CN102833937A - 等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置，使天线的有效电感减小，而将天线长度方向的两端部间所产生的电位差抑制为小电位差，借此将等离子电位抑制为低电位，并提高天线长度方向上的等离子密度分布的均一性。构成等离子处理装置的平面形状实质上笔直的天线(30)呈往返导体构造，即，以使两块矩形导体板(31、32)位于同一平面上的方式，彼此隔开间隙(34)靠近地平行配置两块导体板(31、32)，利用导体(33)将两导体板长度方向(X)的一端相连接。高频电流(IR)彼此逆向流至两个导体板(31、32)。在两导体板(31、32)的间隙侧边上形成开口部(37)，使多个开口部(37)分散地配置在天线(30)的长度方向(X)上。

Description

等离子处理装置
技术领域
本发明涉及一种等离子(plasma)处理装置，该等离子处理装置使用等离子，对基板实施例如利用等离子化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)法的膜形成、蚀刻(etching)、灰化(ashing)、溅镀(sputtering)等处理，更具体而言，本发明涉及如下的感应耦合型的等离子处理装置，该感应耦合型的等离子处理装置利用感应电场来产生等离子，使用该等离子来对基板实施处理，所述感应电场通过使高频电流流入至天线(antenna)而产生。
背景技术
作为属于使用高频来产生等离子的等离子处理装置的装置，已有产生电容耦合型等离子(简称CCP)的电容耦合型的等离子处理装置、与产生感应耦合型等离子(简称ICP)的感应耦合型的等离子处理装置。
简单而言，电容耦合型的等离子处理装置是将高频电压施加至两块平行电极之间，使用两个电极之间所产生的高频电场来产生等离子。
所述电容耦合型的等离子处理装置例如存在如下的问题：将高电压施加至等离子，等离子电位升高，等离子中的带电粒子(例如离子(ion))以高能量(energy)射入至基板且与基板发生碰撞，因此，对基板上所形成的膜造成的损伤(damage)变大，膜质下降。
另一方面，简单而言，感应耦合型的等离子处理装置借此感应电场来产生等离子，所述感应电场通过使高频电流流入至天线而产生，基本而言，例如具有如下的优点，即，与电容耦合型相比较，可使等离子电位降低。
作为如上所述的感应耦合型的等离子处理装置的一例，在专利文献1中揭示了如下的等离子处理装置，该等离子处理装置是将平板状的天线隔着绝缘框而安装于真空容器的开口部，将高频电力从高频电源供给至所述天线的一端与另一端之间而使高频电流流动，利用借此产生的感应电场来产生等离子，接着使用该等离子来对基板实施处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1国际专利公开第WO 2009/1420161号说明书(段落0024-0026、图1)
对于感应耦合型的等离子处理装置而言，若为了对应于大型基板而使天线变长，则该天线的阻抗(impedance)(尤其为电感)会变大，因此，在天线的长度方向的两端部之间产生大电位差。
所述天线的电位经由与等离子之间的静电容量而反映为等离子电位，因此，若天线的电位高，则等离子电位也会升高。结果，例如产生了如下的问题：由于等离子中的带电粒子(例如离子)以高能量射入至基板且与基板发生碰撞，因此，对基板上所形成的膜造成的损伤变大，膜质下降。
另外，若在天线的长度方向的两端部之间产生大电位差，则在电位高的端部附近，天线的电位的振幅大，因此，电容耦合型的等离子产生作用会重叠于原本的感应耦合型的等离子产生作用，使电位高的端部附近的等离子密度高于其他端部附近的等离子密度。结果，天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性变差，进而基板处理的均一性变差。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供如下的等离子处理装置，该等离子处理装置为感应耦合型的装置，且可使天线的有效电感(effectiveinductance)减小，从而将天线的长度方向的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差，借此，可将等离子电位抑制为低电位，并且可使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高。
本发明的等离子处理装置是感应耦合型的等离子处理装置，该感应耦合型的等离子处理装置是使高频电流流入至平面形状实质上笔直的天线，借此，使真空容器内产生感应电场，从而产生等离子，接着使用所述等离子来对基板实施处理，所述等离子处理装置的特征在于：所述天线呈往返导体构造，所述高频电流彼此逆向地流入至两块矩形导体板，其中所述往返导体构造是指以使所述两块矩形导体板位于沿着所述基板的表面的同一平面上的方式，彼此隔开间隙而靠近地平行配置两块矩形导体板，且利用导体来将两个矩形导体板的长度方向的一端彼此予以连接，且在所述两块矩形导体板的所述间隙侧的边上，分别设置隔着所述间隙而相向的缺口，利用所述相向的缺口来形成开口部，使多个所述开口部分散地配置在所述天线的长度方向上。
从宏观上来看，构成所述等离子处理装置的天线呈往返导体构造，高频电流彼此逆向地流入至所述天线的两块矩形导体板，因此，天线的有效电感会根据存在于往返导体之间的互感(mutual inductance)而相应地变小。因此，与以往的单一的平板状的天线相比较，可将天线的长度方向的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差，借此，可将等离子电位抑制为低电位，并且可使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高。
另外，若对在天线中流动的高频电流进行详细分析，则存在如下的倾向，即，高频电流因集肤效应(skin effect)而主要在两块矩形导体板的端部流动。其中，若着眼于两块矩形导体板的间隙侧的边，则此处，高频电流逆向地流入至彼此靠近的边，因此，与间隙的相反侧的边相比较，电感(进而阻抗。以下相同)变得更小。因此，更多的高频电流会沿着间隙侧的边及此处所形成的开口部流动。结果，各开口部所达到的效果与在天线的长度方向上分散地配置线圈时一样，因此，可利用简单的构造来实现将多个线圈予以串联而成的构造相同的效果。因此，可利用简单的构造来使各开口部附近产生强磁场，从而可使等离子产生效率提高。
而且，对于各开口部之间的连接部分而言，高频电流逆向地流入至彼此靠近的边，电感变小，因此，即使与通过通常的(即单侧的)连接导体来仅将多个线圈予以串联连接而成的构造相比较，也可使天线的电感减小，从而将天线的长度方向的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差。由此产生的效果如上所述。
可使所述天线的长度方向上的两端部的所述开口部的大小，大于其他所述开口部的大小，也可使所述天线的长度方向上的两端部的所述开口部的间隔，小于其他所述开口部的间隔，还可并用两者。
可代替将所述两块矩形导体板配置在沿着所述基板表面的同一平面的方式，而使所述基板的表面的相反侧为张开的剖面呈V字构造的方式，彼此隔开间隙，靠近地平行配置。也可使所述两块矩形导体板在短边方向上弯曲，从而使所述基板的表面的相反侧为张开的剖面呈U字构造的方式，彼此隔开间隙，靠近地平行配置。
也可预先利用导体，以在该导体中流动的所述高频电流的集肤厚度以上的厚度，分别将所述两块矩形导体板的所述间隙的相反侧的边的周围予以包覆，所述导体的电阻率大于所述矩形导体板的材料的电阻率。
发明的效果
根据第一发明，从宏观上来看，天线呈往返导体构造，高频电流彼此逆向地流入至天线的两块矩形导体板，因此，天线的有效电感会根据存在于往返导体之间的互感而相应地变小。因此，与以往的单一的平板状的天线相比较，可将天线的长度方向的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差，借此，可将等离子电位抑制为低电位，并且可使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高。
将等离子电位抑制为低电位的结果是，可将从等离子射入至基板的带电粒子的能量抑制为小能量，借此，例如可将对基板上所形成的膜造成的损伤抑制为小损伤，从而可使膜质提高。另外，即使当使天线变长时，根据所述理由，也可将天线的电位抑制为低电位，从而可将等离子电位抑制为低电位，因此，易于使天线变长而对应于基板的大型化。
使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高的结果是，可使天线的长度方向上的基板处理的均一性提高。例如，可使天线的长度方向上的膜厚分布的均一性提高。
另外，若对在天线中流动的高频电流进行详细分析，则存在如下的倾向，即，高频电流因集肤效应而主要在两块矩形导体板的端部流动。其中，若着眼于两块矩形导体板的间隙侧的边，则此处，高频电流逆向地流入至彼此靠近的边，因此，与间隙的相反侧的边相比较，电感进而阻抗变得更小。因此，使更多的高频电流沿着间隙侧的边及此处所形成的开口部流动。结果，各开口部所达到的效果与在天线的长度方向上分散地配置线圈时一样，因此，可利用简单的构造来实现将多个线圈予以串联而成的构造相同的效果。因此，可利用简单的构造来使各开口部附近产生强磁场，从而可使等离子产生效率提高。
而且，对于各开口部之间的连接部分而言，高频电流逆向地流入至彼此靠近的边，电感变小，因此，即使与通过通常的(即单侧的)连接导体来仅将多个线圈予以串联连接而成的构造相比较，也可使天线的电感减小，从而将天线的长度方向的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差。由此产生的效果如上所述。
根据第二发明，进一步产生如下的效果。即，天线的长度方向上的等离子密度分布通常存在如下的倾向，即，两端部附近的等离子密度小于其他部分的等离子密度。相对于此，如本发明这样，使天线的长度方向上的两端部的开口部的大小，大于其他开口部的大小，借此，可使两端部的开口部附近的磁通量密度增大来使等离子密度增大，因此，可使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高。结果，可使天线的长度方向上的基板处理的均一性提高。例如，可使天线的长度方向上的膜厚分布的均一性提高。
根据第三发明，进一步产生如下的效果。即，天线的长度方向上的等离子密度分布通常存在如下的倾向，即，两端部附近的等离子密度小于其他部分的等离子密度。相对于此，如本发明这样，使天线的长度方向上的两端部的开口部的间隔，小于其他开口部的间隔，借此，可使两端部的开口部附近的磁通量密度增大来使等离子密度增大，因此，可使天线的长度方向上的等离子密度分布的均一性提高。结果，可使天线的长度方向上的基板处理的均一性提高。例如，可使天线的长度方向上的膜厚分布的均一性提高。
根据第四发明，进一步产生如下的效果。即，感应电流在等离子中流动，该感应电流的方向与在两块矩形导体板中流动的高频电流的方向相反，借此，天线的电感下降，但两块矩形导体板配置为剖面V字构造，其间隙的相反侧的边与间隙侧的边相比较，与等离子之间的距离更大，因此，电感的下降减少，进而阻抗增大。结果，可使更多的高频电流沿着两块矩形导体板的间隙侧的边及此处所形成的开口部流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
根据第五发明，进一步产生如下的效果。即，两块矩形导体板配置为剖面U字构造，其间隙的相反侧的边与间隙侧的边相比较，与等离子之间的距离更大，因此，根据与第四发明相同的理由，电感的下降减少，进而阻抗增大。结果，可使更多的高频电流沿着两块矩形导体板的间隙侧的边及此处所形成的开口部流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
根据第六发明，进一步产生如下的效果。即，利用导体，以在该导体中流动的高频电流的集肤厚度以上的厚度，分别将两块矩形导体板的间隙的相反侧的边的周围予以包覆，所述导体的电阻率大于矩形导体板的材料的电阻率，高频电流因集肤效应而主要在所述电阻率大的导体中流动，因此，两块矩形导体板的间隙的相反侧的边的阻抗变大。结果，可使更多的高频电流沿着两块矩形导体板的间隙侧的边及此处所形成的开口部流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
根据第七发明，进一步产生如下的效果。即，在位于真空容器内侧的天线与等离子的产生区域之间，预先设置介电体板，该介电体板保护天线不受等离子的影响，借此，可防止天线的表面被等离子中的带电粒子(主要为离子)溅镀，因此，可防止因所述溅镀而对等离子及基板产生金属污染(metal contamination)。而且，构成等离子的电子比离子更轻，且该电子的移动度远大于离子的移动度，但由于可利用所述介电体板，防止所述电子射入至天线而脱离等离子，因此，也可抑制等离子电位的上升。
另外，预先将位于真空容器内侧的天线填埋在介电体内，借此，可防止在极靠近位于真空容器内的天线处产生多余的等离子。借此，可防止产生异常，该异常是指使基板处理所需的等离子的不稳定性增加，及高频电力的利用效率下降等。
根据第八发明，进一步产生如下的效果。即，由于包括多个天线，所述多个天线彼此并联地配置，且并联地被供给了高频电力，因此，可产生更大面积的等离子。而且，以使高频电流彼此朝向相同方向的方式，从共用的高频电源并联地供给高频电力，所述高频电流流入至相邻的天线的相邻的矩形导体板的间隙的相反侧的相邻的边，因此，相关的边的电感会根据所述间隙的相反侧的相邻的边之间的互感而相应地变大。结果，可使沿着所述间隙的相反侧的相邻的边流动的高频电流减少，且可使沿着间隙侧的边及此处所形成的开口部流动的高频电流增大，因此，可使各开口部附近所产生的磁场增强。结果，可更有效率地将高频电力用于产生等离子，因此，可使等离子的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
附图说明
图1是表示本发明的等离子处理装置的一个实施方式的概略剖面图。
图2是图1中的一个天线的概略平面图。
图3是图1中的一个天线的概略平面图，且已将冷却管予以省略。
图4是沿着图3中的线A-A的放大剖面图。
图5是图3所示的天线的概略的等效电路图。
图6是放大地表示图3所示的天线的一个开口部周围的平面图。
图7是表示配置于上下方向的往返导体的一种形式的概略剖面图。
图8是标注了表示图3所示的天线的尺寸的符号的图。
图9是表示对图8所示的天线的X方向上的磁通量密度分布进行测定所得的结果的一例的图。
图10是表示对图8所示的天线的Y方向上的磁通量密度分布进行测定所得的结果的一例的图。
图11是表示天线的其他例子的概略剖面图，且与图4所示的剖面图相对应。
图12是表示天线的另一例子的概略剖面图，且与图4所示的剖面图相对应。
图13(A)、图13(B)是表示天线的另一例子的概略图，图13(A)是平面图，图13(B)是剖面图。
图14是表示改变开口部的大小，并对开口部附近的导体面垂直方向的磁通量密度进行测定时的模型的图。
图15是表示在图14所示的模型中，改变开口部的大小，并对开口部附近的导体面垂直方向的磁通量密度进行测定所得的结果的一例的图。
图16是表示并联地配置多个天线，并将高频电力从共用的高频电源并联地供给至所述多个天线的构成的一例的概略平面图。
图17是表示并联地配置多个天线，并将高频电力从共用的高频电源并联地供给至所述多个天线的构成的其他例子的概略平面图。
符号的说明：
2：基板
3：垂线
4：真空容器
6：顶板面
7：开口部
8：真空排气口
10：固定架
22：气体导入管
24：气体
26：气体扩散板
30：天线
31、32：矩形导体板/往返导体
31a、32a：间隙侧的边/内侧的边
31b、32b：间隙的相反侧的边/外侧的边
33：导体
34：间隙
35、36：缺口
37：开口部
38：连接部分
42：冷却管
44：盖板
46：垫片
48：介电体
50：等离子
52：介电体板
54：支撑板
60：高频电源
62：整合电路
64、65、66、73、74：磁场
68：感应电流
71、72：导体(往返导体)
76：导体
78：可变阻抗
IR：高频电流
A-A：剖面线
D：直径
L1：长度
L2：距离
O：原点
W1、W2、W4：宽度
X：长度方向/方向
Y：左右方向/方向
Z：上下方向/方向
Z1～Z4：阻抗
具体实施方式
图1表示本发明的等离子处理装置的一个实施方式，将所述等离子处理装置的一个天线30分离出而表示于图2～图4。在图1、图2以外的图中，为了简化图示，将冷却管(pipe)予以省略。对于后述的其他实施方式而言也相同。
为了表示天线30等的朝向，各图中标记了在一个点处彼此正交的X方向、Y方向以及Z方向。Z方向是与竖立于基板2的表面的垂线3平行的方向，Y方向是与所述垂线3正交的方向，为了简化表达，将所述方向分别称为上下方向Z、左右方向Y。X方向是与垂线3正交的方向，且是天线30的长度方向。例如，X方向以及Y方向为水平方向，但不限于此。以上的内容在其他图中也相同。
所述装置是感应耦合型的等离子处理装置，该感应耦合型的等离子处理装置使高频电流IR从高频电源60流入至平面形状实质上笔直的天线30，借此，使真空容器4内产生感应电场，从而利用该感应电场来产生等离子50，接着使用该等离子50来对基板2实施处理。
所谓“实质上笔直”，既包括如字面所述的完全笔直的状态，也包括接近于笔直(几乎笔直)的状态。
在真空容器4内设置有固定架(holder)10，该固定架10保持着基板2。
基板2例如为液晶显示器(display)或有机EL(Electroluminescence，EL)显示器等平板显示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板、柔性显示器(flexible display)用的柔性基板、以及太阳电池等半导体元件(device)用的基板等，但不限于这些基板。
基板2的平面形状例如为圆形、四边形等，且并不限定于特定的形状。
对基板2实施的处理例如为利用等离子CVD法的膜形成、蚀刻、灰化、以及溅镀等。
所述等离子处理装置在利用等离子CVD法来进行膜形成时，被称为等离子CVD装置，在进行蚀刻时，被称为等离子蚀刻装置，在进行灰化时，被称为等离子灰化装置，在进行溅镀时，还被称为等离子溅镀装置。
所述等离子处理装置例如包括金属制的真空容器4，通过真空排气口8来对该真空容器4的内部进行真空排气。
气体(gas)24通过气体导入管22而导入至真空容器4内。在该例子中，在各天线30的长度方向X上，各配置有多根气体导入管22，在这些气体导入管22的前方设置有气体扩散板26，该气体扩散板26使气体24扩散。
气体24只要与对基板2实施的处理内容相对应即可。例如，当利用等离子CVD法来对基板2进行膜形成时，气体24为原料气体或利用稀释气体(例如H2)来对该原料气体进行稀释所得的气体。若列举更具体的例子，则当原料气体为SiH4时，可在基板2的表面形成Si膜，当原料气体为SiH4+NH3时，可在基板2的表面形成SiN膜，当原料气体为SiH4+O2时，可在基板2的表面形成SiO2膜。
在该例子中，在真空容器4的顶板面6中，设置有两个与各天线30的平面形状相对应的平面形状的开口部7，在各开口部7内分别设置有天线30。即，该实施方式包括两个天线30。
在各开口部7的上部设置有盖板(例如凸缘(flange))44，在各盖板44与顶板面6之间设置有真空密封用的垫片(packing)46。各盖板44也可为介电体制，但在该例子中，各盖板44为金属制，且与真空容器4一起电性接地。如此，可抑制来自各天线30的高频向外部泄漏。
主要参照图3，各天线30采用如下的构成，即，以使两块在X方向上长的矩形导体板31、32位于沿着基板2的表面的同一平面上(即，在该例子中，位于与XY平面平行的同一平面上)的方式，彼此隔开间隙34地靠近地平行配置。换句话说，使两块矩形导体板31，32的端面相向地彼此隔开间隙34，并使两块矩形导体板31，32位于同一平面的方式，彼此靠近地平行配置。而且，利用导体33来将两块矩形导体板31、32的长度方向X的一端彼此予以连接。借此，各天线30呈往返导体构造。导体33可与两块矩形导体板31、32分开，也可与两块矩形导体板31、32成为一体。
各矩形导体板31、32及导体33的材质例如为铜(更具体而言为无氧铜)、铝等，但不限于此。
高频电力从高频电源60经由整合电路62而供给至构成各天线30的两块矩形导体板31、32，借此，彼此逆向的高频电流(往返电流)IR流入至所述两块矩形导体板31、32(由于为高频，因此，所述高频电流IR的朝向会随着时间而反转。以下相同)。详细而言，将呈往返导体构造的一侧的矩形导体板31的处于所述导体33相反侧的端部设为高频电力的供电点，将另一侧的矩形导体板32的处于所述导体33相反侧的端部设为末端点。该末端点可如图示例那样直接接地，也可经由电容器(condenser)而接地。对于后述的其他例子的天线30而言也相同。
再者，在图3、图5等中，例如为了使说明易于理解，图示了如下的例子，即，针对一个天线30而各设置一个高频电源60及一个整合电路62，但也可不这样，而是由多个天线30共用一个高频电源60及整合电路62。即，也可将高频电力从共用的高频电源60并联地供给至多个天线30。此情况下的例子将后述。
利用所述高频电流IR，在各天线30的周围产生高频磁场，借此，向高频电流IR的反方向产生感应电场。利用该感应电场，在真空容器4内，电子的速度加快，使天线30附近的气体24电离，从而在天线30的附近产生等离子50。该等离子50扩散至基板2的附近，可利用该等离子50来对基板2实施所述处理。
从高频电源60输出的高频电力的频率例如为一般的13.56MHz，但不限于此。
在两块矩形导体板31、32的间隙34侧的边(换句话说为内侧的边)31a、32a上，分别设置隔着间隙34而相向的缺口35、36，借由该相向的缺口35、36来形成开口部37，使多个该开口部37分散地配置在天线30的长度方向X上。在该例子中，开口部37的数量为五个，但也可为五个以外的数量。对于后述的其他例子的天线30而言也相同。
各缺口35、36优选设为以间隙34为中心呈对称的形状的缺口。如图示例那样，各开口部37的形状可为圆形，也可为方形等。
从宏观上来看，所述各天线30呈往返导体构造，高频电流IR彼此逆向地流入至天线30的两块矩形导体板，因此，天线30的有效电感会根据存在于往返导体31、32之间的互感而相应地变小。
若对所述内容进行详述，则彼此靠近的平行的往返导体的综合电感ZT也作为差动连接(differential connection)而如电气理论的书籍等所揭示，由下式来表示。此处为了简化说明，将各导体的电阻均设为R，将自感(self-inductance)均设为L，将两个导体之间的互感设为M。
[数1]
ZT＝2R+j2(L-M)
所述综合电感ZT内的电感LT由下式来表示。在本说明书中，将如所述电感LT这样合成了自感与互感的电感称为有效电感。
[数2]
LT＝2(L-M)
根据所述式子也可知：往返导体的有效电感LT会根据互感M而相应地变小，进而综合电感ZT也会变小。该原理也适用于呈往返导体构造的所述天线30。
根据所述原理，天线30的有效电感变小的结果是与所述以往的单一的平板状的天线相比较，可将天线30的长度方向X的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差，借此，可将等离子50的电位抑制为低电位，并且可使天线30的长度方向X上的等离子密度分布的均一性提高。
将等离子50的电位抑制为低电位的结果是，可将从等离子50射入至基板2的带电粒子(例如离子)的能量抑制为小能量。借此，例如当利用等离子50而在基板2上形成膜时，可将对该膜造成的损伤抑制为小损伤，从而可使膜质提高。另外，即使当使天线30在X方向上变长时，根据所述理由，也可将天线30的电位抑制为低电位，从而可将等离子电位抑制为低电位，因此，易于使天线30变长而对应于基板2的大型化。
使天线30的长度方向X上的等离子密度分布的均一性提高的结果是，可使天线30的长度方向X上的基板处理的均一性提高。例如当利用等离子50而在基板2上形成膜时，可使天线30的长度方向上的膜厚分布的均一性提高。
另外，若对在各天线30中流动的高频电流IR进行详细分析，则如图3、图4所示，存在如下的倾向，即，高频电流IR因集肤效应而主要在两块矩形导体板31、32的端部流动。其中，若着眼于两块矩形导体板31、32的间隙34侧的边(内侧的边)31a、32a，则此处，高频电流IR逆向地流入至彼此靠近的边，因此，与间隙34的相反侧的边(换句话说为外侧的边)31b、32b相比较，电感进而阻抗变得更小。
即，若分析在天线30中流动的高频电流IR，则相对于在外侧的边31b、32b中流动的高频电流IR，不存在逆向地流动的高频电流，而在彼此靠近的内侧的边31a、32a中，高频电流IR彼此逆向地流动，因此，内侧的边31a、32a的电感进而阻抗变得更小。此根据之前参照数1、数2所说明的原理。即，内侧的边31a、32a的有效电感会根据其互感而相应地下降。
对于之前从宏观上看天线30所说明的因存在互感而引起的有效电感的下降，详细而言，可以说所述内侧边31a，32a之间的互感，对电感的减小有着较大的影响。
若着眼于在天线30的内侧的边31a、32a及外侧的边31b、32b中流动的高频电流IR，描绘图3所示的天线30的概略的等效电路，则成为图5。在该例子中，利用Z1～Z4来一并表示实际上分散地分布存在于各边31a、32a、31b、32b上的阻抗。如上所述，与外侧的边31b、32b的阻抗Z2、Z4相比较，内侧的边31a、32a的阻抗Z1、Z3变得更小。
因此，使更多的高频电流IR沿着内侧的边31a、32a及此处所形成的开口部37流动。结果，各开口部37所达到的效果与在天线30的长度方向X上分散地配置线圈时一样，因此，可利用简单的构造来实现将多个线圈予以串联而成的构造相同的效果。因此，可利用简单的构造来使各开口部37附近产生强磁场，从而可使等离子产生效率提高。
参照图6来对各开口部37附近所形成的磁场的例子进行说明。高频电流IR沿着开口部37彼此逆向地流动，各自所产生的磁场64、65在开口部37处，彼此朝向相同的方向，因此，磁场强度为两者之和，从而可产生强磁场。另外，可使与天线面(导体面)垂直的方向(即Z方向)的磁场66增强。由所述磁场引发且在等离子50中流动的感应电流68是以围绕磁场66的方式，向高频电流IR的反方向流动。
另外，参照图3，对于各开口部37之间的连接部分38而言，高频电流IR逆向地流入至彼此靠近的边，根据所述理由，电感变小，因此，即使与通过通常的(即单侧的)连接导体来仅将多个线圈予以串联连接而成的构造相比较，也可使天线30的电感减小，从而将天线的长度方向X的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差。由此产生的效果如上所述。
再者，若分析在天线30中流动的高频电流IR、与由该高频电流IR引发且在等离子50内流动的感应电流68的关系，则如图4所示，两者彼此逆向地流动。
为了利用往返导体来使天线的有效电感减小，从而将天线的长度方向X的两端部之间所产生的电位差抑制为小电位差，也可列举如下的想法，即，如图7所示的例子这样，以在上下方向上靠近等离子50的产生区域的方式，配置平板状的两个导体(往返导体)71、72，但在此情况下，由在两个导体71、72中彼此逆向地流动的高频电流IR所形成的磁场73、74，在等离子50的产生区域中彼此朝向反方向，因此，磁场强度为两者之差且变弱。相对于此，在本实施方式的天线30的情况下，如之前参照图6所说明，沿着开口部37流动的高频电流IR所形成的磁场强度为和，因此，可产生强磁场。借此，可使等离子50的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
如图1、图2所示的例子那样，将笔直的冷却管42安装于两个矩形导体板31、32的上表面，借此，可对天线30进行冷却。因此，冷却构造简单，且易于制作。在后述的其他例子的天线30的情况下也相同。
图8表示填写了如下的符号的图，该符号表示图3所示的天线30的尺寸。在该图8中，将X、Y方向的原点O视为长度方向X的中央的开口部37的中心。而且，图9表示对所述图8所示的天线的X方向上的磁通量密度分布进行测定所得的结果的一例，图10表示对Y方向上的磁通量密度分布进行测定所得的结果的一例。
所述测定的条件如下所述。即，将两个矩形导体板31、32的长度L1设为300mm，将宽度W1设为50mm，将间隙34的宽度W2设为5mm，将开口部37的数量设为五个，将各开口部37的直径D设为40mm，将相邻的开口部37的间隔设为50mm。将两个矩形导体板31、32的材质设为铜，将高频电力的频率设为13.56MHz，将高频电源60的输出设为3W。反射电力为0W。在与导体面相距30mm的位置，对磁通量密度进行测定。未产生等离子50。
如图9所示，获得了如下的磁通量密度分布，该磁通量的密度分布对应于开口部37的位置波动小，且在天线30的长度方向X上的均一性良好。一般认为原因在于：例如(a)在与导体面相距30mm左右的位置，各开口部37附近所形成的磁通量密度在X方向上扩大，(b)由于间隙34的宽度W2有5mm，因此，即使在开口部37之间的连接部分38处，也稍微产生了磁场。
如图10所示，在Y方向上，在开口部37的中心附近产生了强磁场，而两个矩形导体板31、32的外侧的边31b、32b附近(±50mm附近)的磁场小。如上所述，此表示在外侧的边31b、32b中流动的高频电流小。
也可并非使多个开口部37的大小或相邻的开口部37之间的间隔全部相同，而是使多个开口部37的大小或相邻的开口部37之间的间隔在天线30的长度方向X上有所不同。也可并用两者。也可根据需要，将长度方向X的中央部附近的开口部37予以省略。借此，可对天线30的长度方向X上的等离子密度分布进行调整。对于后述的其他例子的天线30而言也相同。
图15表示使用图14所示的模型(model)，改变所述开口部37的大小(直径)，并对开口部37附近的导体面垂直方向(即所述Z方向)的磁通量密度进行测定所得的结果的一例。该测定的条件如下所述。矩形导体板31、32及间隙34的尺寸与图14中标记的尺寸一致，将两个矩形导体板31、32的材质设为铜，将高频电力的频率设为13.56MHz，将测定时的高频电力设为3W。在与导体面相距30mm的位置，对磁通量密度进行测定。未产生等离子。
如图15所示，可通过使开口部37的尺寸增大来使开口部37附近的磁通量密度增大。
对如下的情况的具体例进行说明，该情况是指并非使所述多个开口部37的大小或相邻的开口部37之间的间隔全部相同，而是使所述多个开口部37的大小或相邻的开口部37之间的间隔在天线30的长度方向X上有所不同。
天线30的长度方向X上的等离子密度分布通常存在如下的倾向，即，两端部附近的等离子密度小于其他部分的等离子密度。若简单地对所述倾向的理由进行说明，则原因在于：除了两端部以外，等离子从左右两侧扩散而来，而对于两端部而言，等离子仅从单侧扩散而来。
因此，也可使天线30的长度方向X上的两端部的开口部37的大小，大于其他开口部37的大小。借此，根据所述图15所示的测定结果也可知：由于可使两端部的开口部37附近的磁通量密度增大来使等离子密度增大，因此，可使天线30的长度方向X上的等离子密度分布的均一性提高。结果，可使天线30的长度方向X上的基板处理的均一性提高。例如，当利用等离子50而在基板2上形成膜时，可使天线30的长度方向X上的膜厚分布的均一性提高。
在所述情况下，也可根据需要而将长度方向X的中央部附近的开口部37予以省略。
另外，也可使天线30的长度方向X上的两端部的开口部37的间隔(即，相邻的开口部37之间的间隔)，小于其他开口部37的间隔。借此，可使两端部的开口部37附近的磁通量密度增大来使等离子密度增大，因此，可使天线30的长度方向X上的等离子密度分布的均一性提高。结果，可使天线30的长度方向X上的基板处理的均一性提高。例如，当利用等离子50而在基板2上形成膜时，可使天线30的长度方向X上的膜厚分布的均一性提高。
在所述情况下，也可根据需要而将长度方向X的中央部附近的开口部37予以省略。
另外，也可并用如下的两种做法，即，使所述天线30的长度方向X上的两端部的开口部37的大小，大于其他开口部37的大小，以及使天线30的长度方向X上的两端部的开口部37的间隔，小于其他开口部37的间隔。
也可如图1所示的例子那样，预先在位于真空容器4内的天线30与等离子50的产生区域之间设置介电体板52，该介电体板52保护天线30不受等离子50的影响。优选靠近天线30地设置介电体板52。原因在于：若靠近天线30地设置介电体板52，则具有如下的优点，例如可拓宽等离子50的产生空间。更具体而言，在该例子中，在配置着各天线30的各开口部7的入口附近，分别设置有介电体板52。该介电体板52可直接安装于开口部7的入口附近，也可如该例子这样，使用支撑板54来安装所述介电体板52。另外，也可将共用的介电体板52设置于多个天线30。在使用后述的其他例子的天线30的情况下也相同。
介电体板52例如为：石英、氧化铝、碳化硅等陶瓷、或者硅板等。
若预先设置介电体板52，则可防止天线30的表面被等离子50中的带电粒子(主要为离子)溅镀，因此，可防止因所述溅镀而对等离子50及基板2产生金属污染(metal contamination)。而且，构成等离子50的电子比离子更轻，且该电子的移动度远大于离子的移动度，但由于可通过所述介电体板52，防止所述电子射入至天线30而脱离等离子50，因此，也可抑制等离子电位的上升。
另外，也可如图1所示的例子那样，预先将位于真空容器4内的天线30填埋在介电体48内。当将冷却管42安装于天线30时，预先将所述冷却管42也予以填埋即可。更具体而言，在该例子中，利用介电体48来将配置着各天线30的各开口部7内的盖板44与天线30的下表面之间的几乎全部的空间予以填埋。在使用后述的其他例子的天线30的情况下也相同。
介电体48例如为：陶瓷等绝缘性无机材料、或绝缘性树脂等。
未设置有介电体板52的情况自不必说，即使设置介电体板52，该介电体板52也不一定会完全封住气体24，因此，若未在位于真空容器4内的天线30的部分设置介电体48，则气体24扩散而来。该扩散而来的气体24经电离而在极靠近天线30处产生等离子，或根据状况而不产生等离子，因此，会使基板处理所需的原本的等离子50的不稳定性增加。
相对于此，以所述方式，预先将天线30填埋在介电体48内，借此，可防止气体24扩散至极靠近天线30处，因此，可防止在极靠近位于真空容器4内的天线30处产生多余的等离子。借此，可防止产生异常，该异常是指使基板处理所需的原本的等离子50的不稳定性增加，及高频电力的利用效率下降等。
接着，主要对天线30的其他例子与所述例子的不同点进行说明。
代替将构成天线30的两块矩形导体板31、32以所述方式配置在沿着基板2的表面的同一平面上，也可如图11所示的例子那样，以使基板2的表面的相反侧(换句话说为等离子50的产生区域的相反侧)成为张开的剖面呈V字构造的方式，彼此隔开间隙34而靠近地平行配置所述两块矩形导体板31、32。关于冷却管42、介电体48、以及介电体板52，与图1所示的例子的情况相同。
若如上所述，利用高频电流IR来产生等离子50，则感应电流68会在等离子50中流动，该感应电流68的方向与在两块矩形导体板31、32中流动的高频电流IR的方向相反，借此，根据与之前参照数1及数2所说明的原理，天线30的电感进而阻抗下降，但两块矩形导体板31、32配置为剖面V字构造，其间隙34的相反侧的边31b、32b与间隙侧的边31a、32a相比较，与等离子50之间的距离L2更大，因此，电感的下降少且阻抗大。结果，可使更多的高频电流IR沿着两块矩形导体板31、32的间隙侧的边31a、32a及此处所形成的开口部37流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子50的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
适当地决定两块矩形导体板31、32的倾斜程度即可，若使倾斜增大，则如下的作用变大，该作用是指在所述内侧的边31a、32a与外侧的边31b、32b之间产生电感之差，进而产生阻抗之差。
代替将构成天线30的两块矩形导体板31、32配置在沿着基板2的表面的同一平面上，也可如图12所示的例子那样，以使各矩形导体板31、32在其短边方向上弯曲，从而使基板2的表面的相反侧(换句话说为等离子50的产生区域的相反侧)成为张开的剖面呈U字构造的方式，彼此隔开间隙34而靠近地平行配置所述两块矩形导体板31、32。开口部37附近亦可为平面。关于冷却管42、介电体48、以及介电体板52，与图1所示的例子的情况相同。
在该例子的情况下，两块矩形导体板31、32配置为剖面U字构造，其间隙34的相反侧的边31b、32b与间隙侧的边31a、32a相比较，与等离子50之间的距离L2更大，因此，根据与图11的例子的情况相同的理由，电感的下降少且阻抗大。结果，可使更多的高频电流IR沿着两块矩形导体板31、32的间隙侧的边31a、32a及此处所形成的开口部37流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子50的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
适当地决定两块矩形导体板31、32的弯曲程度即可，若使弯曲增大，则如下的作用变大，该作用是指在所述内侧的边31a、32a与外侧的边31b、32b之间产生电感之差，进而产生阻抗之差。
也可如图13(A)、图13(B)所示的例子那样，预先利用导体76，以在该导体76中流动的高频电流IR的集肤厚度以上的厚度，分别将构成天线30的两块矩形导体板31、32的间隙34的相反侧的边31b、32b的周围予以包覆，所述导体76的电阻率大于矩形导体板31、32的材料的电阻率。
如上所述，高频电流IR因集肤效应而主要在矩形导体板31、32的端部流动。因此，此处着眼于矩形导体板31、32的外侧的边31b、32b，预先利用导体76来将所述边31b、32b的周围(上下表面及端面)予以覆盖。导体76的Y方向的宽度W4例如为10mm～20mm左右即可。为了利用导体76以所述方式进行覆盖，例如，简单地利用镀敷，在矩形导体板31、32的外侧的边31b、32b上形成导体76即可。
如上所述，矩形导体板31、32的材质为铜、铝等。电阻率比所述材质的电阻率更大的导体76的材质例如为镍、铁等。这些材质不仅电阻率大，而且磁导率也大，因此优选。
所述高频电流IR的集肤厚度δ由下式来表示。此处，f为高频电流IR的频率，μ为导体76的磁导率，σ为导体76的导电率(＝1/电阻率ρ)。
[数3]
δ = 1 / πfμσ
若列举具体例，则频率f为13.56MHz。当导体76为镍时，磁导率μ约为2.4π×10-4N/A2，电阻率ρ约为6.84×10-8Ωm，导电率σ约为14.5×106/Ωm，因此，集肤厚度δ约为1.47μm。因此，只要使导体76的厚度为所述集肤厚度δ以上即可。
若预先包覆所述导体76，则在矩形导体板31、32的外侧的边31b、32b侧流动的高频电流IR因集肤效应而主要在所述电阻率大的导体76中流动，因此，矩形导体板31、32的间隙的相反侧的边31b、32b的阻抗变大。结果，可使更多的高频电流IR沿着两块矩形导体板31、32的间隙侧的边31a、32a及此处所形成的开口部37流动，因此，可更有效率地将高频电力用于产生等离子。因此，可使等离子50的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。
也可如图16、图17分别所示的例子那样，将多个所述构成的天线30彼此并联地配置在Y方向上，并将高频电力从共用的高频电源60并联地供给至所述多个天线30。各天线30也可为所述的任一个构成。
高频电源60(更具体而言为连接于该高频电源60的整合电路62)与各天线30可如图示例那样，经由可变阻抗78而被连接，也可不经由可变阻抗78而直接连接。
可变阻抗78可为如图示例那样的可变电感，可为可变电容器(可变电容(capacitance))，也可将两者加以混合。可通过将可变电感予以插入来使供电电路的阻抗增大，因此，可抑制如下的天线30的电流，该天线30的电流使高频电流IR过多地流动。通过将可变电容器予以插入，当感应性电抗(reactance)大时，可使容量性电抗增大，从而使供电电路的阻抗下降，因此，可使如下的天线30的电流增加，该天线30的电流不易使高频电流IR流动。
在图16、图17的例子中，图16的例子如下，即，以使如下的高频电流IR彼此朝向反方向的方式，从共用的高频电源60并联地供给高频电力，所述高频电流IR流入至相邻的天线30的相邻的矩形导体板32、31的间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b；图17的例子如下，即，以使如下的高频电流IR彼此朝向相同方向的方式，从共用的高频电源60并联地供给高频电力，所述高频电流IR流入至相邻的天线30的相邻的矩形导体板32、31的间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b。
并联地配置的天线30的数量不限于图示例的两个，也可为三个以上。
在图16、图17的任一个例子的情况下，均包括多个天线30，所述多个天线30彼此并联地配置，且并联地被供给了高频电力，因此，可产生更大面积的等离子。
然而，从各开口部37附近产生磁场的视点进行分析，优选图17所示的例子。理由如下所述。
即，在图16所示的例子的情况下，流入至所述间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b的高频电流IR彼此朝向反方向，因此，根据之前参照数1、数2所说明的原理，相关的边的电感会根据两条边32b、31b之间的互感而相应地变小。结果，使沿着所述间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b流动的高频电流IR增大，使沿着间隙34侧的边32a、31a及此处所形成的开口部37流动的高频电流IR减少，因此，使各开口部37附近所产生的磁场减弱。虽然只要使相邻的天线30之间的间隔增大，就可减轻所述问题，但如此，在增大的间隔的部分，等离子密度下降，因此，产生了另外的问题，即，多个天线30所产生的等离子整体的均一性下降。
相对于此，在图17所示的例子的情况下，流入至所述间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b的高频电流IR彼此朝向相同方向，因此，根据之前参照数1、数2所说明的原理(然而，在此情况下为+M)，相关的边的电感会根据两条边32b、31b之间的互感而相应地变大。结果，可使沿着所述间隙34的相反侧的相邻的边32b、31b流动的高频电流IR减少，且可使沿着间隙34侧的边32a、31a及此处所形成的开口部37流动的高频电流IR增大，因此，可使各开口部37附近所产生的磁场增强。结果，可更有效率地将高频电力用于产生等离子，因此，可使等离子的产生效率提高，进而可使高频电力的利用效率提高。

Claims (8)

1.一种等离子处理装置，其是感应耦合型的等离子处理装置，该感应耦合型的等离子处理装置通过使高频电流流入至平面形状实质上笔直的天线，以使真空容器内产生感应电场，从而产生等离子，并使用所述等离子来对基板实施处理，所述等离子处理装置的特征在于：
所述天线呈往返导体构造，所述高频电流彼此逆向地流入至两块矩形导体板，其中所述往返导体构造是指以使所述两块矩形导体板位于沿着所述基板的表面的同一平面上的方式，彼此隔开间隙而靠近地平行配置所述两块矩形导体板，且利用导体来将所述两个矩形导体板的长度方向的一端彼此予以连接，
且在所述两块矩形导体板的所述间隙侧的边上，分别设置隔着所述间隙而相向的缺口，利用所述相向的缺口来形成开口部，使多个所述开口部分散地配置在所述天线的长度方向上。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于：
使所述天线的长度方向上的两端部的所述开口部的大小，大于其他所述开口部的大小。
3.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
使所述天线的长度方向上的两端部的所述开口部的间隔，小于其他所述开口部的间隔。
4.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
代替将所述两块矩形导体板配置在沿着所述基板表面的同一平面的方式，而使所述基板的表面的相反侧为张开的剖面呈V字构造的方式，彼此隔开间隙，靠近地平行配置。
5.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
代替将所述两块矩形导体板配置在沿着所述基板表面的同一平面的方式，而使所述两块矩形导体板在短边方向上弯曲，从而使所述基板的表面的相反侧为张开的剖面呈U字构造的方式，彼此隔开间隙，靠近地平行配置。
6.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
利用导体，以在该导体中流动的所述高频电流的集肤厚度以上的厚度，分别将所述两块矩形导体板的所述间隙的相反侧的边的周围予以包覆，其中所述导体的电阻率大于所述矩形导体板的材料的电阻率。
7.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
在位于所述真空容器内侧的所述天线与所述等离子的产生区域之间包括介电体板，且将位于所述真空容器内侧的所述天线填埋在介电体内，所述介电体板保护所述天线不受所述等离子的影响。
8.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：
包括多个所述天线，且多个所述天线彼此并联地配置，
以使高频电流彼此朝向相同方向的方式，将高频电力从共用的高频电源并联地供给至所述多个天线，所述高频电流流入至相邻的天线的相邻的所述矩形导体板的所述间隙的相反侧的相邻的边。
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