JP2014049302A - 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

Abstract

【課題】プラズマの生成効率を高め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、チャンバ１１の内部に配置されてウエハＷ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１３Ａと、載置台１２及びＩＣＰアンテナ１３Ａの間に介在する、導電体からなる窓部材１４とを備える。窓部材１４は、導体窓２８ａ〜２８ｌと、導体窓２８ａ〜２８ｌの間に介在する誘電部３３とを有する。ＩＣＰアンテナ１３Ａは窓部材１４上で所定方向に延設されて導体窓２８ａ〜２８ｄのうちの１つの導体窓２８ｃに接続され、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と同じ方向となる導体窓２８ｃ→２８ｂ→２８ａ→２８ｄの順に、導体窓２８ａ〜２８ｄを単純導線２９又はコンデンサ付き導線３０により接続し、終端の導体窓２８ｄをアース接続する。
【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は、例えば、石英等の誘電体からなる窓部材（誘電体窓）によって構成される。ＩＣＰアンテナは高周波電源と接続されており、ＩＣＰアンテナに供給された高周波電流によって、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。この磁界が時間的に変化すると誘導電界が生じ、生じた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を生じさせる。誘導電界はＩＣＰアンテナに沿うように発生するため、プラズマもチャンバ内ではＩＣＰアンテナに沿うように発生する。

ここで、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を確保することができるだけの厚みが必要となる。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、半導体ウエハやＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス基板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口径化する必要がある。このとき、誘電体窓を大口径化したときの剛性を確保するために、誘電体窓を厚くすると、ＩＣＰアンテナと基板との距離が離れてしまうことにより効率が低下し、また、誘電体窓の重量の増加による装置重量の増加やコスト上昇を招く等の問題が生じる。

そこで、チャンバの天井部を、剛性が高く安価な材料、例えば、金属からなる導体窓によって構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。導体窓では金属が磁力線を遮蔽するため、導体窓を貫通するスリットを設け、このスリットを介して磁力線を透過させる。しかしながら、導体窓に設けられるスリットの数や大きさには制限があるため、導体窓を採用した場合には、磁力線の透過効率が低下し、その結果、プラズマの生成効率が低下するという問題が生じる。

一方、内周コイルと外周コイルとからなる誘導アンテナの近傍に誘導アンテナに沿ってリング状導体を配置する構成が提案されている（特許文献２参照）。ここで、リング状導体を、装置の中心からの半径及びその断面形状がコイルの周回角度に応じて異なる形状とし、リング状導体と誘導アンテナとの間及びリング状導体とプラズマとの間の周方向位置での相互インダクタンスを制御することにより、誘導アンテナのコイル周回に伴って変化するコイル電流を補償することができ、これにより生成されるプラズマ上の電流について周方向の均一性を向上させている。このような構成によれば、プラズマの生成効率の低下を抑えることができると考えられる。

特開２０１１−０２９５８４号公報 特開２０１１−１０３３４６号公報

しかしながら、上記従来技術によっても、プラズマの生成効率は十分に高いとは言えず、更なる高効率化が求められている。

本発明の目的は、プラズマの生成効率を高め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、前記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、前記誘導結合アンテナと対向する前記処理室の壁部を構成し、前記載置台及び前記誘導結合アンテナの間に介在する窓部材とを備えるプラズマ処理装置であって、前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われてい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、前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態と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、前記誘導結合アンテナは、前記窓部材の中心を中心として円弧を描くように、前記窓部材上に延設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、前記導体窓は、前記窓部材の中心について対称に配置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４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記導電体は、前記窓部材の中心について対称に配置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１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであ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６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置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８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、前記誘導結合アンテナと前記減圧室内において生成するプラズマとの間に介在し、前記減圧室の壁部を構成する窓部材とを備え、前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われていることを特徴とする。

請求項９記載のプラズマ生成装置は、請求項８記載のプラズマ生成装置において、前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態と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は、請求項８又は９記載のプラズマ生成装置において、前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであ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８乃至１０のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置において、前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置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１２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であって、前記誘導結合アンテナと前記誘導結合アンテナによって生成されるプラズマとの間に介在する窓部材を備え、前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われていることを特徴とする。

請求項１３記載のアンテナ構造体は、請求項１２記載のアンテナ構造体において、前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態とされ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１２又は１３記載のアンテナ構造体において、前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであ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１２乃至１４のいずれか１項に記載のアンテナ構造体において、前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置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と前記誘導結合アンテナによって生成されるプラズマの間に介在する窓部材を備え、前記窓部材が導電材料からなる複数の導体窓と前記複数の導体窓の間に介在する誘電部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、前記誘導結合アンテナを前記窓部材上で所定の方向に延設して、前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続し、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体により電気的に接続し、前記誘導結合アンテナ及び前記複数の導体窓に高周波電流を流すことによりプラズマを生成させ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、前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓を、前記導電体を介してアース接続し、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続し、或いは、電気的にフローティング状態とすることを特徴とする。

請求項１８記載のプラズマ生成方法は、請求項１６又は１７記載のプラズマ生成方法において、前記導電体として、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかが用いられることを特徴とする。

請求項１９記載のプラズマ生成方法は、請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のプラズマ生成方法において、前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置が調整されることを特徴とする。

本発明によれば、誘導結合アンテナとプラズマを生成させる空間との間に介在する窓部材を、導電材料からなる複数の導体窓と、これら複数の導体窓の間に介在する誘電部とで構成する。また、誘導結合アンテナを窓部材上で所定方向に延設し、複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続し、誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に、誘導結合アンテナと電気的に接続された１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続を行う。そして、誘導結合アンテナと複数の導体窓に高周波電流を流すことによりプラズマを生成させることにより、複数の導体窓を副アンテナとして機能させて、プラズマ生成効率を高めることができる。これにより、ひいては、プラズマ処理のスループットを高めることができる。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１における窓部材及びＩＣＰアンテナを図１中の白抜き矢印方向から見たときの平面図である。 プラズマ生成効率を確認するための窓部材の構成と、高周波電流の印加方法の違いによるプラズマ生成効率の違いを確認した結果を示すグラフである。 本発明の別の実施の形態に係る窓部材の構造を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る窓部材の構造を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る窓部材の構造を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る窓部材の構造を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る窓部材の構造を示す平面図である。 導体窓を誘導結合アンテナとして用いた窓部材の構造を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。先ず、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概略構成を示す断面図である。

プラズマ処理装置１０は、例えば、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを収容するチャンバ１１（処理室、減圧室）と、チャンバ１１の底部に配置されてウエハＷ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誘導結合アンテナ（以下「ＩＣＰアンテナ」という）１３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は略円筒状であり、載置台１２に載置されるウエハＷの外径に合わせて、適宜、適切な大きさ（直径×高さ）に設定される。チャンバ１１の底面には排気口が設けられており、この排気口には排気装置１５が接続されている。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壁部としても機能する。窓部材１４は、導電材料からなる複数の導体窓と、複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有しており、全体として少なくとも載置台１２に載置されたウエハＷの全面を覆うことが可能な大きさを有する。窓部材１４の詳細な構成については、図２等を参照して後述する。

載置台１２は、基台として機能する円板状のサセプタ１６と、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、導電性部材からなり、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、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に載置されるウエハＷへ引き込む。

静電チャック１７は誘電性部材からなり、導電性部材からなる電極板２１を内蔵する。電極板２１には直流電源２２が接続され、静電チャック１７は、直流電源２２から電極板２１に印加される直流電圧に起因する静電気力によってウエハＷを載置台１２へ静電吸着する。

窓部材１４を支える梁部２７には処理ガス導入口２３が設けられており、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。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又は導体板からなり、整合器２５を介して高周波電源２６に接続される。

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、その高周波電流が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その窓部材を透過するが、本実施の形態のように、窓部材１４が導電材で形成されている場合には窓部材１４に形成されたスリット又は導体窓同士の間の間隙を通過し、チャンバ１１内において磁界を構成する。こうしてチャンバ１１内の磁界が時間的に変化することで誘導電界が生じ、この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ウエハＷへ引き込まれ、同プラズマ中のラジカルは移動してウエハＷへ到達し、それぞれ、ウエハＷ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に示される窓部材１４及びＩＣＰアンテナ１３を図１中の白抜き矢印方向から見たときの平面図である。なお、図１では、１本のＩＣＰアンテナ１３を示しているが、図２では、２本のＩＣＰアンテナ１３Ａ，１３Ｂが、整合器２５を介して高周波電源２６に接続される。但し、図２では整合器２５の図示を省略している。

窓部材１４は、ＩＣＰアンテナ１３と組み合わされて、アンテナ構造体を構成する。本実施の形態では、窓部材１４は、円板状の中央部において図２の平面視で円形に配置される４個の導体窓２８ａ〜２８ｄと、円板状の外周部において図２の平面視でリング状に配置される８個の導体窓２８ｅ〜２８ｌの合計１２個の導体窓と、導体窓２８ａ〜２８ｌの間に介在する誘電材料（絶縁材料）からなる誘電部３３とによって構成されている。したがって、導体窓２８ａ〜２８ｌ同士は互いに、直接接触によっては電気的に導通しない構成となっている。なお、以下の説明において、導体窓２８ａ〜２８ｌのうち特定の導体窓を指さない場合に「導体窓２８」との表記を用いることとする。

導体窓２８ａ〜２８ｌには、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられるが、これに限定されるものではなく、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を用いてもよい。誘電部３３には、例えば、石英（ＳｉＯ_２）やアルミナ、耐熱性樹脂等を用いることができる。

一方で、窓部材１４では、隣接する所定の導体窓２８同士がコンデンサ付き導線３０によって電気的に接続されている。コンデンサ付き導線３０とは、金属線材の間にコンデンサが配置されたものであり、導電体の１つである。コンデンサ付き導線３０におけるコンデンサとしては、容量可変コンデンサ又は容量固定コンデンサが用いられる。

図２の窓部材１４では、隣接する所定の導体窓２８同士をコンデンサ付き導線３０で接続したが、これらのコンデンサ付き導線３０の一部又は全部を、別の導電体、例えば、コンデンサを有さない金属線材又は金属板材（以下「単純導線」という）に置換した構成としてもよい。コンデンサ付き導線３０の一部を単純導線に置換する場合には、窓部材１４の中心に対してコンデンサ付き導線３０が対称に配置され、且つ、単純導線もまた窓部材１４の中心に対して対称となるように配置されることが好ましい。これにより、プラズマの分布の対称性（均一性）を高めて、ウエハＷに対して均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。

本実施の形態では、コンデンサ付き導線３０による導体窓２８同士の電気的な接続の形態は、ＩＣＰアンテナ１３の配置形態と密接に関係している。

即ち、高周波電源２６につながる一方のＩＣＰアンテナ１３Ａは、窓部材１４の導体窓２８ｂ上に下ろされ、導体窓２８ｂ→導体窓２８ａ→導体窓２８ｄ→導体窓２８ｃ上に、時計回りに窓部材１４の中心を中心として円を描くように延設された後、導体窓２８ｃと電気的に接続される。そして、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と同じ方向に導体窓２８ａ〜２８ｄが接続されるように、導体窓２８ｃ，２８ｂ間、導体窓２８ｂ，２８ａ間、導体窓２８ａ，２８ｄ間がそれぞれコンデンサ付き導線３０により順次接続されるが、導体窓２８ｃ，２８ｄ間は直接には電気的に接続しない。そして、導体窓２８ｄがアース接続される構成としている。なお、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と同じ方向に導体窓２８ａ〜２８ｄが接続される限りにおいて、窓部材１４上においてＩＣＰアンテナ１３Ａを下ろす位置は、導体窓２８上でなくともよく、誘電部３３上であってもよい。

同様に、高周波電源２６につながる別のＩＣＰアンテナ１３Ｂは、窓部材１４の導体窓２８ｋ上に下ろされ、導体窓２８ｊ→導体窓２８ｉ→導体窓２８ｈ→導体窓２８ｇ→導体窓２８ｆ→導体窓２８ｅ→導体窓２８ｌ上に、時計回りに窓部材１４の中心を中心として円を描くように延設された後、導体窓２８ｌと電気的に接続される。そして、ＩＣＰアンテナ１３Ｂの延設方向と同じ方向に導体窓２８ｅ〜２８ｌが接続されるように、導体窓２８ｌ，２８ｋ間、導体窓２８ｋ，２８ｊ間、導体窓２８ｊ，２８ｉ間、導体窓２８ｉ，２８ｈ間、導体窓２８ｈ，２８ｇ間、導体窓２８ｇ，２８ｆ間、導体窓２８ｆ，２８ｅ間がそれぞれコンデンサ付き導線３０により順次接続されるが、導体窓２８ｅ，２８ｌ間は直接には電気的に接続しない。そして、導体窓２８ｅがアース接続される構成としている。

このような構成によれば、ＩＣＰアンテナ１３Ａ，１３Ｂに流した高周波電流と概ね同等の電流が導体窓２８ａ〜２８ｄ，２８ｅ〜２８ｌに流れるために、導体窓２８ａ〜２８ｄ，２８ｅ〜２８ｌがＩＣＰアンテナ１３Ａ，１３Ｂの働きを補足してプラズマを生成させる副アンテナとして機能する。これにより、導体窓２８ａ〜２８ｌがＩＣＰアンテナ１３によるプラズマ励起をアシストし、これによりプラズマの生成効率を高めることが可能になる。

ここで、ＩＣＰアンテナ１３Ａによるプラズマ励起を導体窓２８ａ〜２８ｄによってアシストさせるためには、ＩＣＰアンテナ１３Ａを導体窓２８ａ〜２８ｄのうちの１つに接続し、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と同じ方向に高周波電流が流れるように他の導体窓同士を電気的に接続していき、その終端に位置する導体窓を接地する必要がある。これは、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と逆方向に導体窓を接続してしまうと、ＩＣＰアンテナ１３Ａによって生じる主磁界の向きに対して導体窓２８ａ〜２８ｄによって生じる副磁界の向きが逆になってしまい、主磁界と副磁界とが互いに打ち消し合うことで処理空間ＰＳにおいて発生する誘導電界が弱くなり、プラズマ生成効率が低下することになってしまうからである。

同様の理由により、ＩＣＰアンテナ１３Ｂによるプラズマ励起を導体窓２８ｅ〜２８ｌによってアシストさせるためには、ＩＣＰアンテナ１３Ｂを導体窓２８ｅ〜２８ｌのうちの１つに接続し、ＩＣＰアンテナ１３Ｂの延設方向と同じ方向に高周波電流が流れるように他の導体窓同士を電気的に接続していき、その終端に位置する導体窓を接地することで、ＩＣＰアンテナ１３Ｂによって生じる主磁界と導体窓２８ｅ〜２８ｌによって生じる副磁界の向きを同じ向きにする。

図３は、プラズマ生成効率を確認するための窓部材１４Ａの構成と、高周波電流の印加方法の違いによるプラズマ生成効率の違いを確認した結果を示すグラフである。ここでは、図３（Ａ）に示すように、一辺の長さが２８０ｍｍの正方形を対角線により三角形形状に４分割してなる導体窓２８ａ〜２８ｄの間に、幅が１０ｍｍの石英からなる誘電部３３が設けられた窓部材１４Ａに対して、ＩＣＰアンテナ１３として、１辺の長さが平均２４０ｍｍで、２ターンのコイルを配置した。

ＩＣＰアンテナ１３は、図３（Ａ）において時計回りに延設されており、その終端は導体窓２８ｄに接続されている。ＩＣＰアンテナ１３を流れる高周波電流と同じ方向に導体窓２８ａ〜２８ｄに高周波電流が流れるように、導体窓２８ａ〜２８ｄは、時計回りに電気的に接続されるように、導体窓２８ｄ，２８ｃ間はコンデンサ付き導線３０で、導体窓２８ｃ，２８ｂ間は単純導線２９で、導体窓２８ｂ，２８ａ間はコンデンサ付き導線３０で電気的に接続され、導体窓２８ａ，２８ｄ間は直接には電気的に接続されておらず、導体窓２８ａをアース接続している。

チャンバ１１内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ（≒２．６７Ｐａ）、チャンバ１１へ供給するガス流量をＡｒ／Ｏ_２＝３００／３０ｓｃｃｍ、電力を１０００Ｗとして、高周波電流（周波数：１３．５６ＭＨｚ）を印加する電極を変えて、処理空間ＰＳにプラズマを発生させ、そのときの電子密度の分布をプラズマ吸収プローブで測定した結果が、図３（Ｂ）に示されており、横軸の位置がゼロ（０）となっている位置が、窓部材１４Ａの中心の直下の位置に対応する。

なお、図１に示したプラズマ処理装置１０に照らせば、窓部材１４Ａにより真空雰囲気と大気雰囲気とを仕切る必要があるが、ここでは、厚さが３０ｍｍの石英板を用いて真空雰囲気と大気雰囲気とを仕切り、石英板上の大気雰囲気側に窓部材１４Ａを配置して高周波電流を印加し、検証を行っている。しかし、窓部材１４Ａで真空雰囲気と大気雰囲気側とを仕切った場合と石英板で真空雰囲気と大気雰囲気側とを仕切った場合とでは、プラズマ生成効率の絶対値に若干の差がでることはあっても、プラズマ生成効率に対する電流印加条件の序列を変えてしまうことはない。

図３（Ｂ）において、“丸（○）”で示されるプロットはＩＣＰアンテナ１３と導体窓２８ａ〜２８ｄに高周波電流を流したときの電子密度分布を、“三角（△）”で示されるプロットはＩＣＰアンテナ１３のみに高周波電流を流したときの電子密度分布を、“四角（□）”で示されるプロットは導体窓２８ａ〜２８ｄのみに高周波電流を流したときのそれぞれの電子密度分布を示している。図３（Ｂ）から明らかな通り、ＩＣＰアンテナ１３と導体窓２８ａ〜２８ｄに高周波電流を流したときには、ＩＣＰアンテナ１３のみに高周波電流を流した場合と導体窓２８ａ〜２８ｄのみに高周波電流を流した場合とに比べて、電子密度が高くなっており、プラズマ生成効率が高いことが確認されている。

以上の通り、本実施の形態では、ＩＣＰアンテナ１３を複数の導体窓２８のうちの１つに接続し、ＩＣＰアンテナ１３の延設方向と同じ方向に高周波電流が流れるように他の導体窓２８同士を電気的に接続し、終端に位置する導体窓を接地する。これにより、これらの電気的に接続された導体窓２８をＩＣＰアンテナ１３によるプラズマ生成をアシストさせる副アンテナとして機能させて、プラズマ生成効率を高めることが可能になる。

次に、図２に示した窓部材１４の変形例について説明する。図４は、本発明の別の実施の形態に係る窓部材１４Ｂの構造を示す平面図であり、図２と同じ視点で描画されている。窓部材１４Ｂが図２の窓部材１４と大きく異なるのは、ＩＣＰアンテナ１３Ａは高周波電源２６側からアース接続側へ時計回りに配設されているのに対して、ＩＣＰアンテナ１３Ｂは高周波電源２６側からアース接続側へ反時計回りに配設されている点である。

窓部材１４Ｂでは、中央部については、高周波電源２６につながるＩＣＰアンテナ１３Ａは導体窓２８ａ上に下ろされ、時計回りに窓部材１４Ｂの中心を中心として円を描くように２ターンで延設された後、導体窓２８ｂと電気的に接続されている。そして、ＩＣＰアンテナ１３Ａの延設方向と同じ時計回りに導体窓２８ａ〜２８ｄが接続されるように、導体窓２８ｂ，２８ａ間がコンデンサ付き導線３０により、導体窓２８ａ，２８ｄ間が単純導線２９により、導体窓２８ｄ，２８ｃ間がコンデンサ付き導線３０により順次接続され、導体窓２８ｃ，２８ｂ間は直接には電気的に接続されず、導体窓２８ｃがアース接続される構成としている。

一方、高周波電源２６につながる別のＩＣＰアンテナ１３Ｂは、窓部材１４Ｂの導体窓２８ｋ上に下ろされ、導体窓２８ｌ→導体窓２８ｅ→導体窓２８ｆ→導体窓２８ｇ→導体窓２８ｈ→導体窓２８ｉ→導体窓２８ｊ上に、反時計回りに窓部材１４Ｂの中心を中心として円を描くように延設された後、導体窓２８ｊと電気的に接続される。そして、ＩＣＰアンテナ１３Ｂの延設方向と同じ反時計回りに導体窓２８ｅ〜２８ｌが接続されるように、導体窓２８ｊ，２８ｋ間が単純導線２９により、導体窓２８ｋ，２８ｌ間がコンデンサ付き導線３０により、導体窓２８ｌ，２８ｅ間が単純導線２９により、導体窓２８ｅ，２８ｆ間がコンデンサ付き導線３０により、導体窓２８ｆ，２８ｇ間が単純導線２９により、導体窓２８ｇ，２８ｈ間がコンデンサ付き導線３０により、導体窓２８ｈ，２８ｉ間が単純導線２９により順次接続され、導体窓２８ｉ，２８ｊ間は直接には電気的に接続させずに、導体窓２８ｉがアース接続される構成としている。

このように、１本のＩＣＰアンテナの延設方向とそのＩＣＰアンテナ下の導体窓の接続方向が一致していれば、１枚の窓部材において、複数本のＩＣＰアンテナの延設方向は異なっていてもよい。なお、窓部材１４Ｂでは、単純導線２９とコンデンサ付き導線３０とが窓部材１４Ｂの中心に対して対称となる位置に取り付けられているため、処理空間ＰＳにおいて発生するプラズマの均一性を向上させることができる。

図５は、本発明の別の実施の形態に係る窓部材１４Ｃの構造を示す平面図であり、図２と同じ視点で描画されている。窓部材１４Ｃが図２の窓部材１４と大きく異なるのは、外周部の導体窓２８ｅ〜２８ｌ上にＩＣＰアンテナを延設することなく、導体窓２８ｅ〜２８ｌを副アンテナとして利用する点である。

窓部材１４Ｃにおける中央部（ＩＣＰアンテナ１３と導体窓２８ａ〜２８ｄ）の構成は、図４に示した窓部材１４Ｂと同等であるので、その説明を省略する。窓部材１４Ｂでは導体窓２８ｃをアース接続したが、窓部材１４Ｃでは導体窓２８ｃを導体窓２８ｉに電気的に接続する。そして、ＩＣＰアンテナ１３の延設方向と同じ時計回りに、単純導線２９又はコンデンサ付き導線３０により、導体窓２８ｉ→導体窓２８ｈ→導体窓２８ｇ→導体窓２８ｆ→導体窓２８ｅ→導体窓２８ｌ→導体窓２８ｋ→導体窓２８ｊの順に電気的接続を行い、導体窓２８ｊがアース接続される構成としている。

窓部材１４Ｃのような構成によっても、導体窓２８ｅ〜２８ｌが副アンテナとして機能することで、プラズマ生成効率を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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アンテナの配置の形態と導体窓の電気的接続の形態は、上述した窓部材１４〜１４Ｃの特徴を組み合わせることで、種々に変形が可能であることは言うまでもない。また、窓部材１４，１４Ｂ，１４Ｃについては、中心部領域と、中心部領域の外側の外周部領域との２領域に分けて各領域に導体窓を設けたが、これに限定されず、中心部領域、中心部領域の外側の中央部領域、中央部領域の外側の外周部領域等、３領域以上の領域に分けて、各領域に導体窓を設ける構成としてもよい。

更に、図２をはじめとして上記実施の形態では、導体窓２８ａ〜２８ｌのそれぞれの外周側近傍にコンデンサ付き導線３０を取り付けたが、このような取り付け形態に限定されるものではない。即ち、処理空間ＰＳでは、コンデンサ付き導線３０或いは単純導線２９が取り付けられた位置の下側でプラズマ濃度（電子濃度）が濃くなる傾向があるため、逆に、プラズマ濃度を濃くしたい位置に対応するように窓部材１４でのコンデンサ付き導線３０或いは単純導線２９の取り付け位置を調整することができる。

上記実施の形態では、ウエハＷをプラズマ処理する構成を取り上げたが、処理対象となる基板はこれに限られず、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。その場合、プラズマ処理装置が備えるチャンバや窓部材の形状は、ガラス基板の形状に応じて適切に設定すればよい。

図６は、長方形のガラス基板を処理するプラズマ処理装置に用いられる窓部材１４Ｄの構造を示す平面図であり、図２と同じ視点で描画されている。窓部材１４Ｄは、図３（Ａ）に示した２個の窓部材１４Ａを並べた構成となっているが、ガラス基板の形状に合わせて、より多くの窓部材１４Ａを並べて配置した構成とすることができることは言うまでもなく、窓部材１４Ｄに対してＩＣＰアンテナ１３を円弧を描くように延設してもよい。

また、上記の実施の形態において説明した窓部材１４，１４Ａ〜１４Ｄでは、ＩＣＰアンテナ（１３，１３Ａ，１３Ｂ）と電気的に接続された導体窓（２８ａ〜２８ｌ）のうち終端の導体窓を直接にアース接続する構成としたが、これに限定されるものではない。

図７は、本発明の実施の形態に係るさらに別の窓部材１４Ｅの構造を示す平面図であり、窓部材１４Ｅでは、導電体の一例であるコンデンサ４０を介して終端の導体窓２８ｄ，２８ｅのそれぞれをアース接続している。図８は、本発明のさらに別の実施の形態に係る窓部材１４Ｆの構造を示す平面図であり、窓部材１４Ｆでは、終端の導体窓２８ｄ，２８ｅを電気的にフローティング状態としている。

これらの窓部材１４Ｅ，１４Ｆは、図２に示した窓部材１４における終端の導体窓２８ｄ，２８ｅのアース接続の形態を変えたものであるが、終端の導体窓２８ｄ，２８ｅを導電体を介してアース接続する形態、或いは、アース接続せずに電気的にフローティング状態とする形態としても、窓部材１４と同じ効果が得られる。すなわち、終端の導体窓に対しては、直接にアース接続する形態と、導電体を介してアース接続する形態と、アース接続せずに電気的にフローティング状態にする形態とを、任意に組み合わせて用いることができる。

なお、上述の通り、本発明は、窓部材を構成する導体窓を副アンテナとして用いることにより、プラズマ生成効率を高めるものである。このような技術的思想に基づけば、ＩＣＰアンテナ（コイル）を備えずに複数の導体窓のみに高周波電流を流す構成、つまり、複数の導体窓を主アンテナとして用いる構成が想到される。

図９は、このような技術的思想に基づく窓部材１４Ｇの構造を示す平面図であり、図９は、図２と同じ視点で描画されている。窓部材１４Ｇを用いた場合、図３（Ｂ）を参照して説明したように、ＩＣＰアンテナのみに高周波電流を流す従来の構成よりも、プラズマ生成効率は低くなる。しかし、窓部材１４Ｇを用いた場合には、プラズマ処理装置の構成が簡素化されるという利点と、プラズマ均一性がよい（図３（Ｂ）に示すように、上下変動幅が他よりも小さい）という特徴がある。よって、窓部材１４Ｇは、プラズマ生成効率よりも、装置簡素化やプラズマ均一性を重視する場合には好適な構成と言える。

１０ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２ 載置台
１３，１３Ａ，１３Ｂ ＩＣＰアンテナ
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ 窓部材
２８ａ〜２８ｌ 導体窓
２９ 単純導線
３０ コンデンサ付き導線
３３ 誘電部
４０ コンデンサ
Ｗ ウエハ

Claims (19)

1. 基板を収容する処理室と、
   前記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、
   前記誘導結合アンテナと対向する前記処理室の壁部を構成し、前記載置台及び前記誘導結合アンテナの間に介在する窓部材とを備えるプラズマ処理装置であって、
   前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、
   前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態と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. 前記誘導結合アンテナは、前記窓部材の中心を中心として円弧を描くように、前記窓部材上に延設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. 前記導体窓は、前記窓部材の中心について対称に配置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. 前記導電体は、前記窓部材の中心について対称に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置が調整されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
8. 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、
   前記誘導結合アンテナと前記減圧室内において生成するプラズマとの間に介在し、前記減圧室の壁部を構成する窓部材とを備え、
   前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、
   前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われていることを特徴とするプラズマ生成装置。
9. 前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態とされることを特徴とする請求項８記載のプラズマ生成装置。
10. 前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであることを特徴とする請求項８又は９記載のプラズマ生成装置。
11. 前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置が調整されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
12. 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であって、
    前記誘導結合アンテナと前記誘導結合アンテナによって生成されるプラズマとの間に介在する窓部材を備え、
    前記窓部材は、導電材料からなる複数の導体窓と、前記複数の導体窓の間に介在する誘電部とを有し、
    前記誘導結合アンテナは前記窓部材上で所定の方向に延設されて前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続され、前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体による電気的接続が行われていることを特徴とするアンテナ構造体。
13. 前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓は、前記導電体を介してアース接続され、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続され、或いは、電気的にフローティング状態とされることを特徴とする請求項１２記載のアンテナ構造体。
14. 前記導電体は、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかであることを特徴とする請求項１２又は１３記載のアンテナ構造体。
15. 前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置が調整されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に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と前記誘導結合アンテナによって生成されるプラズマの間に介在する窓部材を備え、前記窓部材が導電材料からなる複数の導体窓と前記複数の導体窓の間に介在する誘電部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、
    前記誘導結合アンテナを前記窓部材上で所定の方向に延設して、前記複数の導体窓のうちの１つの導体窓に電気的に接続し、
    前記誘導結合アンテナの延設方向と同じ方向に前記１つの導体窓から残る導体窓へと、順次、導電体により電気的に接続し、
    前記誘導結合アンテナ及び前記複数の導体窓に高周波電流を流すことによりプラズマを生成させることを特徴とするプラズマ生成方法。
17. 前記導電体による電気的接続が行われた前記複数の導体窓のうち、終端の導体窓を、前記導電体を介してアース接続し、又は、前記導電体を介さずに直接にアース接続し、或いは、電気的にフローティング状態とすることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ生成方法。
18. 前記導電体として、金属線材、金属板材、金属線材の間にコンデンサが配置されてなる導線のいずれかが用いられることを特徴とする請求項１６又は１７記載のプラズマ生成方法。
19. 前記処理室内のプラズマの分布に応じて前記導電体の位置が調整されることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のプラズマ生成方法。

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