JP2013258098A - プラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法 - Google Patents

プラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】装置の構成を簡素化できるとともに、プラズマの生成効率の低下を防止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、チャンバ１１と、該チャンバ１１の内部に配置されて基板Ｓを載置する載置台１２と、チャンバ１１の外部において載置台１２と対向するように配置されて高周波電源２６に接続されるＩＣＰアンテナ１３と、ＩＣＰアンテナ１３と対向するチャンバ１１の壁部を構成し、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３の間に介在する、導電体からなる窓部材１４と、窓部材１４に両端が接続される導線２８とを備え、窓部材１４及び導線２８は閉回路を形成し、導線２８はコンデンサ２９を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）アンテナを用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法に関する。
チャンバと、チャンバの外に配置されたＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）アンテナとを備えるプラズマ処理装置では、ＩＣＰアンテナと対向するチャンバの天井部が誘電体、例えば、石英からなる誘電体窓によって構成される。このプラズマ処理装置では、高周波電源に接続されたＩＣＰアンテナを高周波電流が流れ、該高周波電流はＩＣＰアンテナに磁力線を発生させる。発生した磁力線は誘電体窓を透過してチャンバ内においてＩＣＰアンテナに沿って磁界を生じさせる。該磁界が時間的に変化すると誘導電界を生じ、該誘導電界によって加速された電子がチャンバ内に導入された処理ガスの分子や原子と衝突してプラズマが生じる。誘導電界はＩＣＰアンテナに沿うように発生するため、チャンバ内においてプラズマもＩＣＰアンテナに沿うように発生する。
誘電体窓は減圧環境であるチャンバの内部と大気圧環境であるチャンバの外部とを仕切るため、圧力差に耐えうる剛性が確保できる厚みが必要である。また、チャンバに収容されてプラズマ処理が施される基板、例えば、ＦＰＤ（Flat Panel Display）の大型化は今後も進展することが予想されるため、基板と対向する誘電体窓を大型化する必要があり、大型化された際の剛性を確保する必要があることから、誘電体窓をさらに厚くする必要がある。
ところが、誘電体窓が厚くなればなるほど、誘電体窓の重量は増加し、またコストも上昇するので、チャンバの天井部を剛性が高く安価な導電体、例えば、金属からなる導電体窓によって構成することが提案されている。導電体窓では金属が磁力線を遮蔽するため、該導電体窓を貫通するスリットを設け、該スリットを介して磁力線を透過させる。但し、設けられるスリットの数や大きさには制限があるため、導電体窓では磁力線の透過効率が低下し、その結果、チャンバ内においてプラズマの生成効率が低下する。
一方、コンデンサ付きのフローティングコイルをチャンバの外であって、ＩＣＰアンテナの近傍に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このフローティングコイルにはＩＣＰアンテナが発生する磁力線による電磁誘導によって誘導電流が流れ、該誘導電流はフローティングコイルに磁力線を発生させ、発生した磁力線は誘電体窓を透過してチャンバ内においてフローティングコイルに沿って磁界を生じさせる。すなわち、チャンバ内にはＩＣＰアンテナに沿う磁界だけでなくフローティングコイルに沿う磁界も発生するため、フローティングコイルが補助アンテナの役割を果たし、チャンバ内において生じる誘導電界が強くなり、その結果、プラズマの生成効率の低下を防止することができる。
特開２０１１−１１９６５９号
導電体窓と対向するＩＣＰアンテナにおいても、上述の特許文献１の技術を適用して誘導電界を補強することが考えられるが、上述した特許文献１の技術では、ＩＣＰアンテナや導電体窓とは別に独立したフローティングコイルを設ける必要があるため、装置の構成が複雑になるという問題がある。
本発明の目的は、装置の構成を簡素化できるとともに、プラズマの生成効率の低下を防止することができるプラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法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、基板を収容する処理室と、該処理室の内部に配置されて前記基板を載置する載置台と、前記処理室の外部において前記載置台と対向するように配置されて高周波電源に接続される誘導結合アンテナとを備えるプラズマ処理装置において、前記誘導結合アンテナと対向する前記処理室の一の壁部であって、前記処理室の他の壁部と電気的に直接導通しない前記一の壁部を構成し、且つ前記載置台及び前記誘導結合アンテナの間に介在する、導電体からなる窓部材と、前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有す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、前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整され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、前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導線及び前記窓部材の接続位置が変更され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乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記分割片の少なくとも一つに対応して前記導線が設けられ、前記導線が対応して設けられた前記分割片に前記導線の両端が接続さ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は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続され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、前記誘導結合アンテナは前記一の分割片にのみ対向することを特徴とする。
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は隣接するとともに間に配置された誘電体によって分離されて互いに電気的に導通しないように直接接触せず、前記一の分割片及び前記他の分割片の間の前記誘電体の一部が薄く形成されることを特徴とする。
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記配線は、前記誘導結合アンテナから生じる磁力線が通過する通過面を形成するように巻回されることを特徴とする。
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記コンデンサは容量可変コンデンサであり、前記処理室内のプラズマの密度及び密度分布の少なくとも一方に応じて前記コンデンサの静電容量が調整さ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１０記載のプラズマ生成装置は、減圧室内にプラズマを生成させるプラズマ生成装置であって、前記減圧室の外部に配置されて高周波電源に接続される誘導結合アンテナと、該誘導結合アンテナ及び前記減圧室内のプラズマの間に介在する、導電体からなる窓部材と、前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有することを特徴とする。
請求項１１記載のプラズマ生成装置は、請求項１０記載のプラズマ生成装置において、前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする。
請求項１２記載のプラズマ生成装置は、請求項１０又は１１記載のプラズマ生成装置において、前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続さ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１３記載のアンテナ構造体は、高周波電源に接続される誘導結合アンテナを備えるアンテナ構造体において、前記誘導結合アンテナ及び前記誘導結合アンテナにより生成されるプラズマの間に介在する、導電体からなる窓部材と、前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有することを特徴とする。
請求項１４記載のアンテナ構造体は、請求項１３記載のアンテナ構造体において、前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする。
請求項１５記載のアンテナ構造体は、請求項１３又は１４記載のアンテナ構造体において、前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続さ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１６記載のプラズマ生成方法は、高周波電源に接続される誘導結合アンテナと、前記誘導結合アンテナ及びプラズマの間に介在する導電体からなる窓部材と、導線とを備え、前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有するアンテナ構造体を用いたプラズマ生成方法であって、前記導線の両端を前記窓部材に接続して閉回路を形成し、前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量を調整することを特徴とする。
請求項１７記載のプラズマ生成方法は、請求項１６記載のプラズマ生成方法において、前記コンデンサは容量可変コンデンサであり、前記プラズマの密度及び密度分布の少なくとも一方に応じて前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする。
本発明によれば、高周波電源に接続される誘導結合アンテナと対向する、導電体からなる窓部材に導線の両端が接続されて閉回路が形成され、導線は少なくとも１つのコンデンサを有する。これにより、誘導結合アンテナから発生する磁界が電磁誘導によって閉回路に誘導電流を生成し、該誘導電流は閉回路を構成する窓部材に沿って磁界を生じさせ、当該窓部材に沿って生じた磁界が誘導電界を生じさせ、結果としてプラズマを生成するので、コンデンサの容量を変化させて閉回路のリアクタンスを調整して閉回路に生成された誘導電流を制御することにより、独立したフローティングコイルを設けることなくプラズマの生成効率の低下を防止することができる。すなわち、装置の構成を簡素化できるとともに、プラズマの生成効率の低下を防止することができる。
本発明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１における窓部材及びＩＣＰアンテナの構成を概略的に示す斜視図である。 図２における閉回路に生成される誘導電流を説明するための図である。 閉回路の有無と処理空間における電子密度の分布との関係を示すグラフである。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第1の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第２の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第３の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第４の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第５の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第６の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第７の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第８の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第９の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第１０の変形例を示す斜視図である。 図２の窓部材及びＩＣＰアンテナの第１１の変形例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置の構成を概略的に示す断面図である。
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、本発明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１において、プラズマ処理装置１０は、例えば、ＦＰＤ用のガラス基板（以下、単に「基板」という。）Ｓを収容するチャンバ１１（処理室、減圧室）と、該チャンバ１１の底部に配置されて基板Ｓを上面に載置する載置台１２と、チャンバ１１の外部においてチャンバ１１の内部の載置台１２と対向するように配置されるＩＣＰアンテナ１３（誘導結合アンテナ）と、チャンバ１１の天井部を構成し、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３の間に介在する窓部材１４とを備える。
チャンバ１１は略筐体状であり、例えば、２８８０ｍｍ×３１３０ｍｍのサイズを有する第１０世代の基板Ｓを収容可能に大きさが設定されている。チャンバ１１は排気装置１５を有し、該排気装置１５はチャンバ１１を真空引きしてチャンバ１１の内部を減圧環境にする。一方、チャンバ１１の外部は大気圧環境であり、窓部材１４はチャンバ１１の内部と外部とを仕切る。窓部材１４は導電体、例えば、アルミ等の金属又は半導体、例えば、シリコンによって構成される。
窓部材１４は、少なくとも絶縁部材、若しくは絶縁被膜（いずれも図示しない）を介して、チャンバ１１に設けられた支持部１２によって支持されている。これにより、窓部材１４とチャンバ１１は直接的に接触せず、電気的に導通しない。また、窓部材１４及びチャンバ１１の間を隔絶する上記絶縁部材、若しくは絶縁被膜の厚みを制御することにより、窓部材１４及びチャンバ１１の間に誘導結合が生じるのを抑制することもできる。
窓部材１４は少なくとも載置台１２に載置された基板Ｓの全面を覆うことが可能な大きさを有する。なお、窓部材１４は、後述するように、複数の分割片３５から構成されてもよい。
載置台１２は、導電性部材からなり、基台として機能する直方体状のサセプタ１６と、該サセプタ１６の上面に形成された静電チャック１７とを有する。サセプタ１６は給電棒１８及び整合器１９を介して高周波電源２０に接続される。高周波電源２０は、比較的低い高周波電力、例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力をサセプタ１６へ供給し、該サセプタ１６においてバイアス電位を発生させる。これにより、載置台１２及び窓部材１４の間の処理空間ＰＳで生成されるプラズマ中のイオンを載置台１２に載置される基板Ｓへ引き込む。
静電チャック１７は電極板２１を内蔵する誘電性部材からなり、該電極板２１には直流電源２２が接続される。静電チャック１７は直流電源２２から印加される直流電圧に起因する静電気力によって基板Ｓを載置台１２へ静電吸着する。
チャンバ１１の側壁には処理ガス導入口２３が設けられ、処理ガス供給装置２４から供給される処理ガスをチャンバ１１内へ導入する。ただし、処理の均一性の観点からはチャンバ１１の側壁からでなくチャンバ１１の上部から処理ガスを供給する方が望ましいため、例えば、窓部材１４を複数の分割片３５で構成するような場合には、各分割片３５を支える梁部にガス導入口を設けてもよい。
ＩＣＰアンテナ１３は窓部材１４の上面に沿って配置される環状の導線、若しくは導体板からなり、整合器２５を介して高周波電源２６に接続される。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、導線と導体板を総称して導線と称する。
プラズマ処理装置１０では、高周波電流がＩＣＰアンテナ１３を流れ、該高周波電流はＩＣＰアンテナ１３に磁力線を発生させる。発生した磁力線は、従来のように窓部材が誘電体で形成されている場合には当該窓部材を透過するが、本実施の形態のように、窓部材１４が導電体で形成されている場合には窓部材１４の周縁部を通り、窓部材１４にスリットが形成されている場合にはスリットを通過し、窓部材１４が複数の分割片３５で構成されている場合には各分割片３５の間隙を通り、チャンバ１１内において磁界を構成する。該磁界が時間的に変化すると誘導電界を生じ、該誘導電界によって加速された電子がチャンバ１１内に導入された処理ガスの分子や原子と衝突してプラズマが生じる。
生成されるプラズマ中のイオンはサセプタ１６のバイアス電位によって基板Ｓへ引き込まれ、同プラズマ中のラジカルは移動して基板Ｓへ到達し、それぞれ基板Ｓへプラズマ処理、例えば、物理的エッチング処理や化学的エッチング処理を施す。
図２は、図１における窓部材及びＩＣＰアンテナの構成を概略的に示す斜視図である。
図２において、窓部材１４は矩形を呈し、ＩＣＰアンテナ１３は窓部材１４と平行に配された直線状の平行部１３ａと、平行部１３ａの両端から窓部材１４に対して垂直に立ち上がる２つの垂直部１３ｂ，１３ｃとを有する。平行部１３ａは窓部材１４の対角線に部分的に沿って配され、垂直部１３ｂは整合器２５を介して高周波電源２６に接続され、垂直部１３ｃは接地される。平行部１３ａ及び垂直部１３ｂの接続部１３ｄ、並びに、平行部１３ａ及び垂直部１３ｃの接続部１３ｅと、窓部材１４との間には絶縁材２７が配され、ＩＣＰアンテナ１３は窓部材１４から絶縁される。
また、プラズマ処理装置１０は、窓部材１４の一の対角線に関する両頂点１４ａ，１４ｂに両端が接続される導線２８を有し、該導線２８はコンデンサ２９を有する。
導線２８及び窓部材１４は図中破線で示す環状の閉回路３０を形成するが、閉回路３０ が窓部材１４と平行な面内に存在せず、閉回路３０が存在する面と窓部材１４とが交差するように、導線２８が両端で窓部材１４と接続される。また、ＩＣＰアンテナ１３の平行部１３ａは窓部材１４の上面に沿って配置されるため、ＩＣＰアンテナ１３と閉回路３０は近接する。なお、本実施の形態では、ＩＣＰアンテナ１３、窓部材１４及び導線２８がアンテナ構造体を構成する。
図３は、図２における閉回路に生成される誘導電流を説明するための図である。
図３において、ＩＣＰアンテナ１３に高周波電流３１が流れると、該高周波電流３１はＩＣＰアンテナ１３の回りに磁力線３２を発生させる。閉回路３０はＩＣＰアンテナ１３に近接するので、ＩＣＰアンテナ１３の回りに発生する磁力線３２は、閉回路３０が形成する環状部３０ａを通過する。このとき、磁力線３２の電磁誘導によって閉回路３０に誘導電流３３が流れ、該誘導電流３３は環状部３０ａを通過する磁力線（以下、「副磁力線」という。）３４を発生させる。
本実施の形態では、磁力線３２が窓部材１４の周縁部を通る等して処理空間ＰＳにおいて磁界（以下、「主磁界」という。）を生じさせるが、磁力線３２は窓部材１４に沿って分布するため、主磁界も窓部材１４に沿って発生する。また、副磁力線３４も窓部材１４ の周縁部を通る等して処理空間ＰＳにおいて磁界（以下、「副磁界」という。）を生じさせるが、副磁力線３４も窓部材１４に沿って発生する。したがって、主磁界と副磁界は処理空間ＰＳにおいて重畳する。
このとき、処理空間ＰＳにおいて主磁界と副磁界が逆向きであれば、互いに打ち消し合うため、磁界によって処理空間ＰＳにおいて発生する誘導電界が弱くなり、プラズマの生成効率が低下する。
そこで、本実施の形態では、主磁界と副磁界の向きを同じ向きにするために、誘導電流３３の流れる方向を高周波電流３１が流れる方向と同じにする。上述した特許文献１において開示されているように、閉回路３０を流れる誘導電流３３は下記近似式（１）で示される。
ＩＩＮＤ ≒ −ＭωＩＲＦ／（ＬＳ−１／ＣＳω） … （１）
ここで、ＩＩＮＤは誘導電流３３、ＭはＩＣＰアンテナ１３及び閉回路３０の間の相互インダクタンス、ωは角周波数、ＩＲＦは高周波電流３１、ＬＳは閉回路３０の自己インダクタンス、ＣＳはコンデンサ２９の静電容量、ＬＳ−１／ＣＳωは閉回路３０のリアクタンスである。
上記近似式（１）より、閉回路３０のリアクタンスを負にすると、ＩＩＮＤ（誘導電流３３）の符号（正又は負）がＩＲＦ（高周波電流３１）の符号と同じになり、誘導電流３３の流れる方向は高周波電流３１が流れる方向と同じとなるため、本実施の形態では閉回路３０のリアクタンスが負になるようにコンデンサ２９の静電容量（ＣＳ）が調整される。なお、コンデンサ２９が容量固定コンデンサの場合は、当該コンデンサ２９を取り替えることによって静電容量が調整される。
上述したように、閉回路３０のリアクタンスを負にすることにより、誘導電流３３の流れる方向を高周波電流３１が流れる方向と同じにして処理空間ＰＳにおいて主磁界と副磁界を同じ向きにすることができ、処理空間ＰＳにおいて発生する誘導電界を強くすることができる。その結果、例え、磁力線３２が窓部材１４の周縁部を通る等して処理空間ＰＳに到達する際に減衰したとしても、プラズマの生成効率が低下するのを防止することができる。
すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、独立したフローティングコイルを設けることなく、装置の構成を簡素化することができるとともに、プラズマの生成効率の低下を防止することができる。
また、誘導電流３３を効率よく生成するには、上記近似式（１）より、閉回路３０のリアクタンスの絶対値を小さくするのが好ましく、コンデンサ２９の静電容量を大きくするのが好ましい。
図４は、閉回路の有無と処理空間における電子密度の分布との関係を示すグラフである。
本発明者等が、プラズマ処理装置１０において、絶縁材２７を除去するとともにＩＣＰアンテナ１３を接続部１３ｄ，１３ｅで窓部材１４に直接接続して、窓部材１４を載置台１２と対をなす平行平板電極として機能させた場合の電子密度を「●」で示し、コンデンサ２９の静電容量を極小にして閉回路３０のリアクタンスを極大にすることによって閉回路３０に誘導電流３３を流さず、ＩＣＰアンテナ１３のみを機能させた場合の電子密度を「▲」で示し、コンデンサ２９の静電容量を大きくして閉回路３０のリアクタンスを小さくすることによって閉回路３０に誘導電流３３を流し、ＩＣＰアンテナ１３のみならず閉回路３０に誘導電流３３を流して閉回路３０もアンテナとして機能させた場合の電子密度を「×」で示す。
窓部材１４を載置台１２と対をなす平行平板電極として機能させた場合、プラズマが処理空間ＰＳに均一に分布して電子密度も均一となるが、処理空間ＰＳには電界のみが発生し、磁界が発生しないため、処理空間ＰＳにおいて電子が加速されずに処理ガスの分子や電子とあまり衝突せず、結果としてプラズマの生成効率が低下し、全体的に電子密度が低くなることが分かった。
また、ＩＣＰアンテナ１３のみを機能させた場合、処理空間ＰＳにおいて主磁界が発生するものの、平行部１３ａは窓部材１４の両頂点１４ａ，１４ｂ近傍には存在していないため、主磁界は窓部材１４の中心部近傍で特に強くなり、その結果、電子密度が窓部材１４の中心部近傍で特に高くなることが分かった。
これらに対して、ＩＣＰアンテナ１３のみならず閉回路３０もアンテナとして機能させた場合、処理空間ＰＳにおいて主磁界だけでなく副磁界も発生するため、処理空間ＰＳにおいて強い磁界が発生し、結果として処理空間ＰＳの全体において電子密度が高くなることが分かった。特に、導線２８と窓部材１４の接続位置である両頂点１４ａ，１４ｂは、 窓部材１４の周縁部の近くに存在し、高い磁束密度で磁力線が通過することが可能であるため、両頂点１４ａ，１４ｂの近傍で副磁界が強くなり、もって、電子密度も両頂点１４ａ，１４ｂの近傍で局地的に高くなることが分かった。
すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、ＩＣＰアンテナ１３のみならず閉回路３０に誘導電流３３を流して閉回路３０もアンテナとして機能させることにより、処理空間ＰＳに強い磁界を発生させてプラズマの生成効率を向上することができることが分かった。
また、上述したように、導線２８と窓部材１４の接続位置は高い磁束密度で磁力線が通過することが可能であり、当該接続位置近傍で副磁界を強くすることができるため、処理空間ＰＳのプラズマの分布に応じて導線２８と窓部材１４の接続位置を変更することにより、処理空間ＰＳにおけるプラズマの分布を均一にすることができる。例えば、処理空間ＰＳにおいてプラズマの密度を高めたい部分に対向する位置で導線２８を窓部材１４へ接続すれば、プラズマの密度を高めたい部分における副磁界を強くすることができ、もって、当該部分において副磁界によるプラズマの生成効率を向上してプラズマの密度を高くすることができる。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ＩＣＰアンテナ１３の平行部１３ａは、窓部材１４の対角線に沿って配される必要はなく、図５に示すように、窓部材１４の長辺と平行に配されてもよい（第１の変形例）。また、導線２８も窓部材１４の両頂点１４ａ，１４ｂに接続される必要はなく、窓部材１４とともに形成する閉回路３０の環状部３０ａを磁力線３２が通過可能であれば、特に、接続箇所は制約されない。例えば、ＩＣＰアンテナ１３の平行部１３ａが窓部材１４の長辺と平行に配される場合、図５に示すように、導線２８を窓部材１４の両短辺１４ｃ，１４ｄに接続して閉回路３０を窓部材１４の長辺と平行に形成してもよい。
さらに、導線２８は窓部材１４の周縁部に接続される必要はなく、図６に示すように、閉回路３０の環状部３０ａを磁力線３２が通過可能である限り、導線２８を窓部材１４の周縁部以外の箇所に接続してもよい（第２の変形例）。すなわち、閉回路３０は窓部材１４よりも小さくてもよい。また、導線２８を窓部材１４の周縁部以外の箇所に接続して閉回路３０を小さくすることにより、副磁界を生じさせる範囲を限定して処理空間ＰＳにおけるプラズマの分布の局所的な改善を行うことができる。
また、ＩＣＰアンテナ１３における平行部１３ａは直線状に形成されていなくてもよく、例えば、図７に示すように、巻回されてコイル状に形成されていてもよく（第３の変形例）、さらに、導線２８も、閉回路３０の環状部３０ａを磁力線３２が通過可能であれば、例えば、図８に示すように、磁力線３２が通過する通過面３０ｂを形成するように巻回されてコイル状に形成されてもよい（第４の変形例） 。
さらに、閉回路３０が存在する面と窓部材１４とは交差する必要はなく、例えば、閉回路３０が存在する面と窓部材１４とが平行であってもよい（第５の変形例）。この場合、図９に示すように、導線２８によって環状部２８ａを形成し、該環状部２８ａが存在する面が窓部材１４と平行となる。
また、窓部材１４は複数の分割片３５に分割され、各分割片３５は互いに誘電体（図示しない）によって分離されて互いに電気的に導通しないように直接接触しなくてもよい（第６の変形例）。この場合、図１０に示すように、隣接する２つ分割片３５は導線３６（別の導線）によって接続されて互いに導通し、導線２８の一端は一の分割片３５に接続され、導線２８の他端は他の分割片３５に接続される。特に、一の分割片３５では、導線３６が接続される場所から離れた縁部３５ａへ導線２８の一端が接続され、他の分割片３５でも、導線３６が接続される場所から離れた縁部３５ｂへ導線２８の他端が接続される。これにより、隣接する２つの分割片３５の配列方向に沿う閉回路３０を形成することができる。なお、図１１に示すように、導線３６もコンデンサ３７を有していてもよい（第７の変形例） 。
閉回路３０を構成する分割片３５の数は２つに限られず、例えば、処理空間ＰＳにおいて広範囲の副磁界を発生させる場合には、３つ以上の分割片３５を組み合わせて閉回路３０を形成するのが好ましい。すなわち、複数の分割片３５の組み合わせを変更することによって処理空間ＰＳにおける副磁界の分布を任意に調整することができる。
さらに、複数の分割片３５で閉回路３０を構成する場合、閉回路３０の環状部３０ａを磁力線３２が通過可能であれば、ＩＣＰアンテナ１３は全ての分割片３５に対向する必要はない。例えば、図１２に示すように、導線２８の一端が一の分割片３５の頂部３５ｃに接続され、導線２８の他端が他の分割片３５の頂部３５ｄに接続されて２つの分割片３５と導線２８で閉回路３０を形成する一方、ＩＣＰアンテナ１３が一の分割片３５のみに対向していてもよい（第８の変形例）。このとき、閉回路３０を構成する他の分割片３５には誘導電流３３が流れるため、ＩＣＰアンテナ１３が対向しない他の分割片３５に対向する処理空間ＰＳの部分にも磁界を生じさせることができる。
また、複数の分割片３５で閉回路３０を構成する場合、図１３に示すように、隣接する２つの分割片３５の間の誘電体３８の一部３８ａを薄く形成してもよく、このとき、薄く形成された誘電体３８の一部３８ａの静電容量が大きくなり、コンデンサとして機能する。したがって、導線２８にコンデンサ２９を設けることなく閉回路３０を形成でき、もって、閉回路３０の構成を簡素化して部品点数を削減することができる（第９の変形例）。
さらに、窓部材１４が複数の分割片３５に分割される場合、図１４に示すように、分割片３５の各々に対応して導線２８を設け、分割片３５の各々に導線２８の各々の両端を接続することにより、分割片３５の各々において閉回路３０を形成してもよい（第１０の変形例）。この場合、各分割片３５に対向する処理空間ＰＳの部分における副磁界を個別に調整することができ、もって、処理空間ＰＳにおけるプラズマの分布をより細かく調整することができる。
なお、窓部材１４の全面において均一なプラズマを形成するためには全ての分割片３５に対応して導線２８を設けることが望ましいが、処理空間ＰＳの形状（例えば、非対称形状）等、プラズマの密度分布が不均一になる要因がある場合や、意図的にプラズマの密度分布に偏りを持たせたい場合には、全ての分割片３５ではなく、一部の分割片３５に対応して導線２８を設けてもよい。すなわち、処理空間ＰＳの形状やプラズマ処理の内容等に応じ、本実施の形態では、少なくとも１つの分割片３５に対応して導線２８が設けられていればよい。
また、窓部材１４の形状は矩形に限られず、例えば、円形であってもよい。この場合も、図１５に示すように、窓部材１４を複数の分割片３９に分割し、隣接する分割片３９を導線２８や導線３６で接続して閉回路が形成される（第１１の変形例）。
上述したプラズマ処理装置１０では、導線２８が有するコンデンサ２９は容量固定のコンデンサであるが、当該コンデンサ２９を容量可変コンデンサで構成してもよい。この場合、処理空間ＰＳ内のプラズマの密度に応じてコンデンサ２９の静電容量を調整することによって誘導電流３３の値を変更し、処理空間ＰＳに生じる副磁界の強さを変更する。これにより、処理空間ＰＳにおけるプラズマの密度分布を調整することができる。
また、本発明はプラズマの生成効率を向上することから、内部において基板Ｓへプラズマ処理を施すプラズマ処理装置１０だけでなく 各種用途に用いられるプラズマのプラズマ源としてのプラズマ生成装置にも適用することができる。例えば、本発明が適用されたプラズマ生成装置４０としては、図１６に示すように、図１のプラズマ処理装置１０から載置台１２及び該載置台１２に関連する構成要素を除去したものとなり、例えば、チャンバ１１からプラズマを取り出して他の箇所へ供給するリモートプラズマ装置として用いることができる。
ＰＳ 処理空間
Ｓ 基板
１０ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２ 載置台
１３ ＩＣＰアンテナ
１４ 窓部材
２８，３６ 導線
２９ コンデンサ
３０ 閉回路
３５，３９ 分割片
３８ 誘電体
４０ プラズマ生成装置

Claims (17)

  1. 基板を収容する処理室と、該処理室の内部に配置されて前記基板を載置する載置台と、前記処理室の外部において前記載置台と対向するように配置されて高周波電源に接続される誘導結合アンテナとを備えるプラズマ処理装置において、
    前記誘導結合アンテナと対向する前記処理室の一の壁部であって、前記処理室の他の壁部と電気的に直接導通しない前記一の壁部を構成し、且つ前記載置台及び前記誘導結合アンテナの間に介在する、導電体からなる窓部材と、
    前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、
    前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、
    前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整され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. 前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導線及び前記窓部材の接続位置が変更され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. 前記窓部材は複数の分割片に分割され、前記分割片の少なくとも一つに対応して前記導線が設けられ、前記導線が対応して設けられた前記分割片に前記導線の両端が接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記窓部材は複数の分割片に分割され、
    前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記誘導結合アンテナは前記一の分割片にのみ対向す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. 前記窓部材は複数の分割片に分割され、
    前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、
    前記一の分割片及び前記他の分割片は隣接するとともに間に配置された誘電体によって分離されて互いに電気的に導通しないように直接接触せず、
    前記一の分割片及び前記他の分割片の間の前記誘電体の一部が薄く形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記配線は、前記誘導結合アンテナから生じる磁力線が通過する通過面を形成するように巻回されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記コンデンサは容量可変コンデンサであり、前記処理室内のプラズマの密度及び密度分布の少なくとも一方に応じて前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  10. 減圧室内にプラズマを生成させるプラズマ生成装置であって、
    前記減圧室の外部に配置されて高周波電源に接続される誘導結合アンテナと、
    該誘導結合アンテナ及び前記減圧室内のプラズマの間に介在する、導電体からなる窓部材と、
    前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、
    前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、
    前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有することを特徴とするプラズマ生成装置。
  11. 前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ生成装置。
  12. 前記窓部材は複数の分割片に分割され、
    前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続されることを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマ生成装置。
  13. 高周波電源に接続される誘導結合アンテナを備えるアンテナ構造体において、
    前記誘導結合アンテナ及び前記誘導結合アンテナにより生成されるプラズマの間に介在する、導電体からなる窓部材と、
    前記窓部材に両端が接続される導線とを備え、
    前記窓部材及び前記導線は閉回路を形成し、
    前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有することを特徴とするアンテナ構造体。
  14. 前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする請求項１３記載のアンテナ構造体。
  15. 前記窓部材は複数の分割片に分割され、
    前記導線の一端は一の前記分割片に接続され、前記導線の他端は他の前記分割片に接続され、前記一の分割片及び前記他の分割片は、前記導線とは別の導線によって接続されることを特徴とする請求項１３又は１４記載のアンテナ構造体。
  16. 高周波電源に接続される誘導結合アンテナと、前記誘導結合アンテナ及びプラズマの間に介在する導電体からなる窓部材と、導線とを備え、前記導線は少なくとも１つのコンデンサを有するアンテナ構造体を用いたプラズマ生成方法であって、
    前記導線の両端を前記窓部材に接続して閉回路を形成し、
    前記閉回路のリアクタンスが負になるように前記コンデンサの静電容量を調整することを特徴とするプラズマ生成方法。
  17. 前記コンデンサは容量可変コンデンサであり、前記プラズマの密度及び密度分布の少なくとも一方に応じて前記コンデンサの静電容量が調整されることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ生成方法。
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