プラズマ処理装置
【課題】 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プラズマ電位を低く抑えることができ、しかも当該アンテナによってその長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、平面形状がまっすぐなアンテナ３０を、基板２の表面に立てた垂線３に沿う方向である上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて、高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成している。かつ、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させている。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、平面形状がまっすぐなアンテナ３０を、基板２の表面に立てた垂線３に沿う方向である上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて、高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成している。かつ、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させている。
【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、２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両端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】
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プラズマ電位を低く抑えることができ、しかも当該アンテナによってその長手方向におけるプラズマ密度分布を制御す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】
【００１１】
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、前記アンテナを、前記基板の表面に立てた垂線に沿う方向に互いに接近して配置されていて、前記高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、かつ前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向において変化させていることを特徴としている。
【００１２】
以下においては、表現を簡略化するために、基板の表面に立てた垂線に沿う方向を上下方向と呼び、当該垂線に交差する方向を左右方向と呼ぶ。従って、上下方向は必ずしも垂直方向とは限らない。
【００１３】
このプラズマ処理装置においては、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成しているので、往復導体間の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、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。
【００１４】
しかも、往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させることによって、往復導体間の相互インダクタンスをアンテナの長手方向において変化させることができるので、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、アンテナの長手方向において変化させることができる。従って、このアンテナによって、その長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。
【００１５】
往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくしておいても良い。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成しているので、往復導体間の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、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。その結果、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。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。
【００１７】
しかも、往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させることによって、往復導体間の相互インダクタンスをアンテナの長手方向において変化させることができるので、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、アンテナの長手方向において変化させることができる。従って、このアンテナによって、その長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。その結果、アンテナの長手方向における基板の処理状態を制御することができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布を制御することができる。
【００１８】
更に、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、かつ当該往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させているので、左右方向に互いに接近して配置された往復導体間の左右方向の間隔を変化させる場合に比べて、往復導体間の間隔変化によるアンテナ下方近傍の磁束密度の制御性が良い。従って、往復導体間の間隔を変化させることによる、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーの制御性、ひいてはプラズマ密度分布の制御性が良い。
【００１９】
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、中央部よりも両端部のプラズマ密度が小さい山型の分布になる。これに対して、この発明のように、往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくすることによって、アンテナの長手方向において、中央部よりも両端部の相互インダクタンスを小さくすることができるので、アンテナの中央部よりも両端部の実効インダクタンスが相対的に大きくなる。その結果、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、山型とは反対に、アンテナの長手方向における中央部付近よりも両端部付近において相対的に大きくすることができるので、上記山型のプラズマ密度分布を補正して、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。
【００２０】
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、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前記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、前記作用によって、各アンテナの電位を低く抑えることができると共に、各アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。更に、各アンテナに可変インピーダンスを介在させていて、当該可変インピーダンスによって複数のアンテナに流れる高周波電流のバランスを調整することができるので、複数のアンテナの並列方向におけるプラズマ密度分布をも制御することができる。その結果、プラズマの電位を低く抑えることができ、しかもより大面積でかつプラズマ密度分布の均一性の良いプラズマを生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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断面図である。
【図２】図１中のアンテナを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図３】上下方向に配置された板状の往復導体の断面形状の他の例を示す図である。
【図４】公知の単純な平面アンテナを用いた場合のその長手方向におけるプラズマ密度分布の概略例を示す図である。
【図５】互いに接近している往復導体のインピーダンス等を説明するための図である。
【図６】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの一例を示す概略側面図である。
【図７】上下方向に配置された板状の往復導体間の上下方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図８】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの他の例を示す概略側面図である。
【図９】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの更に他の例を示す概略側面図である。
【図１０】上下方向に配置された棒状の往復導体の断面形状の一例を示す図である。
【図１１】一方の導体が板状、他方の導体が棒状の往復導体の断面形状の一例を示す図である。
【図１２】一方の導体が板状、他方の導体が棒状の往復導体の断面形状の他の例を示す図である。
【図１３】左右方向に配置された板状の往復導体間の左右方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１４】上下方向に配置された棒状の往復導体間の上下方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１５】左右方向に配置された棒状の往復導体間の左右方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１６】図７に示したモデルの場合（実施例）と図１３に示したモデルの場合（比較例）の、間隔変化に対する磁束密度変化の一例を示すグラフである。
【図１７】図１４に示したモデルの場合（実施例）と図１５に示したモデルの場合（比較例）の、間隔変化に対する磁束密度変化の一例を示すグラフである。
【図１８】複数のアンテナを並列配置した例を示す概略平面図である。
【図１９】この発明に係るプラズマ処理装置の他の実施形態を示す概略側面図である。
【図２０】上下方向に配置された往復導体間の左右方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの一例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、そのアンテナ３０を抜き出して図２に示す。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に沿う（例えば平行な）方向であり、Ｙ方向は当該垂線３に交差する（例えば直交する）方向であり、これらは、前述したように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に交差する（例えば直交する）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。
【００２３】
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４２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。
【００２４】
「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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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装置８によって真空排気される。
【００３０】
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。
【００３１】
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１６に支持されている。軸１６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１８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２０から軸１６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５０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。
【００３２】
真空容器４の天井面６の開口部７に、絶縁枠３８を介在させて、アンテナ３０が設けられている。これらの要素の間には、真空シール用のパッキン４０がそれぞれ設けられている。このアンテナ３０は、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２によって構成されている。アンテナ３０（より具体的にはそれを構成している往復導体３１、３２）は、この例では、その平面形状が面状をしている。より具体的には、当該平面形状はこの実施形態では長方形であるが、これに限られるものではない。このアンテナ３０については、後で詳述する。
【００３３】
アンテナ３０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。
【００３４】
アンテナ３０には、より具体的にはその往復導体３１、３２には、高周波電源４２から整合回路４４を経由して、高周波電力が供給され、それによってアンテナ３０に高周波電流ＩR が流される。即ち、アンテナ３０を構成する往復導体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）。この高周波電流ＩR によって、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。
【００３５】
高周波電源４２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。
【００３６】
上記アンテナ３０について詳述する。図５に示すような、互いに接近している平行な往復導体６１、６２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、Ｒ1 、Ｌ1 は、それぞれ、一方の導体６１の抵抗、自己インダクタンス、Ｒ2 、Ｌ2 は、それぞれ、他方の導体６２の抵抗、自己インダクタンス、Ｍは両導体６１、６２間の相互インダクタンスである。
【００３７】
［数１］
ＺT ＝（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）＋ｊ（Ｌ1 ＋Ｌ2 −２Ｍ）
【００３８】
ここで、説明を簡略化するために、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ、Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝Ｌとすると、総合インピーダンスＺT は数２で表され、その内のインダクタンスＬT は数３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。
【００３９】
［数２］
ＺT ＝２Ｒ＋ｊ２（Ｌ−Ｍ）
【００４０】
［数３］
ＬT ＝２（Ｌ−Ｍ）
【００４１】
上記式からも分るように、往復導体６１、６２間の相互インダクタンスＭが大きくなると、総合インピーダンスＺT および実効インダクタンスＬT は小さくなる。この往復導体６１、６２に高周波電源４２から高周波電流ＩR を流すことによって発生する電磁エネルギーＧは次式で表されるので、相互インダクタンスＭが大きくなると、この電磁エネルギーＧは小さくなり、外部に作用する磁気的な効果が減少する。プラズマ生成の場合は、プラズマへ供給できる電磁エネルギーが減少し、プラズマ密度が下がる。逆の場合は逆になる。
【００４２】
［数４］
Ｇ＝（１／２）ＬTＩR2
＝（Ｌ−Ｍ）ＩR2
【００４３】
往復導体６１、６２の長手方向において相互インダクタンスＭが一様でない場合、即ち相互インダクタンスＭを変化させている（換言すれば、変化を付けている）場合は、各領域について見れば、当該領域の相互インダクタンスＭに応じて、上記実効インダクタンスおよび電磁エネルギーが決まる。
【００４４】
この発明を構成しているアンテナ３０は、上記原理を応用したものである。例えば、図６に示す例のように、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２によって構成し、かつ往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて２段階に変化させている場合、小さい間隔Ｄ2 の領域Ａ2 の相互インダクタンスＭ2 よりも、大きい間隔Ｄ1 の領域Ａ1 の相互インダクタンスＭ1 の方が小さくなる（即ちＭ1 ＜Ｍ2 ）。従って、上記数３を参照すれば分るように、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 の実効インダクタンスが大きくなり、上記数４を参照した説明からも分るように、アンテナ３０（より具体的にはその導体３１）から距離Ｈ1 だけ離れた空間の磁束密度は、領域Ａ2 における磁束密度Ｂ2 よりも、領域Ａ1 における磁束密度Ｂ1 の方が大きくなる（即ちＢ1 ＞Ｂ2 ）。従って、領域Ａ2 のプラズマ密度よりも、領域Ａ1 のプラズマ密度を大きくすることができる。
【００４５】
なお、この図６や後述する他の例では、説明を簡略化するために整合回路４４を省略しているが、通常は、図１に示す例と同様に、高周波電源４２とアンテナ３０との間には整合回路４４が設けられる。
【００４６】
上下方向Ｚに配置された板状の往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させて、アンテナ３０の中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションした結果を説明する。このシミュレーションに用いたモデルを図７に示す。両導体３１、３２の厚さＴを３ｍｍ、左右方向Ｙの幅Ｗを７０ｍｍとし、Ｘ方向の長さを十分に長いものとして、一定の（ピーク値が１００Ａの）高周波電流ＩR を流したときの、導体３１の左右方向Ｙにおける中央下方に距離Ｈ1 （５ｍｍで固定）離れた点Ｐにおける磁束密度Ｂを、間隔Ｄを変化させて測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１中の磁束密度Ｂ0 は、導体３２がなくて導体３１だけの公知の平面アンテナの場合の点Ｐにおける磁束密度である。その場合の磁束密度Ｂ0 と、往復導体３１、３２の場合の磁束密度との比Ｂ／Ｂ0 およびその２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 を表１中に示す。２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 に着目しているのは、プラズマに対する電磁エネルギー供給は、渦電流損のように、近似的には磁束密度Ｂの２乗に比例するからである。この表から分るように、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂおよび２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 を大きく変化させることができる。例えば、間隔Ｄが１ｍｍのときと５０ｍｍのときとでは、２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 に約６０倍の差を付けることができる。
【００４９】
図８は、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域Ａ2 の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を段階的（階段状）に大きくした例である。この場合は、各領域Ａ1 〜Ａ3 の相互インダクタンスＭ1 〜Ｍ3 はＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 となり、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 、Ａ3 の実効インダクタンスが大きくなる。磁束密度Ｂ1 〜Ｂ3 はＢ1 ＝Ｂ3 ＞Ｂ2 となる。その結果、アンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを、中央部の領域Ａ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 において相対的に大きくすることができる。
【００５０】
図１、図２に示すアンテナ３０は、図８に示すアンテナ３０に相当し、それをより具体化した例である。この図１、図２に示すアンテナ３０について詳述すると、アンテナ３０は、上下方向Ｚに間隔Ｄをあけて互いに接近して配置されている往復導体３１、３２を有している。両導体３１、３２は板状であり、その平面形状は前述したように長方形である。下側（プラズマ５０側）の導体３１の下面は真空容器４内の真空雰囲気中に位置しており、上側の導体３２は大気中に位置している。両導体３１、３２の一端部は電気的に開いていて、そこにこの例では絶縁物３６が設けられている。他端部は接続部３３で互いに電気的に接続されている。両導体３１、３２の一端部間に、高周波電源４２から整合回路４４を経由して高周波電力が供給される。
【００５１】
両導体３１、３２は、この例では板状（具体的には、導体３１は平板状、導体３２は折り曲げられた板状）である。この場合、例えば、図１、図２（Ｃ）に示す例のように下側の導体３１の厚さを大きくしても良いし、図３に示す例のように両導体３１、３２の厚さを互いに同程度にしても良い。
【００５２】
上側の導体３２は、階段状に折り曲げられており、これによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を段階的に大きくしている。このようにして、上述した説明からも分るように、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、中央部よりも両端部の相互インダクタンスＭを段階的に小さくしている。即ち、この例ではＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 にしている。これによって、図８の場合と同様に、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部よりも両端部において相対的に大きくすることができる。
【００５３】
アンテナ３０の上記間隔Ｄおよび相互インダクタンスＭは、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、図１、図８等に示す例のように段階的に変化させても良いし、連続的に変化させても良い。後述する他の例においても同様である。上記間隔Ｄ等を段階的に変化させても、プラズマには拡散作用があるので、プラズマ密度を滑らかに変化させることができる。例えば、図１、図２に示す上側の導体３２を、中央部が窪んだなだらかな谷状にして、アンテナ３０の上記間隔Ｄおよび相互インダクタンスＭを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて連続的に変化させても良い。
【００５４】
図１、図２、図８に示すアンテナ３０の代わりに、図６に示した構造のアンテナ３０を設けても良い。更には、図９等に示す他の構造のアンテナ３０を設けても良い。
【００５５】
図９に示す例は、図１、図８に示す例を変形したものである。即ち、図１、図８に示す例のようにアンテナ３０の端部から高周波電力を供給（端部給電）する代わりに、図９に示す例のようにアンテナ３０の中央部から高周波電力を供給（中央給電）するようにしても良い。これと同様に、他の例のアンテナ３０においても、中央給電にしても良い。
【００５６】
アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２は、例えば、前述した例のように板状でも良いし、図１０に示す例のように棒状でも良いし、板状と棒状とを組み合わせたもの等でも良い。例えば、図１１に示す例のように、下側の導体３１が板状、上側の導体３２が棒状でも良い。その場合、図１２に示す例のように、上側の棒状の導体３２を、互いに電気的に並列な複数本（図１２では２本）にしても良い。これらの場合も、往復導体３１、３２は、長手方向Ｘの端部において接続部（図１中の接続部３３参照）で互いに電気的に接続されている。
【００５７】
各導体３１、３２の断面形状は、図示例のものに限られるものではなく、円形、楕円形、四角形等が採り得る。また、各導体３１、３２を中空にして、そこに冷却水等の冷媒を流して、各導体３１、３２を強制的に冷却する構造を採用しても良い。
【００５８】
この発明に係るプラズマ処理装置においては、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成しているので、上記数３を参照すれば分るように、往復導体３１、３２間の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。高周波領域においては、アンテナ３０のインピーダンスは殆どがインダクタンスであるので、実効インダクタンスが小さくなることによって、アンテナ３０に発生する電位差を小さく抑えて、アンテナ３０の電位を低く抑え、プラズマ５０の電位を低く抑えることができる。
【００５９】
その結果、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。
【００６０】
しかも、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄをアンテナの長手方向Ｘにおいて変化させることによって、往復導体３１、３２間の相互インダクタンスＭを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることができるので、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることができる。従って、このアンテナ３０によって、その長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を制御することができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板の処理状態を制御することができる。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における膜厚分布を制御することができる。
【００６１】
更に、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成し、かつ当該往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄをアンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させているので、左右方向に互いに接近して配置された往復導体間の左右方向Ｙの間隔を変化させる場合に比べて、往復導体３１、３２間の間隔Ｄの変化によるアンテナ３０の下方近傍の磁束密度の制御性が良い。従って、往復導体３１、３２間の間隔Ｄを変化させることによる、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーの制御性、ひいてはプラズマ密度分布の制御性が良い。これを、シミュレーション結果に基づいて以下に説明する。
【００６２】
シミュレーションでは、アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２の間隔Ｄを変化させたときの、アンテナ３０の左右方向Ｙにおける中央下方の点Ｐ（図７、図１３〜図１５参照）での磁束密度Ｂの変化を計算した。
【００６３】
まず、この発明の一実施形態を成すものとして、先に図７に示したように、アンテナ３０を構成する板状の往復導体３１、３２が上下方向Ｚに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１６中に実施例として示す。このときの計算条件は、先に図７の説明箇所で説明したものと同じであり、この実施例は表１中の磁束密度Ｂと同じである。
【００６４】
また、上記に対する比較例として、図１３に示すように、アンテナ３０を構成する板状の往復導体３１、３２が左右方向Ｙに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１６中に比較例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の厚さＴを７０ｍｍ、左右方向Ｙの幅Ｗを３ｍｍとし、その他の距離Ｈ1 、高周波電流ＩR の大きさ等は図７の場合と同じにした。
【００６５】
図１６から分るように、間隔Ｄを変化させたとき、比較例の場合は、磁束密度Ｂの変化がすぐに飽和してしまうのに対して、実施例の場合は、磁束密度Ｂがなだらかに比例に近い状態で変化しており、その変化幅も大きい。従って、比較例に比べて、実施例の方が磁束密度Ｂの制御性が良い。即ち、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂを制御し、それによってアンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを制御し、ひいてはプラズマ密度分布を制御する、という制御を行いやすい。
【００６６】
次に、この発明の一実施形態を成すものとして、図１４に示すように、アンテナ３０を構成する棒状の往復導体３１、３２が上下方向Ｚに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１７中に実施例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の直径ｄを６ｍｍとし、その他の距離Ｈ1 、高周波電流ＩR の大きさ等は図７の場合と同じにした。
【００６７】
また、上記に対する比較例として、図１５に示すように、アンテナ３０を構成する棒状の往復導体３１、３２が左右方向Ｙに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１７中に比較例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の配置を上記のように変更した以外は、図１４の場合と同じにした。
【００６８】
図１７から分るように、間隔Ｄを変化させたとき、比較例の場合は、磁束密度Ｂが一旦上がった後に下がるという複雑な変化をしているのに対して、実施例の場合は、磁束密度Ｂがなだらかに比例に近い状態で変化している。従って、この場合も、比較例に比べて、実施例の方が磁束密度Ｂの制御性が良い。即ち、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂを制御し、それによってアンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを制御し、ひいてはプラズマ密度分布を制御する、という制御を行いやすい。
【００６９】
なお、図２０に示す例のように、アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２を上下方向Ｚに互いに接近して配置しておいて、往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることによって、往復導体３１、３２間の相互インダクタンスを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させる、という考えもある。
【００７０】
図２０は、往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域Ａ2 の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を大きくした例である。この場合は、図８に示した例の場合と同様に、各領域Ａ1 〜Ａ3 の相互インダクタンスＭ1 〜Ｍ3 はＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 となり、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 、Ａ3 の実効インダクタンスが大きくなる。磁束密度Ｂ1 〜Ｂ3 はＢ1 ＝Ｂ3 ＞Ｂ2 となる。その結果、アンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを、中央部の領域Ａ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 において相対的に大きくすることができる。
【００７１】
この図２０に示す例では、間隔Ｄによる磁束密度Ｂの制御性は、上記図１３、図１５に示した比較例に近いものになると考えられるので、これよりも上記実施例の方が好ましいと言える。
【００７２】
ところで、通常は、即ち公知の単純な平面アンテナを用いた場合は、その長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布は、例えば図４に示すように、中央部のプラズマ密度よりも両端部のプラズマ密度が小さい山型の分布になる。その理由を簡単に説明すると、中央部に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。
【００７３】
これに対して、図１、図２、図８等に示した例のように、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくすることによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、中央部よりも両端部の相互インダクタンスを小さくすることができるので、前述したように、アンテナ３０の中央部よりも両端部の実効インダクタンスが相対的に大きくなる。その結果、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、山型とは反対に、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部付近よりも両端部付近において相対的に大きくして、中央部付近よりも両端部付近においてより強力にプラズマ５０を生成することができるので、上記山型のプラズマ密度分布を補正して、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。
【００７４】
なお、図１に示す実施形態のように、アンテナ３０の真空容器４内側の面をプラズマ５０から遮蔽する遮蔽板４６を備えていても良い。遮蔽板４６は絶縁物から成る。遮蔽板４６は、真空容器４の天井面６の開口部７の入口部付近に直接取り付けても良いし、この実施形態のように枠状の支持板４８を用いて取り付けても良い。図１に示す例以外のアンテナ３０を用いる場合も、このような遮蔽板４６を備えていても良い。
【００７５】
遮蔽板４６の材質は、例えば、石英、アルミナ、炭化ケイ素、シリコン等である。水素系プラズマで還元されて遮蔽板４６から酸素が放出されると困る場合は、シリコン、炭化ケイ素等の非酸化物系の材質を用いれば良い。例えばシリコン板を用いるのが簡単で良い。
【００７６】
遮蔽板４６を設けておくと、アンテナ３０等の表面がプラズマ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）が生じること等の不都合発生を防止することができる。
【００７７】
遮蔽板４６を設けていても、遮蔽板は絶縁物から成りアンテナ３０の電位がプラズマ５０に及ぶことを防止することはできないので、前述したようにアンテナ３０の実効インダクタンスを小さくして、アンテナ３０の電位を低く抑えることは有効である。
【００７８】
図１８に示す例のように、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、各アンテナ３０にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンス５２を介して、当該複数のアンテナ３０に、共通の高周波電源４２から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。
【００７９】
各アンテナ３０は、図１、図２、図６、図８、図９等を参照して上述したいずれの構成でも良い。
【００８０】
可変インピーダンス５２は、図１８に示す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。
【００８１】
図１８に示す例の場合は、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。しかも、前記作用によって、各アンテナ３０の電位を低く抑えることができると共に、各アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を制御することができる。更に、各アンテナ３０に可変インピーダンス５２を介在させていて、当該可変インピーダンス５２によって複数のアンテナ３０に流れる高周波電流のバランスを調整することができるので、複数のアンテナ３０の並列方向Ｙにおけるプラズマ密度分布をも制御することができる。その結果、プラズマの電位を低く抑えることができ、しかもより大面積でかつプラズマ密度分布の均一性の良いプラズマを生成することが可能になる。
【００８２】
上記例は、いずれも、真空容器４内において基板２を移動させずに固定しておいて処理を施す場合の例であるが、図１９に示す例のように、真空容器（図示省略）内において基板２を、基板搬送装置５４によって、矢印Ｆ（またはその逆方向）に示すように、アンテナ３０の長手方向Ｘと交差（例えば直交）する方向に、即ちＹ方向に沿う方向に搬送しながら、基板２に処理を施すようにしても良い。そのようにすると、プラズマ５０のＸ方向における均一性はアンテナ３０の上記構成によって高めることができ、かつ基板搬送によってプラズマ５０のＹ方向における均一性はあまり問題にならなくなるので、大面積の基板２に均一性良く処理を施すことが可能になる。また、複数枚の基板２を連続的に処理することも可能になる。この場合のアンテナ３０は、図１、図２、図６、図８、図９等を参照して上述したいずれの構成でも良い。また、この基板２を搬送する思想と、図１８に示した複数のアンテナ３０を並列配置する思想とを併用しても良い。
【符号の説明】
【００８３】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３１、３２ 往復導体
４２ 高周波電源
５０ プラズマ
５２ 可変インピーダンス
【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、２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両端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】
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プラズマ電位を低く抑えることができ、しかも当該アンテナによってその長手方向におけるプラズマ密度分布を制御す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】
【００１１】
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、前記アンテナを、前記基板の表面に立てた垂線に沿う方向に互いに接近して配置されていて、前記高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、かつ前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向において変化させていることを特徴としている。
【００１２】
以下においては、表現を簡略化するために、基板の表面に立てた垂線に沿う方向を上下方向と呼び、当該垂線に交差する方向を左右方向と呼ぶ。従って、上下方向は必ずしも垂直方向とは限らない。
【００１３】
このプラズマ処理装置においては、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成しているので、往復導体間の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、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。
【００１４】
しかも、往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させることによって、往復導体間の相互インダクタンスをアンテナの長手方向において変化させることができるので、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、アンテナの長手方向において変化させることができる。従って、このアンテナによって、その長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。
【００１５】
往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくしておいても良い。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成しているので、往復導体間の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、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。その結果、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。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。
【００１７】
しかも、往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させることによって、往復導体間の相互インダクタンスをアンテナの長手方向において変化させることができるので、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、アンテナの長手方向において変化させることができる。従って、このアンテナによって、その長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。その結果、アンテナの長手方向における基板の処理状態を制御することができる。例えば、アンテナの長手方向における膜厚分布を制御することができる。
【００１８】
更に、アンテナを、上下方向に互いに接近して配置されていて高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、かつ当該往復導体間の上下方向の間隔をアンテナの長手方向において変化させているので、左右方向に互いに接近して配置された往復導体間の左右方向の間隔を変化させる場合に比べて、往復導体間の間隔変化によるアンテナ下方近傍の磁束密度の制御性が良い。従って、往復導体間の間隔を変化させることによる、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーの制御性、ひいてはプラズマ密度分布の制御性が良い。
【００１９】
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、中央部よりも両端部のプラズマ密度が小さい山型の分布になる。これに対して、この発明のように、往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくすることによって、アンテナの長手方向において、中央部よりも両端部の相互インダクタンスを小さくすることができるので、アンテナの中央部よりも両端部の実効インダクタンスが相対的に大きくなる。その結果、アンテナからプラズマに供給する電磁エネルギーを、山型とは反対に、アンテナの長手方向における中央部付近よりも両端部付近において相対的に大きくすることができるので、上記山型のプラズマ密度分布を補正して、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。
【００２０】
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、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前記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、前記作用によって、各アンテナの電位を低く抑えることができると共に、各アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布を制御することができる。更に、各アンテナに可変インピーダンスを介在させていて、当該可変インピーダンスによって複数のアンテナに流れる高周波電流のバランスを調整することができるので、複数のアンテナの並列方向におけるプラズマ密度分布をも制御することができる。その結果、プラズマの電位を低く抑えることができ、しかもより大面積でかつプラズマ密度分布の均一性の良いプラズマを生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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断面図である。
【図２】図１中のアンテナを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図３】上下方向に配置された板状の往復導体の断面形状の他の例を示す図である。
【図４】公知の単純な平面アンテナを用いた場合のその長手方向におけるプラズマ密度分布の概略例を示す図である。
【図５】互いに接近している往復導体のインピーダンス等を説明するための図である。
【図６】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの一例を示す概略側面図である。
【図７】上下方向に配置された板状の往復導体間の上下方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図８】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの他の例を示す概略側面図である。
【図９】上下方向に配置された往復導体間の上下方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの更に他の例を示す概略側面図である。
【図１０】上下方向に配置された棒状の往復導体の断面形状の一例を示す図である。
【図１１】一方の導体が板状、他方の導体が棒状の往復導体の断面形状の一例を示す図である。
【図１２】一方の導体が板状、他方の導体が棒状の往復導体の断面形状の他の例を示す図である。
【図１３】左右方向に配置された板状の往復導体間の左右方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１４】上下方向に配置された棒状の往復導体間の上下方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１５】左右方向に配置された棒状の往復導体間の左右方向の間隔を変化させて、アンテナの中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションしたときに用いたモデルを示す図である。
【図１６】図７に示したモデルの場合（実施例）と図１３に示したモデルの場合（比較例）の、間隔変化に対する磁束密度変化の一例を示すグラフである。
【図１７】図１４に示したモデルの場合（実施例）と図１５に示したモデルの場合（比較例）の、間隔変化に対する磁束密度変化の一例を示すグラフである。
【図１８】複数のアンテナを並列配置した例を示す概略平面図である。
【図１９】この発明に係るプラズマ処理装置の他の実施形態を示す概略側面図である。
【図２０】上下方向に配置された往復導体間の左右方向の間隔を、アンテナの長手方向において変化させているアンテナの一例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、そのアンテナ３０を抜き出して図２に示す。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に沿う（例えば平行な）方向であり、Ｙ方向は当該垂線３に交差する（例えば直交する）方向であり、これらは、前述したように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に交差する（例えば直交する）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。
【００２３】
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４２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。
【００２４】
「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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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装置８によって真空排気される。
【００３０】
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。
【００３１】
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１６に支持されている。軸１６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１８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２０から軸１６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５０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。
【００３２】
真空容器４の天井面６の開口部７に、絶縁枠３８を介在させて、アンテナ３０が設けられている。これらの要素の間には、真空シール用のパッキン４０がそれぞれ設けられている。このアンテナ３０は、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２によって構成されている。アンテナ３０（より具体的にはそれを構成している往復導体３１、３２）は、この例では、その平面形状が面状をしている。より具体的には、当該平面形状はこの実施形態では長方形であるが、これに限られるものではない。このアンテナ３０については、後で詳述する。
【００３３】
アンテナ３０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。
【００３４】
アンテナ３０には、より具体的にはその往復導体３１、３２には、高周波電源４２から整合回路４４を経由して、高周波電力が供給され、それによってアンテナ３０に高周波電流ＩR が流される。即ち、アンテナ３０を構成する往復導体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）。この高周波電流ＩR によって、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。
【００３５】
高周波電源４２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。
【００３６】
上記アンテナ３０について詳述する。図５に示すような、互いに接近している平行な往復導体６１、６２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、Ｒ1 、Ｌ1 は、それぞれ、一方の導体６１の抵抗、自己インダクタンス、Ｒ2 、Ｌ2 は、それぞれ、他方の導体６２の抵抗、自己インダクタンス、Ｍは両導体６１、６２間の相互インダクタンスである。
【００３７】
［数１］
ＺT ＝（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）＋ｊ（Ｌ1 ＋Ｌ2 −２Ｍ）
【００３８】
ここで、説明を簡略化するために、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ、Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝Ｌとすると、総合インピーダンスＺT は数２で表され、その内のインダクタンスＬT は数３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。
【００３９】
［数２］
ＺT ＝２Ｒ＋ｊ２（Ｌ−Ｍ）
【００４０】
［数３］
ＬT ＝２（Ｌ−Ｍ）
【００４１】
上記式からも分るように、往復導体６１、６２間の相互インダクタンスＭが大きくなると、総合インピーダンスＺT および実効インダクタンスＬT は小さくなる。この往復導体６１、６２に高周波電源４２から高周波電流ＩR を流すことによって発生する電磁エネルギーＧは次式で表されるので、相互インダクタンスＭが大きくなると、この電磁エネルギーＧは小さくなり、外部に作用する磁気的な効果が減少する。プラズマ生成の場合は、プラズマへ供給できる電磁エネルギーが減少し、プラズマ密度が下がる。逆の場合は逆になる。
【００４２】
［数４］
Ｇ＝（１／２）ＬTＩR2
＝（Ｌ−Ｍ）ＩR2
【００４３】
往復導体６１、６２の長手方向において相互インダクタンスＭが一様でない場合、即ち相互インダクタンスＭを変化させている（換言すれば、変化を付けている）場合は、各領域について見れば、当該領域の相互インダクタンスＭに応じて、上記実効インダクタンスおよび電磁エネルギーが決まる。
【００４４】
この発明を構成しているアンテナ３０は、上記原理を応用したものである。例えば、図６に示す例のように、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２によって構成し、かつ往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて２段階に変化させている場合、小さい間隔Ｄ2 の領域Ａ2 の相互インダクタンスＭ2 よりも、大きい間隔Ｄ1 の領域Ａ1 の相互インダクタンスＭ1 の方が小さくなる（即ちＭ1 ＜Ｍ2 ）。従って、上記数３を参照すれば分るように、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 の実効インダクタンスが大きくなり、上記数４を参照した説明からも分るように、アンテナ３０（より具体的にはその導体３１）から距離Ｈ1 だけ離れた空間の磁束密度は、領域Ａ2 における磁束密度Ｂ2 よりも、領域Ａ1 における磁束密度Ｂ1 の方が大きくなる（即ちＢ1 ＞Ｂ2 ）。従って、領域Ａ2 のプラズマ密度よりも、領域Ａ1 のプラズマ密度を大きくすることができる。
【００４５】
なお、この図６や後述する他の例では、説明を簡略化するために整合回路４４を省略しているが、通常は、図１に示す例と同様に、高周波電源４２とアンテナ３０との間には整合回路４４が設けられる。
【００４６】
上下方向Ｚに配置された板状の往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させて、アンテナ３０の中央下方近傍での磁束密度の変化をシミュレーションした結果を説明する。このシミュレーションに用いたモデルを図７に示す。両導体３１、３２の厚さＴを３ｍｍ、左右方向Ｙの幅Ｗを７０ｍｍとし、Ｘ方向の長さを十分に長いものとして、一定の（ピーク値が１００Ａの）高周波電流ＩR を流したときの、導体３１の左右方向Ｙにおける中央下方に距離Ｈ1 （５ｍｍで固定）離れた点Ｐにおける磁束密度Ｂを、間隔Ｄを変化させて測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１中の磁束密度Ｂ0 は、導体３２がなくて導体３１だけの公知の平面アンテナの場合の点Ｐにおける磁束密度である。その場合の磁束密度Ｂ0 と、往復導体３１、３２の場合の磁束密度との比Ｂ／Ｂ0 およびその２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 を表１中に示す。２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 に着目しているのは、プラズマに対する電磁エネルギー供給は、渦電流損のように、近似的には磁束密度Ｂの２乗に比例するからである。この表から分るように、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂおよび２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 を大きく変化させることができる。例えば、間隔Ｄが１ｍｍのときと５０ｍｍのときとでは、２乗比（Ｂ／Ｂ0 ）2 に約６０倍の差を付けることができる。
【００４９】
図８は、上下方向Ｚに互いに接近して配置されている往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域Ａ2 の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を段階的（階段状）に大きくした例である。この場合は、各領域Ａ1 〜Ａ3 の相互インダクタンスＭ1 〜Ｍ3 はＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 となり、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 、Ａ3 の実効インダクタンスが大きくなる。磁束密度Ｂ1 〜Ｂ3 はＢ1 ＝Ｂ3 ＞Ｂ2 となる。その結果、アンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを、中央部の領域Ａ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 において相対的に大きくすることができる。
【００５０】
図１、図２に示すアンテナ３０は、図８に示すアンテナ３０に相当し、それをより具体化した例である。この図１、図２に示すアンテナ３０について詳述すると、アンテナ３０は、上下方向Ｚに間隔Ｄをあけて互いに接近して配置されている往復導体３１、３２を有している。両導体３１、３２は板状であり、その平面形状は前述したように長方形である。下側（プラズマ５０側）の導体３１の下面は真空容器４内の真空雰囲気中に位置しており、上側の導体３２は大気中に位置している。両導体３１、３２の一端部は電気的に開いていて、そこにこの例では絶縁物３６が設けられている。他端部は接続部３３で互いに電気的に接続されている。両導体３１、３２の一端部間に、高周波電源４２から整合回路４４を経由して高周波電力が供給される。
【００５１】
両導体３１、３２は、この例では板状（具体的には、導体３１は平板状、導体３２は折り曲げられた板状）である。この場合、例えば、図１、図２（Ｃ）に示す例のように下側の導体３１の厚さを大きくしても良いし、図３に示す例のように両導体３１、３２の厚さを互いに同程度にしても良い。
【００５２】
上側の導体３２は、階段状に折り曲げられており、これによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を段階的に大きくしている。このようにして、上述した説明からも分るように、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、中央部よりも両端部の相互インダクタンスＭを段階的に小さくしている。即ち、この例ではＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 にしている。これによって、図８の場合と同様に、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部よりも両端部において相対的に大きくすることができる。
【００５３】
アンテナ３０の上記間隔Ｄおよび相互インダクタンスＭは、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、図１、図８等に示す例のように段階的に変化させても良いし、連続的に変化させても良い。後述する他の例においても同様である。上記間隔Ｄ等を段階的に変化させても、プラズマには拡散作用があるので、プラズマ密度を滑らかに変化させることができる。例えば、図１、図２に示す上側の導体３２を、中央部が窪んだなだらかな谷状にして、アンテナ３０の上記間隔Ｄおよび相互インダクタンスＭを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて連続的に変化させても良い。
【００５４】
図１、図２、図８に示すアンテナ３０の代わりに、図６に示した構造のアンテナ３０を設けても良い。更には、図９等に示す他の構造のアンテナ３０を設けても良い。
【００５５】
図９に示す例は、図１、図８に示す例を変形したものである。即ち、図１、図８に示す例のようにアンテナ３０の端部から高周波電力を供給（端部給電）する代わりに、図９に示す例のようにアンテナ３０の中央部から高周波電力を供給（中央給電）するようにしても良い。これと同様に、他の例のアンテナ３０においても、中央給電にしても良い。
【００５６】
アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２は、例えば、前述した例のように板状でも良いし、図１０に示す例のように棒状でも良いし、板状と棒状とを組み合わせたもの等でも良い。例えば、図１１に示す例のように、下側の導体３１が板状、上側の導体３２が棒状でも良い。その場合、図１２に示す例のように、上側の棒状の導体３２を、互いに電気的に並列な複数本（図１２では２本）にしても良い。これらの場合も、往復導体３１、３２は、長手方向Ｘの端部において接続部（図１中の接続部３３参照）で互いに電気的に接続されている。
【００５７】
各導体３１、３２の断面形状は、図示例のものに限られるものではなく、円形、楕円形、四角形等が採り得る。また、各導体３１、３２を中空にして、そこに冷却水等の冷媒を流して、各導体３１、３２を強制的に冷却する構造を採用しても良い。
【００５８】
この発明に係るプラズマ処理装置においては、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成しているので、上記数３を参照すれば分るように、往復導体３１、３２間の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。高周波領域においては、アンテナ３０のインピーダンスは殆どがインダクタンスであるので、実効インダクタンスが小さくなることによって、アンテナ３０に発生する電位差を小さく抑えて、アンテナ３０の電位を低く抑え、プラズマ５０の電位を低く抑えることができる。
【００５９】
その結果、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。
【００６０】
しかも、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄをアンテナの長手方向Ｘにおいて変化させることによって、往復導体３１、３２間の相互インダクタンスＭを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることができるので、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることができる。従って、このアンテナ３０によって、その長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を制御することができる。その結果、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける基板の処理状態を制御することができる。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における膜厚分布を制御することができる。
【００６１】
更に、アンテナ３０を、上下方向Ｚに互いに接近して配置されていて高周波電流ＩR が互いに逆向きに流される往復導体３１、３２によって構成し、かつ当該往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄをアンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させているので、左右方向に互いに接近して配置された往復導体間の左右方向Ｙの間隔を変化させる場合に比べて、往復導体３１、３２間の間隔Ｄの変化によるアンテナ３０の下方近傍の磁束密度の制御性が良い。従って、往復導体３１、３２間の間隔Ｄを変化させることによる、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーの制御性、ひいてはプラズマ密度分布の制御性が良い。これを、シミュレーション結果に基づいて以下に説明する。
【００６２】
シミュレーションでは、アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２の間隔Ｄを変化させたときの、アンテナ３０の左右方向Ｙにおける中央下方の点Ｐ（図７、図１３〜図１５参照）での磁束密度Ｂの変化を計算した。
【００６３】
まず、この発明の一実施形態を成すものとして、先に図７に示したように、アンテナ３０を構成する板状の往復導体３１、３２が上下方向Ｚに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１６中に実施例として示す。このときの計算条件は、先に図７の説明箇所で説明したものと同じであり、この実施例は表１中の磁束密度Ｂと同じである。
【００６４】
また、上記に対する比較例として、図１３に示すように、アンテナ３０を構成する板状の往復導体３１、３２が左右方向Ｙに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１６中に比較例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の厚さＴを７０ｍｍ、左右方向Ｙの幅Ｗを３ｍｍとし、その他の距離Ｈ1 、高周波電流ＩR の大きさ等は図７の場合と同じにした。
【００６５】
図１６から分るように、間隔Ｄを変化させたとき、比較例の場合は、磁束密度Ｂの変化がすぐに飽和してしまうのに対して、実施例の場合は、磁束密度Ｂがなだらかに比例に近い状態で変化しており、その変化幅も大きい。従って、比較例に比べて、実施例の方が磁束密度Ｂの制御性が良い。即ち、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂを制御し、それによってアンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを制御し、ひいてはプラズマ密度分布を制御する、という制御を行いやすい。
【００６６】
次に、この発明の一実施形態を成すものとして、図１４に示すように、アンテナ３０を構成する棒状の往復導体３１、３２が上下方向Ｚに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１７中に実施例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の直径ｄを６ｍｍとし、その他の距離Ｈ1 、高周波電流ＩR の大きさ等は図７の場合と同じにした。
【００６７】
また、上記に対する比較例として、図１５に示すように、アンテナ３０を構成する棒状の往復導体３１、３２が左右方向Ｙに互いに接近して配置されている場合で、その往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを変化させたときの上記点Ｐにおける磁束密度Ｂの変化を図１７中に比較例として示す。このときの計算条件は、両導体３１、３２の配置を上記のように変更した以外は、図１４の場合と同じにした。
【００６８】
図１７から分るように、間隔Ｄを変化させたとき、比較例の場合は、磁束密度Ｂが一旦上がった後に下がるという複雑な変化をしているのに対して、実施例の場合は、磁束密度Ｂがなだらかに比例に近い状態で変化している。従って、この場合も、比較例に比べて、実施例の方が磁束密度Ｂの制御性が良い。即ち、間隔Ｄを変化させることによって、磁束密度Ｂを制御し、それによってアンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを制御し、ひいてはプラズマ密度分布を制御する、という制御を行いやすい。
【００６９】
なお、図２０に示す例のように、アンテナ３０を構成する往復導体３１、３２を上下方向Ｚに互いに接近して配置しておいて、往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させることによって、往復導体３１、３２間の相互インダクタンスを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて変化させる、という考えもある。
【００７０】
図２０は、往復導体３１、３２間の左右方向Ｙの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の領域Ａ2 の間隔Ｄ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 の間隔Ｄ1 、Ｄ3 （この例ではＤ1 ＝Ｄ3 ）を大きくした例である。この場合は、図８に示した例の場合と同様に、各領域Ａ1 〜Ａ3 の相互インダクタンスＭ1 〜Ｍ3 はＭ1 ＝Ｍ3 ＜Ｍ2 となり、領域Ａ2 よりも領域Ａ1 、Ａ3 の実効インダクタンスが大きくなる。磁束密度Ｂ1 〜Ｂ3 はＢ1 ＝Ｂ3 ＞Ｂ2 となる。その結果、アンテナ３０からプラズマに供給する電磁エネルギーを、中央部の領域Ａ2 よりも両端部の領域Ａ1 、Ａ3 において相対的に大きくすることができる。
【００７１】
この図２０に示す例では、間隔Ｄによる磁束密度Ｂの制御性は、上記図１３、図１５に示した比較例に近いものになると考えられるので、これよりも上記実施例の方が好ましいと言える。
【００７２】
ところで、通常は、即ち公知の単純な平面アンテナを用いた場合は、その長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布は、例えば図４に示すように、中央部のプラズマ密度よりも両端部のプラズマ密度が小さい山型の分布になる。その理由を簡単に説明すると、中央部に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。
【００７３】
これに対して、図１、図２、図８等に示した例のように、往復導体３１、３２間の上下方向Ｚの間隔Ｄを、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部の間隔よりも両端部の間隔を大きくすることによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおいて、中央部よりも両端部の相互インダクタンスを小さくすることができるので、前述したように、アンテナ３０の中央部よりも両端部の実効インダクタンスが相対的に大きくなる。その結果、アンテナ３０からプラズマ５０に供給する電磁エネルギーを、山型とは反対に、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部付近よりも両端部付近において相対的に大きくして、中央部付近よりも両端部付近においてより強力にプラズマ５０を生成することができるので、上記山型のプラズマ密度分布を補正して、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。
【００７４】
なお、図１に示す実施形態のように、アンテナ３０の真空容器４内側の面をプラズマ５０から遮蔽する遮蔽板４６を備えていても良い。遮蔽板４６は絶縁物から成る。遮蔽板４６は、真空容器４の天井面６の開口部７の入口部付近に直接取り付けても良いし、この実施形態のように枠状の支持板４８を用いて取り付けても良い。図１に示す例以外のアンテナ３０を用いる場合も、このような遮蔽板４６を備えていても良い。
【００７５】
遮蔽板４６の材質は、例えば、石英、アルミナ、炭化ケイ素、シリコン等である。水素系プラズマで還元されて遮蔽板４６から酸素が放出されると困る場合は、シリコン、炭化ケイ素等の非酸化物系の材質を用いれば良い。例えばシリコン板を用いるのが簡単で良い。
【００７６】
遮蔽板４６を設けておくと、アンテナ３０等の表面がプラズマ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）が生じること等の不都合発生を防止することができる。
【００７７】
遮蔽板４６を設けていても、遮蔽板は絶縁物から成りアンテナ３０の電位がプラズマ５０に及ぶことを防止することはできないので、前述したようにアンテナ３０の実効インダクタンスを小さくして、アンテナ３０の電位を低く抑えることは有効である。
【００７８】
図１８に示す例のように、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、各アンテナ３０にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンス５２を介して、当該複数のアンテナ３０に、共通の高周波電源４２から高周波電力を並列に供給するようにしても良い。
【００７９】
各アンテナ３０は、図１、図２、図６、図８、図９等を参照して上述したいずれの構成でも良い。
【００８０】
可変インピーダンス５２は、図１８に示す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。
【００８１】
図１８に示す例の場合は、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。しかも、前記作用によって、各アンテナ３０の電位を低く抑えることができると共に、各アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布を制御することができる。更に、各アンテナ３０に可変インピーダンス５２を介在させていて、当該可変インピーダンス５２によって複数のアンテナ３０に流れる高周波電流のバランスを調整することができるので、複数のアンテナ３０の並列方向Ｙにおけるプラズマ密度分布をも制御することができる。その結果、プラズマの電位を低く抑えることができ、しかもより大面積でかつプラズマ密度分布の均一性の良いプラズマを生成することが可能になる。
【００８２】
上記例は、いずれも、真空容器４内において基板２を移動させずに固定しておいて処理を施す場合の例であるが、図１９に示す例のように、真空容器（図示省略）内において基板２を、基板搬送装置５４によって、矢印Ｆ（またはその逆方向）に示すように、アンテナ３０の長手方向Ｘと交差（例えば直交）する方向に、即ちＹ方向に沿う方向に搬送しながら、基板２に処理を施すようにしても良い。そのようにすると、プラズマ５０のＸ方向における均一性はアンテナ３０の上記構成によって高めることができ、かつ基板搬送によってプラズマ５０のＹ方向における均一性はあまり問題にならなくなるので、大面積の基板２に均一性良く処理を施すことが可能になる。また、複数枚の基板２を連続的に処理することも可能になる。この場合のアンテナ３０は、図１、図２、図６、図８、図９等を参照して上述したいずれの構成でも良い。また、この基板２を搬送する思想と、図１８に示した複数のアンテナ３０を並列配置する思想とを併用しても良い。
【符号の説明】
【００８３】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３１、３２ 往復導体
４２ 高周波電源
５０ プラズマ
５２ 可変インピーダンス
【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、
前記アンテナを、前記基板の表面に立てた垂線に沿う方向に互いに接近して配置されていて、前記高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、
かつ前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向において変化させていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を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、
当該各アンテナにそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、当該複数のアンテナに、共通の高周波電源から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または２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、
前記アンテナを、前記基板の表面に立てた垂線に沿う方向に互いに接近して配置されていて、前記高周波電流が互いに逆向きに流される往復導体によって構成し、
かつ前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向において変化させていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記往復導体間の前記垂線に沿う方向の間隔を、前記アンテナの長手方向における中央部の間隔よりも両端部の間隔を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、
当該各アンテナにそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、当該複数のアンテナに、共通の高周波電源から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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−８５３９（Ｐ２０１３−８５３９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０１２８（Ｐ２０１１−１４０１２８）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【特許番号】特許第４８４４６９７号（Ｐ４８４４６９７）
【特許公報発行日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【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１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【特許番号】特許第４８４４６９７号（Ｐ４８４４６９７）
【特許公報発行日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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