プラズマ処理装置
【課題】プラズマ処理装置において、損失を小さくしつつ、発生させるプラズマの均一性を良好とさせる。
【解決手段】 複数のコイル１４〜１６に対して独立してマッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とを接続して高周波を印加することでプラズマを発生・形成させる場合、各コイル１４〜１６の間に設置導体としての帯状金属製リングを配置することにより、各コイル１４〜１６間での電磁結合を阻害・軽減し、マッチングボックス２１〜２３の故障を防止しつつ、正確なインピーダンス整合を保障し、かつ、最外周のコイル１６の外側には帯状金属製リングを敢えて配置しないようにすることで損失を低減させることも可能となった。
【解決手段】 複数のコイル１４〜１６に対して独立してマッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とを接続して高周波を印加することでプラズマを発生・形成させる場合、各コイル１４〜１６の間に設置導体としての帯状金属製リングを配置することにより、各コイル１４〜１６間での電磁結合を阻害・軽減し、マッチングボックス２１〜２３の故障を防止しつつ、正確なインピーダンス整合を保障し、かつ、最外周のコイル１６の外側には帯状金属製リングを敢えて配置しないようにすることで損失を低減させることも可能となった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の誘導結合素子を有するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のプラズマ処理装置として、特許文献１及び特許文献２に示すものが知られている。
特許文献１では、複数の同心円状のコイルユニットを真空チャンバの天井側に配置するとともに、この複数のコイルユニットに対して一括して高周波を印加するＲＦ電源が備えられている。また、各コイルユニットの外周側を覆うようにＲＦシールドを配置している。同公報では、このシールドは磁性体としての鉄素材で形成したり、アルミニウム素材で形成すると開示している。
【０００３】
また、特許文献２でも、同様に、真空チャンバの天井側に配置された複数の同心円状のコイルユニットと、この複数のコイルユニットに対して一括して高周波を印加するＲＦ電源と、各コイルユニットの外周側を覆うよう配置された相互干渉軽減手段を配置している。
【特許文献１】米国特許第５，６８３，５４８号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より強力かつ均一性に優れたプラズマ処理装置を提供するために、複数のコイルユニットに対する電力供給を制御するべくＲＦ電源を個別に設置しようとすると、複数のコイルユニット間で相互に電磁結合が生じやすい。電磁結合が生じてしまうと一方のコイルユニットから他方のコイルユニットに対して電力供給を生じさせてしまう。
一般的に、マッチングボックスはＲＦ電源とコイルユニットとの間で入射波と反射波とを検知して、最も反射波が生じないようにさせるためのインピーダンス整合を動的に行なう。しかし、上述したような電磁結合が生じると、インピーダンス整合をしようとしても外的な要因を解消できないため、マッチングボックスは制御できなくなる。
【０００５】
これに対して上述した従来のプラズマ処理装置においては、次のような課題があった。
特許文献１に示すものでは、複数のコイルユニットに対して一つのＲＦ電源から一括して高周波を印加しており、そのままでは上述したＲＦ電源の独立化の問題を解消しえるものではない。従って、ＲＦ電源やマッチングボックスの個別化で生じる課題を解決するには至らない。
また、特許文献２に示すものでも、同様の問題が生じる。
さらに、特許文献１及び特許文献２に示すものでは、最大径のコイルユニットの外周側にもＲＦシールドを配置しているが、各コイルユニットにＲＦ電源を接続すると、外周側のＲＦシールドに流れる電流による損失が発生する。各コイルユニットに対して供給する電力が大きいほどこの損失も大きくなるため、最大径のコイルユニットの外周側に配置したＲＦシールドによって生じる電流損失が非常に大きいという課題もあった。
【０００６】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、電流損失を小さくしつつ、発生させるプラズマの均一性を良好とさせることが可能なプラズマ処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、プラズマ処理空間の形成された真空チャンバと、この真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子と、これら複数の誘導結合素子に対して個別に高周波を印加する複数の電力供給手段と、上記誘導結合素子に対して高周波を印加する際のインピーダンス整合を行なう複数のインピーダンス整合手段と、前記複数の誘導結合素子の間に設けられ、最外周の誘導結合素子の外側には配置されていない電磁結合軽減手段とを備えた構成としてある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
上記発明の構成によれば、真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子に対してインピーダンス整合手段を介して複数の電力供給手段が個別に高周波を印加する。複数の誘導結合素子からは交番電磁界が発生されるが、各誘導結合素子の間には電磁結合軽減手段が設けられているので、各誘導結合素子の相互間では電磁結合が殆ど生じない。このため、各インピーダンス整合手段は、他からの影響を受けることなく誘導結合素子と電力供給手段の間での入射波と反射波との関係だけに基づいてインピーダンス整合を行なうことになる。
【０００９】
このように、本発明によれば、各誘導結合素子に対して独立した電力供給手段を設けることで、各誘導結合素子に対する制御をより細かく行えるようにしつつ、他の誘導結合素子との電磁結合でインピーダンス整合手段が制御できなくなることを防止可能となる。
インピーダンス整合手段は、現実の製品としてはマッチングボックスと呼ばれていることが多いが、その機能としてインピーダンス整合を行なうものであれば名称を問わない。
インピーダンス整合手段を備えるにあたり、二つの態様が現実的である。一つめは、インピーダンス整合手段が単体で存在し、上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在される場合であり、二つめは、インピーダンス整合手段が上記電力供給手段内に組み込まれている場合である。
【００１０】
いずれの場合でも、一つの電力供給手段から印加される高周波の電流損失を少なくするために備えられており、本発明が適用可能である。
電磁結合でインピーダンス整合手段が本来の制御を行えなくなるのは、他の電力供給手段から電磁結合で供給されるエネルギーが原因である。従って、誘導結合素子間の電磁結合の軽減は、インピーダンス整合手段と電力供給手段との対毎に行なう必要がある。
このような環境を鑑みると、上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段と対をなして介在され、上記電磁結合軽減手段は、このインピーダンス整合手段に接続される上記誘導結合素子の組ごとに設けるという構成も可能である。
【００１１】
このように構成した場合、電力供給手段が異なる誘導結合素子との間には電磁結合軽減手段が設けられていることになるので、誘導結合素子が単体であっても複数であっても、他からの影響はないといえる。従って、各インピーダンス整合手段が制御不良となることもない。
各誘導結合素子は、このインピーダンス整合手段と電力供給手段との対に対して一対一で配設することも可能であるし、まとめて複数の誘導結合素子に対して一対のインピーダンス整合手段と電力供給手段を設けることも可能である。
【００１２】
言い換えれば、前者は、一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、一つの上記誘導結合素子が接続され、この一つの上記誘導結合素子に対応して一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることになり、後者は、一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、複数の上記誘導結合素子が接続され、この複数の上記誘導結合素子を一組として一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることになる。
【００１３】
上述したように、最外周の誘導結合素子の外側にＲＦシールドが存在すると電流損失は大きい。このため、本発明においては、上記電磁結合軽減手段が、最外周の上記誘導結合素子の外側には配置されていない構成とすることもできる。
電磁結合軽減手段は、他の電力供給手段から印加される高周波で生じる交番電磁界により、誘導結合素子間で生じる電磁結合を軽減するものであり、一般的には接地された良導体が該当する。その具体的な例として、上記電磁結合軽減手段を、帯状金属製リングで構成することが可能である。
【００１４】
ところでこのようなプラズマ処理装置ではプラズマの均一性が重要な要素となる。このため、上記帯状金属製リングは、部位によって幅が異なる形状とすることにより、上記誘導結合素子間の電磁結合の度合いを調整する構成とすることができる。誘導結合素子の間で接地された金属体があれば、その存在によって電界が影響を受ける。一般には接地導体があれば、その近隣での空間の電位は接地電位に極めて近くならざるを得ない。このような影響を受ける範囲は同導体の形状に依存するため、帯状金属製リングの幅を変更することで同影響を調整できる。
【００１５】
本来であれば、デメリットである近隣の誘導結合素子との間での電磁結合もこのように調整手段として作用させることが可能となる。
電磁結合を調整する一例として、上記帯状金属製リングは、部位によって幅が太い部分と細い部分とがあるように構成することができる。
また、他の一例として、上記帯状金属製リングは、部位によって幅方向への切り込みを有するように構成することができる。
いずれの場合も、接地導体の幅が広がれば空間中で電位が接地電位に近くなる部分が大きくなるし、接地導体の幅が狭まれば空間中で電位が接地電位に近くなる部分が小さくなる。これによって各誘導結合素子間での電磁結合の度合いは大きくもなるし、小さくもなる。むろん、切り込みは接地導体を小さくすることになる。従って、これらによっても均一性の一調整手段とすることができる。
【００１６】
上述した手段のより具体的な構成の一例として、上記複数の誘導結合素子は、同心円状の複数のコイルで構成され、上記真空チャンバは、真空チャンバ蓋部と、真空チャンバ本体部とから構成され、同真空チャンバ蓋部には、真空チャンバの外側に面する側に上記複数のコイルを収容可能な複数の同心円状のコイル収容溝が形成されるとともに、真空チャンバの内側に面する側であって上記溝の内側には複数の同心円状のプラズマ発生用環状溝が形成され、上記帯状金属製リングは、上記コイル収容溝内で上記誘導結合素子間に介在されるように配置される構成とすることができる。
【００１７】
また、かかる構成を前提とすると、上記コイル収容溝は、略水平に形成される底面と、それぞれ略垂直に形成される内周側壁面と外周側壁面とを有し、上記コイルは、同内周側壁面近傍に配置され、上記帯状金属製リングは、同外周側壁面近傍に配置された構成とすることができる。
この具体的な構成については、以下、図面にもとづいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置を概略図により示している。
【００１８】
同図において、プラズマ処理装置１０は、内部にプラズマ処理空間１１の形成された真空チャンバ本体部１２と真空チャンバ蓋部１３（真空チャンバ）と、この真空チャンバに付設されたコイル（コイルユニット：複数の誘導結合素子）１４〜１６と、これら複数の誘導結合素子１４〜１６に高周波を印加するＲＦ電源（電力供給手段）１７〜１９と、マッチングボックス（インピーダンス整合手段）２１〜２３とを具備している。
また、真空チャンバ本体部１２には、プラズマ維持に適した真空圧を確保するための真空ポンプが接続されており、図示しない貫通口を介して排気している。
【００１９】
真空チャンバ蓋部１３は、セラミック等の絶縁物から形成されており、プラズマ処理空間１１に面する側には、プラズマ発生空間（プラズマ発生用環状溝）３１〜３３が形成されている。プラズマ発生空間３１〜３３は同心に彫り込まれた環状溝であり、プラズマ処理空間１１と連通しつつ、真空チャンバ蓋部１３とプラズマ処理空間１１との隣接面に沿って線状に延びて配置されることになる。
プラズマ用ガスは、プラズマ発生用ガスと処理ガスとから構成され、上記環状溝の天井面に配設されたノズルを介して外部のガスユニットからプラズマ発生空間３１〜３３に供給され、さらに、プラズマ処理空間１１内へと送給されるようになっている。プラズマ発生用ガスにはアルゴン等の不活性で化学反応しないものが用いられ、処理ガスとしては、ＣＦ系ガスやシランガス等の反応ガスに適量の希釈ガスを混合させたもの等が供給されるようになっている。
【００２０】
真空チャンバ蓋部１３における真空チャンバの外部側に面する側には、上述したプラズマ発生空間３１〜３３を囲む外側に、同心に彫り込まれた環状溝としてのコイル収容溝３４〜３６を形成してある。このコイル収容溝３４〜３６には、それぞれに一つずつのコイル１４〜１６が収容されるとともに、最内周と中間の環状溝となるコイル収容溝３４，３５には、帯状とした金属板からなる帯状金属製リング４４，４５が収容されている。
コイル１４〜１６は、２ターンのコイルであり、非常に狭くならざるをえないコイル収容溝３４〜３６内にあって内周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。また、帯状金属製リング４４，４５については、同コイル収容溝３４，３５内にあって外周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。コイル１４〜１６は、必ずしも２ターンである必要はなく、諸条件によっては１ターン又は３ターン以上のコイルとすることも可能である。
【００２１】
帯状金属製リング４４，４５は所定幅を持った帯状のリングであり、帯状金属製リング４４は最内周のコイル１４と中間のコイル１５との間、帯状金属製リング４５は中間のコイル１５と最外周のコイル１６との間に配置されることになる。また、帯状金属製リング４４，４５は導体にて形成されるとともに、接地されている（接地導体）。帯状の金属素材から形成することでコイル１４〜１６よりは幅広となり、後述するようにコイル１４〜１６にて生成される交番電磁界はこの接地導体の存在によって電界強度が影響を受け、相互間で電磁結合が生じにくくなる。
【００２２】
電磁結合を完全に絶つことは難しいが、それぞれが同程度の強度の交番電磁界を生じさせつつ、相互間にこのような接地導体を配設することで、影響は概ね無視できる。その反面、幅を異ならせれば電磁結合度合いや空間電位分布を僅かに調整することも可能となる。これらはプラズマの均一性を向上させるのに役立つ。
一方、プラズマ処理空間１１には、被処理物５１を乗載するカソード部２４が設置され、このカソード部２４は真空チャンバ本体部１２の内底に植設された図示しないサポートによって支持されるとともに、マッチングボックス２５を介してＲＦ電源２６に接続されている。
【００２３】
図２は、コイル１４〜１６と、ＲＦ電源１７〜１９と、マッチングボックス２１〜２３とを模式的な回路図で示している。ＲＦ電源１７〜１９から高周波をコイル１４〜１６に対して印加するにあたり、ＲＦ電源の出力の反射電力をゼロにするためにインピーダンス整合手段としてのマッチングボックス２１〜２３が挿入されている。マッチングボックス２１〜２３は、理論的にはＲＦ電源から見た出力インピーダンスが一定で位相角をゼロとするように内部の可変容量コンデンサを調整する。
【００２４】
図３は、マッチングボックスの内部回路を示しており、汎用的なπ型インピーダンス変換を行う回路構成となっている。
マッチングボックスは、ＲＦ電源と負荷との間に直列に介在される固定インダクタンスＬ１，Ｌ２と、容量を変更可能であって固定インダクタンスＬ２の前段と後段とでそれぞれグランドとの間に接続されるバリコンＣ１，Ｃ２と、所定の制御信号を出力する検出器Ｄとで構成してある。
検出器ＤはＲＦ電源から供給される電圧と電流のインピーダンス、及び該電圧と電流の位相差とを検出するものであり、検出されたインピーダンスと位相差とに基づいてバリコンＣ１，Ｃ２の容量を調整すべく制御信号を出力する。
【００２５】
かかる制御は、アナログ制御やディジタル制御で実現することが可能である。
図３に示すマッチングボックスの場合は、ＲＦ電源と分離しており、コイル１４〜１６とＲＦ電源１７〜１９の間に独立して介在されている。しかしながら、マッチングボックス自体はインピーダンス整合を行うという意味で、ＲＦ電源と一体化して実現することも可能である。この意味で、前者は、マッチングボックスが上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在されている場合に相当し、後者は、マッチングボックスが上記電力供給手段内に組み込まれている場合に相当する。
【００２６】
例えば、コイル１４〜１６に対して単独のマッチングボックスとＲＦ電源が接続されているのであれば、マッチングボックスの検出器Ｄは、ＲＦ電源から負荷であるコイル１４〜１６に対して供給される入射波と反射波との関係だけからインピーダンス整合をとることが可能である。この際、いずれかのコイルから他のコイルへ電磁結合が生じて電力が供給されたとしてもマッチングボックスからみれば入射波と反射波の関係が変化するわけではないので何も考慮する必要はない。これに対して、複数のＲＦ電源からコイル１４〜１６が給電されている場合、コイル１４〜１６相互間の電磁結合によって電力が供給されると、インピーダンス整合をさせようとしても反射波と入射波との関係が不安定になり、正しく整合させることができなくなってしまう。その間、検出器Ｄから出力される制御信号は適切なものではなくなり、制御不良の原因となる。むろん、マッチングボックスの制御不良はＲＦ電源を含めた電力制御系全体の不調を誘引することになる。
【００２７】
図４〜図６は、帯状金属製リングを斜視図により示している。
図４は、最も基礎的な構成の帯状金属製リングであり、全周にわたって一定幅の帯板状金属板から形成されている。帯状金属製リングは接地導体をコイル１４〜１６の間に配置することで各コイル１４〜１６が発生させる交番電磁界が同接地導体を超えた反対側に位置する別のコイル１４〜１６に影響を及ぼし、いわゆる電磁結合が生じることを軽減する。各交番電磁界によって生じる空間上の電界強度は接地導体の存在によって少なからず影響を受ける。従って、接地導体の形状、例えば幅や厚さなどは導電界強度の分布を調整するのに役立つ。
【００２８】
図５は、一例として帯状金属板の幅を部分的に狭めたものとなっている。むろん、これとは反対に部分的に幅を広めることも可能である。また、図６は、一例として帯状金属板に対して幅方向に複数の切れ込みを形成したものとなっている。むろん、これとは反対に部分的に複数の小突起を形成することも可能である。切れ込みや小突起の場合は電界強度の分布に対して与える影響がやや小さくなると考えられるから、大まかには図５に示すように幅を異ならせて広狭させ、微調整は図６に示すような切れ込みや小突起で行なうといった利用が好適である。
【００２９】
ところで、交番電磁界を発生させるコイル１４，１５に帯状金属製リング４４，４５を近接して配設すれば、その交番電磁界によって帯状金属板上に渦電流が流れるため、損失が生じる。この損失は起電圧に比例する。
各コイル１４〜１６はその内側に位置するプラズマ発生空間３１〜３３に交番電磁界を作用させてプラズマ発生用ガスをプラズマ化する。所定の空間内でプラズマ化させるに要するエネルギーが一定値以上であることからも、プラズマ発生空間３１〜３３が大きくなればなるほど必要とする電力は大きくなる。すなわち、コイル１４〜１６においても内周側から外周側に向かうほど必要とする電力は大きくなり、ＲＦ電源１７〜１９が供給する電力も同様に大きくなっている。この電力比は、概ね、１：（２〜３）：（５〜６）という比となっている。
【００３０】
すなわち、帯状金属製リングを最内周と中間とに配置したのと同じように最外周にも配置したとすると、最外周のコイル１６によって生じる損失は最内周のものの５〜６倍、中間のものの５／３〜３倍という極めて大きなものとなる。コイルが一つ減ったことによって１／３の損失減となるわけではない。
しかしながら、本発明ではあくまでもコイル１４〜１６の間にのみ配置し、最外周のコイル１６の外側には配置しない。従来のいずれの技術も、最外周に接地導体を配置しないというものはない。また、最外周に接地導体を配置しないことで減らせる損失は非常に大きいといえ、その効果は絶大である。
【００３１】
図７は、横軸に供給される電力を示し、縦軸にコイル１６に流れる電流値を示すグラフである。実験はコイル１６の外周側に同様の帯状金属製リングを配置した場合と配置しない場合とで計測している。また、それぞれ帯状金属製リングの有無の場合にそれぞれアルゴンガスの１０ｍＴｏｒｒの存在下と、１００ｍＴｏｒｒの存在下での計測結果である。
例えば、帯状金属製リング４４，４５を配置した場合、上述した損失の存在により、１０００Ｗａｔｔの電力供給時にコイル１６に流れる電流値は１０ｍＴｏｒｒの場合も１００ｍＴｏｒｒの場合も約８．５Ａである。
【００３２】
これに対して帯状金属製リングを配置しない場合は、上述した損失が存在しないため、１０００Ｗａｔｔの電力供給時にコイル１６に流れる電流値は１０ｍＴｏｒｒの場合に約１２．５Ａ、１００ｍＴｏｒｒの場合は約１２．０Ａとなる。
この実験結果からも、コイル１４〜１６の相互間での電磁結合を軽減または防止させつつ、電流損失を極めて低減できることが実証されている。
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
【００３３】
上記構成において、被処理物５１は図示しないゲート付きの貫通口を介し上記カソード部２４上に搬入され、プラズマ処理空間１１が所定のガス圧等に達したところで、ＲＦ電源１７〜１９からコイル１４〜１６に高周波が印加されると、各コイル１４〜１６から発された交番電磁界によってプラズマ発生空間３１〜３３のガスが励起され、ここでプラズマが発生・形成される。プラズマ発生空間３１〜３３で発生したプラズマは連通するプラズマ処理空間１１へと吹き出し、同プラズマ処理空間１１内のカソード部２４上に載置されている被処理物５１の上面が同プラズマに曝される。この結果、同被処理物５１に対するプラズマ処理が行われることになる。その際、ＲＦ電源２６も稼動させれば、プラズマ処理に異方性を付与することができる。
【００３４】
各ＲＦ電源１７〜１９からコイル１４〜１６に高周波を印加する際は、各ＲＦ電源が所定の周波数で発振し、高周波を発生させる。同高周波はマッチングボックス２１〜２３を通過してコイル１４〜１６へと印加される。各コイル１４〜１６から発生された交番電磁界はプラズマ発生空間３１〜３３のみならず、各コイル１４〜１６の周りへも伝搬し、電磁界を形成する。同電磁界で形成される空間電位は周縁の物体の電位に影響を与え、また影響を受けた結果、所定の状態になる。このとき、接地導体があれば、同接地導体とコイル１４〜１６との間には電位差に応じた空間電位が形成されることになる。むろん、接地導体の大きさ、形状によって空間電位は影響を受ける。しかし、本実施形態のように帯状金属製リング４４，４５がコイル１４〜１６の間に配置されている場合、各コイル１４〜１６は同帯状金属製リング４４，４５が存在することにより、自分以外の他のコイル１４〜１６にて形成される空間電位の影響を最も受けにくい位置関係となる。従って、コイル１４〜１６相互間での電磁結合は全く生じないとは言えないものの、非常に軽減される。この意味で帯状金属製リング４４，４５は本発明の電磁結合軽減手段となっている。
【００３５】
従って、各マッチングボックス２１〜２３は純粋に各ＲＦ電源１７〜１９が各コイル１４〜１６に対して供給する入射波と反射波との関係に基づいて反射波をできるだけ少なくするようにバリコンＣ１，Ｃ２を変更してインピーダンス整合を取る。このとき、他のコイルとの電磁結合がないのでバリコンＣ１，Ｃ２の容量変更の制御にあたって未知な成分に基づいて制御してしまうことが無くなり、マッチングボックス２１〜２３での発振、発散等に伴う制御不良は生じず、故障を誘引することもない。
【００３６】
接地導体の形状、位置が上述したように空間電位に影響を与えるため、電磁結合軽減手段としては各種の形状を採用可能である。一例としては、図４の基礎的な形状に加え、図５，図６に示すような部位によって幅を異ならせた帯状金属製リングを利用することができる。このような帯状金属製リングを利用することで各コイル間の電磁結合の度合いを調整する面も有するが、その目的とするところは生成する交番電磁界の均一性にある。従って、電磁結合の度合いのみを目的とするものではなく、空間電位分布の調整でもある。
【００３７】
本実施形態においては、真空チャンバ蓋部１３の表面と裏面とにそれぞれ同心の環状溝（プラズマ発生空間３１〜３３、コイル収容溝３４〜３６）を複数形成している。これらは、互いに入れ子になるような位置関係となっているため、各コイル収容溝３４〜３６の中間にはプラズマ発生空間３２，３３が位置する。従って、この位置に接地導体を設置することはできない。
従って、コイル１４〜１６の間に帯状金属製リング４４，４５を配置するために、同コイル１４〜１６と帯状金属製リング４４，４５とは図１に示すように配置している。すなわち、コイル１４〜１６はコイル収容溝３４〜３６における内周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。また、帯状金属製リング４４，４５はコイル収容溝３４，３５における外周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。そして、両者は接触することなく配置されている。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、コイル１４〜１６と、マッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とが、それぞれ一つずつ独立して接続されている。しかしながら、マッチングボックスとＲＦ電源とを対とした一組としたとき、これに複数のコイルを負荷として接続することも可能である。この場合は、上記帯状金属製リングは、マッチングボックスとＲＦ電源とを対とした一組としたときに、異なる組に接続されるコイル間に必要となる。例えば、二つのコイルに対して一組のマッチングボックスとＲＦ電源で高周波を印加し、もう一つのコイルにもう一組のマッチングボックスとＲＦ電源で高周波を印加するとする。この場合は、先の二つのコイルを一つと見なし、後のコイルとの間に、一つの帯状金属製リングが必要となる。
【００３９】
帯状金属製リングはコイルが円形であることを前提として、同帯状金属製リング自体も略円環状であるのが自然である。しかしながら、複数のコイル相互間での電磁結合を軽減させるという目的に鑑みれば、必ずしも円環状である必要はない。四角いコイルに対して四角い環状の帯状金属製リングとすることは技術的に可能である。また、二つのコイル間で少ない面積で電磁結合を軽減する設置導体とするためには帯状の帯状金属製リングが効率的であるが、設置導体としてより多くの部分を覆ったり遮ったりする形状とすることも可能である。また、一部に板状の部位が付属するなどしてリング状と言えないような形状であっても良いし、一部が開いているというような完全なリングでなくても構わない。
【００４０】
このように、複数のコイル１４〜１６に対して独立してマッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とを接続して高周波を印加することでプラズマを発生・形成させる場合、各コイル１４〜１６の間に設置導体としての帯状金属製リングを配置することにより、各コイル１４〜１６間での電磁結合を阻害・軽減し、マッチングボックス２１〜２３の制御不良を防止しつつ、正確なインピーダンス整合を保障し、かつ、最外周のコイル１６の外側には帯状金属製リングを敢えて配置しないようにすることで電流損失を低減させることも可能となった。
【００４１】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用することは本発明の一実施例として開示されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図２】コイルとＲＦ電源とマッチングボックスの模式的な回路図である。
【図３】マッチングボックスの内部回路のブロック図である。
【図４】帯状金属製リングの斜視図である。
【図５】変形例にかかる帯状金属製リングの斜視図である。
【図６】変形例にかかる帯状金属製リングの斜視図である。
【図７】横軸に供給される電力を示し、縦軸にコイルに流れる電流値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…プラズマ処理装置
１１…プラズマ処理空間
１２…真空チャンバ本体部
１３…真空チャンバ蓋部
１４〜１６…コイル（誘導結合素子）
１７〜１９…ＲＦ電源（電力供給手段）
２１〜２３…マッチングボックス
２４…カソード部
２５…マッチングボックス
２６…ＲＦ電源
３１〜３３…プラズマ発生空間（プラズマ発生用環状溝）
３４〜３６…コイル収容溝
４４，４５…帯状金属製リング
５１…被処理物
Ｄ…検出器
Ｃ１，Ｃ２…バリコン
Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の誘導結合素子を有するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のプラズマ処理装置として、特許文献１及び特許文献２に示すものが知られている。
特許文献１では、複数の同心円状のコイルユニットを真空チャンバの天井側に配置するとともに、この複数のコイルユニットに対して一括して高周波を印加するＲＦ電源が備えられている。また、各コイルユニットの外周側を覆うようにＲＦシールドを配置している。同公報では、このシールドは磁性体としての鉄素材で形成したり、アルミニウム素材で形成すると開示している。
【０００３】
また、特許文献２でも、同様に、真空チャンバの天井側に配置された複数の同心円状のコイルユニットと、この複数のコイルユニットに対して一括して高周波を印加するＲＦ電源と、各コイルユニットの外周側を覆うよう配置された相互干渉軽減手段を配置している。
【特許文献１】米国特許第５，６８３，５４８号公報
【特許文献２】特開２０００−５８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より強力かつ均一性に優れたプラズマ処理装置を提供するために、複数のコイルユニットに対する電力供給を制御するべくＲＦ電源を個別に設置しようとすると、複数のコイルユニット間で相互に電磁結合が生じやすい。電磁結合が生じてしまうと一方のコイルユニットから他方のコイルユニットに対して電力供給を生じさせてしまう。
一般的に、マッチングボックスはＲＦ電源とコイルユニットとの間で入射波と反射波とを検知して、最も反射波が生じないようにさせるためのインピーダンス整合を動的に行なう。しかし、上述したような電磁結合が生じると、インピーダンス整合をしようとしても外的な要因を解消できないため、マッチングボックスは制御できなくなる。
【０００５】
これに対して上述した従来のプラズマ処理装置においては、次のような課題があった。
特許文献１に示すものでは、複数のコイルユニットに対して一つのＲＦ電源から一括して高周波を印加しており、そのままでは上述したＲＦ電源の独立化の問題を解消しえるものではない。従って、ＲＦ電源やマッチングボックスの個別化で生じる課題を解決するには至らない。
また、特許文献２に示すものでも、同様の問題が生じる。
さらに、特許文献１及び特許文献２に示すものでは、最大径のコイルユニットの外周側にもＲＦシールドを配置しているが、各コイルユニットにＲＦ電源を接続すると、外周側のＲＦシールドに流れる電流による損失が発生する。各コイルユニットに対して供給する電力が大きいほどこの損失も大きくなるため、最大径のコイルユニットの外周側に配置したＲＦシールドによって生じる電流損失が非常に大きいという課題もあった。
【０００６】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、電流損失を小さくしつつ、発生させるプラズマの均一性を良好とさせることが可能なプラズマ処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、プラズマ処理空間の形成された真空チャンバと、この真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子と、これら複数の誘導結合素子に対して個別に高周波を印加する複数の電力供給手段と、上記誘導結合素子に対して高周波を印加する際のインピーダンス整合を行なう複数のインピーダンス整合手段と、前記複数の誘導結合素子の間に設けられ、最外周の誘導結合素子の外側には配置されていない電磁結合軽減手段とを備えた構成としてある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
上記発明の構成によれば、真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子に対してインピーダンス整合手段を介して複数の電力供給手段が個別に高周波を印加する。複数の誘導結合素子からは交番電磁界が発生されるが、各誘導結合素子の間には電磁結合軽減手段が設けられているので、各誘導結合素子の相互間では電磁結合が殆ど生じない。このため、各インピーダンス整合手段は、他からの影響を受けることなく誘導結合素子と電力供給手段の間での入射波と反射波との関係だけに基づいてインピーダンス整合を行なうことになる。
【０００９】
このように、本発明によれば、各誘導結合素子に対して独立した電力供給手段を設けることで、各誘導結合素子に対する制御をより細かく行えるようにしつつ、他の誘導結合素子との電磁結合でインピーダンス整合手段が制御できなくなることを防止可能となる。
インピーダンス整合手段は、現実の製品としてはマッチングボックスと呼ばれていることが多いが、その機能としてインピーダンス整合を行なうものであれば名称を問わない。
インピーダンス整合手段を備えるにあたり、二つの態様が現実的である。一つめは、インピーダンス整合手段が単体で存在し、上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在される場合であり、二つめは、インピーダンス整合手段が上記電力供給手段内に組み込まれている場合である。
【００１０】
いずれの場合でも、一つの電力供給手段から印加される高周波の電流損失を少なくするために備えられており、本発明が適用可能である。
電磁結合でインピーダンス整合手段が本来の制御を行えなくなるのは、他の電力供給手段から電磁結合で供給されるエネルギーが原因である。従って、誘導結合素子間の電磁結合の軽減は、インピーダンス整合手段と電力供給手段との対毎に行なう必要がある。
このような環境を鑑みると、上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段と対をなして介在され、上記電磁結合軽減手段は、このインピーダンス整合手段に接続される上記誘導結合素子の組ごとに設けるという構成も可能である。
【００１１】
このように構成した場合、電力供給手段が異なる誘導結合素子との間には電磁結合軽減手段が設けられていることになるので、誘導結合素子が単体であっても複数であっても、他からの影響はないといえる。従って、各インピーダンス整合手段が制御不良となることもない。
各誘導結合素子は、このインピーダンス整合手段と電力供給手段との対に対して一対一で配設することも可能であるし、まとめて複数の誘導結合素子に対して一対のインピーダンス整合手段と電力供給手段を設けることも可能である。
【００１２】
言い換えれば、前者は、一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、一つの上記誘導結合素子が接続され、この一つの上記誘導結合素子に対応して一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることになり、後者は、一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、複数の上記誘導結合素子が接続され、この複数の上記誘導結合素子を一組として一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることになる。
【００１３】
上述したように、最外周の誘導結合素子の外側にＲＦシールドが存在すると電流損失は大きい。このため、本発明においては、上記電磁結合軽減手段が、最外周の上記誘導結合素子の外側には配置されていない構成とすることもできる。
電磁結合軽減手段は、他の電力供給手段から印加される高周波で生じる交番電磁界により、誘導結合素子間で生じる電磁結合を軽減するものであり、一般的には接地された良導体が該当する。その具体的な例として、上記電磁結合軽減手段を、帯状金属製リングで構成することが可能である。
【００１４】
ところでこのようなプラズマ処理装置ではプラズマの均一性が重要な要素となる。このため、上記帯状金属製リングは、部位によって幅が異なる形状とすることにより、上記誘導結合素子間の電磁結合の度合いを調整する構成とすることができる。誘導結合素子の間で接地された金属体があれば、その存在によって電界が影響を受ける。一般には接地導体があれば、その近隣での空間の電位は接地電位に極めて近くならざるを得ない。このような影響を受ける範囲は同導体の形状に依存するため、帯状金属製リングの幅を変更することで同影響を調整できる。
【００１５】
本来であれば、デメリットである近隣の誘導結合素子との間での電磁結合もこのように調整手段として作用させることが可能となる。
電磁結合を調整する一例として、上記帯状金属製リングは、部位によって幅が太い部分と細い部分とがあるように構成することができる。
また、他の一例として、上記帯状金属製リングは、部位によって幅方向への切り込みを有するように構成することができる。
いずれの場合も、接地導体の幅が広がれば空間中で電位が接地電位に近くなる部分が大きくなるし、接地導体の幅が狭まれば空間中で電位が接地電位に近くなる部分が小さくなる。これによって各誘導結合素子間での電磁結合の度合いは大きくもなるし、小さくもなる。むろん、切り込みは接地導体を小さくすることになる。従って、これらによっても均一性の一調整手段とすることができる。
【００１６】
上述した手段のより具体的な構成の一例として、上記複数の誘導結合素子は、同心円状の複数のコイルで構成され、上記真空チャンバは、真空チャンバ蓋部と、真空チャンバ本体部とから構成され、同真空チャンバ蓋部には、真空チャンバの外側に面する側に上記複数のコイルを収容可能な複数の同心円状のコイル収容溝が形成されるとともに、真空チャンバの内側に面する側であって上記溝の内側には複数の同心円状のプラズマ発生用環状溝が形成され、上記帯状金属製リングは、上記コイル収容溝内で上記誘導結合素子間に介在されるように配置される構成とすることができる。
【００１７】
また、かかる構成を前提とすると、上記コイル収容溝は、略水平に形成される底面と、それぞれ略垂直に形成される内周側壁面と外周側壁面とを有し、上記コイルは、同内周側壁面近傍に配置され、上記帯状金属製リングは、同外周側壁面近傍に配置された構成とすることができる。
この具体的な構成については、以下、図面にもとづいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置を概略図により示している。
【００１８】
同図において、プラズマ処理装置１０は、内部にプラズマ処理空間１１の形成された真空チャンバ本体部１２と真空チャンバ蓋部１３（真空チャンバ）と、この真空チャンバに付設されたコイル（コイルユニット：複数の誘導結合素子）１４〜１６と、これら複数の誘導結合素子１４〜１６に高周波を印加するＲＦ電源（電力供給手段）１７〜１９と、マッチングボックス（インピーダンス整合手段）２１〜２３とを具備している。
また、真空チャンバ本体部１２には、プラズマ維持に適した真空圧を確保するための真空ポンプが接続されており、図示しない貫通口を介して排気している。
【００１９】
真空チャンバ蓋部１３は、セラミック等の絶縁物から形成されており、プラズマ処理空間１１に面する側には、プラズマ発生空間（プラズマ発生用環状溝）３１〜３３が形成されている。プラズマ発生空間３１〜３３は同心に彫り込まれた環状溝であり、プラズマ処理空間１１と連通しつつ、真空チャンバ蓋部１３とプラズマ処理空間１１との隣接面に沿って線状に延びて配置されることになる。
プラズマ用ガスは、プラズマ発生用ガスと処理ガスとから構成され、上記環状溝の天井面に配設されたノズルを介して外部のガスユニットからプラズマ発生空間３１〜３３に供給され、さらに、プラズマ処理空間１１内へと送給されるようになっている。プラズマ発生用ガスにはアルゴン等の不活性で化学反応しないものが用いられ、処理ガスとしては、ＣＦ系ガスやシランガス等の反応ガスに適量の希釈ガスを混合させたもの等が供給されるようになっている。
【００２０】
真空チャンバ蓋部１３における真空チャンバの外部側に面する側には、上述したプラズマ発生空間３１〜３３を囲む外側に、同心に彫り込まれた環状溝としてのコイル収容溝３４〜３６を形成してある。このコイル収容溝３４〜３６には、それぞれに一つずつのコイル１４〜１６が収容されるとともに、最内周と中間の環状溝となるコイル収容溝３４，３５には、帯状とした金属板からなる帯状金属製リング４４，４５が収容されている。
コイル１４〜１６は、２ターンのコイルであり、非常に狭くならざるをえないコイル収容溝３４〜３６内にあって内周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。また、帯状金属製リング４４，４５については、同コイル収容溝３４，３５内にあって外周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。コイル１４〜１６は、必ずしも２ターンである必要はなく、諸条件によっては１ターン又は３ターン以上のコイルとすることも可能である。
【００２１】
帯状金属製リング４４，４５は所定幅を持った帯状のリングであり、帯状金属製リング４４は最内周のコイル１４と中間のコイル１５との間、帯状金属製リング４５は中間のコイル１５と最外周のコイル１６との間に配置されることになる。また、帯状金属製リング４４，４５は導体にて形成されるとともに、接地されている（接地導体）。帯状の金属素材から形成することでコイル１４〜１６よりは幅広となり、後述するようにコイル１４〜１６にて生成される交番電磁界はこの接地導体の存在によって電界強度が影響を受け、相互間で電磁結合が生じにくくなる。
【００２２】
電磁結合を完全に絶つことは難しいが、それぞれが同程度の強度の交番電磁界を生じさせつつ、相互間にこのような接地導体を配設することで、影響は概ね無視できる。その反面、幅を異ならせれば電磁結合度合いや空間電位分布を僅かに調整することも可能となる。これらはプラズマの均一性を向上させるのに役立つ。
一方、プラズマ処理空間１１には、被処理物５１を乗載するカソード部２４が設置され、このカソード部２４は真空チャンバ本体部１２の内底に植設された図示しないサポートによって支持されるとともに、マッチングボックス２５を介してＲＦ電源２６に接続されている。
【００２３】
図２は、コイル１４〜１６と、ＲＦ電源１７〜１９と、マッチングボックス２１〜２３とを模式的な回路図で示している。ＲＦ電源１７〜１９から高周波をコイル１４〜１６に対して印加するにあたり、ＲＦ電源の出力の反射電力をゼロにするためにインピーダンス整合手段としてのマッチングボックス２１〜２３が挿入されている。マッチングボックス２１〜２３は、理論的にはＲＦ電源から見た出力インピーダンスが一定で位相角をゼロとするように内部の可変容量コンデンサを調整する。
【００２４】
図３は、マッチングボックスの内部回路を示しており、汎用的なπ型インピーダンス変換を行う回路構成となっている。
マッチングボックスは、ＲＦ電源と負荷との間に直列に介在される固定インダクタンスＬ１，Ｌ２と、容量を変更可能であって固定インダクタンスＬ２の前段と後段とでそれぞれグランドとの間に接続されるバリコンＣ１，Ｃ２と、所定の制御信号を出力する検出器Ｄとで構成してある。
検出器ＤはＲＦ電源から供給される電圧と電流のインピーダンス、及び該電圧と電流の位相差とを検出するものであり、検出されたインピーダンスと位相差とに基づいてバリコンＣ１，Ｃ２の容量を調整すべく制御信号を出力する。
【００２５】
かかる制御は、アナログ制御やディジタル制御で実現することが可能である。
図３に示すマッチングボックスの場合は、ＲＦ電源と分離しており、コイル１４〜１６とＲＦ電源１７〜１９の間に独立して介在されている。しかしながら、マッチングボックス自体はインピーダンス整合を行うという意味で、ＲＦ電源と一体化して実現することも可能である。この意味で、前者は、マッチングボックスが上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在されている場合に相当し、後者は、マッチングボックスが上記電力供給手段内に組み込まれている場合に相当する。
【００２６】
例えば、コイル１４〜１６に対して単独のマッチングボックスとＲＦ電源が接続されているのであれば、マッチングボックスの検出器Ｄは、ＲＦ電源から負荷であるコイル１４〜１６に対して供給される入射波と反射波との関係だけからインピーダンス整合をとることが可能である。この際、いずれかのコイルから他のコイルへ電磁結合が生じて電力が供給されたとしてもマッチングボックスからみれば入射波と反射波の関係が変化するわけではないので何も考慮する必要はない。これに対して、複数のＲＦ電源からコイル１４〜１６が給電されている場合、コイル１４〜１６相互間の電磁結合によって電力が供給されると、インピーダンス整合をさせようとしても反射波と入射波との関係が不安定になり、正しく整合させることができなくなってしまう。その間、検出器Ｄから出力される制御信号は適切なものではなくなり、制御不良の原因となる。むろん、マッチングボックスの制御不良はＲＦ電源を含めた電力制御系全体の不調を誘引することになる。
【００２７】
図４〜図６は、帯状金属製リングを斜視図により示している。
図４は、最も基礎的な構成の帯状金属製リングであり、全周にわたって一定幅の帯板状金属板から形成されている。帯状金属製リングは接地導体をコイル１４〜１６の間に配置することで各コイル１４〜１６が発生させる交番電磁界が同接地導体を超えた反対側に位置する別のコイル１４〜１６に影響を及ぼし、いわゆる電磁結合が生じることを軽減する。各交番電磁界によって生じる空間上の電界強度は接地導体の存在によって少なからず影響を受ける。従って、接地導体の形状、例えば幅や厚さなどは導電界強度の分布を調整するのに役立つ。
【００２８】
図５は、一例として帯状金属板の幅を部分的に狭めたものとなっている。むろん、これとは反対に部分的に幅を広めることも可能である。また、図６は、一例として帯状金属板に対して幅方向に複数の切れ込みを形成したものとなっている。むろん、これとは反対に部分的に複数の小突起を形成することも可能である。切れ込みや小突起の場合は電界強度の分布に対して与える影響がやや小さくなると考えられるから、大まかには図５に示すように幅を異ならせて広狭させ、微調整は図６に示すような切れ込みや小突起で行なうといった利用が好適である。
【００２９】
ところで、交番電磁界を発生させるコイル１４，１５に帯状金属製リング４４，４５を近接して配設すれば、その交番電磁界によって帯状金属板上に渦電流が流れるため、損失が生じる。この損失は起電圧に比例する。
各コイル１４〜１６はその内側に位置するプラズマ発生空間３１〜３３に交番電磁界を作用させてプラズマ発生用ガスをプラズマ化する。所定の空間内でプラズマ化させるに要するエネルギーが一定値以上であることからも、プラズマ発生空間３１〜３３が大きくなればなるほど必要とする電力は大きくなる。すなわち、コイル１４〜１６においても内周側から外周側に向かうほど必要とする電力は大きくなり、ＲＦ電源１７〜１９が供給する電力も同様に大きくなっている。この電力比は、概ね、１：（２〜３）：（５〜６）という比となっている。
【００３０】
すなわち、帯状金属製リングを最内周と中間とに配置したのと同じように最外周にも配置したとすると、最外周のコイル１６によって生じる損失は最内周のものの５〜６倍、中間のものの５／３〜３倍という極めて大きなものとなる。コイルが一つ減ったことによって１／３の損失減となるわけではない。
しかしながら、本発明ではあくまでもコイル１４〜１６の間にのみ配置し、最外周のコイル１６の外側には配置しない。従来のいずれの技術も、最外周に接地導体を配置しないというものはない。また、最外周に接地導体を配置しないことで減らせる損失は非常に大きいといえ、その効果は絶大である。
【００３１】
図７は、横軸に供給される電力を示し、縦軸にコイル１６に流れる電流値を示すグラフである。実験はコイル１６の外周側に同様の帯状金属製リングを配置した場合と配置しない場合とで計測している。また、それぞれ帯状金属製リングの有無の場合にそれぞれアルゴンガスの１０ｍＴｏｒｒの存在下と、１００ｍＴｏｒｒの存在下での計測結果である。
例えば、帯状金属製リング４４，４５を配置した場合、上述した損失の存在により、１０００Ｗａｔｔの電力供給時にコイル１６に流れる電流値は１０ｍＴｏｒｒの場合も１００ｍＴｏｒｒの場合も約８．５Ａである。
【００３２】
これに対して帯状金属製リングを配置しない場合は、上述した損失が存在しないため、１０００Ｗａｔｔの電力供給時にコイル１６に流れる電流値は１０ｍＴｏｒｒの場合に約１２．５Ａ、１００ｍＴｏｒｒの場合は約１２．０Ａとなる。
この実験結果からも、コイル１４〜１６の相互間での電磁結合を軽減または防止させつつ、電流損失を極めて低減できることが実証されている。
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
【００３３】
上記構成において、被処理物５１は図示しないゲート付きの貫通口を介し上記カソード部２４上に搬入され、プラズマ処理空間１１が所定のガス圧等に達したところで、ＲＦ電源１７〜１９からコイル１４〜１６に高周波が印加されると、各コイル１４〜１６から発された交番電磁界によってプラズマ発生空間３１〜３３のガスが励起され、ここでプラズマが発生・形成される。プラズマ発生空間３１〜３３で発生したプラズマは連通するプラズマ処理空間１１へと吹き出し、同プラズマ処理空間１１内のカソード部２４上に載置されている被処理物５１の上面が同プラズマに曝される。この結果、同被処理物５１に対するプラズマ処理が行われることになる。その際、ＲＦ電源２６も稼動させれば、プラズマ処理に異方性を付与することができる。
【００３４】
各ＲＦ電源１７〜１９からコイル１４〜１６に高周波を印加する際は、各ＲＦ電源が所定の周波数で発振し、高周波を発生させる。同高周波はマッチングボックス２１〜２３を通過してコイル１４〜１６へと印加される。各コイル１４〜１６から発生された交番電磁界はプラズマ発生空間３１〜３３のみならず、各コイル１４〜１６の周りへも伝搬し、電磁界を形成する。同電磁界で形成される空間電位は周縁の物体の電位に影響を与え、また影響を受けた結果、所定の状態になる。このとき、接地導体があれば、同接地導体とコイル１４〜１６との間には電位差に応じた空間電位が形成されることになる。むろん、接地導体の大きさ、形状によって空間電位は影響を受ける。しかし、本実施形態のように帯状金属製リング４４，４５がコイル１４〜１６の間に配置されている場合、各コイル１４〜１６は同帯状金属製リング４４，４５が存在することにより、自分以外の他のコイル１４〜１６にて形成される空間電位の影響を最も受けにくい位置関係となる。従って、コイル１４〜１６相互間での電磁結合は全く生じないとは言えないものの、非常に軽減される。この意味で帯状金属製リング４４，４５は本発明の電磁結合軽減手段となっている。
【００３５】
従って、各マッチングボックス２１〜２３は純粋に各ＲＦ電源１７〜１９が各コイル１４〜１６に対して供給する入射波と反射波との関係に基づいて反射波をできるだけ少なくするようにバリコンＣ１，Ｃ２を変更してインピーダンス整合を取る。このとき、他のコイルとの電磁結合がないのでバリコンＣ１，Ｃ２の容量変更の制御にあたって未知な成分に基づいて制御してしまうことが無くなり、マッチングボックス２１〜２３での発振、発散等に伴う制御不良は生じず、故障を誘引することもない。
【００３６】
接地導体の形状、位置が上述したように空間電位に影響を与えるため、電磁結合軽減手段としては各種の形状を採用可能である。一例としては、図４の基礎的な形状に加え、図５，図６に示すような部位によって幅を異ならせた帯状金属製リングを利用することができる。このような帯状金属製リングを利用することで各コイル間の電磁結合の度合いを調整する面も有するが、その目的とするところは生成する交番電磁界の均一性にある。従って、電磁結合の度合いのみを目的とするものではなく、空間電位分布の調整でもある。
【００３７】
本実施形態においては、真空チャンバ蓋部１３の表面と裏面とにそれぞれ同心の環状溝（プラズマ発生空間３１〜３３、コイル収容溝３４〜３６）を複数形成している。これらは、互いに入れ子になるような位置関係となっているため、各コイル収容溝３４〜３６の中間にはプラズマ発生空間３２，３３が位置する。従って、この位置に接地導体を設置することはできない。
従って、コイル１４〜１６の間に帯状金属製リング４４，４５を配置するために、同コイル１４〜１６と帯状金属製リング４４，４５とは図１に示すように配置している。すなわち、コイル１４〜１６はコイル収容溝３４〜３６における内周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。また、帯状金属製リング４４，４５はコイル収容溝３４，３５における外周側壁面近傍に寄り添うように配置されている。そして、両者は接触することなく配置されている。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、コイル１４〜１６と、マッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とが、それぞれ一つずつ独立して接続されている。しかしながら、マッチングボックスとＲＦ電源とを対とした一組としたとき、これに複数のコイルを負荷として接続することも可能である。この場合は、上記帯状金属製リングは、マッチングボックスとＲＦ電源とを対とした一組としたときに、異なる組に接続されるコイル間に必要となる。例えば、二つのコイルに対して一組のマッチングボックスとＲＦ電源で高周波を印加し、もう一つのコイルにもう一組のマッチングボックスとＲＦ電源で高周波を印加するとする。この場合は、先の二つのコイルを一つと見なし、後のコイルとの間に、一つの帯状金属製リングが必要となる。
【００３９】
帯状金属製リングはコイルが円形であることを前提として、同帯状金属製リング自体も略円環状であるのが自然である。しかしながら、複数のコイル相互間での電磁結合を軽減させるという目的に鑑みれば、必ずしも円環状である必要はない。四角いコイルに対して四角い環状の帯状金属製リングとすることは技術的に可能である。また、二つのコイル間で少ない面積で電磁結合を軽減する設置導体とするためには帯状の帯状金属製リングが効率的であるが、設置導体としてより多くの部分を覆ったり遮ったりする形状とすることも可能である。また、一部に板状の部位が付属するなどしてリング状と言えないような形状であっても良いし、一部が開いているというような完全なリングでなくても構わない。
【００４０】
このように、複数のコイル１４〜１６に対して独立してマッチングボックス２１〜２３と、ＲＦ電源１７〜１９とを接続して高周波を印加することでプラズマを発生・形成させる場合、各コイル１４〜１６の間に設置導体としての帯状金属製リングを配置することにより、各コイル１４〜１６間での電磁結合を阻害・軽減し、マッチングボックス２１〜２３の制御不良を防止しつつ、正確なインピーダンス整合を保障し、かつ、最外周のコイル１６の外側には帯状金属製リングを敢えて配置しないようにすることで電流損失を低減させることも可能となった。
【００４１】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用することは本発明の一実施例として開示されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図２】コイルとＲＦ電源とマッチングボックスの模式的な回路図である。
【図３】マッチングボックスの内部回路のブロック図である。
【図４】帯状金属製リングの斜視図である。
【図５】変形例にかかる帯状金属製リングの斜視図である。
【図６】変形例にかかる帯状金属製リングの斜視図である。
【図７】横軸に供給される電力を示し、縦軸にコイルに流れる電流値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…プラズマ処理装置
１１…プラズマ処理空間
１２…真空チャンバ本体部
１３…真空チャンバ蓋部
１４〜１６…コイル（誘導結合素子）
１７〜１９…ＲＦ電源（電力供給手段）
２１〜２３…マッチングボックス
２４…カソード部
２５…マッチングボックス
２６…ＲＦ電源
３１〜３３…プラズマ発生空間（プラズマ発生用環状溝）
３４〜３６…コイル収容溝
４４，４５…帯状金属製リング
５１…被処理物
Ｄ…検出器
Ｃ１，Ｃ２…バリコン
Ｌ１，Ｌ２…インダクタンス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理空間の形成された真空チャンバと、
この真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子と、
これら複数の誘導結合素子に対して個別に高周波を印加する複数の電力供給手段と、
上記誘導結合素子に対して高周波を印加する際のインピーダンス整合を行なう複数のインピーダンス整合手段と、
上記複数の誘導結合素子の間に設けられた電磁結合軽減手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記インピーダンス整合手段は、上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在されていることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段内に組み込まれていることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段と対をなして介在され、
上記電磁結合軽減手段は、このインピーダンス整合手段に接続される上記誘導結合素子の組ごとに設けられていることを特徴とする上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、複数の上記誘導結合素子が接続され、この複数の上記誘導結合素子を一組として一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることを特徴とする上記請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、一つの上記誘導結合素子が接続され、この一つの上記誘導結合素子に対応して一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることを特徴とする上記請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
上記電磁結合軽減手段は、最外周の上記誘導結合素子の外側には配置されていないことを特徴とする上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
上記電磁結合軽減手段は、帯状金属製リングで構成されることを特徴とする上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅が異なる形状であり、上記誘導結合素子間の電磁結合の度合いを調整することを特徴とする上記請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅が太い部分と細い部分とがあることを特徴とする上記請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅方向への切り込みを有することを特徴とする上記請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
上記複数の誘導結合素子は、同心円状の複数のコイルで構成され、
上記真空チャンバは、真空チャンバ蓋部と、真空チャンバ本体部とから構成され、同真空チャンバ蓋部には、真空チャンバの外側に面する側に上記複数のコイルを収容可能な複数の同心円状のコイル収容溝が形成されるとともに、真空チャンバの内側に面する側であって上記溝の内側には複数の同心円状のプラズマ発生用環状溝が形成され、
上記帯状金属製リングは、上記コイル収容溝内で上記誘導結合素子間に介在されるように配置されることを特徴とする上記請求項８〜請求項１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
上記コイル収容溝は、略水平に形成される底面と、それぞれ略垂直に形成される内周側壁面と外周側壁面とを有し、上記コイルは、同内周側壁面近傍に配置され、上記帯状金属製リングは、同外周側壁面近傍に配置されることを特徴とする上記請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
プラズマ処理空間の形成された真空チャンバと、
この真空チャンバに付設された複数の誘導結合素子と、
これら複数の誘導結合素子に対して個別に高周波を印加する複数の電力供給手段と、
上記誘導結合素子に対して高周波を印加する際のインピーダンス整合を行なう複数のインピーダンス整合手段と、
上記複数の誘導結合素子の間に設けられた電磁結合軽減手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記インピーダンス整合手段は、上記誘導結合素子と上記電力供給手段との各対の間に介在されていることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段内に組み込まれていることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記インピーダンス整合手段は、上記電力供給手段と対をなして介在され、
上記電磁結合軽減手段は、このインピーダンス整合手段に接続される上記誘導結合素子の組ごとに設けられていることを特徴とする上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、複数の上記誘導結合素子が接続され、この複数の上記誘導結合素子を一組として一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることを特徴とする上記請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
一組の上記インピーダンス整合手段と上記電力供給手段とに対して、一つの上記誘導結合素子が接続され、この一つの上記誘導結合素子に対応して一つの上記電磁結合軽減手段が対応していることを特徴とする上記請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
上記電磁結合軽減手段は、最外周の上記誘導結合素子の外側には配置されていないことを特徴とする上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
上記電磁結合軽減手段は、帯状金属製リングで構成されることを特徴とする上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅が異なる形状であり、上記誘導結合素子間の電磁結合の度合いを調整することを特徴とする上記請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅が太い部分と細い部分とがあることを特徴とする上記請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
上記帯状金属製リングは、部位によって幅方向への切り込みを有することを特徴とする上記請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
上記複数の誘導結合素子は、同心円状の複数のコイルで構成され、
上記真空チャンバは、真空チャンバ蓋部と、真空チャンバ本体部とから構成され、同真空チャンバ蓋部には、真空チャンバの外側に面する側に上記複数のコイルを収容可能な複数の同心円状のコイル収容溝が形成されるとともに、真空チャンバの内側に面する側であって上記溝の内側には複数の同心円状のプラズマ発生用環状溝が形成され、
上記帯状金属製リングは、上記コイル収容溝内で上記誘導結合素子間に介在されるように配置されることを特徴とする上記請求項８〜請求項１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
上記コイル収容溝は、略水平に形成される底面と、それぞれ略垂直に形成される内周側壁面と外周側壁面とを有し、上記コイルは、同内周側壁面近傍に配置され、上記帯状金属製リングは、同外周側壁面近傍に配置されることを特徴とする上記請求項１２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０４９４７（Ｐ２００９−１０４９４７Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７６６６３（Ｐ２００７−２７６６６３）
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（５９６０６４４４４）株式会社エフオーアイ (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（５９６０６４４４４）株式会社エフオーアイ (15)
【Ｆターム（参考）】
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