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】 このプラズマ処理装置は、Ｘ方向の一端部から他端部に高周波電流ＩR が流されるアンテナ３０を備えている。アンテナ３０の下面３３に、上下方向の凹凸を付け、かつアンテナ３０のＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部３５を多く配置している。アンテナ３０の下方に、アンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体６０を備えている。シールド導体６０は、Ｙ方向に平行な線状導体６２をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体６２のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する電気的に接地された接続導体を有している。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、Ｘ方向の一端部から他端部に高周波電流ＩR が流されるアンテナ３０を備えている。アンテナ３０の下面３３に、上下方向の凹凸を付け、かつアンテナ３０のＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部３５を多く配置している。アンテナ３０の下方に、アンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体６０を備えている。シールド導体６０は、Ｙ方向に平行な線状導体６２をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体６２のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する電気的に接地された接続導体を有している。
【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、２枚の平行導体間に高周波電圧を印加して、両導体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】
特許文献１に記載されているような従来の単純な平板状のアンテナを用いてプラズマを生成する場合、その長手方向におけるプラズマ密度分布は、例えば図１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。
【０００９】
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が低下する。例えば、基板上に膜を形成する場合、アンテナの長手方向における膜厚分布は、上記プラズマ密度分布と同様に、中央部の膜厚が大きい山型の分布になり、膜厚分布の均一性が低下する。
【００１０】
上記のような課題は、大型の基板に対応する等のために、アンテナを長くするほど顕著になる。
【００１１】
そこでこの発明は、誘導結合型のプラズマ処理装置において、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、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、互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、前記アンテナは、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、当該アンテナのＸ方向の一端部から他端部に前記高周波電流が流されるものであり、前記アンテナの前記真空容器内側の面である下面に、上下方向の凹凸を付け、かつ当該アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部を多く配置しており、前記アンテナの下方に、前記アンテナから電気的に絶縁して、前記アンテナと前記プラズマとの間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体を備えており、前記シールド導体は、それぞれがＹ方向に平行な線状導体をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する導体であって電気的に接地された接続導体を有している、ことを特徴としている。
【００１３】
上記アンテナに高周波電流を流すと、表皮効果によって、高周波電流は主としてアンテナの表層部を流れる。従って、アンテナの下面に凹凸を付けておくと、高周波電流は当該凹凸に沿って上下方向に波打った経路で流れる。その結果、凸部ではより近くからプラズマに高周波電力を供給することができるので、凸部を上記のように配置しておくと、アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近においてより強力にプラズマを生成することができる。その結果、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００１４】
一方、アンテナに凹凸を付けておくと、高周波電流は上記のように凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流の実効的な経路長が大きくなり、そのぶん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部間の電位差が大きくなる。何も対策を講じないと、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に反映されるので、プラズマ電位も高くなる。しかしこの発明では、上記シールド導体によってアンテナとプラズマとの間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。
【００１５】
前記アンテナの凸部は、アンテナのＸ方向における両端部に近づくに従って下方に大きく突出しているものでも良いし、アンテナのＸ方向における中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置されているものでも良い。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜３に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、アンテナに上記のような凹凸を付けておくと、アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近においてより強力にプラズマを生成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。従って、アンテナを長くして基板の大型化に対応することも容易になる。
【００１７】
一方、アンテナに凹凸を付けておくと、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部間の電位差が大きくなる。何も対策を講じないと、このアンテナの電位差は、プラズマとの間の静電容量を介してプラズマに反映されるので、プラズマ電位も高くなる。しかしこの発明では、上記シールド導体によってアンテナとプラズマとの間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、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も容易になる。
【００１８】
しかも、くし型のシールド導体を構成する各線状導体は、アンテナの長手方向と直交する向きに配置されており、かつ線状であり面積が小さいので、当該シールド導体とアンテナおよびプラズマとの間の静電容量を小さくすることができる。従って、シールド導体が一種の中間導体となって上記プラズマ電位を低く抑える効果が低下することを抑制することができる。更に、シールド導体を構成する各線状導体は、アンテナに流れる高周波電流と直交する向きに配置されていて、当該高周波電流が作る磁束と鎖交しないので、かつシールド導体全体としてもくし型をしていて閉ループを形成していないので、シールド導体内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができる。更に、シールド導体を構成する各線状導体は、線状であり面積が小さいので、それらが高周波の磁気シールドの働きをすることを抑制することができる。従って、アンテナからの電磁エネルギーを、シールド導体によって極力遮ることなく、プラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００１９】
以上のように、アンテナの下面に上記のような凹凸を付けることと、上記のようなくし型のシールド導体とを組み合わせて採用したことによって、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と共に、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体を設けていてもアンテナから放射される高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００２０】
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、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、各アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることができる。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の均一性をも良くすることができる。その結果、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。
【００２１】
しかも、上記くし型のシールド導体は複数のアンテナに対応する大きさをしているので、前記と同様の作用によって、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。更に、シールド導体内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができるので、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の単純な平板状の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２】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図１中のアンテナおよびシールド導体等を示す図であり、（Ａ）はアンテナの電位分布図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は下面図である。
【図４】アンテナおよびシールド導体の他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図５】アンテナおよびシールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図６】アンテナおよびシールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図７】シールド導体の他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図８】シールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図２に示し、そのアンテナ３０およびシールド導体６０を抜き出して図３に示す。但し図３では、絶縁物３６を省略している。アンテナ３０等の向きを表すために、互いに直交するＸ方向およびＹ方向を図中に記載している。この例では、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｘ方向はアンテナ３０の長手方向である（他の図においても同様）。
【００２４】
この装置は、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。
【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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。アンテナ３０は、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、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。後述する他の例のアンテナ３０の平面形状についても同様である。
【００３２】
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。
【００３３】
アンテナ３０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のＸ方向の一端部３１から他端部３２に高周波電流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。
【００３４】
アンテナ３０の他端部３２は、この実施形態ではコンデンサ４５を介して接地しているが、直接接地しても良い（後述する他の例においても同様）。
【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】
なお、図３〜図６に示す例では、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２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。
【００３７】
アンテナ３０の真空容器４内側の面（換言すればプラズマ５０側の面）である下面３３は、真空容器４内の真空雰囲気中に位置しており、その反対側の上面は大気中に位置している。この下面３３に、凹部３４および凸部３５を形成して、上下方向（即ちＸＹ平面に直交する方向。以下同様）の凹凸を付けている。この凹凸は、図３（Ｃ）に示すように、アンテナ３０のＹ方向（幅方向）の全長に及んでいる（後述する他の例においても同様）。
【００３８】
しかも、アンテナ３０のＸ方向における中央部よりも、両端部付近に凸部３５を多く配置している。より具体的には、この図２、図３に示す例では、アンテナ３０のＸ方向における中央部を凹部３４とし、その両側に複数の凸部３５を階段状に形成している。即ち、複数の凸部３５は、アンテナ３０のＸ方向における両端部に近づくに従って、階段状に下方に大きく突出している。
【００３９】
真空容器４内であってアンテナ３０の下方近傍に、アンテナ３０から電気的に絶縁して、具体的にはこの例ではアンテナ３０との間に空間をあけて、アンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体６０を設けている。
【００４０】
シールド導体６０は、図３（Ｃ）を参照すれば良く分るように、それぞれがＹ方向に平行な（即ちアンテナ３０の長手方向Ｘと直交する）線状導体６２をＸ方向に複数有している。かつ、当該複数の線状導体６２のＹ方向の一端部を互いに電気的に並列接続する接続導体６４を有している。各線状導体６２のＹ方向の他端部は電気的に開放している。そして接続導体６４を電気的に接地することによって、シールド導体６０全体を１箇所で接地している。このようにすると、シールド導体６０が閉ループを形成してシールド導体６０内に循環電流が流れるのを防止することができる。
【００４１】
各線状導体６２は、細い方が好ましい。その理由は後述する。各線状導体６２はシールド導体６０の幅方向Ｙの寸法よりも長く、複数の線状導体６２はアンテナ３０の長手方向Ｘのほぼ全域に亘って設けられており、これによってアンテナ３０の下面３３のほぼ全域をカバーしている。図２、図３では、図示を簡略化するために複数の線状導体６２は比較的粗く図示しているが、例えば図７、図８に示す例のように密に配置する方が好ましい。その方が電界遮蔽効果が高まるからである。以上のことは、後述する他の例においても同様である。
【００４２】
上記アンテナ３０に高周波電流ＩR を流すと、表皮効果によって、高周波電流ＩR は主としてアンテナ３０の表層部を流れる。従って、アンテナ３０の下面３３に上記のような凹凸を付けておくと、高周波電流ＩR は当該凹凸に沿って上下方向に波打った経路で流れる。その結果、凸部３５ではより近くからプラズマ５０に高周波電力を供給することができるので、換言すれば凹部３４の表層部を流れる高周波電流ＩR よりも凸部３５の表層部を流れる高周波電流ＩR の方が、プラズマ５０とより低インピーダンスで電磁気的に結合してプラズマ５０を生成する働きが強くなるので、凸部３５を上記のように配置しておくと、山型とは反対に、アンテナ３０のＸ方向における中央部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。その結果、単純な平板アンテナの場合の図１に例示したような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。
【００４３】
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、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。従って、アンテナ３０を長くして基板２の大型化に対応することも容易になる。
【００４４】
一方、アンテナ３０に上記のような凹凸を付けておくと、高周波電流ＩR は上記のように凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流ＩR の実効的な経路長が大きくなり、そのぶんアンテナ３０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３０の両端部間の電位差が大きくなる。このアンテナ３０の電位の例を図３（Ａ）に示す。何も対策を講じないと、このアンテナ３０の電位は、プラズマ５０との間の静電容量を介してプラズマ５０に反映されるので、プラズマ電位も高くなる。それでは、プラズマ密度分布の均一性を高めることはできても、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という前述した誘導結合型のプラズマ処理装置の利点を損なうことになる。しかしこの実施形態では、上記シールド導体６０によってアンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。
【００４５】
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、基板２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も容易になる。
【００４６】
しかも、くし型のシールド導体６０を構成する各線状導体６２は、アンテナ３０の長手方向Ｘと直交する向きに配置されており、かつ線状であり面積が小さいので、当該シールド導体６０とアンテナ３０およびプラズマ５０との間の静電容量を小さくすることができる。従って、シールド導体６０が一種の中間導体となって上記プラズマ電位を低く抑える効果が低下することを抑制することができる。この観点から、各線状導体６２は、アンテナ３０に直交配置するだけでなく、細い方が好ましい。
【００４７】
更に、シールド導体６０を構成する各線状導体６２は、アンテナ３０の長手方向Ｘと直交する向きに、即ちアンテナ３０に流れる高周波電流ＩR と直交する向きに配置されていて、当該高周波電流ＩR が作る磁束φ（その幾つかを図３（Ｃ）中に示す）と鎖交しないので、かつシールド導体６０全体としてもくし型をしていて閉ループを形成していないので、シールド導体６０内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができる。従って、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。仮に、シールド導体６０が格子状や網目状をしていると、シールド導体６０内で循環電流が流れて高周波電力損失が大きくなる。このように、シールド導体６０を上記構成のくし型にすることの効果は大きい。
【００４８】
更に、シールド導体６０を構成する各線状導体６２は、線状であり面積が小さいので、各線状導体６２内に渦電流が流れて各線状導体６２が高周波の磁気シールドの働きをすることを抑制することができる。その結果、アンテナ３０からの電磁エネルギーを、シールド導体６０によって極力遮ることなく、プラズマ生成に効率良く利用することができる。従ってこの観点からも、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。この観点からも、各線状導体６２は細い方が好ましい。
【００４９】
以上のように、アンテナ３０の下面３３に上記のような凹凸を付けることと、上記のようなくし型のシールド導体６０とを組み合わせて採用したことによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができると共に、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体６０を設けていてもアンテナ３０から放射される高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００５０】
アンテナ３０の凸部３５は、図２、図３に示す例よりも多くして、当該例よりも多い数の階段状にしても良い。そのようにすると、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布をよりきめ細かく制御して、当該プラズマ密度分布の均一性をより高めることが可能になる。
【００５１】
図２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、シールド導体６０等をプラズマ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２、図３に示すアンテナ３０の代わりに、後述する他の例のアンテナ３０を採用する場合も、このような遮蔽板４６を備えていても良い。
【００５２】
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。
【００５３】
遮蔽板４６を設けておくと、アンテナ３０、シールド導体６０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。
【００５４】
なお、遮蔽板４６を設けていても、遮蔽板４６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、上記シールド導体６０を設けることは有効である。
【００５５】
アンテナ３０の下面３３の窪んだ部分（図２、図３に示す例の場合は凹部３４および凸部３５間の空間、図４〜図６に示す例の場合は凹部３４）は、図２に示す実施形態にように、絶縁物３６で埋めておくのが好ましい。後述する他の例のアンテナ３０においても同様である。
【００５６】
絶縁物３６の材質は、例えば、樹脂、セラミックス等であり、特定のものに限定されない。
【００５７】
アンテナ３０の下面３３の窪んだ部分を絶縁物３６で埋めておくと、当該窪んだ部分内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、必要なプラズマ５０の不均一性増加、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。
【００５８】
次に、アンテナ３０の他の例を幾つか説明する。図２に示す装置において、図２、図３に示すアンテナ３０の代わりに、図４〜図６、図９に示す例のアンテナ３０を採用しても良い。
【００５９】
図４〜図６に示すアンテナ３０は、その下面３３の凹凸を構成する複数の凸部３５のピッチ、幅、数等に変化を付けることによって、凸部３５を、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置している例である。より具体的には、長手方向Ｘにおける中央部を凹部３４とし、その両側に凸部３５を配置して、当該凸部３５のピッチ、幅、数等に変化を付けている。
【００６０】
即ち、図４に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に複数の凸部３５を設け、その間隔を端部に近づくに従って小さくしている。図５に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に複数の凸部３５を設け、その内の両端部の凸部３５の幅を広くしている。図６に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に幅の広い凸部３５を１個ずつ設けている。図６の例のように、長手方向Ｘにおける中央部に凸部が無く、両端部付近に凸部３５が１個ずつある場合（即ち、凸部３５の存在が０と１の場合）でも、凸部３５を粗密に配置していると言うことができる。
【００６１】
上記のように凸部３５を粗密に配置することと、図２、図３に示す例のように凸部３５の高さに変化を付けることとを併用しても良い。
【００６２】
図４〜図６に示すアンテナ３０の場合も、図２、図３に示すアンテナ３０の場合と同様の作用効果を奏することができる。即ち、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部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、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。かつ、上述したシールド導体６０によって、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体６０内で高周波電力損失が発生することを抑制することができる。
【００６３】
アンテナ３０の凸部３５の数を、図４に示す例より更に多くしても良い。そのようにすると、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布をよりきめ細かく制御して、当該プラズマ密度分布の均一性をより高めることが可能になる。
【００６４】
くし型のシールド導体６０のより具体例を幾つか説明する。
【００６５】
図７に示す例のように、絶縁板６８の下面に取り付けたフラットケーブル（細いケーブルを複数本まとめて平らに並べたケーブル）７０の各芯線を上記各線状導体６２として使用してシールド導体６０を構成しても良い。そしてこの絶縁板６８およびシールド導体６０を、図２に示すシールド導体６０の代わりに、アンテナ３０と遮蔽板４６との間に絶縁板６８を上側にして設ければ良い。この絶縁板６８は、シールド導体６０（フラットケーブル７０等）の支持体として働くと共に、アンテナ３０とシールド導体６０との間で放電が発生するのを抑制する働きもする。図８に示す例の場合も同様である。
【００６６】
図８に示す例のように、絶縁シート７２の表面に上記線状導体６２および接続導体６４を導体パターンとして形成してシールド導体６０を構成しても良い。そしてこのシールド導体６０付きの絶縁シート７２を絶縁板６８の下面に取り付けたものを、図２に示すシールド導体６０の代わりに、アンテナ３０と遮蔽板４６との間に絶縁板６８を上側にして設ければ良い。
【００６７】
図９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方向において並列に配置し、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。
【００６８】
各アンテナ３０は、図２〜図６を参照して説明したいずれの構成でも良い。
【００６９】
シールド導体６０は、複数のアンテナ３０に対応する大きさをしたものにする。より具体的には、複数のアンテナ３０の実質的に全体をカバーする大きさをしたものにする。
【００７０】
可変インピーダンス５２は、図９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。
【００７１】
図９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の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることができる。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の均一性をも良くすることができる。その結果、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。
【符号の説明】
【００７２】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３３ 下面
３４ 凹部
３５ 凸部
４２ 高周波電源
５０ プラズマ
５２ 可変インピーダンス
６０ シールド導体
６２ 線状導体
６４ 接続導体
【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枚の平行導体間に高周波電圧を印加して、両導体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】
特許文献１に記載されているような従来の単純な平板状のアンテナを用いてプラズマを生成する場合、その長手方向におけるプラズマ密度分布は、例えば図１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。
【０００９】
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が低下する。例えば、基板上に膜を形成する場合、アンテナの長手方向における膜厚分布は、上記プラズマ密度分布と同様に、中央部の膜厚が大きい山型の分布になり、膜厚分布の均一性が低下する。
【００１０】
上記のような課題は、大型の基板に対応する等のために、アンテナを長くするほど顕著になる。
【００１１】
そこでこの発明は、誘導結合型のプラズマ処理装置において、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、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、互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、前記アンテナは、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、当該アンテナのＸ方向の一端部から他端部に前記高周波電流が流されるものであり、前記アンテナの前記真空容器内側の面である下面に、上下方向の凹凸を付け、かつ当該アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部を多く配置しており、前記アンテナの下方に、前記アンテナから電気的に絶縁して、前記アンテナと前記プラズマとの間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体を備えており、前記シールド導体は、それぞれがＹ方向に平行な線状導体をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する導体であって電気的に接地された接続導体を有している、ことを特徴としている。
【００１３】
上記アンテナに高周波電流を流すと、表皮効果によって、高周波電流は主としてアンテナの表層部を流れる。従って、アンテナの下面に凹凸を付けておくと、高周波電流は当該凹凸に沿って上下方向に波打った経路で流れる。その結果、凸部ではより近くからプラズマに高周波電力を供給することができるので、凸部を上記のように配置しておくと、アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近においてより強力にプラズマを生成することができる。その結果、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。
【００１４】
一方、アンテナに凹凸を付けておくと、高周波電流は上記のように凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流の実効的な経路長が大きくなり、そのぶん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部間の電位差が大きくなる。何も対策を講じないと、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に反映されるので、プラズマ電位も高くなる。しかしこの発明では、上記シールド導体によってアンテナとプラズマとの間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。
【００１５】
前記アンテナの凸部は、アンテナのＸ方向における両端部に近づくに従って下方に大きく突出しているものでも良いし、アンテナのＸ方向における中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置されているものでも良い。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜３に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、アンテナに上記のような凹凸を付けておくと、アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近においてより強力にプラズマを生成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。従って、アンテナを長くして基板の大型化に対応することも容易になる。
【００１７】
一方、アンテナに凹凸を付けておくと、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部間の電位差が大きくなる。何も対策を講じないと、このアンテナの電位差は、プラズマとの間の静電容量を介してプラズマに反映されるので、プラズマ電位も高くなる。しかしこの発明では、上記シールド導体によってアンテナとプラズマとの間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、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も容易になる。
【００１８】
しかも、くし型のシールド導体を構成する各線状導体は、アンテナの長手方向と直交する向きに配置されており、かつ線状であり面積が小さいので、当該シールド導体とアンテナおよびプラズマとの間の静電容量を小さくすることができる。従って、シールド導体が一種の中間導体となって上記プラズマ電位を低く抑える効果が低下することを抑制することができる。更に、シールド導体を構成する各線状導体は、アンテナに流れる高周波電流と直交する向きに配置されていて、当該高周波電流が作る磁束と鎖交しないので、かつシールド導体全体としてもくし型をしていて閉ループを形成していないので、シールド導体内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができる。更に、シールド導体を構成する各線状導体は、線状であり面積が小さいので、それらが高周波の磁気シールドの働きをすることを抑制することができる。従って、アンテナからの電磁エネルギーを、シールド導体によって極力遮ることなく、プラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００１９】
以上のように、アンテナの下面に上記のような凹凸を付けることと、上記のようなくし型のシールド導体とを組み合わせて採用したことによって、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と共に、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体を設けていてもアンテナから放射される高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００２０】
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、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、各アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることができる。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の均一性をも良くすることができる。その結果、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。
【００２１】
しかも、上記くし型のシールド導体は複数のアンテナに対応する大きさをしているので、前記と同様の作用によって、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。更に、シールド導体内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができるので、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の単純な平板状の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２】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図１中のアンテナおよびシールド導体等を示す図であり、（Ａ）はアンテナの電位分布図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は下面図である。
【図４】アンテナおよびシールド導体の他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図５】アンテナおよびシールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図６】アンテナおよびシールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図７】シールド導体の他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図８】シールド導体の更に他の例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図２に示し、そのアンテナ３０およびシールド導体６０を抜き出して図３に示す。但し図３では、絶縁物３６を省略している。アンテナ３０等の向きを表すために、互いに直交するＸ方向およびＹ方向を図中に記載している。この例では、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｘ方向はアンテナ３０の長手方向である（他の図においても同様）。
【００２４】
この装置は、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。
【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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。アンテナ３０は、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、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。後述する他の例のアンテナ３０の平面形状についても同様である。
【００３２】
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。
【００３３】
アンテナ３０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のＸ方向の一端部３１から他端部３２に高周波電流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。
【００３４】
アンテナ３０の他端部３２は、この実施形態ではコンデンサ４５を介して接地しているが、直接接地しても良い（後述する他の例においても同様）。
【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】
なお、図３〜図６に示す例では、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２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。
【００３７】
アンテナ３０の真空容器４内側の面（換言すればプラズマ５０側の面）である下面３３は、真空容器４内の真空雰囲気中に位置しており、その反対側の上面は大気中に位置している。この下面３３に、凹部３４および凸部３５を形成して、上下方向（即ちＸＹ平面に直交する方向。以下同様）の凹凸を付けている。この凹凸は、図３（Ｃ）に示すように、アンテナ３０のＹ方向（幅方向）の全長に及んでいる（後述する他の例においても同様）。
【００３８】
しかも、アンテナ３０のＸ方向における中央部よりも、両端部付近に凸部３５を多く配置している。より具体的には、この図２、図３に示す例では、アンテナ３０のＸ方向における中央部を凹部３４とし、その両側に複数の凸部３５を階段状に形成している。即ち、複数の凸部３５は、アンテナ３０のＸ方向における両端部に近づくに従って、階段状に下方に大きく突出している。
【００３９】
真空容器４内であってアンテナ３０の下方近傍に、アンテナ３０から電気的に絶縁して、具体的にはこの例ではアンテナ３０との間に空間をあけて、アンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体６０を設けている。
【００４０】
シールド導体６０は、図３（Ｃ）を参照すれば良く分るように、それぞれがＹ方向に平行な（即ちアンテナ３０の長手方向Ｘと直交する）線状導体６２をＸ方向に複数有している。かつ、当該複数の線状導体６２のＹ方向の一端部を互いに電気的に並列接続する接続導体６４を有している。各線状導体６２のＹ方向の他端部は電気的に開放している。そして接続導体６４を電気的に接地することによって、シールド導体６０全体を１箇所で接地している。このようにすると、シールド導体６０が閉ループを形成してシールド導体６０内に循環電流が流れるのを防止することができる。
【００４１】
各線状導体６２は、細い方が好ましい。その理由は後述する。各線状導体６２はシールド導体６０の幅方向Ｙの寸法よりも長く、複数の線状導体６２はアンテナ３０の長手方向Ｘのほぼ全域に亘って設けられており、これによってアンテナ３０の下面３３のほぼ全域をカバーしている。図２、図３では、図示を簡略化するために複数の線状導体６２は比較的粗く図示しているが、例えば図７、図８に示す例のように密に配置する方が好ましい。その方が電界遮蔽効果が高まるからである。以上のことは、後述する他の例においても同様である。
【００４２】
上記アンテナ３０に高周波電流ＩR を流すと、表皮効果によって、高周波電流ＩR は主としてアンテナ３０の表層部を流れる。従って、アンテナ３０の下面３３に上記のような凹凸を付けておくと、高周波電流ＩR は当該凹凸に沿って上下方向に波打った経路で流れる。その結果、凸部３５ではより近くからプラズマ５０に高周波電力を供給することができるので、換言すれば凹部３４の表層部を流れる高周波電流ＩR よりも凸部３５の表層部を流れる高周波電流ＩR の方が、プラズマ５０とより低インピーダンスで電磁気的に結合してプラズマ５０を生成する働きが強くなるので、凸部３５を上記のように配置しておくと、山型とは反対に、アンテナ３０のＸ方向における中央部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。その結果、単純な平板アンテナの場合の図１に例示したような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。
【００４３】
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、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。従って、アンテナ３０を長くして基板２の大型化に対応することも容易になる。
【００４４】
一方、アンテナ３０に上記のような凹凸を付けておくと、高周波電流ＩR は上記のように凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流ＩR の実効的な経路長が大きくなり、そのぶんアンテナ３０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３０の両端部間の電位差が大きくなる。このアンテナ３０の電位の例を図３（Ａ）に示す。何も対策を講じないと、このアンテナ３０の電位は、プラズマ５０との間の静電容量を介してプラズマ５０に反映されるので、プラズマ電位も高くなる。それでは、プラズマ密度分布の均一性を高めることはできても、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という前述した誘導結合型のプラズマ処理装置の利点を損なうことになる。しかしこの実施形態では、上記シールド導体６０によってアンテナ３０とプラズマ５０との間の電界を遮蔽することができるので、アンテナ電位がプラズマ電位に及ぼす影響を小さく抑えて、プラズマ電位を低く抑えることができる。
【００４５】
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、基板２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も容易になる。
【００４６】
しかも、くし型のシールド導体６０を構成する各線状導体６２は、アンテナ３０の長手方向Ｘと直交する向きに配置されており、かつ線状であり面積が小さいので、当該シールド導体６０とアンテナ３０およびプラズマ５０との間の静電容量を小さくすることができる。従って、シールド導体６０が一種の中間導体となって上記プラズマ電位を低く抑える効果が低下することを抑制することができる。この観点から、各線状導体６２は、アンテナ３０に直交配置するだけでなく、細い方が好ましい。
【００４７】
更に、シールド導体６０を構成する各線状導体６２は、アンテナ３０の長手方向Ｘと直交する向きに、即ちアンテナ３０に流れる高周波電流ＩR と直交する向きに配置されていて、当該高周波電流ＩR が作る磁束φ（その幾つかを図３（Ｃ）中に示す）と鎖交しないので、かつシールド導体６０全体としてもくし型をしていて閉ループを形成していないので、シールド導体６０内で循環電流が流れて高周波電力損失が発生することを抑制することができる。従って、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。仮に、シールド導体６０が格子状や網目状をしていると、シールド導体６０内で循環電流が流れて高周波電力損失が大きくなる。このように、シールド導体６０を上記構成のくし型にすることの効果は大きい。
【００４８】
更に、シールド導体６０を構成する各線状導体６２は、線状であり面積が小さいので、各線状導体６２内に渦電流が流れて各線状導体６２が高周波の磁気シールドの働きをすることを抑制することができる。その結果、アンテナ３０からの電磁エネルギーを、シールド導体６０によって極力遮ることなく、プラズマ生成に効率良く利用することができる。従ってこの観点からも、高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。この観点からも、各線状導体６２は細い方が好ましい。
【００４９】
以上のように、アンテナ３０の下面３３に上記のような凹凸を付けることと、上記のようなくし型のシールド導体６０とを組み合わせて採用したことによって、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができると共に、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体６０を設けていてもアンテナ３０から放射される高周波電力をプラズマ生成に効率良く利用することができる。
【００５０】
アンテナ３０の凸部３５は、図２、図３に示す例よりも多くして、当該例よりも多い数の階段状にしても良い。そのようにすると、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布をよりきめ細かく制御して、当該プラズマ密度分布の均一性をより高めることが可能になる。
【００５１】
図２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、シールド導体６０等をプラズマ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２、図３に示すアンテナ３０の代わりに、後述する他の例のアンテナ３０を採用する場合も、このような遮蔽板４６を備えていても良い。
【００５２】
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。
【００５３】
遮蔽板４６を設けておくと、アンテナ３０、シールド導体６０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。
【００５４】
なお、遮蔽板４６を設けていても、遮蔽板４６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、上記シールド導体６０を設けることは有効である。
【００５５】
アンテナ３０の下面３３の窪んだ部分（図２、図３に示す例の場合は凹部３４および凸部３５間の空間、図４〜図６に示す例の場合は凹部３４）は、図２に示す実施形態にように、絶縁物３６で埋めておくのが好ましい。後述する他の例のアンテナ３０においても同様である。
【００５６】
絶縁物３６の材質は、例えば、樹脂、セラミックス等であり、特定のものに限定されない。
【００５７】
アンテナ３０の下面３３の窪んだ部分を絶縁物３６で埋めておくと、当該窪んだ部分内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、必要なプラズマ５０の不均一性増加、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。
【００５８】
次に、アンテナ３０の他の例を幾つか説明する。図２に示す装置において、図２、図３に示すアンテナ３０の代わりに、図４〜図６、図９に示す例のアンテナ３０を採用しても良い。
【００５９】
図４〜図６に示すアンテナ３０は、その下面３３の凹凸を構成する複数の凸部３５のピッチ、幅、数等に変化を付けることによって、凸部３５を、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置している例である。より具体的には、長手方向Ｘにおける中央部を凹部３４とし、その両側に凸部３５を配置して、当該凸部３５のピッチ、幅、数等に変化を付けている。
【００６０】
即ち、図４に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に複数の凸部３５を設け、その間隔を端部に近づくに従って小さくしている。図５に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に複数の凸部３５を設け、その内の両端部の凸部３５の幅を広くしている。図６に示す例では、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける両端部付近に幅の広い凸部３５を１個ずつ設けている。図６の例のように、長手方向Ｘにおける中央部に凸部が無く、両端部付近に凸部３５が１個ずつある場合（即ち、凸部３５の存在が０と１の場合）でも、凸部３５を粗密に配置していると言うことができる。
【００６１】
上記のように凸部３５を粗密に配置することと、図２、図３に示す例のように凸部３５の高さに変化を付けることとを併用しても良い。
【００６２】
図４〜図６に示すアンテナ３０の場合も、図２、図３に示すアンテナ３０の場合と同様の作用効果を奏することができる。即ち、アンテナ３０の長手方向Ｘにおける中央部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、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。かつ、上述したシールド導体６０によって、プラズマ電位を低く抑えることができ、しかもシールド導体６０内で高周波電力損失が発生することを抑制することができる。
【００６３】
アンテナ３０の凸部３５の数を、図４に示す例より更に多くしても良い。そのようにすると、アンテナ３０の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布をよりきめ細かく制御して、当該プラズマ密度分布の均一性をより高めることが可能になる。
【００６４】
くし型のシールド導体６０のより具体例を幾つか説明する。
【００６５】
図７に示す例のように、絶縁板６８の下面に取り付けたフラットケーブル（細いケーブルを複数本まとめて平らに並べたケーブル）７０の各芯線を上記各線状導体６２として使用してシールド導体６０を構成しても良い。そしてこの絶縁板６８およびシールド導体６０を、図２に示すシールド導体６０の代わりに、アンテナ３０と遮蔽板４６との間に絶縁板６８を上側にして設ければ良い。この絶縁板６８は、シールド導体６０（フラットケーブル７０等）の支持体として働くと共に、アンテナ３０とシールド導体６０との間で放電が発生するのを抑制する働きもする。図８に示す例の場合も同様である。
【００６６】
図８に示す例のように、絶縁シート７２の表面に上記線状導体６２および接続導体６４を導体パターンとして形成してシールド導体６０を構成しても良い。そしてこのシールド導体６０付きの絶縁シート７２を絶縁板６８の下面に取り付けたものを、図２に示すシールド導体６０の代わりに、アンテナ３０と遮蔽板４６との間に絶縁板６８を上側にして設ければ良い。
【００６７】
図９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方向において並列に配置し、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。
【００６８】
各アンテナ３０は、図２〜図６を参照して説明したいずれの構成でも良い。
【００６９】
シールド導体６０は、複数のアンテナ３０に対応する大きさをしたものにする。より具体的には、複数のアンテナ３０の実質的に全体をカバーする大きさをしたものにする。
【００７０】
可変インピーダンス５２は、図９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。
【００７１】
図９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の長手方向Ｘにおけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることができる。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の均一性をも良くすることができる。その結果、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。
【符号の説明】
【００７２】
２ 基板
４ 真空容器
２４ ガス
３０ アンテナ
３３ 下面
３４ 凹部
３５ 凸部
４２ 高周波電源
５０ プラズマ
５２ 可変インピーダンス
６０ シールド導体
６２ 線状導体
６４ 接続導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、前記アンテナは、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、当該アンテナのＸ方向の一端部から他端部に前記高周波電流が流されるものであり、
前記アンテナの前記真空容器内側の面である下面に、上下方向の凹凸を付け、かつ当該アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部を多く配置しており、
前記アンテナの下方に、前記アンテナから電気的に絶縁して、前記アンテナと前記プラズマとの間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体を備えており、
前記シールド導体は、それぞれがＹ方向に平行な線状導体をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する導体であって電気的に接地された接続導体を有している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記アンテナの前記凸部は、前記アンテナのＸ方向における両端部に近づくに従って下方に大きく突出している請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アンテナの前記凸部は、前記アンテナのＸ方向における中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アンテナを複数備えていてこれらはＹ方向において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されており、
前記シールド導体は、前記複数のアンテナに対応する大きさをしている請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
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、
互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、前記アンテナは、そのＸ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きくて、当該アンテナのＸ方向の一端部から他端部に前記高周波電流が流されるものであり、
前記アンテナの前記真空容器内側の面である下面に、上下方向の凹凸を付け、かつ当該アンテナのＸ方向における中央部よりも両端部付近に凸部を多く配置しており、
前記アンテナの下方に、前記アンテナから電気的に絶縁して、前記アンテナと前記プラズマとの間の電界を遮蔽するくし型のシールド導体を備えており、
前記シールド導体は、それぞれがＹ方向に平行な線状導体をＸ方向に複数有しており、かつ当該複数の線状導体のＹ方向の一端部を電気的に並列接続する導体であって電気的に接地された接続導体を有している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記アンテナの前記凸部は、前記アンテナのＸ方向における両端部に近づくに従って下方に大きく突出している請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記アンテナの前記凸部は、前記アンテナのＸ方向における中央部で相対的に粗、両端部付近で相対的に密に配置されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アンテナを複数備えていてこれらはＹ方向において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されており、
前記シールド導体は、前記複数のアンテナに対応する大きさをしている請求項１、２または３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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２６８８８（Ｐ２０１２−２２６８８８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１７３３（Ｐ２０１１−９１７３３）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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