された整合回路６２）と各アンテナ３０とは、図示例のように可変インピーダンス７８を介在させて接続しても良いし、そのようにせずに直接接続しても良い。
【０１１１】
可変インピーダンス７８は、図示例のような可変インダクタンスでも良いし、可変コンデンサ（可変キャパシタンス）でも良いし、両者を混在させても良い。可変インダクタンスを挿入することによって、給電回路のインピーダンスを増大させることができるので、高周波電流ＩR が流れ過ぎるアンテナ３０の電流を抑えることができる。可変コンデンサを挿入することによって、誘導性リアクタンスが大きい場合に容量性リアクタンスを増大させて、給電回路のインピーダンスを低下させることができるので、高周波電流ＩR が流れにくいアンテナ３０の電流を増加させることができる。
【０１１２】
図１６、図１７の例の内、図１６の例は、共通の高周波電源６０から、隣り合うアンテナ３０の隣り合う矩形導体板３２、３１の隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに逆方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している例であり、図１７の例は、共通の高周波電源６０から、隣り合うアンテナ３０の隣り合う矩形導体板３２、３１の隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している例である。
【０１１３】
並列に配置するアンテナ３０の数は、図示例の二つに限られるものではなく、三つ以上でも良い。
【０１１４】
図１６、図１７のいずれの例の場合も、互いに並列に配置され、かつ並列に高周波電力が供給される複数のアンテナ３０を備えているので、より大面積のプラズマを生成することができる。
【０１１５】
但し、各開口部３７付近に発生させる磁場の観点からは、図１７に示す例の方が好ましい。これは次の理由による。
【０１１６】
即ち、図１６に示す例の場合は、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに逆方向となるので、先に数１、数２を参照して説明した原理によって、両辺３２ｂ、３１ｂ間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが小さくなる。その結果、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに沿って流れる高周波電流ＩR を増大させ、隙間３４側の辺３２ａ、３１ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR を減少させることになるので、各開口部３７付近に発生させる磁場を弱めることになる。この課題は、隣り合うアンテナ３０間の間隔を大きくすれば軽減することができるけれども、そのようにすると、大きくした間隔の部分でプラズマ密度が低下するので、複数のアンテナ３０によって発生させるプラズマ全体の均一性が低下するという別の課題が生じる。
【０１１７】
これに対して、図１７に示す例の場合は、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに同方向となるので、先に数１、数２を参照して説明した原理によって（但し、この場合は＋Ｍとなる）、両辺３２ｂ、３１ｂ間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが大きくなる。その結果、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに沿って流れる高周波電流ＩR を減少させ、隙間３４側の辺３２ａ、３１ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR を増大させることができるので、各開口部３７付近に発生させる磁場を強めることができる。その結果、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができるので、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３１、３２ 矩形導体板
３１ａ、３２ａ 隙間側の辺
３１ｂ、３２ｂ 隙間と反対側の辺
３３ 導体
３４隙間
３７ 開口部
４８ 誘電体
５０ プラズマ
５２ 誘電体板
６０ 高周波電源
ＩR 高周波電流
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを用いて基板に、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、スパッタリング等の処理を施すプラズマ処理装置に関し、より具体的には、アンテナ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のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置に属するものとして、容量結合型プラズマ（略称ＣＣＰ）を生成する容量結合型のプラズマ処理装置と、誘導結合型プラズマ（略称ＩＣＰ）を生成する誘導結合型のプラズマ処理装置とがある。
【０００３】
容量結合型のプラズマ処理装置は、簡単に言えば、二枚の平行電極間に高周波電圧を印加して、両電極間に発生する高周波電界を用いてプラズマを生成するものである。
【０００４】
この容量結合型のプラズマ処理装置においては、プラズマに高い電圧が印加されてプラズマ電位が高くなり、プラズマ中の荷電粒子（例えばイオン）が高いエネルギーで基板に入射衝突するので、基板上に形成する膜に与えるダメージが大きくなり、膜質が低下する等の課題がある。
【０００５】
一方、誘導結合型のプラズマ処理装置は、簡単に言えば、アンテナ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プラズマを生成するものであり、基本的に、容量結合型に比べてプラズマ電位を低くすることができる等の利点がある。
【０００６】
このような誘導結合型のプラズマ処理装置の一例として、特許文献１には、平板状のアンテナを真空容器の開口部に絶縁枠を介して取り付け、当該アンテナの一端と他端間に高周波電源から高周波電力を供給して高周波電流を流し、それによって発生する誘導電界によっ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プラズマ処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ ２００９／１４２０１６号パンフレット（段落００２４−００２６、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
誘導結合型のプラズマ処理装置においても、大型の基板に対応する等のためにアンテナを長くすると、当該アンテナのインピーダンス（特にインダクタンス）が大きくなり、それによってアンテナの長手方向の両端部間に大きな電位差が発生する。
【０００９】
このアンテナの電位は、プラズマとの間の静電容量を介してプラズマ電位に反映されるので、アンテナの電位が高いとプラズマ電位も高くなる。その結果、プラズマ中の荷電粒子（例えばイオン）が高いエネルギーで基板に入射衝突するので、基板上に形成する膜に与えるダメージが大きくなり、膜質が低下する等の課題が生じる。
【００１０】
また、アンテナの長手方向の両端部間に大きな電位差が発生すると、電位の高い方の端部付近においてはアンテナの電位の振幅が大きいために、容量結合型によるプラズマ生成作用が本来の誘導結合型によるプラズマ生成作用に重畳されるようになり、電位の高い方の端部付近のプラズマ密度が他端部付近のプラズマ密度よりも高くなる。その結果、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布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。
【００１１】
そこでこの発明は、誘導結合型の装置であって、アンテナの実効インダクタンスを小さくしてアンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができるプラズマ処理装置を提供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】
【００１２】
この発明に係るプラズマ処理装置は、平面形状が実質的にまっすぐなアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生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のプラズマ処理装置であって、前記アンテナは、二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に位置するように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置し、かつ両矩形導体板の長手方向の一方端同士を導体で接続した往復導体構造をしていて、当該二枚の矩形導体板に前記高周波電流が互いに逆向きに流されるものであり、かつ前記二枚の矩形導体板の前記隙間側の辺に前記隙間を挟んで対向する切り欠きをそれぞれ設けて当該対向する切り欠きによって開口部を形成し、この開口部を複数、前記アンテナの長手方向に分散させて配置している、ことを特徴としている。
【００１３】
このプラズマ処理装置を構成するアンテナは、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流が互いに逆向きに流されるので、往復導体間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナの実効インダクタンスが小さくなる。従って、従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００１４】
また、アンテナを流れる高周波電流について詳細に見ると、高周波電流は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板の隙間側の辺に着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れるので、隙間と反対側の辺に比べて、インダクタンス（ひいてはインピーダンス。以下同様）がより小さくなる。従って、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流がより多く流れることになる。その結果、各開口部は、アンテナの長手方向に分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００１５】
しかも、各開口部間の接続部分は、互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れてインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナのインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は上記のとおりである。
【００１６】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の大きさを、その他の前記開口部の大きさよりも大きくしても良いし、前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の間隔を、その他の前記開口部の間隔よりも小さくしても良いし、両者を併用しても良い。
【００１７】
前記二枚の矩形導体板を、前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置しても良いし、短辺方向において湾曲させて、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置しても良い。
【００１８】
前記二枚の矩形導体板の前記隙間と反対側の辺の周りを、それぞれ、前記矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる前記高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆しておいても良い。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、アンテナは、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流が互いに逆向きに流されるので、往復導体間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナの実効インダクタンスが小さくなる。従って、従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ電位を低く抑えると共にアンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００２０】
プラズマ電位を低く抑えることができる結果、プラズマから基板に入射する荷電粒子のエネルギーを小さく抑えることができるので、それによって例えば、基板上に形成する膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。また、アンテナを長くする場合でも、上記理由によって、アンテナの電位を低く抑えてプラズマ電位を低く抑えることができるので、アンテナを長くして基板の大型化に対応することが容易になる。
【００２１】
アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２２】
また、アンテナを流れる高周波電流について詳細に見ると、高周波電流は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板の隙間側の辺に着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れるので、隙間と反対側の辺に比べて、インダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。従って、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流がより多く流れることになる。その結果、各開口部は、アンテナの長手方向に分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００２３】
しかも、各開口部間の接続部分は、互いに近接している辺に高周波電流が逆向きに流れてインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナのインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向の両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は上記のとおりである。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。これに対して、この発明のように、アンテナの長手方向における両端部の開口部の大きさを、その他の開口部の大きさよりも大きくすることによって、両端部の開口部付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。これに対して、この発明のように、アンテナの長手方向における両端部の開口部の間隔を、その他の開口部の間隔よりも小さくすることによって、両端部の開口部付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板処理の均一性を高めることができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、プラズマ中には二枚の矩形導体板を流れる高周波電流と逆向きの誘導電流が流れ、これによってもアンテナのインダクタンスが低下するけれども、二枚の矩形導体板は断面Ｖ字構造に配置されていてその隙間と反対側の辺は、隙間側の辺に比べてプラズマからの距離が大きいのでインダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二枚の矩形導体板は断面Ｕ字構造に配置されていてその隙間と反対側の辺は、隙間側の辺に比べてプラズマからの距離が大きいので、請求項４の発明と同様の理由から、インダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二枚の矩形導体板の隙間と反対側の辺の周りを、矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆していて、表皮効果によって高周波電流は主にこの比抵抗の大きい導体を流れるので、二枚の矩形導体板の隙間と反対側の辺のインピーダンスが大きくなる。その結果、二枚の矩形導体板の隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って高周波電流をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、真空容器内側に位置するアンテナとプラズマの生成領域との間に、アンテナをプラズマから遮る誘電体板を設けておくことによって、アンテナの表面がプラズマ中の荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされるのを防止することができるので、当該スパッタによってプラズマおよび基板に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じることを防止することができる。更に、プラズマを構成する電子はイオンよりも軽くて移動度が遥かに大きいけれども、上記誘電体板によって当該電子がアンテナに入射してプラズマから逃げるのを防止することができるので、プラズマ電位の上昇を抑制することもできる。
【００３０】
また、真空容器内側に位置するアンテナを誘電体内に埋めておくことによって、真空容器内に位置するアンテナのすぐ近くで不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、基板処理に必要なプラズマの不安定性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、互いに並列に配置され、かつ並列に高周波電力が供給される複数のアンテナを備えているので、より大面積のプラズマを生成することができる。しかも、共通の高周波電源から、隣り合うアンテナの隣り合う矩形導体板の隙間と反対側の隣り合う辺に流れる高周波電流が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成しているので、上記隙間と反対側の隣り合う辺間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが大きくなる。その結果、上記隙間と反対側の隣り合う辺に沿って流れる高周波電流を減少させ、隙間側の辺およびそこに形成されている開口部に沿って流れる高周波電流を増大させることができるので、各開口部付近に発生させる磁場を強めることができる。その結果、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができるので、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１中の一つのアンテナの概略平面図である。
【図３】図１中の一つのアンテナの概略平面図であり、冷却パイプは省略している。
【図４】図３中の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。
【図５】図３に示すアンテナの概略の等価回路図である。
【図６】図３に示すアンテナの一つの開口部周りを拡大して示す平面図である。
【図７】上下方向に配置された往復導体の一例を示す概略断面図である。
【図８】図３に示すアンテナの寸法を表す符号を記入した図である。
【図９】図８に示すアンテナのＸ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図１０】図８に示すアンテナのＹ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図１１】アンテナの他の例を示す概略断面図であり、図４に示す断面図に対応している。
【図１２】アンテナの更に他の例を示す概略断面図であり、図４に示す断面図に対応している。
【図１３】アンテナの更に他の例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１４】開口部の大きさを変えて開口部付近の導体面垂直方向の磁束密度を測定したときのモデルを示す図である。
【図１５】図１４に示すモデルにおいて開口部の大きさを変えて開口部付近の導体面垂直方向の磁束密度を測定した結果の一例を示す図である。
【図１６】複数のアンテナを並列配置してそれらに共通の高周波電源から高周波電力を並列に供給する構成の一例を示す概略平面図である。
【図１７】複数のアンテナを並列配置してそれらに共通の高周波電源から高周波電力を並列に供給する構成の他の例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図１に示し、その一つのアンテナ３０を抜き出して図２〜図４に示す。図１、図２以外では、図示を簡略化するために、冷却パイプは省略している。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３４】
アンテナ３０等の向きを表すために、一点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を各図中に記載している。Ｚ方向は基板２の表面に立てた垂線３に平行な方向であり、Ｙ方向は当該垂線３に直交する方向であり、これらは表現を簡略化するために、それぞれ、上下方向Ｚ、左右方向Ｙと呼ぶことにする。Ｘ方向は、垂線３に直交する方向であり、かつアンテナ３０の長手方向である。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であるが、これに限られるものではない。以上のことは、他の図においても同様である。
【００３５】
この装置は、平面形状が実質的にまっすぐなアンテナ３０に高周波電源６０から高周波電流ＩR を流すことによって真空容器４内に誘導電界を発生させて当該誘導電界によってプラズマ５０を生成し、このプラズマ５０を用いて基板２に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置である。
【００３６】
「実質的にまっすぐ」というのは、文字どおりまっすぐな状態だけでなく、まっすぐに近い状態（ほぼまっすぐな状態）をも含む意味である。
【００３７】
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。
【００３８】
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、太陽電池等の半導体デバイス用の基板等であるが、これに限られるものではない。
【００３９】
基板２の平面形状は、例えば円形、四角形等であり、特定の形状に限定されない。
【００４０】
基板２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。
【００４１】
このプラズマ処理装置は、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。
【００４２】
このプラズマ処理装置は、例えば金属製の真空容器４を備えており、その内部は真空排気口８を通して真空排気される。
【００４３】
真空容器４内には、ガス導入管２２を通してガス２４が導入される。ガス導入管２２は、この例では、各アンテナ３０の長手方向Ｘに複数本ずつ配置されており、それらの前にはガス２４を拡散させるガス拡散板２６が設けられている。
【００４４】
ガス２４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法によって基板２に膜形成を行う場合は、ガス２４は、原料ガスまたはそれを希釈ガス（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。
【００４５】
真空容器４の天井面６に、各アンテナ３０の平面形状に対応した平面形状の開口部７がこの例では二つ設けられており、各開口部７内にアンテナ３０がそれぞれ設けられている。即ち、この実施形態はアンテナ３０を二つ有している。
【００４６】
各開口部７の上部には蓋板（例えばフランジ）４４が設けられており、各蓋板４４と天井面６との間には真空シール用のパッキン４６が設けられている。各蓋板４４は誘電体製でも良いが、この例では金属製にして、真空容器４と共に電気的に接地している。そのようにすると、各アンテナ３０からの高周波の外部への漏れを抑えることができる。
【００４７】
主に図３を参照して、各アンテナ３０は、二枚のＸ方向に長い矩形導体板３１、３２を、基板２の表面に沿う同一の平面上（即ちこの例では、ＸＹ平面に平行な同一平面上）に位置するように、互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置した構成をしている。換言すれば、二枚の矩形導体板３１、３２を、それらの端面を隙間３４をあけて対向させて、両矩形導体板３１、３２が平面になるように互いに近接させて平行に配置している。かつ、両矩形導体板３１、３２の長手方向Ｘの一方端同士を導体３３で接続している。これによって、各アンテナ３０は往復導体構造をしている。導体３３は、両矩形導体板３１、３２と別体のものでも良いし、一体のものでも良い。
【００４８】
各矩形導体板３１、３２および導体３３の材質は、例えば、銅（より具体的には無酸素銅）、アルミニウム等であるが、これに限られるものではない。
【００４９】
各アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２には、高周波電源６０から整合回路６２を経由して高周波電力が供給され、それによって当該二枚の矩形導体板３１、３２には、互いに逆向きの高周波電流（往復電流）ＩR が流される（高周波だから、この高周波電流ＩR の向きは時間によって反転する。以下同様）。詳述すると、往復導体構造をしている一方側の矩形導体板３１の、上記導体３３とは反対側の端部を高周波電力の給電点とし、他方側の矩形導体板３２の、上記導体３３とは反対側の端部を終端点としている。この終端点は、図示例のように直接接地しても良いし、コンデンサを介して接地しても良い。後述する他の例のアンテナ３０についても同様である。
【００５０】
なお、図３、図５等では、説明を分かりやすくする等のために、一つのアンテナ３０につき高周波電源６０および整合回路６２を一つずつ設けた例を図示しているが、そのようにせずに、一つの高周波電源６０および整合回路６２を複数のアンテナ３０に共用しても良い。即ち、複数のアンテナ３０に共通の高周波電源６０から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。その場合の例は後述する。
【００５１】
上記高周波電流ＩR によって、各アンテナ３０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流ＩR と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器４内において、電子が加速されてアンテナ３０の近傍のガス２４を電離させてアンテナ３０の近傍にプラズマ５０が発生する。このプラズマ５０は基板２の近傍まで拡散し、このプラズマ５０によって基板２に前述した処理を施すことができる。
【００５２】
高周波電源６０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。
【００５３】
二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４側の辺（換言すれば内側の辺）３１ａ、３２ａに、隙間３４を挟んで対向する切り欠き３５、３６をそれぞれ設けて、当該対向する切り欠き３５、３６によって開口部３７を形成し、この開口部３７を複数、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散させて配置している。開口部３７の数はこの例では五つであるが、それ以外でも良い。後述する他の例のアンテナ３０についても同様である。
【００５４】
各切り欠き３５、３６は、隙間３４を中心にして対称形のものにするのが好ましい。各開口部３７の形状は、図示例のように円形でも良いし、方形等でも良い。
【００５５】
上記各アンテナ３０は、大局的に見ると往復導体構造をしていてその二枚の矩形導体板に高周波電流ＩR が互いに逆向きに流されるので、往復導体３１、３２間に存在する相互インダクタンスのぶん、アンテナ３０の実効インダクタンスが小さくなる。
【００５６】
これを詳述すると、互いに接近している平行な往復導体の総合インピーダンスＺT は、差動接続として電気理論の書籍等にも記載されているように、次式で表される。ここでは説明を簡略化するために、各導体の抵抗を共にＲ、自己インダクタンスを共にＬとし、両導体間の相互インダクタンスをＭとしている。
【００５７】
［数１］
ＺT ＝２Ｒ＋ｊ２（Ｌ−Ｍ）
【００５８】
上記総合インピーダンスＺT の内のインダクタンスＬT は次式で表される。このインダクタンスＬT のように、自己インダクタンスと相互インダクタンスとを合成したものを、この明細書では実効インダクタンスと呼ぶことにする。
【００５９】
［数２］
ＬT ＝２（Ｌ−Ｍ）
【００６０】
上記式からも分るように、往復導体の実効インダクタンスＬT は、相互インダクタンスＭのぶん小さくなり、ひいては総合インピーダンスＺT も小さくなる。この原理が往復導体構造をしている上記アンテナ３０にも適用される。
【００６１】
上記原理によってアンテナ３０の実効インダクタンスが小さくなる結果、前述した従来の単なる平板状のアンテナに比べて、アンテナ３０の長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができ、それによってプラズマ５０の電位を低く抑えると共にアンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００６２】
プラズマ５０の電位を低く抑えることができる結果、プラズマ５０から基板２に入射する荷電粒子（例えばイオン）のエネルギーを小さく抑えることができる。それによって例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、当該膜に与えるダメージを小さく抑えて、膜質向上を図ることができる。また、アンテナ３０をＸ方向に長くする場合でも、上記理由によって、アンテナ３０の電位を低く抑えてプラズマ電位を低く抑えることができるので、アンテナ３０を長くして基板２の大型化に対応することが容易になる。
【００６３】
アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向における膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００６４】
また、各アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR について詳細に見ると、図３、図４に示すように、高周波電流ＩR は、表皮効果によって、主に二枚の矩形導体板３１、３２の端部を流れる傾向がある。その内でも、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４側の辺（内側の辺）３１ａ、３２ａに着目すると、ここでは互いに近接している辺に高周波電流ＩR が逆向きに流れるので、隙間３４と反対側の辺（換言すれば外側の辺）３１ｂ、３２ｂに比べて、インダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。
【００６５】
即ち、アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR について見れば、外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流ＩR に対してはその逆向きに流れる高周波電流がないのに対して、互いに近接している内側の辺３１ａ、３２ａには高周波電流ＩR が互いに逆向きに流れるので、内側の辺３１ａ、３２ａの方がインダクタンスひいてはインピーダンスがより小さくなる。これは先に数１、数２を参照して説明した原理による。即ち、内側の辺３１ａ、３２ａは、その相互インダクタンスのぶん実効インダクタンスが低下するということである。
【００６６】
先にアンテナ３０を大局的に見て説明した、相互インダクタンスの存在による実効インダクタンスの低下には、詳しく見ると、この内側の辺３１ａ、３２ａ間の相互インダクタンスによるインダクタンスの低下が大きく寄与していると言うことができる。
【００６７】
アンテナ３０の内側の辺３１ａ、３２ａおよび外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流ＩR に着目して、図３に示すアンテナ３０の概略の等価回路を描くと図５となる。実際は各辺３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ上に分散して分布して存在しているインピーダンスを、この例ではまとめてＺ1 〜Ｚ4 で示している。上述したように、外側の辺３１ｂ、３２ｂのインピーダンスＺ2 、Ｚ4 に比べて、内側の辺３１ａ、３２ａのインピーダンスＺ1 、Ｚ3 の方が小さくなる。
【００６８】
従って、内側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR がより多く流れることになる。その結果、各開口部３７は、アンテナ３０の長手方向Ｘに分散配置されたコイルと同様に機能するので、簡単な構造で、複数のコイルを直列接続したのと同様の構造を形成することができる。従って簡単な構造で、各開口部３７付近に強い磁場を発生させて、プラズマ生成効率を高めることができる。
【００６９】
各開口部３７付近に作られる磁場の例を図６を参照して説明する。開口部３７に沿って高周波電流ＩR が互いに逆向きに流れ、それぞれが発生させる磁界６４、６５は開口部３７において互いに同方向になるので、磁場強度は両者の和となり、強い磁場を発生させることができる。また、アンテナ面（導体面）に垂直な方向（即ちＺ方向）の磁界６６を強くすることができる。この磁場によって誘起されてプラズマ５０中を流れる誘導電流６８は、磁界６６を周回するように、高周波電流ＩR とは逆方向に流れる。
【００７０】
また、図３を参照して、各開口部３７間の接続部分３８は、互いに近接している辺に高周波電流ＩR が逆向きに流れて、前述した理由によってインダクタンスが小さくなるので、通常の（即ち片道の）接続導体によって単に複数のコイルを直列接続した構造に比べても、アンテナ３０のインダクタンスを小さくして、アンテナの長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。それによる効果は前述のとおりである。
【００７１】
なお、アンテナ３０を流れる高周波電流ＩR と、この高周波電流ＩR によって誘起されてプラズマ５０内を流れる誘導電流６８との関係について見れば、図４に示すように両者は互いに逆向きに流れる。
【００７２】
往復導体によってアンテナの実効インダクタンスを小さくしてアンテナの長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えるためには、図７に示す例のように、平板状の二つの導体（往復導体）７１、７２をプラズマ５０の生成領域に対して上下方向に近接して配置するという考えもあるけれども、この場合は両導体７１、７２を互いに逆向きに流れる高周波電流ＩR が作る磁界７３、７４は、プラズマ５０の生成領域では互いに逆方向になるので、磁場強度は両者の差となり弱くなる。これに対して、この実施形態のアンテナ３０の場合は、先に図６を参照して説明したように、開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR が作る磁場強度は和であるため、強い磁場を発生させることができる。それによって、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００７３】
アンテナ３０の冷却は、図１、図２に示す例のように、両矩形導体板３１、３２の上面にまっすぐな冷却パイプ４２を取り付けることによって行うことができる。従って、冷却構造が簡単であり、製作しやすい。後述する他の例のアンテナ３０の場合も同様である。
【００７４】
図３に示したアンテナ３０の寸法を表す符号を記入した図を図８に示す。この図８では、Ｘ、Ｙ方向の原点Ｏを、長手方向Ｘの中央の開口部３７の中心に取っている。そしてこの図８に示すアンテナのＸ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を図９に示し、Ｙ方向における磁束密度分布を測定した結果の一例を図１０に示す。
【００７５】
この測定の条件は次のとおりである。即ち、両矩形導体板３１、３２の長さＬ1 を３００ｍｍ、幅Ｗ1 を５０ｍｍ、隙間３４の幅Ｗ2 を５ｍｍ、開口部３７の数を五つ、各開口部３７の直径Ｄを４０ｍｍ、隣り合う開口部３７の間隔を５０ｍｍとした。両矩形導体板３１、３２の材質を銅、高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ、高周波電源６０の出力を３Ｗとした。反射電力は０Ｗであった。磁束密度は導体面から３０ｍｍの位置で測定した。プラズマ５０は発生させていない。
【００７６】
図９に示すように、開口部３７の位置に対応する脈動は少なく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、均一性の良い磁束密度分布が得られている。これは、（ａ）導体面から３０ｍｍ程度の位置では、各開口部３７付近で作られる磁束密度がＸ方向に広がりを持っている、（ｂ）隙間３４の幅Ｗ2 が５ｍｍあるので、開口部３７間の接続部分３８でも少しは磁場が発生している、こと等によるものと考えられる。
【００７７】
図１０に示すように、Ｙ方向においては、開口部３７の中心付近に強い磁場が発生しているのに対して、両矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂ付近（±５０ｍｍ付近）での磁場は小さい。これは、前述したように、外側の辺３１ｂ、３２ｂを流れる高周波電流が小さいことを表している。
【００７８】
複数の開口部３７の大きさまたは隣り合う開口部３７間の間隔を、全て同一にするのでなく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて異ならせても良い。両者を併用しても良い。必要に応じて、長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。このようにすることによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を調整することができる。後述する他の例のアンテナ３０においても同様である。
【００７９】
図１４に示すモデルを用いて、その開口部３７の大きさ（直径）を変えて、開口部３７付近の導体面垂直方向（即ち前述したＺ方向）の磁束密度を測定した結果の一例を図１５に示す。この測定条件は次のとおりである。矩形導体板３１、３２および隙間３４の寸法は図１４中に記載したとおりであり、両矩形導体板３１、３２の材質を銅、高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ、測定時の高周波電力を３Ｗとした。磁束密度は導体面から３０ｍｍの位置で測定した。プラズマは発生させていない。
【００８０】
図１５に示すように、開口部３７の寸法を大きくすることによって、開口部３７付近の磁束密度を大きくすることができる。
【００８１】
上述した複数の開口部３７の大きさまたは隣り合う開口部３７間の間隔を、全て同一にするのでなく、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて異ならせる場合の具体例を説明する。
【００８２】
アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布は、通常は、両端部付近のプラズマ密度が他よりも小さくなる傾向にある。その理由を簡単に説明すると、両端部以外は左右両側からプラズマが拡散して来るのに対して、両端部は片側からしかプラズマが拡散して来ないからである。
【００８３】
そこで、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の大きさを、その他の開口部３７の大きさよりも大きくしても良い。それによって、上記図１５に示す測定結果からも分るように、両端部の開口部３７付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００８４】
この場合、必要に応じて長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。
【００８５】
また、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の間隔（つまり隣り合う開口部３７間の間隔）を、その他の開口部３７の間隔よりも小さくしても良い。それによって、両端部の開口部３７付近の磁束密度を大きくしてプラズマ密度を大きくすることができるので、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板処理の均一性を高めることができる。例えば、プラズマ５０によって基板２上に膜を形成する場合、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける膜厚分布の均一性を高めることができる。
【００８６】
この場合も、必要に応じて長手方向Ｘの中央部付近の開口部３７を省いても良い。
【００８７】
また、上述したアンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の大きさを、その他の開口部３７の大きさよりも大きくすることと、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部の開口部３７の間隔を、その他の開口部３７の間隔よりも小さくすることとを併用しても良い。
【００８８】
図１に示す例のように、真空容器４内に位置するアンテナ３０とプラズマ５０の生成領域との間に、アンテナ３０をプラズマ５０から遮る誘電体板５２を設けておいても良い。誘電体板５２は、アンテナ３０に近接させて設けるのが好ましい。その方が、プラズマ５０の生成空間を広く取ることができる等の利点があるからである。より具体的にはこの例では、各アンテナ３０を配置している各開口部７の入口付近に誘電体板５２をそれぞれ設けている。誘電体板５２は、開口部７の入口付近に直接取り付けても良いし、この例のように支持板５４を用いて取り付けても良い。また、複数のアンテナ３０に共通の誘電体板５２を設けても良い。後述する他の例のアンテナ３０を用いる場合も同様である。
【００８９】
誘電体板５２は、例えば、石英、アルミナ、シリコンカーバイドなどのセラミックス、あるいはシリコン板などから成る。
【００９０】
誘電体板５２を設けておくと、アンテナ３０の表面がプラズマ５０中の荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされるのを防止することができるので、当該スパッタによってプラズマ５０および基板２に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じることを防止することができる。更に、プラズマ５０を構成する電子はイオンよりも軽くて移動度が遥かに大きいけれども、上記誘電体板５２によって当該電子がアンテナ３０に入射してプラズマ５０から逃げるのを防止することができるので、プラズマ電位の上昇を抑制することもできる。
【００９１】
また、図１に示す例のように、真空容器４内に位置するアンテナ３０を誘電体４８内に埋めておいても良い。アンテナ３０に冷却パイプ４２を取り付けている場合はそれも埋めておけば良い。より具体的にはこの例では、各アンテナ３０を配置している各開口部７内の、蓋板４４とアンテナ３０の下面との間の空間のほぼ全てを誘電体４８で埋めている。後述する他の例のアンテナ３０を用いる場合も同様である。
【００９２】
誘電体４８は、例えば、セラミックスなどの絶縁性無機材料、あるいは絶縁性樹脂などから成る。
【００９３】
誘電体板５２を設けていない場合はもちろんであるが、誘電体板５２を設けていても、それでガス２４を完全にシールしているわけではないので、真空容器４内に位置するアンテナ３０の部分には、誘電体４８を設けていないと、ガス２４が拡散して来る。この拡散して来たガス２４が電離されてアンテナ３０のすぐ近くでプラズマが発生したり、状況によっては発生しなかったりするので、基板処理に必要な本来のプラズマ５０の不安定性を増加させる。
【００９４】
これに対して、アンテナ３０を上記のように誘電体４８内に埋めておくことによって、アンテナ３０のすぐ近くにガス２４が拡散して来るのを防止することができるので、真空容器４内に位置するアンテナ３０のすぐ近くで不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、基板処理に必要な本来のプラズマ５０の不安定性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。
【００９５】
次に、アンテナ３０の他の例を、上述した例との相違点を主体に説明する。
【００９６】
アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２を、前述したように基板２の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、図１１に示す例のように、基板２の表面と反対側（換言すればプラズマ５０の生成領域と反対側）が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置しても良い。冷却パイプ４２、誘電体４８、誘電体板５２については、図１に示した例の場合と同様である。
【００９７】
前述したように、高周波電流ＩR によってプラズマ５０を発生させると、プラズマ５０中には二枚の矩形導体板３１、３２を流れる高周波電流ＩR と逆向きの誘導電流６８が流れ、これによっても、先に数１および数２を参照して説明したのと同様の原理によって、アンテナ３０のインダクタンスひいてはインピーダンスが低下するけれども、二枚の矩形導体板３１、３２は断面Ｖ字構造に配置されていてその隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂは、隙間側の辺３１ａ、３２ａに比べてプラズマ５０からの距離Ｌ2 が大きいのでインダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【００９８】
二枚の矩形導体板３１、３２の傾きの程度は適宜定めれば良く、傾きを大きくすると、上述した内側の辺３１ａ、３２ａと外側の辺３１ｂ、３２ｂとの間にインダクタンスひいてはインピーダンスの差をつける作用は大きくなる。
【００９９】
アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２を、基板２の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、図１２に示す例のように、各矩形導体板３１、３２をその短辺方向において湾曲させて、基板２の表面と反対側（換言すればプラズマ５０の生成領域と反対側）が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間３４をあけて近接させて平行に配置しても良い。開口部３７付近は平面でも良い。冷却パイプ４２、誘電体４８、誘電体板５２については、図１に示した例の場合と同様である。
【０１００】
この例の場合も、二枚の矩形導体板３１、３２は断面Ｕ字構造に配置されていてその隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂは、隙間側の辺３１ａ、３２ａに比べてプラズマ５０からの距離Ｌ2 が大きいので、図１１の例の場合と同様の理由から、インダクタンスの低下は少なく、インピーダンスが大きい。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【０１０１】
二枚の矩形導体板３１、３２の湾曲の程度は適宜定めれば良く、湾曲を大きくすると、上述した内側の辺３１ａ、３２ａと外側の辺３１ｂ、３２ｂとの間にインダクタンスひいてはインピーダンスの差をつける作用は大きくなる。
【０１０２】
図１３に示す例のように、アンテナ３０を構成する二枚の矩形導体板３１、３２の隙間３４と反対側の辺３１ｂ、３２ｂの周りを、それぞれ、矩形導体板３１、３２の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体７６によって、当該導体７６を流れる高周波電流ＩR の表皮厚さ以上の厚さで被覆しておいても良い。
【０１０３】
前述したように、表皮効果によって高周波電流ＩR は矩形導体板３１、３２の主に端部を流れる。そこで、ここでは矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂに着目して、その辺３１ｂ、３２ｂの周り（上下面および端面）を導体７６で覆っておく。導体７６のＹ方向の幅Ｗ4 は、例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度で十分である。導体７６で上記のように覆うためには、例えば、矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂに導体７６をメッキによって形成するのが簡単で良い。
【０１０４】
矩形導体板３１、３２の材質は、前述したように銅、アルミニウム等である。それよりも比抵抗の大きい導体７６の材質は、例えばニッケル、鉄等である。これらは、比抵抗が大きいだけでなく、透磁率も大きいので好ましい。
【０１０５】
上記高周波電流ＩR の表皮厚さδは次式で表される。ここで、ｆは高周波電流ＩR の周波数、μは導体７６の透磁率、σは導体７６の導電率（＝１／比抵抗ρ）である。
【０１０６】
［数３］
δ＝１／√（πｆμσ）
【０１０７】
具体例を挙げると、周波数ｆは１３．５６ＭＨｚである。導体７６がニッケルの場合、透磁率μは約２．４π×１０-4Ｎ／Ａ2 、比抵抗ρは約６．８４×１０-8Ωｍ、導電率σは約１４．５×１０6 ／Ωｍであるので、表皮厚さδは約１．４７μｍとなる。従って、導体７６の厚さをこれ以上にすれば良い。
【０１０８】
上記導体７６を被覆しておくと、矩形導体板３１、３２の外側の辺３１ｂ、３２ｂ側を流れる高周波電流ＩR は、表皮効果によって、主にこの比抵抗の大きい導体７６を流れるので、矩形導体板３１、３２の隙間と反対側の辺３１ｂ、３２ｂのインピーダンスが大きくなる。その結果、二枚の矩形導体板３１、３２の隙間側の辺３１ａ、３２ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って高周波電流ＩR をより多く流すことができるので、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができる。従って、プラズマ５０の生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【０１０９】
図１６、図１７にそれぞれ示す例のように、前記構成のアンテナ３０を、複数、互いにＹ方向に並列に配置し、この複数のアンテナ３０に、共通の高周波電源６０から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。各アンテナ３０は、前述したいずれの構成でも良い。
【０１１０】
高周波電源６０（より具体的にはそれに接続された整合回路６２）と各アンテナ３０とは、図示例のように可変インピーダンス７８を介在させて接続しても良いし、そのようにせずに直接接続しても良い。
【０１１１】
可変インピーダンス７８は、図示例のような可変インダクタンスでも良いし、可変コンデンサ（可変キャパシタンス）でも良いし、両者を混在させても良い。可変インダクタンスを挿入することによって、給電回路のインピーダンスを増大させることができるので、高周波電流ＩR が流れ過ぎるアンテナ３０の電流を抑えることができる。可変コンデンサを挿入することによって、誘導性リアクタンスが大きい場合に容量性リアクタンスを増大させて、給電回路のインピーダンスを低下させることができるので、高周波電流ＩR が流れにくいアンテナ３０の電流を増加させることができる。
【０１１２】
図１６、図１７の例の内、図１６の例は、共通の高周波電源６０から、隣り合うアンテナ３０の隣り合う矩形導体板３２、３１の隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに逆方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している例であり、図１７の例は、共通の高周波電源６０から、隣り合うアンテナ３０の隣り合う矩形導体板３２、３１の隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している例である。
【０１１３】
並列に配置するアンテナ３０の数は、図示例の二つに限られるものではなく、三つ以上でも良い。
【０１１４】
図１６、図１７のいずれの例の場合も、互いに並列に配置され、かつ並列に高周波電力が供給される複数のアンテナ３０を備えているので、より大面積のプラズマを生成することができる。
【０１１５】
但し、各開口部３７付近に発生させる磁場の観点からは、図１７に示す例の方が好ましい。これは次の理由による。
【０１１６】
即ち、図１６に示す例の場合は、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに逆方向となるので、先に数１、数２を参照して説明した原理によって、両辺３２ｂ、３１ｂ間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが小さくなる。その結果、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに沿って流れる高周波電流ＩR を増大させ、隙間３４側の辺３２ａ、３１ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR を減少させることになるので、各開口部３７付近に発生させる磁場を弱めることになる。この課題は、隣り合うアンテナ３０間の間隔を大きくすれば軽減することができるけれども、そのようにすると、大きくした間隔の部分でプラズマ密度が低下するので、複数のアンテナ３０によって発生させるプラズマ全体の均一性が低下するという別の課題が生じる。
【０１１７】
これに対して、図１７に示す例の場合は、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに流れる高周波電流ＩR が互いに同方向となるので、先に数１、数２を参照して説明した原理によって（但し、この場合は＋Ｍとなる）、両辺３２ｂ、３１ｂ間の相互インダクタンスのぶん、当該辺のインダクタンスが大きくなる。その結果、上記隙間３４と反対側の隣り合う辺３２ｂ、３１ｂに沿って流れる高周波電流ＩR を減少させ、隙間３４側の辺３２ａ、３１ａおよびそこに形成されている開口部３７に沿って流れる高周波電流ＩR を増大させることができるので、各開口部３７付近に発生させる磁場を強めることができる。その結果、高周波電力をプラズマ生成により効率的に投入することができるので、プラズマの生成効率ひいては高周波電力の利用効率を高めることができる。
【符号の説明】
【０１１８】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３１、３２ 矩形導体板
３１ａ、３２ａ 隙間側の辺
３１ｂ、３２ｂ 隙間と反対側の辺
３３ 導体
３４隙間
３７ 開口部
４８ 誘電体
５０ プラズマ
５２ 誘電体板
６０ 高周波電源
ＩR 高周波電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状が実質的にまっすぐなアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生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のプラズマ処理装置であって、
前記アンテナは、二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に位置するように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置し、かつ両矩形導体板の長手方向の一方端同士を導体で接続した往復導体構造をしていて、当該二枚の矩形導体板に前記高周波電流が互いに逆向きに流されるものであり、
かつ前記二枚の矩形導体板の前記隙間側の辺に前記隙間を挟んで対向する切り欠きをそれぞれ設けて当該対向する切り欠きによって開口部を形成し、この開口部を複数、前記アンテナの長手方向に分散させて配置している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の大きさを、その他の前記開口部の大きさよりも大きくしている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の間隔を、その他の前記開口部の間隔よりも小さくしている請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記二枚の矩形導体板を、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記二枚の矩形導体板を、短辺方向において湾曲させて、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記二枚の矩形導体板の前記隙間と反対側の辺の周りを、それぞれ、前記矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる前記高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記真空容器内側に位置する前記アンテナと前記プラズマの生成領域との間に、前記アンテナを前記プラズマから遮る誘電体板を備えており、かつ前記真空容器内側に位置する前記アンテナを誘電体内に埋めている請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記アンテナを複数備えていてこれらは互いに並列に配置されており、
当該複数のアンテナに共通の高周波電源から、隣り合うアンテナの隣り合う前記矩形導体板の前記隙間と反対側の隣り合う辺に流れる高周波電流が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している請求項１から７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
平面形状が実質的にまっすぐなアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生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のプラズマ処理装置であって、
前記アンテナは、二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に位置するように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置し、かつ両矩形導体板の長手方向の一方端同士を導体で接続した往復導体構造をしていて、当該二枚の矩形導体板に前記高周波電流が互いに逆向きに流されるものであり、
かつ前記二枚の矩形導体板の前記隙間側の辺に前記隙間を挟んで対向する切り欠きをそれぞれ設けて当該対向する切り欠きによって開口部を形成し、この開口部を複数、前記アンテナの長手方向に分散させて配置している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の大きさを、その他の前記開口部の大きさよりも大きくしている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アンテナの長手方向における両端部の前記開口部の間隔を、その他の前記開口部の間隔よりも小さくしている請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記二枚の矩形導体板を、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｖ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記二枚の矩形導体板を前記基板の表面に沿う同一の平面上に配置する代りに、前記二枚の矩形導体板を、短辺方向において湾曲させて、前記基板の表面と反対側が広がった断面Ｕ字構造になるように互いに隙間をあけて近接させて平行に配置している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記二枚の矩形導体板の前記隙間と反対側の辺の周りを、それぞれ、前記矩形導体板の材料の比抵抗よりも大きな比抵抗の導体によって、当該導体を流れる前記高周波電流の表皮厚さ以上の厚さで被覆している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記真空容器内側に位置する前記アンテナと前記プラズマの生成領域との間に、前記アンテナを前記プラズマから遮る誘電体板を備えており、かつ前記真空容器内側に位置する前記アンテナを誘電体内に埋めている請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記アンテナを複数備えていてこれらは互いに並列に配置されており、
当該複数のアンテナに共通の高周波電源から、隣り合うアンテナの隣り合う前記矩形導体板の前記隙間と反対側の隣り合う辺に流れる高周波電流が互いに同方向となるように高周波電力を並列に供給するように構成している請求項１から７のいずれか一項に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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−１０１８６２（Ｐ２０１３−１０１８６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５４０８（Ｐ２０１１−２４５４０８）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【特許番号】特許第５０１８９９４号（Ｐ５０１８９９４）
【特許公報発行日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【特許番号】特許第５０１８９９４号（Ｐ５０１８９９４）
【特許公報発行日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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