JP2007180596A - プラズマ処理装置及び高周波電流の短絡回路 - Google Patents

Abstract

【課題】下部電極又は上部電極の少なくとも一方を支持する接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を低減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】プラズマ処理装置１０は、ガラス基板Ｇを収容するチャンバ１１と、該チャンバ１１内に配置されてガラス基板Ｇを載置する載置台としての下部電極板２３と、該下部電極板２３に対向して配置され且つチャンバ１１内に処理ガスを供給するシャワーヘッド１２と、該シャワーヘッド１２の上部電極板１３に接続された高周波電源２０と、下部絶縁部２５を介して下部電極板２３を支持すると共にチャンバ１１の内壁から離間して配置される接地基板２６と、該接地基板２６及びチャンバ１１の内壁を短絡する短絡板３６とを備え、該短絡板３６及びチャンバ１１の内壁の間にコンデンサ３７が介在し、該コンデンサ３７はチャンバ１１の内壁に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及び高周波電流の短絡回路に関し、特に、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。

第７世代や第８世代の液晶パネル用のガラス基板にエッチング処理を施すプラズマ処理装置５０は、図６に示すように、ガラス基板（以下、単に「基板」という。）Ｇを収容するチャンバ５１と、該基板Ｇを載置する下部電極５２と、該下部電極５２と対向するシャワーヘッド５３の上部電極５４とを備える。このプラズマ処理装置５０では、上部電極５４及び下部電極５２の間の空間（以下、「処理空間」という。）に供給された処理ガスを高周波電界によって励起してプラズマを発生させ、該プラズマによって基板Ｇにエッチング処理を施す。

プラズマ処理装置５０では、下部電極５２が接地基板５５によって支持され、該接地基板５５は上下方向に移動可能なピラー５６及びベローズ５７を介してチャンバ５１に接続されている。チャンバ５１は接地されているため、エッチング処理の際、上部電極５４→処理空間のプラズマ→下部電極５２→接地基板５５→ピラー５６→ベローズ５７→チャンバ５１の経路で高周波電流が流れる。ここで、ピラー５６やベローズ５７は導電体からなるため、接地基板５５はチャンバ５１と直流的に同電位であるが、ピラー５６やベローズ５７によってリアクタンスが発生するため交流的には同電位とならない。

また、第７世代や第８世代の液晶パネルは非常に大きいため、下部電極５２や接地基板５５も非常に大きく、その結果、接地基板５５及びチャンバ５１の壁面の間における空間（以下、「下部空間」という。）も非常に大きくなる。そして、交流的に同電位とならない接地基板５５及びチャンバ５１の壁面の間には電位差が生じるため、下部空間にも高周波電流が流れて容量結合プラズマや異常放電が発生することがある。このプラズマによって処理空間におけるプラズマの密度が低下し、均一性が悪化する。また、異常放電によってパワー効率が低下し、さらには接地基板５５が削れてパーティクルが発生する。

そこで、プラズマ処理装置５０では、接地基板５５及びチャンバ５１の壁面を交流的に短絡する導電性材料からなる薄板状の短絡板５８が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
特許３７１００８１号公報

しかしながら、第７世代や第８世代の液晶パネル用の基板Ｇにエッチング処理を施すには高パワー、例えば、１０ｋＷ以上の高周波電力を処理空間に供給する必要がある。このとき、処理空間や接地基板５５を流れる高周波電流は１００Ａ以上になる。また、短絡板５８は自己インダクタンスを有し、高周波電流に対応して誘導性リアクタンス（インピーダンス）が発生する。その結果、接地基板５５の電位は数１００Ｖの高周波電圧を呈する。

接地基板５５の電位を低下させるためには、短絡板５８の数を増やすのが最も効果的であるが、下部空間にはリフターピンホルダ（図示しない）等の構成部品が配置されているため、空間的な余裕が無く、短絡板５８の数を増やすのは困難である。

したがって、依然として接地基板５５及びチャンバ５１の壁面の間における電位差は解消せず、該電位差によって下部空間には容量結合プラズマや異常放電が発生する虞がある。

本発明の目的は、下部電極又は上部電極の少なくとも一方を支持する接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を低減することができるプラズマ処理装置及び高周波電流の短絡回路を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板と、該接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板とを備えるプラズマ処理装置において、前記短絡板及び前記収容容器の内壁の間にコンデンサが介在し、該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記コンデンサの容量性リアクタンスをＸ_Ｃとし、前記短絡板の誘導性リアクタンスをＸ_Ｌとした場合、Ｘ_Ｃ＝−Ｘ_Ｌ／２が成立することを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記コンデンサは絶縁層と、該絶縁層を狭持する２つの導電体とからなり、前記絶縁層はセラミックシート、溶射セラミック層及びフッ素樹脂層からなる群から選択された１つであることを特徴とする。

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記短絡板及び前記接地基板の間に他のコンデンサが介在し、該他のコンデンサは前記接地基板に設けられ、前記コンデンサの静電容量をＣ１とし、前記短絡板の自己インダクタンスをＬとし、前記他のコンデンサの静電容量をＣ２とし、前記高周波電源が供給する高周波電力の周波数をｆとし、角周波数ωを２πｆとした場合、Ｃ１＝Ｃ２＝２／（ω^２×Ｌ）が成立することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項５記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板と、該接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板とを備えるプラズマ処理装置において、前記短絡板は断面が矩形の直線導体からなり、途中で少なくとも２つに分岐していることを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記短絡板及び前記収容容器の内壁の間にコンデンサが介在し、該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の高周波電流の短絡回路は、基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板とを備えるプラズマ処理装置における前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する高周波電流の短絡回路であって、前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板と、該短絡板及び前記収容容器の内壁の間に介在するコンデンサとを有し、該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載の高周波電流の短絡回路は、基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板とを備えるプラズマ処理装置における前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する高周波電流の短絡回路であって、前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板を有し、該短絡板は断面が矩形の直線導体からなり、途中で少なくとも２つに分岐していることを特徴とする。

請求項１記載のプラズマ処理装置及び請求項７記載の高周波電流の短絡回路によれば、接地基板及び収容容器の内壁を短絡する短絡板及び該収容容器の内壁の間にコンデンサが介在するので、接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を短絡板及びコンデンサで分担することができる。また、コンデンサは収容容器の内壁に設けられるので、接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差は、実質的に接地基板及びコンデンサの間における電位差であり、該電位差は短絡板が分担する電位差に他ならない。したがって、下部電極又は上部電極の少なくとも一方を支持する接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を低減することができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、コンデンサの容量性リアクタンスＸ_Ｃ及び短絡板の誘導性リアクタンスＸ_ＬがＸ_Ｃ＝−Ｘ_Ｌ／２を満たす。高周波電流をＩとすると、短絡板及び該収容容器の内壁の間にコンデンサが介在しない場合の接地基板の電位Ｖ_１は、Ｖ_１≒Ｘ_Ｌ×Ｉで示され、短絡板及び該収容容器の内壁の間にコンデンサが介在する場合の接地基板の電位Ｖ_２は、Ｖ_２≒（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｃ）×Ｉで示される。ここで、Ｘ_Ｃ＝−Ｘ_Ｌ／２が成立するので、Ｖ_２≒１／２×Ｘ_Ｌ×Ｉとなる。すなわち、Ｖ_２をＶ_１の１／２にすることができ、短絡板が分担する電位差を確実に低減することができる。また、このとき、コンデンサが分担する電位差もＶ_１の１／２となるため、接地基板及びコンデンサの間、並びにコンデンサ及び収容容器の内壁の間における電位差をいずれも適切に低減することができ、もって、接地基板及びコンデンサの間やコンデンサ及び収容容器の内壁の間において容量結合プラズマや異常放電が発生するのを抑制することができる。

請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、短絡板及び接地基板の間に他のコンデンサが介在し、該他のコンデンサは接地基板に設けられ、コンデンサの静電容量Ｃ１、短絡板の自己インダクタンスＬ、他のコンデンサの静電容量Ｃ２、及び高周波電力の周波数をｆとしたときの角周波数ω（＝２πｆ）が、Ｃ１＝Ｃ２＝２／（ω^２×Ｌ）を満たす。高周波電流をＩとすると、短絡板及び該収容容器の内壁の間にコンデンサが介在し、且つ短絡板及び接地基板の間に他のコンデンサが介在する場合の接地基板の電位Ｖ_３は、コンデンサの容量性リアクタンスをＸ_Ｃ１とし、他のコンデンサの容量性リアクタンスをＸ_Ｃ２とし、短絡板の誘導性リアクタンスをＸ_Ｌとすると、Ｖ_３≒（Ｘ_Ｃ１＋Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｃ２）×Ｉで示され、さらに展開すると、電位Ｖ_３は、Ｖ_３≒（−１／（ω×Ｃ１）＋ω×Ｌ−１／（ω×Ｃ２））で示される。ここでＣ１＝Ｃ２＝２／（ω^２×Ｌ）が成立するので、Ｖ_３≒０となる。すなわち、接地基板の電位を０にすることができるため、接地基板の近傍において容量結合プラズマや異常放電が発生するのを防止することができる。

請求項５記載のプラズマ処理装置及び請求項８記載の高周波電流の短絡回路によれば、接地基板及び収容容器の内壁を短絡する短絡板は断面が矩形の直線導体からなり、途中で少なくとも２つに分岐している。短絡板を分岐すると各分岐路の断面積は減少するが、高周波電流の経路を増やすことができ、結果として短絡板全体のインダクタンスを低下させることができる。これにより、接地基板の電位を低下させることができ、もって、下部電極又は上部電極の少なくとも一方を支持する接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を低減することができる。

請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、短絡板及び収容容器の内壁の間にコンデンサが介在するので、接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差を短絡板及びコンデンサで分担することができ、接地基板及び収容容器の内壁の間における電位差をさらに低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板にエッチング処理を施すように構成されている。

図１において、プラズマ処理装置１０は、例えば、一辺が約１ｍである矩形のガラス基板（以下、単に「基板」という。）Ｇを収容する角筒形状のチャンバ１１（収容容器）を有する。該チャンバ１１はアルミニウムからなり、チャンバ１１の内壁の殆どはアルマイトによって被覆されている。

チャンバ１１の天井部にはシャワーヘッド１２（上部電極）が配置され、該シャワーヘッド１２は、矩形の導電性平板である上部電極板１３と、該上部電極板１３を着脱可能に釣支する導電体からなる上部電極基部１４とを有する。上部電極基部１４の内部にはバッファ室１５が設けられ、このバッファ室１５には処理ガス導入管１６が接続されている。また、上部電極板１３はバッファ室１５内及びチャンバ１１内を連通する多数のガス穴１７を有する。処理ガス導入管１６は処理ガス供給装置（図示しない）に接続され、該処理ガス供給装置は処理ガス導入管１６を介してバッファ室１５へ処理ガスを導入する。シャワーヘッド１２は、バッファ室１５へ導入された処理ガスをガス穴１７を介して上部電極板１３及び後述の下部電極板２３の間の空間（以下、「処理空間Ｓ」という。）へ供給する。ここで、シャワーヘッド１２は上部絶縁部２２を介してチャンバ１１の天井部から釣支されているので、シャワーヘッド１２はチャンバ１１から十分電気的にフローティングしている。

上部電極板１３は上部電極基部１４、整合回路１８及び導電路１９を介して高周波電源２０に接続されている。また、チャンバ１１の天井部上には、整合回路１８を包有するようにマッチングボックス２１が設けられている。該マッチングボックス２１は接地されているため、整合回路１８の接地筐体として機能する。高周波電源２０は所定の高周波電力、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上部電極板１３に供給する。そして、上部電極板１３は処理空間Ｓに高周波電圧を印加して、高周波電界を発生させる。該高周波電界は処理空間Ｓに供給された処理ガスを励起してプラズマを発生させる。なお、処理ガスとしては、例えばハロゲンを含むガス、具体的には、ハロゲン化合物からなるガス、酸素ガス及びアルゴンガス等が用いられる。

チャンバ１１の底部には基板Ｇを載置する載置台を兼ねる矩形の下部電極板２３が配置されている。該下部電極板２３は、上部電極板１３と対向するとともに、下部絶縁部２５を介してアルミニウムからなる接地基板２６によって支持されている。また、接地基板２６はチャンバ１１の底部から離間して配置されており、円筒状のピラー２７によって支持されている。該ピラー２７は図示しない駆動機構によって上下方向（図中矢印方向）に移動する支持板２８上に配置される。したがって、支持板２８の上下動に伴い接地基板２６や下部電極板２３も上下動する。支持板２８はベローズ２９を介してチャンバ１１の底部と接続され、該ベローズ２９はチャンバ１１内及びチャンバ１１外を気密に区画する。なお、ピラー２７、支持板２８及びベローズ２９は全て導電体からなる。

下部電極板２３内にはチラー流路（図示しない）が設けられ、該チラー流路を流れる冷媒によって下部電極板２３上に載置された基板Ｇが冷却される。下部絶縁部２５は誘電体や大気層からなり、下部電極板２３を接地基板２６、引いてはチャンバ１１から十分電気的にフローティングさせる。

下部電極板２３にはピラー２７内に設けられた導電路３０の一端が接続され、この導電路３０にはインピーダンス調整部３１が介設されている。導電路３０の他端は、支持板２８及びベローズ２９を介してチャンバ１１の底部に接続されている。本実施の形態では、上部電極板１３及び下部電極板２３が夫々カソード電極及びアノード電極に相当する。

チャンバ１１の底部には排気路３２が接続され、該排気路３２には図示しない排気装置、例えば、ターボ分子ポンプやドライポンプが接続されている。排気装置は排気路３２を介してチャンバ１１内を排気する。さらに、チャンバ１１の側壁には、基板Ｇの搬送口３３を開閉するゲートバルブ３４が設けられている。

プラズマ処理装置１０では、高周波電源２０→整合回路１８→シャワーヘッド１２→処理空間Ｓのプラズマ→下部電極板２３→インピーダンス調整部３１→チャンバ１１→マッチングボックス２１→接地の経路で高周波電流が流れるが、シャワーヘッド１２からプラズマを介してチャンバ１１の壁部に短絡的に高周波電流が流れるおそれがあるため、下部電極板２３からマッチングボックス２１に至るまでの経路（リターン経路）のインピーダンスをインピーダンス調整部３１により調整してチャンバ１１の壁部に短絡的に高周波電流が流れるのを防止する。

また、プラズマ処理装置１０では、処理空間Ｓに高周波電力を供給して高周波電界を発生させることにより、該処理空間Ｓにおいてシャワーヘッド１２から供給された処理ガスを励起して高密度のプラズマを発生させ、該プラズマによって基板Ｇにエッチング処理を施す。

なお、プラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。

さらに、プラズマ処理装置１０は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁を短絡する短絡板３６と、該短絡板３６及びチャンバ１１の内壁の間に介在するコンデンサ３７とを備える。短絡板３６は、金属等の導電性材料、例えば、ステンレスやハステロイ（登録商標）からなる、断面矩形の薄板状導体である。

短絡板３６の一端は接地基板２６の下面に接続部３８を介して接続され、短絡板３６の他端はチャンバ１１の内壁、具体的にはチャンバ１１の底部に設けられたコンデンサ３７に接続されている。

コンデンサ３７は、絶縁層３７ａと、該絶縁層３７ａを狭持する、アルミニウム板等の２つの金属板３７ｂ，３７ｃとからなり、プラズマと接触する可能性のある部分がアルマイト等の絶縁膜によって被覆されている。また、絶縁層３７ａは、例えば、セラミックシート、溶射セラミック層やフッ素樹脂層（テフロン（登録商標）層）からなる。このコンデンサ３７として、上述した仕様のものの他、耐プラズマ性を有する市販の真空コンデンサや可変容量コンデンサを用いることもできる。

このプラズマ処理装置１０では、短絡板３６及びコンデンサ３７が、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を短絡する短絡回路を構成する。

また、プラズマ処理装置１０では、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間に高周波電流が流れると、短絡板３６は自己インダクタンスを有するため、短絡板３６には誘導性リアクタンスが発生し、また、コンデンサ３７は静電容量を有するため、コンデンサ３７には容量性リアクタンスが発生する。また、プラズマ処理装置１０では、コンデンサ３７が短絡板３６及びチャンバ１１の内壁の間に介在するので、短絡板３６及びコンデンサ３７は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間において直列回路を構成する。したがって、短絡板３６及びコンデンサ３７は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を高周波電流が流れる際に生じる電位差を分担することができる。

ここで、接地基板２６の電位Ｖ_２は、チャンバ１１の内壁を接地電位とし、短絡板３６のインピーダンスをＺ_Ｌとし、コンデンサ３７のインピーダンスをＺ_Ｃとし、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を流れる高周波電流をＩとすると、下記式（１）で示される。
Ｖ_２ ＝ （Ｚ_Ｌ＋Ｚ_Ｃ）×Ｉ … （１）
通常、Ｚ_ＬやＺ_ＣはＲ＋ｊＸ（Ｘはリアクタンス）で示されるが、プラズマ処理装置１０では、ＲはＸに比べて非常に小さく、無視できる。したがって、本実施の形態では、短絡板３６の誘導性リアクタンスをＸ_Ｌとし、コンデンサ３７の容量性リアクタンスをＸ_Ｃとすると、接地基板２６の電位Ｖ_２は下記式（２）で示される。
Ｖ_２ ≒ （Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｃ）×Ｉ … （２）
本実施の形態では、コンデンサ３７の静電容量を調整することによって電位Ｖ_２を低減する。具体的には、下記式（３）が成立するようにコンデンサ３７の静電容量を調整する。
Ｘ_Ｃ ＝ −Ｘ_Ｌ／２ … （３）
その結果、接地基板２６の電位Ｖ_２は下記式（４）で示される。
Ｖ_２ ≒ １／２×Ｘ_Ｌ×Ｉ … （４）
一方、従来のプラズマ処理装置のように、接地基板及びチャンバの内壁が短絡板のみで短絡されている場合、接地基板の電位Ｖ_１は下記式（５）で示される。
Ｖ_１ ≒ Ｘ_Ｌ×Ｉ … （５）
上記式（４）及び（５）を比較すると、接地基板２６の電位Ｖ_２は従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２である。したがって、コンデンサ３７を短絡板３６及びチャンバ１１の内壁の間に介在させ、上記式（３）が成立するようにコンデンサ３７の静電容量を調整することにより、接地基板２６の電位Ｖ_２を従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にすることができる。

また、このとき、コンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃは下記式（６）で示される。
Ｖ_Ｃ ≒ Ｘ_Ｃ×Ｉ … （６）
ここで、上記式（３）より、コンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃは下記式（７）で示される。
Ｖ_Ｃ ≒ −１／２×Ｘ_Ｌ×Ｉ … （７）
したがって、コンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃも従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にすることができる。すなわち、コンデンサ３７が分担する電位差もＶ_１の１／２となる。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、短絡板３６及びコンデンサ３７は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を高周波電流が流れる際に生じる電位差を分担することができる。また、コンデンサ３７はチャンバ１１の内壁に設けられるので、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間における電位差は、実質的に接地基板２６及びコンデンサ３７の間における電位差であり、該電位差は短絡板３６が分担する電位差に他ならない。したがって、下部電極板２３を支持する接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間における電位差を低減することができる。

上述したプラズマ処理装置１０では、コンデンサ３７の静電容量を調整することによってＸ_Ｃ＝−Ｘ_Ｌ／２（上記式（３））を成立させるので、接地基板２６の電位Ｖ_２はＶ_２≒１／２×Ｘ_Ｌ×Ｉ（上記式（４））で示される。一方、従来のプラズマ処理装置の接地基板の電位Ｖ_１はＶ_１≒Ｘ_Ｌ×Ｉ（上記式（５））で示される。すなわち、Ｖ_２をＶ_１の１／２にすることができ、短絡板３６が分担する電位差を確実に低減することができる。

また、コンデンサ３７が分担する電位差もＶ_１の１／２となるため、接地基板２６及びコンデンサ３７の間、並びにコンデンサ３７及びチャンバ１１の内壁の間における電位差をいずれも適切に低減することができ、もって、接地基板２６及びコンデンサ３７の間やコンデンサ３７及びチャンバ１１の内壁の間において容量結合プラズマや異常放電が発生するのを抑制することができる。

上述したプラズマ処理装置１０では、コンデンサ３７の静電容量を調整することによって接地基板２６の電位Ｖ_２を従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にしたが、コンデンサ３７の静電容量を調整することによって短絡板３６が分担する電位差を変更し、接地基板２６の電位Ｖ_２をほぼ０にしてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、接地基板２６及びチャンバ１１の壁面を短絡する短絡回路の構成が異なるのみであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図２は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図２において、プラズマ処理装置４０は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁を短絡する短絡板４１を備える。短絡板４１も、金属等の導電性材料、例えば、ステンレスやハステロイ（登録商標）からなる、断面矩形の薄板状導体である。

短絡板４１の一端は接続部３８を介して接地基板２６に接続され、短絡板４１の他端はチャンバ１１の内壁に接続部４２を介して接続されている。このプラズマ処理装置４０では、短絡板４１が接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を短絡する短絡回路を構成する。

図３は、図２における短絡板を示す正面図であり、図３（Ａ）は短絡板を２つに分岐した場合を示し、図３（Ｂ）は短絡板を３つに分岐した場合を示す。

一般に、金属からなる断面矩形の直線導体のインダクタンスＬは、該直線導体の長さをａ（ｃｍ）、幅をｂ（ｃｍ）、厚さをｃ（ｃｍ）とすると、下記式（８）で示される。
Ｌ＝０．００２ａ×〔２．３０３×ｌｏｇ｛２ａ／（ｂ＋ｃ）｝＋０．５＋０．２２３５×（ｂ＋ｃ）／ａ〕 … （８）
ここで、ｂ≫ｃとすると、上記式（８）は下記式（８）’で示される。
Ｌ≒０．００２ａ×｛２．３０３×ｌｏｇ（２ａ／ｂ）＋０．５＋０．２２３５×ｂ／ａ｝ … （８）’
このとき、上記式（８）’におけるＬの値をＡとし、直線導体における幅−長さ比をｂ／ａとすると、該Ａ及びｂ／ａの関係は図４に示す通りとなる。なお、図４において、横軸は幅−長さ比ｂ／ａを示し、縦軸は、幅−長さ比ｂ／ａが０．５のときのＡを１として各幅−長さ比ｂ／ａに対応するＡを規格化した場合における規格化されたＡを示す。

図４に示す関係から、幅−長さ比ｂ／ａを０．５から０．２５へ半減（すなわち、直線導体の幅を半減）しても、インダクタンスＬの値であるＡは約１．３倍となるのみであり、ｂ／ａを０．５から０．１へ１／５減（すなわち、幅を１／５減）しても、Ａは約１．８倍となるのみである。

一方、図３（Ａ）に示す２つに分岐した短絡板４１において、接続部３８，４２と接続される部分を除いた長さ（有効長さ）をｌとし、各分岐路４１ａの幅をｗとすると、該短絡板４１では、幅ｗ及び長さｌの２つの分岐路４１ａが並列に配置されていることになる。このとき、短絡板４１全体のインダクタンスをＬ_ａｌｌとし、分岐路４１ａにおけるインダクタンスをＬ_ｄｉｖとすると、下記式（９）が成立する。
１／Ｌ_ａｌｌ ＝ １／Ｌ_ｄｉｖ＋１／Ｌ_ｄｉｖ … （９）
したがって、上記式（９）より、短絡板４１全体のインダクタンスは分岐路４１ａのインダクタンスの半分となる。

すなわち、短絡板４１を分岐すると、１つの分岐路４１ａにおけるインダクタンスは増加するが、短絡板４１では２つの分岐路４１ａが並列に配置されているため、高周波電流の経路を増やすことができ、結果として短絡板４１全体のインダクタンスを低下させることができる。

なお、短絡板４１は、図３（Ｂ）に示すように、３つに分岐してもよい。すなわち、短絡板４１における分岐路の数は限られていない。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置４０によれば、断面が矩形の直線導体からなる短絡板４１は途中で少なくとも２つに分岐している。短絡板４１を分岐すると、結果として短絡板４１全体のインダクタンスを低下させることができる。これにより、接地基板２６の電位を低下させることができ、下部電極板２３を支持する接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間における電位差を低減することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。

本実施の形態は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、接地基板２６及びチャンバ１１の壁面を短絡する短絡回路の構成が異なるのみであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図５は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

図５において、プラズマ処理装置４３は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁を短絡する短絡板４４を備える。短絡板４４も、金属等の導電性材料、例えば、ステンレスやハステロイ（登録商標）からなる、断面矩形の薄板状導体である。

短絡板４４の一端は接地基板２６の下面に設けられたコンデンサ４５（他のコンデンサ）に接続され、短絡板４４の他端はチャンバ１１の底部に設けられたコンデンサ３７に接続されている。コンデンサ４５の構造はコンデンサ３７の構造と同じである。

このプラズマ処理装置４３では、コンデンサ４５、短絡板４４及びコンデンサ３７が、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間を短絡する短絡回路を構成する。また、プラズマ処理装置４３では、コンデンサ３７が短絡板４４及びチャンバ１１の内壁の間に介在し、コンデンサ４５が短絡板４４及び接地基板２６の間に介在するので、コンデンサ４５、短絡板４４及びコンデンサ３７は、接地基板２６及びチャンバ１１の内壁の間において直列回路を構成する。

本実施の形態では、コンデンサ３７，４５の静電容量を調整することによって接地基板２６の電位Ｖ_３を０にする。具体的には、コンデンサ３７の静電容量をＣ１とし、短絡板４４の自己インダクタンスをＬとし、コンデンサ４５の静電容量をＣ２とし、高周波電源２０が供給する高周波電力の周波数をｆとし、高周波電力の角周波数ωを２πｆとした場合、下記式（１０）が成立するようにコンデンサ３７，４５の静電容量Ｃ１，Ｃ２を調整する。
Ｃ１ ＝ Ｃ２ ＝ ２／（ω^２×Ｌ） … （１０）
ここで、コンデンサ３７の容量性リアクタンスをＸ_Ｃ１とし、コンデンサ４５の容量性リアクタンスをＸ_Ｃ２とし、短絡板４４の誘導性リアクタンスをＸ_Ｌとすると、接地基板２６の電位Ｖ_３は下記式（１１）で示される。
Ｖ_３ ≒ （Ｘ_Ｃ１＋Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｃ２）×Ｉ ＝ （−１／（ω×Ｃ１）＋ω×Ｌ−１／（ω×Ｃ２））×Ｉ … （１１）
ここで、上記式（１０）より、接地基板２６の電位Ｖ_３は下記式（１２）で示される。
Ｖ_３ ≒ （−ω×Ｌ／２＋ω×Ｌ−ω×Ｌ／２）×Ｉ … （１２）
すなわち、接地基板２６の電位Ｖ_３は０となる。

また、このとき、コンデンサ４５の電位Ｖ_Ｃ２は下記式（１３）で示される。
Ｖ_Ｃ２ ≒ （Ｘ_Ｃ１＋Ｘ_Ｌ）×Ｉ ＝ （−１／（ω×Ｃ１）＋ω×Ｌ））×Ｉ … （１３）
ここで、上記式（１０）より、コンデンサ４５の電位Ｖ_Ｃ２は下記式（１４）で示される。
Ｖ_Ｃ２ ≒ １／２×ω×Ｌ×Ｉ … （１４）
一方、上記式（５）で示される従来のプラズマ処理装置の接地基板の電位Ｖ_１は、上記式（１０）より、下記式（１５）で示される。
Ｖ_１ ≒ Ｘ_Ｌ×Ｉ ＝ ω×Ｌ×Ｉ … （１５）
したがって、本実施の形態では、コンデンサ４５の電位Ｖ_Ｃ２を従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にすることができる。

また、コンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃ１は下記式（１６）で示される。
Ｖ_Ｃ１ ≒ Ｘ_Ｃ１×Ｉ ＝ −１／（ω×Ｃ１）×Ｉ … （１６）
ここで、上記式（１０）より、コンデンサ４５の電位Ｖ_Ｃ１は下記式（１７）で示される。
Ｖ_Ｃ１ ≒ −１／２×ω×Ｌ×Ｉ … （１７）
したがって、本実施の形態では、コンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃ１も従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にすることができる。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置４３によれば、コンデンサ３７に加え、短絡板４４及び接地基板２６の間にコンデンサ４５が介在し、該コンデンサ４５は接地基板２６に設けられる。また、コンデンサ３７，４５の静電容量Ｃ１，Ｃ２を調整することによってＣ１＝Ｃ２＝２／（ω^２×Ｌ）（上記式（１０））を成立させるので、Ｖ_３≒（−１／（ω×Ｃ１）＋ω×Ｌ−１／（ω×Ｃ２））×Ｉ （上記式（１１））で示される接地基板２６の電位Ｖ_３を０にすることができる。したがって、接地基板２６の近傍において容量結合プラズマや異常放電が発生するのを防止することができる。

また、コンデンサ４５の電位Ｖ_Ｃ２及びコンデンサ３７の電位Ｖ_Ｃ１を従来のプラズマ処理装置における接地基板の電位Ｖ_１の１／２にすることができるため、接地基板２６及びコンデンサ４５の間、並びにコンデンサ３７及びチャンバ１１の内壁の間における電位差をいずれも適切に低減することができ、もって、接地基板２６及びコンデンサ４５の間やコンデンサ３７及びチャンバ１１の内壁の間において容量結合プラズマや異常放電が発生するのを抑制することができる。

上述した各実施の形態は組み合わせてプラズマ処理装置に適用してもよい。例えば、プラズマ処理装置１０において短絡板３６の代わりに２つに分岐した短絡板４１を用いてもよく、また、プラズマ処理装置４３において短絡板４４の代わりに短絡板４１を用いてもよい。

上述した各実施の形態に係るプラズマ処理装置はインピーダンス調整部３１を備えているが、本発明を適用できるプラズマ処理装置はこれに限られず、例えば、インピーダンス調整部を必要としないプラズマ処理装置であってもよい。

上述した各実施の形態に係るプラズマ処理装置では、シャワーヘッド１２の上部電極板１３に高周波電源２０が接続されているが、本発明を適用できるプラズマ処理装置はこれに限られない。例えば、下部電極板２３にのみ高周波電源が接続されるプラズマ処理装置であってもよく、若しくは、上部電極板１３及び下部電極板２３のいずれにも別々の高周波電源が接続されるプラズマ処理装置であってもよい。

また、上述した各実施の形態に係るプラズマ処理装置では、下部絶縁部２５を介して下部電極板２３を支持する接地基板２６と、該接地基板２６及びチャンバ１１の内壁を短絡する短絡板とを備えたが、本発明を適用できるプラズマ処理装置はこれに限られない。例えば、上部絶縁部を介して上部電極板を支持し且つチャンバ１１の内壁から離間して配置された接地基板と、該接地基板及びチャンバの内壁を短絡する短絡板とを備えるプラズマ処理装置であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２における短絡板を示す正面図であり、図３（Ａ）は短絡板を２つに分岐した場合を示し、図３（Ｂ）は短絡板を３つに分岐した場合を示す。 金属からなる断面矩形の直線導体のインダクタンスの値と、該直線導体における幅−長さ比との関係を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 従来のプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

Ｇ ガラス基板
Ｓ 処理空間
１０，４０，４３ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１３ 上部電極板
２０ 高周波電源
２２ 上部絶縁部
２３ 下部電極板
２５ 下部絶縁部
２６ 接地基板
３６，４１，４４ 短絡板
３７，４５ コンデンサ
３７ａ，４５ａ 絶縁層
４１ａ 分岐路

Claims (8)

1. 基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板と、該接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板とを備えるプラズマ処理装置において、
   前記短絡板及び前記収容容器の内壁の間にコンデンサが介在し、該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記コンデンサの容量性リアクタンスをＸ_Ｃとし、前記短絡板の誘導性リアクタンスをＸ_Ｌとした場合、
   Ｘ_Ｃ＝−Ｘ_Ｌ／２
   が成立することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記コンデンサは絶縁層と、該絶縁層を狭持する２つの導電体とからなり、前記絶縁層はセラミックシート、溶射セラミック層及びフッ素樹脂層からなる群から選択された１つであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記短絡板及び前記接地基板の間に他のコンデンサが介在し、該他のコンデンサは前記接地基板に設けられ、
   前記コンデンサの静電容量をＣ１とし、前記短絡板の自己インダクタンスをＬとし、前記他のコンデンサの静電容量をＣ２とし、前記高周波電源が供給する高周波電力の周波数をｆとし、角周波数ωを２πｆとした場合、
   Ｃ１＝Ｃ２＝２／（ω^２×Ｌ）
   が成立することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板と、該接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板とを備えるプラズマ処理装置において、
   前記短絡板は断面が矩形の直線導体からなり、途中で少なくとも２つに分岐していることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 前記短絡板及び前記収容容器の内壁の間にコンデンサが介在し、該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板とを備えるプラズマ処理装置における前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する高周波電流の短絡回路であって、
   前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板と、該短絡板及び前記収容容器の内壁の間に介在するコンデンサとを有し、
   該コンデンサは前記収容容器の内壁に設けられることを特徴とする短絡回路。
8. 基板を収容する収容容器と、該収容容器内に配置されて前記基板を載置する載置台としての下部電極と、該下部電極に対向して配置され且つ前記収容容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方に接続された高周波電源と、前記下部電極又は前記上部電極の少なくとも一方を絶縁部を介して支持すると共に前記収容容器の内壁から離間して配置される接地基板とを備えるプラズマ処理装置における前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する高周波電流の短絡回路であって、
   前記接地基板及び前記収容容器の内壁を短絡する短絡板を有し、
   該短絡板は断面が矩形の直線導体からなり、途中で少なくとも２つに分岐していることを特徴とする短絡回路。

Images