JP2014154684A - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の被処理基板に対し、金属窓を用いて均一なプラズマ処理を行うことができる誘導結合プラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】基板を収容する処理室と、処理室内に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた金属窓とを備え、矩形状の基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、金属窓２は、スリット７によって複数の領域に分割され、長辺２ｂに対応する長辺側領域２０２ｂと、短辺２ａに対応する短辺側領域２０２ａとを有し、スリット７のうち外側スリット７１が、短辺側領域２０２ａに対応する短辺側部分７１ａと、長辺側領域２０２ｂに対応する長辺側部分７１ｂとを有し、短辺側部分７１ａが長辺側部分７１ｂよりも幅が大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の被処理基板にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造工程においては、ガラス基板にプラズマエッチングや成膜処理等のプラズマ処理を行う工程が存在し、このようなプラズマ処理を行うためにプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理室の天壁を構成する誘電体窓の上側に高周波アンテナを配置し、処理室内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理室内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものである。誘導結合プラズマ処理装置の高周波アンテナとしては、平面状の所定パターンをなす平面アンテナが多用されている。このような誘導結合プラズマ処理装置としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

近時、被処理基板のサイズが大型化しており、例えばＬＣＤ用の矩形状ガラス基板では、短辺×長辺の長さが、約１５００ｍｍ×約１８００ｍｍのサイズから約２２００ｍｍ×約２４００ｍｍのサイズへ、さらには約２８００ｍｍ×約３０００ｍｍのサイズへと著しく大型化している。

このような被処理基板の大型化にともない、誘導結合プラズマ処理装置の天壁を構成する誘電体窓も大型化されるが、誘電体窓は一般的に石英あるいはセラミックスといった脆い材料が用いられているため大型化には不向きである。このため、例えば、特許文献２に記載されているように、石英ガラスを分割することで誘電体窓の大型化に対処している。

しかしながら、被処理基板のさらなる大型化が指向されており、特許文献２に記載されている誘電体窓を分割する手法においても大型化への対応が困難化してきている。

そこで、誘電体窓を金属窓に置き換えて強度を増すことで、被処理基板の大型化に対応する技術が提案されている（特許文献３）。また、このような金属窓として、その周方向に沿って２以上に互いに電気的に絶縁されて分割される第１の分割がされ、かつ、周方向と交差する方向に沿って互いに電気的に絶縁されて分割される第２の分割がされたものを用い、大型の被処理基板に対してプラズマ分布の制御性を良好にする技術も提案されている（特許文献４）。このような金属窓を用いる技術では、金属窓は磁力線を透過しないので、誘電体窓を用いた場合とは異なるメカニズムを有する。

特許第３０７７００９号公報 特許第３６０９９８５号公報 特開２０１１−２９５８４号公報 特開２０１２−２２７４２７号公報

特許文献３、４の技術では、被処理基板の大型化に対応することができるものの、プラズマ発生のメカニズムが誘電体窓を用いた場合と異なるため、金属窓の大型化についてはまた別の問題が存在する。すなわち、このような金属窓を有するプラズマ処理装置の場合、プラズマの分布が金属窓の形状や分割の形態等の影響を受け、被処理基板の面内において処理速度が均一になり難いという問題がある。特に、矩形基板に対応して金属窓を矩形状とした場合には、長辺側と短辺側とで窓の幅が相違し、窓の幅が狭い長辺側のほうが窓の幅が広い短辺側よりもプラズマ処理速度が高くなる傾向にある。したがって、均一性の高いプラズマ処理を行うことが困難である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大型の被処理基板に対し、金属窓を用いて均一なプラズマ処理を行うことができる誘導結合プラズマ処理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、基板を収容する処理室と、前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた金属窓とを備え、前記金属窓は、スリットによって複数の領域に分割され、前記スリットは、少なくともその一部が、位置によって幅が異なるように形成され、これにより、前記高周波アンテナに供給される電流によって前記処理室に形成される誘導電界の分布が調整されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

上記第１の観点において、前記金属窓は、相対的に幅が広い領域と相対的に幅が狭い領域とを有し、前記スリットのうち前記相対的に幅が狭い領域に対応する部分の幅が、前記相対的に幅が広い領域に対応する部分の幅よりも大きい構成とすることができる。

また、前記金属窓は、前記金属窓の長辺に対応する長辺側領域と、前記金属窓の短辺に対応する短辺側領域とを有し、前記スリットは、前記短辺側領域に対応する第１のスリットと、前記長辺側領域に対応する第２のスリットとを有し、前記第１のスリットは、前記第２のスリットよりも幅が大きい構成とすることができる。この場合に、前記第１のスリットは、前記短辺に平行に形成され、前記第２のスリットは、前記長辺に平行に形成されている構成とすることができる。

前記スリットは、矩形状をなす前記金属窓の外形と同心状の矩形スリットを有し、前記第１のスリットは、前記矩形スリットの短辺であり、前記第２のスリットは、前記矩形スリットの長辺である構成とすることができる。この場合に、前記スリットは、前記矩形スリットを同心状に複数有し、前記矩形スリットのうち、少なくとも最外側のものが、前記第１のスリットおよび前記第２のスリットを有する構成であってもよい。前記スリットは、前記矩形スリットに交差する方向の交差スリットを有していてもよい。前記交差スリットは、前記矩形スリットの対角線状をなす構成をとることができる。

前記第１のスリットおよび前記第２のスリットの少なくとも一方は、高周波アンテナのアンテナ線と平行に形成されていることが好ましい。前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で前記アンテナ線が前記金属窓の周方向に沿って周回するように設けられている構成をとることができる。

本発明の第２の観点では、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、基板を収容する処理室と、前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた金属窓とを備え、前記金属窓は、スリットによって複数の領域に分割され、前記スリットの少なくとも一部が、前記高周波アンテナに供給される電流によって前記処理室に形成される誘導電界の分布が調整されるように、その幅が可変とされることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

上記第２の観点において、前記金属窓は、相対的に幅が広い領域と相対的に幅が狭い領域とを有し、前記スリットのうち前記相対的に幅が狭い領域に対応する部分の幅が、前記相対的に幅が広い領域に対応する部分の幅よりも大きくなるように、前記スリットの少なくとも一部の幅が可変とされることができる。

また、前記スリットのうち幅が可変とされる部分は、前記スリットの幅を調整する蓋を有する構成とすることができる。この場合に、前記蓋は、前記スリットのうち幅が可変とされる部分によって分割された前記金属窓の一方の領域と導通され、他方の領域と絶縁されることが好ましい。

本発明によれば、金属窓をスリットによって互いに絶縁されるように複数の領域に分割し、スリットの少なくとも一部を、位置によって幅が異なるように形成して、高周波アンテナに供給される電流によって処理室に形成される誘導電界の分布を調整する。これにより、大型基板において、例えば長辺側と短辺側とで窓の幅が相違し、窓の幅が狭い長辺側のほうが窓の幅が広い短辺側よりもプラズマ処理速度が高くなる傾向にあっても、金属窓を用いて均一なプラズマ処理を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置に用いられる金属窓および高周波アンテナを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態における誘導結合プラズマの生成原理を示す図である。 金属窓の他の例を示す平面図である。 高周波アンテナの他の例を示す平面図である。 高周波アンテナのさらに他の例を示す斜視図である。 プラズマ励起電流に及ぼすスリット幅および金属窓の幅の影響をシミュレーションした際の金属窓および高周波アンテナを示す斜視図である。 スリット幅（テフロン幅）とプラズマ励起電流との関係を示す図である。 金属窓の幅とプラズマ励起電流との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の金属窓を部分的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の金属窓の他の例を部分的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の金属窓のさらに他の例を部分的に示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示す誘導結合プラズマ処理装置は、矩形基板、例えば、ＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理等のプラズマ処理に用いることができる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。また、ＦＰＤ用ガラス基板に限らず、太陽電池パネル用ガラス基板に対する上記同様のプラズマ処理にも用いることができる。

この誘導結合プラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより電気的に接地されている。本体容器１は、本体容器１と絶縁されて形成された矩形状の金属窓２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。金属窓２は、処理室４の天壁を構成する。金属窓２は、例えば、非磁性体で導電性の金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金で構成される。また、金属窓２の耐プラズマ性を向上させるために、金属窓２の処理室４側の表面に誘電体膜や誘電体カバーを設けてもよい。誘電体膜としては陽極酸化膜または溶射セラミックス膜を挙げることができる。また誘電体カバーとしては石英製またはセラミックス製のものを挙げることができる。

アンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には、本体容器１の内側に突出する支持棚５、および支持梁６が設けられている。支持棚５および支持梁６は導電性材料、望ましくはアルミニウム等の金属で構成される。

金属窓２は、後述するように複数部分に分割されている。分割された複数部分同士の間はスリット７により分離されており、これら複数部分は絶縁部材７ａを介して支持棚５および支持梁６に支持される。支持梁６は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。なお、スリット７の一部または全部が、単に絶縁部材７ａが充填された構成であってもよい。

支持梁６は、本例では処理ガス供給用のシャワー筐体を兼ねる。支持梁６がシャワー筐体を兼ねる場合には、支持梁６の内部に、被処理基板の被処理面に対して平行に延びるガス流路８が形成される。ガス流路８には、処理室４内に処理ガスを噴出する複数のガス吐出孔８ａが形成される。ガス流路８には、処理ガス供給系２０からガス供給管２０ａを介して処理ガスが供給され、ガス吐出孔８ａから処理室４の内部に、処理ガスが吐出される。なお、処理ガスは、支持梁６から供給される代わりに、またはそれに加えて、金属窓２にガス吐出孔を設けて処理ガスを吐出することもできる。

金属窓２の上のアンテナ室３内には、金属窓２に面するようにかつ絶縁部材からなるスペーサ１４により金属窓２から離間して高周波アンテナ１３が配置されている。

高周波アンテナ１３には、給電部材１５、給電線１６、整合器１７を介して第１の高周波電源１８が接続されている。そして、プラズマ処理の間、高周波アンテナ１３に第１の高周波電源１８から整合器１７、給電線１６および給電部材１５を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることで、誘導磁界が形成され、この誘導磁界により後述するように金属窓２の下面に沿って流れる電流を介して、処理室４内のプラズマ生成領域に誘導電界が形成され、この誘導電界により複数のガス吐出孔８ａから供給された処理ガスが、処理室４内のプラズマ生成領域においてプラズマ化される。

処理室４内の下方には、金属窓２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板として、矩形状のＦＰＤ用ガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇを載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持され、基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３を収納する絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これにより、載置台２３の上下動によっても処理室４内の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。

載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して第２の高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が３．２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。

さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。

処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。

この誘導結合プラズマ処理装置の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータによる誘導結合プラズマ処理装置を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、誘導結合プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００には、誘導結合プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて誘導結合プラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、誘導結合プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

次に、金属窓２および高周波アンテナ１３について、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、矩形状をなす金属窓２は短辺２ａと長辺２ｂとを有している。また、金属窓２を複数部分に分割するスリット７は、金属窓２の周方向に沿って矩形状にかつ同心状に形成された、外側スリット７１および内側スリット７２を有している。金属窓２はこれらにより、周縁部２０１、中間部２０２、および内側部２０３の３つの部分に分割されている。また、スリット７は、周方向に交差する方向、具体的には放射方向に沿って、矩形状の外側スリット７１の対角線を構成する対角スリット７３を有している。対角スリット７３により、中間部２０２は、短辺２ａに対応する２つの短辺側領域２０２ａと、長辺２ｂに対応する２つの長辺側領域２０２ｂとに４分割され、内側部２０３も、短辺２ａに対応する２つの短辺側領域２０３ａと、長辺２ｂに対応する２つの長辺側領域２０３ｂとに４分割されている。周縁部２０１にはスリットは存在せず、額縁状をなしている。この周縁部２０１は接地されており、外側スリット７１内の絶縁部材７ａにより、それより内側の部分から絶縁されている。

金属窓２に形成されるスリット７は、少なくともその一部が位置によって幅が異なるように形成されており、これにより、高周波アンテナ１３に電流が供給されて処理室４内に形成される誘導電界の分布が調整されるようになっている。具体的には、スリット７のうち、外側スリット７１は、短辺２ａに対応する短辺側部分７１ａの幅Ｄ_ＳＳが、長辺２ｂに対応する長辺側部分７１ｂの幅Ｄ_ＳＬよりも大きくなっている（すなわち、Ｄ_ＳＳ＞Ｄ_ＳＬの関係を有している）。短辺側部分７１ａは短辺２ａに対して平行であり、長辺側部分７１ｂは長辺２ｂに対して平行である。また、金属窓２の中間部２０２における短辺側領域２０２ａの幅Ｄ_ＷＳは長辺側領域２０２ｂの幅Ｄ_ＷＬよりも大きくなっている（すなわち、Ｄ_ＷＳ＞Ｄ_ＷＬ）。

高周波アンテナ１３は、本例では、径方向に間隔をおいて、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの２つの周回するアンテナ部を有するものであり、外側アンテナ部１３ａを金属窓２の中間部２０２に対応して設け、内側アンテナ部１３ｂを金属窓２の内側部２０３に対応して設けている。本例では、外側アンテナ部１３ａは導電性材料、例えばアンテナ線１３０を環状に形成した環状アンテナとして形成され、内側アンテナ部１３ｂはアンテナ線１３０を渦巻き状に形成した渦巻きアンテナとして形成されている。したがって、スリット７の外側スリット７１のうち、短辺側部分７１ａおよび長辺側部分７１ｂは、高周波アンテナ１３のアンテナ線１３０と平行に形成されている。なお、スリット７のうち、電界分布を調整するために幅を調整する部分が高周波アンテナ１３のアンテナ線１３０と平行に形成されていればよい。

このように高周波アンテナ１３を、径方向に間隔をおいて外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの２つの周回するアンテナ部を有するものとし、これらのインピーダンスを調整して電流値を独立して制御することができる。

なお、金属窓２のスリット７の形態や、高周波アンテナ１３の形状は、例示に過ぎず、後述するように種々のものを用いることができる。

次に、金属窓２のスリット７の幅を変化させることにより、誘導電界が変化するメカニズムについて、図３を参照して説明する。
高周波アンテナ１３のアンテナ線１３０に電流が流れると、その回りに誘導磁界Ｍが発生する。誘導磁界Ｍの磁力線は金属を透過しないため、金属窓２に到達した磁力線は金属窓２の表面で渦電流Ｉ_Ｅを形成し、裏面側のそれによって形成される逆向きの磁界によって磁力線は外側に曲がる。渦電流Ｉ_Ｅが合成されて形成された合成渦電流Ｉ_ＥＣは金属窓２の表面から裏面に流れさらに表面に戻るループ電流として形成され、裏面側の合成渦電流Ｉ_ＥＣが処理室４内に第１の誘導電界Ｅ_Ｐ１を形成する。一方、誘導磁界Ｍの磁力線は、スリット７（絶縁部材７ａ）を透過し、処理室４内では、基板Ｇの表面に沿って形成され、処理室４内の誘導磁界Ｍにより、処理室４内に第２の誘導電界Ｅ_Ｐ２が形成される。そしてこれらの誘導電界により、処理室４内に処理ガスのプラズマが生成される。したがって、スリットの幅を変更することにより、そこを透過する誘導磁界Ｍの磁力線の強さが変化し、処理室４内の第２の誘導電界Ｅ_Ｐ２の大きさが変化する。すなわち、スリットの幅を変化させることにより、プラズマを生成するための電界強度を調整することができる。なお、図３において、電流や磁力線の方向は説明のための便宜上のものであり、正確なものではない。例えば、第２の誘導電界Ｅ_Ｐ２の方向を誘導磁界Ｍの磁力線と同じ方向で表しているが、実際には誘導磁界Ｍの磁力線と直交する方向である。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマ処理装置を用いて基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で搬入出口２７ａから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から供給される処理ガスをシャワー筐体を兼ねる支持梁６のガス吐出孔８ａから処理室４内に吐出させるとともに、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。

また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。

次いで、第１の高周波電源１８から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより金属窓２を介して処理室４内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対してプラズマ処理として、例えばプラズマエッチング処理が行われる。

この場合に、図２に示すように、金属窓２は矩形状のため、短辺２ａ側と長辺２ｂ側とでは幅が異なっている。プラズマ生成空間における磁界の大きさ（磁力線の強さ）は金属窓の幅が広いほど小さくなることから、スリット７の幅が従来のように基本的に均一である場合には、窓の幅が狭い長辺側のほうが窓の幅が広い短辺側よりも電界強度が大きくなり、プラズマ強度が高くなる傾向にある。具体的には、例えば、金属窓２の中間部２０２において、短辺２ａに対応する短辺側領域２０２ａの幅Ｄ_ＷＳは長辺側領域２０２ｂの幅Ｄ_ＷＬよりも大きくなっているため、プラズマ生成空間における長辺側領域２０２ｂに対応する部分のほうが短辺側領域２０２ａに対応する部分よりも電界強度が大きく、プラズマ強度が高くなる。

そこで、本実施形態では、金属窓２に形成されるスリット７を、少なくともその一部が位置によって幅が異なるように形成している。具体的には、金属窓２のスリット７のうち、金属窓２の周方向に沿って矩形状に形成された外側スリット７１において、短辺２ａに対して平行な短辺側部分７１ａの幅Ｄ_ＳＳが、長辺２ｂに対して平行な長辺側部分７１ｂの幅Ｄ_ＳＬよりも大きくなるようにしている。これにより、短辺側領域２０２ａに対応する部分の磁力線の強度を高めることができ、その部分の電界強度を上昇させることができるので、プラズマ強度を均一にしてプラズマ処理速度を均一にすることができる。

なお、内側スリット７２において、同様に、短辺２ａに対して平行な短辺側部分の幅が、長辺２ｂに対して平行な長辺側部分の幅よりも大きくなるようにしてもよい。これにより上記調整効果を得ることができる。ただし、外側スリット７１のほうが調整効果が高く、局所的な制御を行いやすいので、外側スリット７１においてスリット幅を調整することが好ましい。もちろん、外側スリット７１および内側スリット７２の両方について、短辺２ａに対して平行な短辺側部分の幅が、長辺２ｂに対して平行な長辺側部分の幅よりも大きくなるようにしてもよい。なお、上記外側スリット７１および内側スリット７２は、高周波アンテナ１３のアンテナ線１３０に平行に形成されているため、上述のように、短辺側領域および長辺側領域のどちらかに選択的に影響を及ぼすことができるため調整効果を得ることができるが、対角スリット７３は、短辺側領域および長辺側領域のどちらかに選択的に影響を及ぼすことが困難であるため、上記調整効果をほとんど得ることができない。

本実施形態では、その他に、以下のような効果も奏する。
すなわち、金属窓２がその周方向に沿って複数に分割されているため、金属窓に流れる合成渦電流Ｉ_ＥＣの拡散を抑制することができ、プラズマ分布の制御性を良好にすることができ、かつ第１の誘導電界Ｅ_Ｐ１をより強くすることができる。また、周方向に加えて周方向に交差する方向（具体的には放射方向）にも分割されているため、第１および第２の誘導電界Ｅ_Ｐ１，Ｅ_Ｐ２をより大きくすることができる。さらに、高周波アンテナ１３を径方向に間隔をおいて外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂとを有するものとし、外側アンテナ部１３ａを中間部２０２に対応して設け、内側アンテナ部１３ｂを内側部２０３に対応して設けることにより、外側アンテナ部１３ａの電流により中間部２０２に発生する渦電流と、内側アンテナ部１３ｂに対応する内側部２０３に発生する渦電流との干渉を抑制することができる。また、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂのインピーダンスを調整して電流値を独立して制御することができるので、誘導結合プラズマの全体としての密度分布を制御することができる。

なお、上述したように、金属窓２の分割態様は上記の例に限らない。例えば、図４に示すように、周方向に沿って単一の矩形状のスリット７４のみを設け、スリット７４を、短辺２ａに対して平行な短辺側部分７４ａの幅Ｄ１_ＳＳが、長辺２ｂに対して平行な長辺側部分７４ｂの幅Ｄ１_ＳＬよりも大きくなるようにするのみでも、金属窓２の短辺側の磁力線の強度を高めて、その部分の電界強度を上昇させて、プラズマ処理速度を均一にすることができる。また、周方向の分割数は４以上であってもよく、それらを分離する３以上の矩形状のスリットのうち、少なくとも１つにおいて、短辺２ａに対して平行な短辺側部分の幅が、長辺２ｂに対して平行な長辺側部分の幅よりも大きくなるようにすればよい。この場合には、最外側のスリットの調整効果が最も大きいので、最外側スリットにおいて短辺側部分と長辺側部分との幅を調整することが好ましい。

また、金属窓２の周方向に交差する方向の分割は上述した対角方向に限るものではなく、また、その分割数にも特に制限はない。

さらに、高周波アンテナ１３は、径方向に間隔をおいて外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの２つの周回するアンテナ部を有するものとしたが、単独の周回アンテナ部を有するものであってもよく、また、３つ以上の周回するアンテナ部を有するものであってもよい。アンテナ部の数を増加させることにより、誘導結合プラズマの全体としての密度分布の制御性をより高めることができる。

また、周回するアンテナ部としては、図５に示すような、多重渦巻きアンテナであってもよい。図５の例では、高周波アンテナ１３を構成するアンテナ部１３０が、４本のアンテナ線１３１，１３２，１３３，１３４を９０°ずつ位置をずらして巻回して全体が渦巻状となるようにした多重（四重）アンテナを構成し、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなしている。

また、高周波アンテナ１３としては、周回するアンテナを同心状に配列する場合に限らず、並列に配置してもよい。また、周回するアンテナに限るものでもなく、例えば、図６に示すように、アンテナ線１４１を金属窓２に交差する方向に縦巻螺旋状に巻回して、金属窓２に面したプラズマに寄与する誘導電界を生成する平面部１４２が、アンテナ線１４１が複数本（図では３本）平行に配置された直線アンテナを構成するものであってもよい。また、このような縦巻螺旋状のアンテナ部を複数配置したものであってもよい。

次に、プラズマ励起電流に及ぼすスリット幅および金属窓の幅の影響をシミュレーションした結果について説明する。
ここでは、図７に示すように、縦巻螺旋状に巻回した図６に示す高周波アンテナを用い、かつ矩形状をなし、その輪郭と同心状の矩形のスリットを形成し、スリットをテフロン（登録商標）製の絶縁部材を充填した金属窓を用い、スリット幅（テフロン幅）および金属窓の幅を変化させてプラズマ励起電流（プラズマの強度）を計算した。なお、ここでは、スリット幅（テフロン幅）は図７に示すＡの部分の幅、窓の幅は図７に示すＢの部分の幅とした。

図８は、スリット幅（テフロン幅）とプラズマ励起電流との関係を示す図である。この図に示すように、スリット幅（テフロン幅）とプラズマ励起電流との関係は直線状ではないが、スリット幅（テフロン幅）の増加に従ってプラズマ励起電流が単調に増加し、ある程度の幅で飽和してくる。標準となるスリット幅は、効率に鑑みこの飽和してくる領域を用いることが多い。この幅は金属窓の厚みによっても異なるが、図８に示すように、おおよそ２０ｍｍである。これ以上広げてもあまり効率は良くならない。金属窓の長辺側の効率を悪化させたい領域については、プラズマ励起電流が飽和する幅よりも狭めるが、狭めすぎると効率を大幅に悪化させてしまうため、５〜１０ｍｍのスリット幅に調節することが好ましい。

図９は、金属窓の幅とプラズマ励起電流との関係を示す図である。この図に示すように、金属窓の幅が広くなるほど効率が悪くなる。

以上の結果から、金属窓の幅の違いによるプラズマの不均一を、スリット幅により調整できることが確認された。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、金属窓の幅の違いに応じて、予めスリットの幅を異ならせたが、本実施形態では、スリットの幅を可変にした例について説明する。

図１０は本発明の第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の金属窓の一部を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態では、金属窓２がスリット７により分割されている点は第１の実施形態と同様であるが、スリット７の少なくとも一部にスリット幅を調整する移動可能な蓋１５０を設け、スリットの幅を可変としている点が第１の実施形態とは異なっている。なお、スリット７には絶縁部材７ａが充填されている。スリット７の幅の調整は、蓋１５０をモータやシリンダ等の適宜のアクチュエータを用いてスライドさせることにより行うことができる。蓋１５０は、スリット７により分割された金属窓２の分割部分２１１と２１２の両方に導通をとる必要はなく、これらのうち一方（図１０では分割部分２１２）から絶縁されている。そして、蓋１５０はその絶縁状態を保ったまま移動する。幅を可変にするスリットの位置は限定されないが、例えば図２の外側スリット７１の短辺側部分７１ａまたは長辺側部分７１ｂを挙げることができる。

このようにスリット７の少なくとも一部に、その幅を調整する機構を設けることにより、装置毎や処理レシピ毎によるプラズマ強度分布のばらつきを調整することが可能となる。

ところで、図１０において、スリット７により分割された金属窓２の一方の分割部分２１１が接地されている場合には、他方の分割部分２１２との間で数ｋＶ（例えば５〜１０ｋＶ）の電位差をもつことがある。この場合には、図１０の構成では、蓋１５０によりスリット７の幅を最小にしようとすると、蓋１５０と分割部分２１２との間で沿面放電などが発生することがある。このような可能性がある場合には、図１１に示すような構成が有効である。図１１の例では、金属窓２の分割部分２１１の上面にスペーサ１５１を介して蓋１５０を他方の分割部分２１２に張り出すように設けてスリット幅を調整することが有効である。このとき、沿面放電を有効に防止する観点から、蓋１５０と金属窓２との隙間（つまりスペーサ１５１の厚さ）ｄ_１は５〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。また、蓋１５０の分割部分２１２とのオーバーラップ長さｄ_２は、最もスリット幅を狭くする場合に２０ｍｍ程度であることが好ましい。

第２の実施形態において、蓋１５０の移動はスライド式に限らず、図１２に示すような回動式等、種々の手法をとることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では誘導結合プラズマ処理装置の一例としてエッチング装置を例示したが、エッチング装置に限らず、ＣＶＤ成膜等の他方のプラズマ処理装置に適用することができる。また、基板および金属窓として矩形状のものを用いた例を示したが、これに限るものではない。

さらに、被処理基板としてＦＰＤ基板を用いた例を示したが、矩形基板であれば太陽電池パネル用の基板等他の基板に対するプラズマ処理にも適用可能である。

１；本体容器
２；金属窓
２ａ；短辺
２ｂ；長辺
３；アンテナ室
４；処理室
５；支持棚
６；支持梁
７；スリット
７ａ；絶縁部材
１３；高周波アンテナ
７１；外側スリット
７１ａ；短辺側部分
７１ｂ；長辺側部分
１５０；蓋
２０２；中間部
２０２ａ；短辺側領域
２０２ｂ；長辺側領域
２１１，２１２；分割部分
Ｇ；基板（矩形基板）

Claims (14)

1. 基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、
   基板を収容する処理室と、
   前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、
   前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた金属窓と
   を備え、
   前記金属窓は、スリットによって複数の領域に分割され、前記スリットは、少なくともその一部が、位置によって幅が異なるように形成され、これにより、前記高周波アンテナに供給される電流によって前記処理室に形成される誘導電界の分布が調整されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
2. 前記金属窓は、相対的に幅が広い領域と相対的に幅が狭い領域とを有し、前記スリットのうち前記相対的に幅が狭い領域に対応する部分の幅が、前記相対的に幅が広い領域に対応する部分の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
3. 前記金属窓は、前記金属窓の長辺に対応する長辺側領域と、前記金属窓の短辺に対応する短辺側領域とを有し、前記スリットは、前記短辺側領域に対応する第１のスリットと、前記長辺側領域に対応する第２のスリットとを有し、前記第１のスリットは、前記第２のスリットよりも幅が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
4. 前記第１のスリットは、前記短辺に平行に形成され、前記第２のスリットは、前記長辺に平行に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
5. 前記スリットは、矩形状をなす前記金属窓の外形と同心状の矩形スリットを有し、前記第１のスリットは、前記矩形スリットの短辺であり、前記第２のスリットは、前記矩形スリットの長辺であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
6. 前記スリットは、前記矩形スリットを同心状に複数有し、前記矩形スリットのうち、少なくとも最外側のものが、前記第１のスリットおよび前記第２のスリットを有することを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
7. 前記スリットは、前記矩形スリットに交差する方向の交差スリットを有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
8. 前記交差スリットは、前記矩形スリットの対角線状をなしていることを特徴とする請求項７に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
9. 前記第１のスリットおよび前記第２のスリットの少なくとも一方は、高周波アンテナのアンテナ線と平行に形成されていることを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
10. 前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で前記アンテナ線が前記金属窓の周方向に沿って周回するように設けられていることを特徴とする請求項９に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
11. 基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、
    基板を収容する処理室と、
    前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、
    前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた金属窓と
    を備え、
    前記金属窓は、スリットによって複数の領域に分割され、前記スリットの少なくとも一部が、前記高周波アンテナに供給される電流によって前記処理室に形成される誘導電界の分布が調整されるように、その幅が可変とされることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
12. 前記金属窓は、相対的に幅が広い領域と相対的に幅が狭い領域とを有し、前記スリットのうち前記相対的に幅が狭い領域に対応する部分の幅が、前記相対的に幅が広い領域に対応する部分の幅よりも大きくなるように、前記スリットの少なくとも一部の幅が可変とされることを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
13. 前記スリットのうち幅が可変とされる部分は、前記スリットの幅を調整する蓋を有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
14. 前記蓋は、前記スリットのうち幅が可変とされる部分によって分割された前記金属窓の一方の領域と導通され、他方の領域と絶縁されることを特徴とする請求項１３に記載の誘導結合プラズマ処理装置。

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