JP2007220594A - プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置並びにプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、安価に均一にプラズマを生成させ得るプラズマ生成方法及びプラズマ生成装置並びにプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】各アンテナ２は同一とし、各アンテナ２への高周波電力の印加を、各アンテナ２に共通に設けた高周波電源４から一つの整合器５及び一本のブスバー３を介して行うようにし、ブスバー３を整合器５との接続部位を基準にアンテナ数と同数に区間分けし、各アンテナ一端部を、対応する区間部分３１、３２又は３３に電力供給線３１１、３２１又は３３１にて接続し、各アンテナ他端部は接地し、各ブスバー区間部分のインピーダンス及び各電力供給線のインピーダンスを各アンテナに流れる電流及び各アンテナに印加される電圧のそれぞれが同一となるように調整することで、各アンテナ２に供給される高周波電力を均一化して誘導結合プラズマを発生させる。
【選択図】図２

Description

本発明はガスプラズマを生成させるプラズマ生成方法及びプラズマ生成装置並びにかかるプラズマ生成装置を利用したプラズマ処理装置、すなわち、被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置に関する。

プラズマは、例えば、プラズマのもとで膜形成するプラズマＣＶＤ法及び装置、プラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する方法及び装置、プラズマのもとでエッチングを行うプラズマエッチング方法及び装置、プラズマからイオンを引き出してイオン注入やイオンドーピングを行う方法及び装置等に利用され、さらには、そのような方法や装置を利用して各種半導体デバイス（例えば液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタ）或いはそれ用の材料基板等を製造する装置などのように、プラズマを利用する各種装置に利用される。

プラズマ生成方法及び装置としては、例えば、容量結合型プラズマを生成するもの、誘導結合型プラズマを生成するもの、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを生成するもの、マイクロ波プラズマを生成するものなど、種々のタイプのものが知られている。

これらのうち、誘導結合型プラズマを生成するプラズマ生成方法及び装置では、プラズマ生成室内にできるだけ高密度で均一なプラズマを得るために、プラズマ生成室に対し高周波アンテナを設け、該高周波アンテナから該室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを生成する。

かかる高周波アンテナは、プラズマ生成室外に配置されることもあるが、投入される高周波電力の利用効率を向上させる等のために、プラズマ生成室内に配置することも提案されている。

また、例えば大面積の基板にプラズマのもとで薄膜を形成したり、複数の基板に一度にプラズマのもとで薄膜を形成する等のために、プラズマ生成室内に複数の高周波アンテナを設置することも提案されている。
例えば、特開２００１−３１７４号公報には、成膜室でもあるプラズマ生成室内に複数の高周波アンテナを設けた誘導結合型プラズマＣＶＤ装置が記載されている。

このように複数の高周波アンテナを用いて誘導結合型プラズマを生成させる場合、プラズマ生成室内にできるだけ均一にプラズマを生成するための工夫もなされている。
例えば、前記特開２００１−３１７４号公報には、複数の基板に薄膜を形成するにあたり、成膜室でもあるプラズマ生成室内の広い範囲にわたり均一なプラズマを生成させてそれら基板に均一な薄膜を形成できるようにするため、複数の高周波アンテナのそれぞれに一つずつ高周波電源及び整合器を設けることが記載されている。

このほか、複数の高周波アンテナに対し、一つの高周波電源から一つの整合器を介して電力供給するようにし、且つ、各高周波アンテナに高周波電力を均等に供給して広い範囲にわたり均一なプラズマを生成させるために、コンデンサやリアクトル回路等の受動素子の付加なども提案されてきた。

特開２００１−３１７４号公報

しかしながら、特開２００１−３１７４号公報に記載されているように、複数の高周波アンテナの一つずつにそれぞれ高周波電源を設ける場合、高周波電源は高価であるから、プラズマ生成装置が高価なものになってしまう。

この点、前記のもう一つの提案のように、高周波電源は複数の高周波アンテナに共通の一つとして、コンデンサやリアクトル回路等の受動素子を付加すれば、それだけ安価に済むが、プラズマが点灯している状態では、プラズマ生成条件、換言すればプラズマの状態よって高周波アンテナの負荷が変動し（例えば、プラズマの導電率が変化し、それによって高周波アンテナの負荷が変動し）、それに応じてアンテナのインピーダンスが変化してくるため、受動素子の付加ではかかる変化に対応できず、各高周波アンテナへの電力分布を十分制御できない。

そこで本発明は、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成方法であって、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給して、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させことができる方法を提供することを第１の課題とする。

また本発明は、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナが設置され、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成装置であって、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給して、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させことができる装置を提供することを第２の課題とする。

また本発明は、安価に、広い範囲にわたり均一なプラズマを生成させ、該プラズマのもとで被処理物に目的とする処理を安価に、均一に施せるプラズマ処理装置を提供することを第３の課題とする。

本発明者は前記課題を解決するため研究を重ね次のことを知見するに至った。
すなわち、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させる場合、安価にプラズマを発生させるためには、高周波電源として複数本の高周波アンテナに共通の電源を用いることが望ましく、該高周波電源から該電源に接続された整合器及び該整合器に接続されたブスバーを介して各高周波アンテナに高周波電力を供給すればよい。

その場合、各高周波アンテナを同一のものとしておいて、プラズマ点灯時（プラズマ生成において）各アンテナに流れる電流及び各アンテナに印加される電圧がそれぞれ同じになるようにすれば、プラズマ生成条件、換言すればプラズマの状態の変化に拘らず、各アンテナに供給される高周波電力が均一化され、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させることができる。

このように各アンテナに同じ電流が流れ、同じ電圧が印加されるようにするには、ブスバーを前記整合器との接続部位を基準にしてブスバー長手方向において高周波アンテナの数と同数に区間分けし、前記各高周波アンテナの一端部（電力供給側端部）を、該各区間部分に、一つの区間部分に対し一本の高周波アンテナを対応させて電力供給線にて接続するとともに、該各高周波アンテナの他端部を同一条件で接地状態に設定し、該ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスを調整すればよい。

各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整は、例えば、該ブスバーを帯板状のブスバーとし、各区間部分の長さ、厚み及び幅を調整することで、容易に行える。この場合厚みは一定としてもよい。
電力供給線のインピーダンスの調整は、例えば、電力供給線を断面形状及び断面積を同じとしてその長さを変えることで容易に調整できる。

かくして、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給して、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させことができる。

本発明は、かかる知見に基づき、前記第１の課題を解決するため、
プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成方法であり、該各高周波アンテナとして同一の高周波アンテナを採用し、該各高周波アンテナへの高周波電力の印加を、それら高周波アンテナに共通に設けた高周波電源から該高周波電源に接続された整合器及び該整合器に接続されたブスバーを介して行うようにし、該ブスバーを前記整合器との接続部位を基準にしてブスバー長手方向において前記高周波アンテナの数と同数に区間分けし、前記各高周波アンテナの一端部を、該各区間部分に、一つの区間部分に対し一本の高周波アンテナを対応させて電力供給線にて接続するとともに、該各高周波アンテナの他端部を同じ接地条件で接地状態に設定し、該ブスバー及び該電力供給線を接地電位のシールドケースで囲み、該ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスをプラズマ生成時に各高周波アンテナに流れる電流及び各高周波アンテナに印加される電圧がそれぞれ同一となるように調整することで、該各高周波アンテナに供給される高周波電力を均一化して前記誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成方法を提供する。

また、本発明は、前記第２の課題を解決するため、
プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナが設置され、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成装置であり、該各高周波アンテナは同一の高周波アンテナであり、該各高周波アンテナへの高周波電力の印加が、それら高周波アンテナに共通に設けられた高周波電源から該高周波電源に接続された整合器及び該整合器に接続されたブスバーを介して行われ、該ブスバーは、前記整合器との接続部位を基準にしてブスバー長手方向において前記高周波アンテナの数と同数に区間分けされ、前記各高周波アンテナの一端部が、該各区間部分に、一つの区間部分に対し一本の高周波アンテナを対応させて電力供給線にて接続されており、該各高周波アンテナの他端部は同じ接地条件で接地状態に設定されており、該ブスバー及び該電力供給線は接地電位のシールドケースで囲まれており、該ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスが、プラズマ生成時に各高周波アンテナに流れる電流及び各高周波アンテナに印加される電圧がそれぞれ同一となるように調整されていることで、該各高周波アンテナに供給される高周波電力を均一化して前記誘導結合プラズマを発生させることができるプラズマ生成装置を提供する。

本発明に係る上記プラズマ生成方法における「該各高周波アンテナの他端部を同じ接地条件で接地状態に設定し、」及びプラズマ生成装置における「各高周波アンテナの他端部は同じ接地条件で接地状態に設定されており、」の「同じ接地条件による接地状態」とは、各高周波アンテナが接地されたプラズマ生成室に直付け接続されていることで接地されている状態、各高周波アンテナが断面積、長さ、材質等の点で同じ接地線を用いて同じようにプラズマ生成室に接続されることで接地されている状態、各高周波アンテナが断面積、長さ、材質等の点で同じ接地線を用いて同じように直接的に接地されることで接地されている状態等を指し、要するに、各高周波アンテナが同じ接地条件で接地状態に設定されている状態を指している。

本発明に係るプラズマ生成方法及びプラズマ生成装置における「ブスバーの各区間部分のインピーダンスの調整」、「該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスの調整」のいずれのインピーダンスの調整についても、厳密には、内部インピーダンス、空間インピーダンス、アドミタンスを考慮すべきであり、そうしてもよいが、内部インピーダンスやアドミタンスは空間インピーダンスに比べて小さいので、「ブスバーの各区間部分のインピーダンスの調整」及び「電力供給線のインピーダンスの調整」のいずれについても、空間インピーダンスを調整することで行っても実用上差し支えない。

本発明に係る上記プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置のいずれにおいても以下のことが言える。
プラズマ生成室内に設置するアンテナの本数は複数本でよいが、従来では、高周波電源を複数本の高周波アンテナに共通のものを採用したとき、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給することが困難であった、特に３本以上の高周波アンテナを採用する場合に、本発明を適用する利点が大きい。

前記各高周波アンテナの一端部のブスバー区間部分への接続部位の代表例として、各高周波アンテナの一端部を、該高周波アンテナが接続されるべきブスバー区間部分の、前記整合器接続部位から遠い方の端部に接続する場合を挙げることができる。

前記ブスバーの各区間部分のインピーダンスを比較的容易に調整できる例として次のものを挙げることができる。
すなわち、前記ブスバーとして、帯板形状のブスバーを採用し、前記各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整を、該ブスバー区間部分のブスバー長手方向における長さ、厚み及び幅を調整することで行う場合である。なお、ここでいう「調整」には、「厚みについては一定にする」といった調整も含まれる。
帯板形状のブスバーは、厚みより幅を切削加工等によりより容易に変更できる場合が多いから、各区間部分のインピーダンスの調整をより容易にするために、全区間部分についてその厚みは一定としてもよい。

本発明は前記第３の課題を解決するため、被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、プラズマ源として以上説明した本発明に係るプラズマ生成装置のいずれかを採用したプラズマ処理装置も提供する。

本発明に係るプラズマ処理装置は、本発明に係るプラズマ生成装置を利用したものであるから、安価に、広い範囲にわたり均一なプラズマを生成させ、該プラズマのもとで被処理物に目的とする処理を安価に、均一に施せる利点がある。

かかるプラズマ処理装置の例として、プラズマＣＶＤ装置、プラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する装置、プラズマによるエッチング装置、プラズマからイオンを引き出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置、さらには、そのような装置を利用して各種半導体デバイス（例えば液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタ）或いはそれ用の材料基板等を製造する装置などのように、プラズマを利用する各種装置を例示できる。

以上説明したように本発明によると、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成方法であって、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給して、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させことができる方法を提供することができる。

また本発明によると、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナが設置され、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成装置であって、プラズマ生成におけるアンテナインピーダンスの変化に拘らず、各高周波アンテナに安価に均一に高周波電力を供給して、それだけプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生させことができる装置を提供することができる。

さらに、本発明によると、安価に、広い範囲にわたり均一なプラズマを生成させ、該プラズマのもとで被処理物に目的とする処理を安価に、均一に施せるプラズマ処理装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係るプラズマ生成方法の１例を実施できるプラズマ生成装置の１例を利用したプラズマ処理装置例（プラズマＣＶＤ装置）を示している。図２は図１のプラズマ処理装置における高周波電源、整合器、ブスバー及び高周波アンテナ等を抽出して示す図である。

図１のプラズマ処理装置は、プラズマ生成室を兼ねる成膜室１を備えている。成膜室１内には天井壁１１から３本の同一の高周波アンテナ２が架設されている。各高周波アンテナ２は絶縁性部材２０で被覆されており、該部材２０ごと室天井壁１１に設けられている。
３本のアンテナ２は、本例では同じ形状、寸法の倒立門形状或いはコの字形状とも言えるものである。各アンテナ２は、図２に示すように高さａ、幅ｂであり、図３（Ａ）に示すように、外周半径がＲ、内周半径がｒの断面円形の銅製パイプからなっている。

室１の天井壁１１の上方には一本のブスバー３が配置されており、このブスバーに、３本のアンテナ２に共通に用いられる高周波電源４（本例では周波数１３．５６ＭＨｚ）が整合器５を介して接続されている。
ブスバー３はアルミニゥム製の断面矩形のシールドケース３０で囲まれている。シールドケース３０はブスバー３を囲ってプラズマ生成室１の天井壁１１に接続され、接地電位に設定されている。

ブスバー３は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、断面形状が矩形で、厚みｔ及び上下方向の幅ｗが一定の帯板状の銅製バーであり、全体が三つの区間部分３１、３２、３３に分けられている。但し、三つの区間部分３１〜３３は分断されているわけではなく一体的に連続している。各区間部分のブスバー長手方向の長さ、すなわち、区間部分３１の長さＬ１、区間部分３２の長さＬ２、区間部分３３の長さＬ３は、区間部分３１と３２とは同じ（Ｌ１＝Ｌ２）であり、区間部分３３の長さＬ３はそれらより短い（Ｌ３＜Ｌ１，Ｌ２）。

整合器５はブスバー区間部分３１と３２の境界部位に接続されている。
区間部分３１、３２、３３のそれぞれにおける整合器５から遠い方の端部にアンテナ２が一本ずつ、その一端部（電力供給側端部）で接続されている。さらに言えば、区間部分３１に対するアンテナ２は電力供給線３１１で接続されており、区間部分３２に対するアンテナ２は電力供給線３２１で接続されており、区間部分３３に対するアンテナ２は電力供給線３３１で接続されている。

各アンテナ２の他端部は、接地された室１に、同一の接地線（断面形状、長さ、材質等の点で同一の接地線）３００で接続されている。すなわち、各アンテナ２は同じ接地条件で接地状態に設定されている。

電力供給線３１１〜３３１のそれぞれ及び各接地線３００は、長さの点を除けばアンテナ２と同じ銅製パイプからなり、アンテナ２から一体的に連続している。
電力供給線３１１、３２１、３３１及び各接地線３００もシールドケース３０で囲まれている。

室１内にはさらに、被処理基板６を設置する基板ホルダ７が配置されている。ホルダ７は、これに搭載される被処理基板６を加熱できるヒータ７１を有している。ホルダ７は室１とともに接地されている。

また、室１内には、ガス供給部８１、８２からそれぞれ所定のガスを供給できるようになっている。本例では基板６上にシリコン薄膜を形成できるように、ガス供給部８１はモノシランガスを、ガス供給部８２は水素ガスを、室１内へ供給する。
室１にはさらに、室１内から排気して室１内を所定の減圧状態に設定するための排気装置９も接続されている。

以上説明したプラズマ生成室を兼ねる室１、アンテナ２、ブスバー３、高周波電源４、整合器５、各アンテナ２に対する電力供給線３１１〜３３１及び接地線３００、ガス供給部８１、８２及び排気装置９等はプラズマ生成装置を構成している。
プラズマ生成装置については後ほどさらに詳述する。

以上説明したプラズマ処理装置によると、室１の図示省略のゲートを開けてホルダ７に被処理基板６を設置した後該ゲートを気密に閉じ、その状態で排気装置９により室１内を所定の成膜圧力より低圧まで減圧する一方、必要に応じ基板６をヒータ７１にて所定成膜温度へ向け加熱し、さらにガス供給部８１、８２からシランガス及び水素ガスをそれぞれ所定量室１内へ供給するとともに室１内圧を排気装置９にて所定の成膜圧に維持しつつ各アンテナ２に高周波電力を供給して、室１内に誘導結合プラズマを発生させ、該プラズマのもとで基板６上にシリコン薄膜を形成することができる。

再びプラズマ生成装置の部分についてさらに説明する。
本例のプラズマ生成装置では、プラズマ生成において各アンテナ２に均等に高周波電力が分配供給され、それにより室１内にできるだけ均一にプラズマが生成され、基板６に均一にシリコン薄膜が形成されるように工夫がなされている。
すなわち、プラズマ生成において各アンテナ２に均等に高周波電力が分配供給されるように、各アンテナ２に同一の電流（大きさも位相も同じ電流）が流れ、同一の電圧が印加されるようにすべく、ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び各電力供給線のインピーダンスが調整されている。ブスバーの各区間部分のインピーダンスの調整及び各電力供給線のインピーダンスの調整は、本例では、内部インピーダンスやアドミタンスに比べて大きい空間インピーダンスを調整することで行われている。

図４は、ブスバー３、電力供給線３１１〜３３１、アンテナ２を含む回路を等価回路的に示す図である。
図４において、Ｚｂ１はブスバー区間部分３１の空間インピーダンス、Ｚｂ２はブスバー区間部分３２の空間インピーダンス、Ｚｂ３はブスバー区間部分３３の空間インピーダンスである。Ｚ１は電力供給線３１１のうち、その長さから一番短い電力供給線３３１の長さを差し引いた長さ部分、すなわち線３３１の長さに対し長くなっている部分の空間インピーダンス、Ｚ２は電力供給線３２１のうち、その長さから一番短い電力供給線３３１の長さを差し引いた長さ部分、すなわち線３３１の長さに対し長くなっている部分の空間インピーダンスである。
Ｚａは、それぞれ同一である高周波アンテナ２のプラズマ生成時のインピーダンスである。

図４の回路において、プラズマ点灯時にブスバー区間部分３１に接続されたアンテナ２に流れる電流をＩ₁ 、区間部分３２に接続されたアンテナ２に流れる電流をＩ₂ 、区間部分３３に接続されたアンテナ２に流れる電流をＩ₃ とし、各アンテナ２に同一の電流（大きさも位相も同じ電流）が流れるとすると、そのとき各アンテナ２に印加される電圧をＶとすれば、以下の式が成立しなければならない。

ここで上記式は線形なので規格化して、Ｉ₁ ＝Ｉ₂ ＝Ｉ₃ ＝１とおくことができる。
従って、（Ｚｂ１＋Ｚ１）＝（Ｚｂ２＋Ｚ２）＋（Ｚｂ２）＝（Ｚｂ２）＋（Ｚｂ２＋Ｚｂ３）の関係が成立していなければはならない。

換言すれば、この式を満足させるように空間インピーダンスＺｂ１〜Ｚｂ３、Ｚ１、Ｚ２を決定すれば、各アンテナ２に均等に高周波電力を分配供給できる。しかも、この式には各アンテナのインピーダンスは現れていないから、プラズマ生成におけるプラズマの状態変化に拘らず、各アンテナのインピーダンスが揃って同じように変化する限り、各アンテナ２に均等に高周波電力を分配供給できる。

それには限定されないが、本例では、ブスバー３の厚みｔ＝２ｍｍ、上下方向の幅ｗ＝９ｃｍ、ブスバー区間部分３１の長さＬ１＝区間部分３２の長さＬ２＝２３ｃｍ、区間部分３３の長さＬ３＝１５ｃｍにそれぞれ設定している。
ブスバー３を囲むシールドケース３０は、ブスバー３の厚みｔと同方向の内寸法が１５ｃｍ、幅ｗと同方向の内寸法が１８ｃｍの断面矩形の箱体である。
ブスバー３の単位長さあたりの空間インピーダンスは略ｊ２２Ω／ｍである。

従って、
ブスバー区間部分３１のインピーダンスＺｂ１＝ｊ５Ω、
ブスバー区間部分３２のインピーダンスＺｂ２＝ｊ５Ω、
ブスバー区間部分３３のインピーダンスＺｂ３＝ｊ３Ωとみることができる。

また、アンテナ２及びそれから一体的に連続している電力供給線３１１〜３３１のそれぞれ及び各接地線３００は前記のとおり銅製パイプからなっており、それには限定されないが、本例では、その外周半径Ｒ＝２．５ｍｍ、内周半径ｒ＝１．５ｍｍに設定している。なお、プラズマ生成室１内の高周波アンテナ２の寸法は、それには限定されていが、本例では、高さａ＝１０ｃｍ、幅ｂ＝１５ｃｍ、全長３５ｃｍである。
プラズマ生成室１から電力供給線（銅製パイプ）３１１〜３３１とブスバー３との接続位置までの高さｈは本例では１０ｃｍに設定してある。
該銅製パイプの単位長さあたりの空間インピーダンスは略ｊ７５Ω／ｍである。

既述のとおり、各アンテナ２に流れる電流を均一化して、各アンテナに均一な電力を供給するには、
（Ｚｂ１＋Ｚ１）＝（Ｚｂ２＋Ｚ２）＋（Ｚｂ２）＝（Ｚｂ２）＋（Ｚｂ２＋Ｚｂ３）の関係が成立しなければならない。
つまり、ｊ５＋Ｚ１＝ｊ１０＋Ｚ２＝ｊ１３としなければならない。
よって、Ｚ１＝ｊ８Ω、Ｚ２＝ｊ３Ωとなる。

Ｚ１＝ｊ８Ωは既述のとおり、アンテナと同じ銅製パイプからなる電力供給線３１１のうち、一番短い電力供給線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンスであり、該銅製パイプの単位長さあたりのインピーダンスはｊ７５Ω／ｍであるから、該長くなっている部分の長さを１１ｃｍとすればよいこと、換言すれば、線３３１に対し、線３１１の長さを１１ｃｍ長くすればよいことになる。

Ｚ２＝ｊ３Ωは既述のとおり、電力供給線３２１のうち、一番短い電力供給線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンスであるから、同様に計算して、該長くなっている部分の長さを４ｃｍとすればよいこと、換言すれば、線３３１に対し、線３２１の長さを４ｃｍ長くすればよいことになる。

図１、図２に示すブスバー区間部分３１とアンテナ２とを接続している電力供給線３１１は、区間部分３３とアンテナ２とを接続している電力供給線３３１に対し１１ｃｍ長くなっており、区間部分３２とアンテナ２とを接続する電力供給線３２１は電力供給線３３１に対し４ｃｍ長くしてある。
かくして、図１に示す装置においては、プラズマ生成において、各アンテナ２に均等に高周波電力を供給してそれだけ均一なプラズマを生成させることができる。

以上説明した例では、ブスバー３は厚みｔ及び上下方向幅ｗを一定のものとし、電力供給線３１１、３２１の長さを電力供給線３３１に対し調整したが、さらにブスバー３の区間部分のインピーダンスも調整してもよい。

例えば、ブスバー全体は前記と同様に銅製のバーとし、ブスバー区間部分３２、３３については、厚みｔ＝２ｍｍ、上下方向幅ｗ＝９ｃｍとし、区間部分３１については、厚みｔ＝２ｍｍ、上下方向幅ｗ’＝３ｃｍとする場合について説明する。
この場合、区間部分３２、３３のそれぞれの単位長さあたりの空間インピーダンスは前記ブスバーと同様ｊ２２Ω／ｍであり、幅ｗ’＝３ｃｍの区間部分３１１の単位長さあたりの空間インピーダンスはｊ４０Ω／ｍである。

従って、
長さＬ１＝２３ｃｍのブスバー区間部分３１のインピーダンスＺｂ１＝ｊ９Ω、
長さＬ２＝２３ｃｍのブスバー区間部分３２のインピーダンスＺｂ２＝ｊ５Ω、
長さＬ２＝１５ｃｍのブスバー区間部分３３のインピーダンスＺｂ３＝ｊ３Ωとみることができる。
電力供給線については前記同じく単位長さあたりインピーダンスがｊ７５Ω／ｍの銅製パイプを採用する。

既述のとおり、各アンテナ２に流れる電流を均一化して、各アンテナに均一な電力を供給するには、
（Ｚｂ１＋Ｚ１）＝（Ｚｂ２＋Ｚ２）＋（Ｚｂ２）＝（Ｚｂ２）＋（Ｚｂ２＋Ｚｂ３）の関係が成立しなければならない。
つまり、ここでは、ｊ９＋Ｚ１＝ｊ１０＋Ｚ２＝ｊ１３としなければならない。
よって、Ｚ１＝ｊ４Ω、Ｚ２＝ｊ３Ωとなる。

Ｚ１＝ｊ４Ωは、電力供給線３１１のうち、一番短い電力供給線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンスであり、該銅製パイプの単位長さあたりのインピーダンスはｊ７５Ω／ｍであるから、該長くなっている部分の長さを５ｃｍとすればよいこと、換言すれば、線３３１に対し、線３１１の長さを５ｃｍ長くすればよいことになる。

Ｚ２＝ｊ３Ωは、電力供給線３２１のうち、一番短い電力供給線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンスであるから、同様に計算して、該長くなっている部分の長さを４ｃｍとすればよいこと、換言すれば、線３３１に対し、線３２１の長さを４ｃｍ長くすればよいことになる。

図５は、このように、ブスバー区間部分３１の幅ｗ’を３ｃｍ、区間部分３２、３３の幅ｗ＝９ｃｍとし、区間部分３１とアンテナ２とを接続している電力供給線３１１は、区間部分３３とアンテナ２とを接続している電力供給線３３１に対し５ｃｍ長くし、区間部分３２とアンテナ２とを接続する電力供給線３２１は電力供給線３３１に対し４ｃｍ長くした例を示している。このようにしても、プラズマ生成において、各アンテナ２に均等に高周波電力を供給してそれだけ均一なプラズマを生成させることができる。

ブスバーの単位長さ（１ｍ）あたりの空間インピーダンスは、近似式として、１９９８年１月２０日株式会社コロナ社発行の「分布定数回路論」（関根泰次監修、雨谷昭弘著）７０頁に記載の式３．３８中の式（ｊωμ₀ ／２Π）×ｌｏｇe （ｒ３／ｒ２）により求めることができる。

上記式において、μ₀ は真空の透磁率（４Π×１０^-7）であり、
ωは印加される高周波電力の角周波数であり、従ってω／２Πは高周波電力の周波数（本例では１３．５６ＭＨｚ）である。

ｒ２は、任意断面導体を中空円形導体で近似させたときの、該中空円形導体の外径（等価半径）（ｒ２〔ｍ〕）である。ｒ２は同文献「分布定数回路論」の６７頁に式３．３３として記載されている次式により求めることができる。
ｒ２＝導体外周長Ｌ／２Π〔ｍ〕

一方、ｒ３は、該導体を囲む接地電位導体までの空間の等価半径であり、同じく「分布定数回路論」の６７頁に式３．３３から、
ｒ３＝接地電位導体内周長／２Π〔ｍ〕として求めることができる。

例えば、図２及び図３（Ｂ）に示すブスバー３（厚みｔ＝２ｍｍ＝０．２×１０^-2ｍ、、幅ｗ＝９ｃｍ＝９×１０^-2ｍ）の単位長さ（１ｍ）当たりの空間インピーダンスＺは次のように計算できる。
ブスバー外周長Ｌ＝（０．２×１０^-2ｍ＋９×１０^-2ｍ）×２＝１８．４×１０ ^-2ｍ ブスバーを断面円形バーに近似させたときの
円形バー外径ｒ２＝Ｌ／２Π＝１８．４×１０ ^-2ｍ／２×Π≒２．９３×１０^-2ｍ

一方、ブスバー３を囲っている接地電位のシールドケース３０内周長Ｌ’＝（１５＋１８）×２×１０^-2ｍ＝６６×１０^-2ｍ
シールドケース３０の等価半径ｒ３＝６６×１０^-2ｍ／２Π＝１０．５×１０^-2ｍ

従ってブスバー３のインピーダンスＺは、
Ｚ＝（ｊωμ₀ ／２Π）×ｌｏｇｅ（ｒ３／ｒ２）
＝ｊｆμ₀ ×ｌｏｇｅ（ｒ３／ｒ２）
＝ｊ×１３．５６×μ₀ ×ｌｏｇｅ（１０．５／２．９３）
≒ｊ２２Ω／ｍ
となる。

また、電力供給線である銅製パイプ（外径Ｒ＝０．２５×１０^-2ｍ）の単位長さ（１ｍ）当たりの空間インピーダンスＺは次のように計算できる。
この場合、前記インビーダンス計算式におけるｒ２はＲ＝０．２５×１０^-2ｍであり、ｒ３は２×ｈ＝２×１０×１０^-2ｍである。

電力供給線の長さとシールドケースの等価半径は、本例では、構造上近い寸法（約１０ｃｍ）である。
本例で用いているインピーダンスの計算式は、等価半径より線の長さが十分長い場合の近似式で、線の端部の漏れ磁界の影響を考慮していない。しかし、電力供給線のインピーダンスを求めるにあたっては、この端部の影響も考慮するため等価半径に２倍の係数を与えて（前記２×ｈ）として、インピーダンスを計算する。

従って銅製パイプのインピーダンスＺは、
Ｚ＝（ｊωμ₀ ／２Π）×ｌｏｇｅ（２ｈ／Ｒ）
＝ｊ×１３．５６×μ₀ ×ｌｏｇｅ（２０／０．２５）
≒ｊ７５Ω／ｍ
となる。

本発明は、プラズマのもとで被処理物に目的とする処理を施す各種分野において利用できる。

本発明に係るプラズマ生成装置の１例を利用したプラズマ処理装置の１例（プラズマＣＶＤ装置）を示す図である。 図１のプラズマ処理装置における高周波電源、整合器、ブスバー及び高周波アンテナ等を抽出して示す図である。 図３（Ａ）はアンテナ等を構成している銅製パイプの断面図であり、図３（Ｂ）はブスバーの断面図である。 図１のプラズマ処理装置におけるブスバー、高周波アンテナ等を含む回路を等価回路で示す図である。 本発明に係るプラズマ生成装置の要部の他の例を示す図である。

符号の説明

１ プラズマ生成室を兼ねる成膜室
１１ 室１の天井壁
２ 高周波アンテナ
２０ 絶縁性部材
３ ブスバー
３１、３２、３３ ブスバーの区間部分
３１１、３２１、３３１ 電力供給線
３００ 接地線
４ 高周波で威厳
５ 整合器
６ 被処理基板
７ 基板ホルダ
７１ ヒータ
８１ モノシランガス供給部
８２ 水素ガス供給部
９ 排気装置
Ｚｂ１、Ｚｂ２、Ｚｂ３ ブスバー区間部分のインピーダンス
Ｚ１ 線３１１のうち線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンス
Ｚ２ 線３２１のうち線３３１に対し長くなっている部分のインピーダンス

Claims (11)

1. プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成方法であり、該各高周波アンテナとして同一の高周波アンテナを採用し、該各高周波アンテナへの高周波電力の印加を、それら高周波アンテナに共通に設けた高周波電源から該高周波電源に接続された整合器及び該整合器に接続されたブスバーを介して行うようにし、該ブスバーを前記整合器との接続部位を基準にしてブスバー長手方向において前記高周波アンテナの数と同数に区間分けし、前記各高周波アンテナの一端部を、該各区間部分に、一つの区間部分に対し一本の高周波アンテナを対応させて電力供給線にて接続するとともに、該各高周波アンテナの他端部を同じ接地条件で接地状態に設定し、該ブスバー及び該電力供給線を接地電位のシールドケースで囲み、該ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスをプラズマ生成時に各高周波アンテナに流れる電流及び各高周波アンテナに印加される電圧がそれぞれ同一となるように調整することで、該各高周波アンテナに供給される高周波電力を均一化して前記誘導結合プラズマを発生させることを特徴とするプラズマ生成方法。
2. 前記高周波アンテナの本数は３本以上である請求項１記載のプラズマ生成方法。
3. 前記各高周波アンテナの一端部は、該高周波アンテナが接続されるべき前記ブスバー区間部分の、前記整合器接続部位から遠い方の端部に接続する請求項１又は２記載のプラズマ生成方法。
4. 前記ブスバーとして、帯板形状のブスバーを採用し、前記各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整を、該ブスバー区間部分のブスバー長手方向における長さ、厚み及び幅を調整することで行う請求項１、２又は３記載のプラズマ生成方法。
5. 前記各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整を、該区間部分の厚みを一定として行う請求項４記載のプラズマ生成方法。
6. プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナが設置され、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成装置であり、該各高周波アンテナは同一の高周波アンテナであり、該各高周波アンテナへの高周波電力の印加が、それら高周波アンテナに共通に設けられた高周波電源から該高周波電源に接続された整合器及び該整合器に接続されたブスバーを介して行われ、該ブスバーは、前記整合器との接続部位を基準にしてブスバー長手方向において前記高周波アンテナの数と同数に区間分けされ、前記各高周波アンテナの一端部が、該各区間部分に、一つの区間部分に対し一本の高周波アンテナを対応させて電力供給線にて接続されており、該各高周波アンテナの他端部は同じ接地条件で接地状態に設定されており、該ブスバー及び該電力供給線は接地電位のシールドケースで囲まれており、該ブスバーの各区間部分のインピーダンス及び該各区間部分に高周波アンテナを接続する前記電力供給線のインピーダンスが、プラズマ生成時に各高周波アンテナに流れる電流及び各高周波アンテナに印加される電圧がそれぞれ同一となるように調整されていることで、該各高周波アンテナに供給される高周波電力を均一化して前記誘導結合プラズマを発生させることができることを特徴とするプラズマ生成装置。
7. 前記高周波アンテナの本数は３本以上である請求項６記載のプラズマ生成装置。
8. 前記各高周波アンテナの一端部は、該高周波アンテナが接続されるべき前記ブスバー区間部分の、前記整合器接続部位から遠い方の端部に接続されている請求項６又は７記載のプラズマ生成装置。
9. 前記ブスバーは帯板形状のブスバーであり、前記各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整が、該ブスバー区間部分のブスバー長手方向における長さ、厚み及び幅を調整することで行われている請求項６、７又は８記載のプラズマ生成装置。
10. 前記各ブスバー区間部分のインピーダンスの調整が、該区間部分の厚みを一定として行われている請求項９記載のプラズマ生成装置。
11. 被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、プラズマ源として請求項６から１０のいずれかに記載のプラズマ生成装置を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。