JP2019153560A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させる。【解決手段】アンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流又は当該給電側端部３ａに印加される電圧を検出する第１検出部Ｓ１と、アンテナ３の給電側端部３ａとは反対側の接地側端部３ｂに流れる電流又は当該接地側端部３ｂに印加される電圧を検出する第２検出部Ｓ２とを具備するようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、高周波電流が流されて誘導結合型のプラズマを発生されるためのアンテナを備えたプラズマ処理装置に関するものである。
この種のプラズマ処理装置としては、特許文献１に示すように、複数本のアンテナを真空容器内の基板の四方に配置して、これらのアンテナに高周波電流を流すことで誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させて基板をプラズマ処理するように構成されたものがある。
より詳細に説明すると、このプラズマ処理装置は、複数のアンテナそれぞれに接続された可変インピーダンス素子と、複数のアンテナそれぞれの給電側に設けられたピックアップコイル又はキャパシタとをさらに備えている。そして、ピックアップコイル又はキャパシタからの出力値に基づいて可変インピーダンス素子のインピーダンス値をフィードバック制御することで、それぞれのアンテナの周囲に発生するプラズマの密度を所定範囲内に制御して、真空容器に発生させるプラズマ密度の空間的な均一化を図っている。
ところが、基板が大型なものになると、特許文献１のプラズマ処理装置に用いられているような比較的短尺なアンテナを基板の四方に配置したのでは対応することができず、この場合には特許文献２に示すような長尺状のアンテナが用いられる。
このように長尺状のアンテナを用いた場合、アンテナのインピーダンスが大きくなるので、アンテナの給電側端部とその反対側の端部（接地側端部）とでは大きな電位差が生じる。従って、長尺状のアンテナに対して、上述したように給電側に設けたピックアップコイルやキャパシタの出力値に基づき可変インピーダンスをフィードバック制御したとしても、アンテナの長手方向に沿ったプラズマ密度を均一化することはできない。
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることをその主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係るプラズマ処理装置は、基板を収容する真空容器と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための長尺状のアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源とを具備し、前記高周波電流に対するリアクタンスを変更可能に構成されたプラズマ処理装置であって、前記アンテナの給電側端部に流れる電流又は当該給電側端部に印加される電圧を検出する第１検出部と、前記アンテナの前記給電側端部とは反対側の接地側端部に流れる電流又は当該接地側端部に印加される電圧を検出する第２検出部とをさらに具備することを特徴とするものである。
このようなプラズマ処理装置であれば、アンテナの両端部それぞれにおいて検出される電流値や電圧値を考慮しながら、高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。
これにより、例えばアンテナの両端部において検出される電流値や電圧値が互いに近い値となるようにリアクタンスを調整することで、アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応できるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることが可能となる。
これにより、例えばアンテナの両端部において検出される電流値や電圧値が互いに近い値となるようにリアクタンスを調整することで、アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応できるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることが可能となる。
高周波電流に対するリアクタンスを変更可能にするためには、例えばアンテナに容量が異なる複数のコンデンサを並列に接続しておき、これらのコンデンサのうちアンテナに接続されるものを切り替える方法を挙げることができるが、かかる構成では複数のコンデンサが必要であり、装置が大掛かりなる等の問題が生じる。
そこで、簡単な構成で高周波電流に対するリアクタンスを変更可能にするためには、前記アンテナの前記接地側端部が、可変コンデンサを介して接地されていることが好ましい。
このような構成であれば、高周波電流に対するリアクタンスは、簡単に言えば、アンテナの誘導性リアクタンスから可変コンデンサの容量性リアクタンスを差し引いたものとなるので、可変コンデンサの容量を変更することにより、高周波電流に対するリアクタンスを簡単に変更することができる。
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このような構成であれば、高周波電流に対するリアクタンスは、簡単に言えば、アンテナの誘導性リアクタンスから可変コンデンサの容量性リアクタンスを差し引いたものとなるので、可変コンデンサの容量を変更することにより、高周波電流に対するリアクタンスを簡単に変更することができる。
より具体的な構成としては、前記第１検出部により検出された第１検出信号を取得する第１取得部と、前記第２検出部により検出された第２検出信号を取得する第２取得部と、前記第１検出信号が示す第１検出値及び前記第２検出信号が示す第２検出値の差分が所定の範囲内に収まるように、前記可変コンデンサの容量を制御するコンデンサ制御部とを具備する構成が挙げられる。
このような構成であれば、アンテナの両端部において検出される電流値や電圧値の差分をゼロ或いは小さい値にすることができるので、アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
このような構成であれば、アンテナの両端部において検出される電流値や電圧値の差分をゼロ或いは小さい値にすることができるので、アンテナに流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記給電側端部が及び前記接地側端部が前記真空容器の外部に位置しており、前記給電側端部に前記第１検出部が設けられており、前記接地側端部に前記第２検出部が設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、第１検出部や第２検出部を真空容器の外部に配置することができ、メンテナンスや校正を簡単に行うことができる。
このような構成であれば、第１検出部や第２検出部を真空容器の外部に配置することができ、メンテナンスや校正を簡単に行うことができる。
複数の前記アンテナが、前記高周波電源に並列接続されており、前記各アンテナと前記高周波電源との間それぞれに第１の可変コンデンサが設けられるとともに、前記各アンテナの接地側端部それぞれに第２の可変コンデンサが接続されており、前記第１検出部が、前記第１の可変コンデンサよりも前記アンテナ側それぞれに設けられ、前記第２検出部が、前記第２の可変コンデンサよりも前記アンテナ側それぞれに設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、各第１の可変コンデンサの容量を変更することで、各アンテナに対して供給される高周波電流の分配比を調整することができ、各第２の可変コンデンサの容量を変更することで、各アンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスを調整することができる。これにより、高周波電流を各アンテナに均等に分配しつつ、各アンテナに流れる高周波電流を長手方向に沿って均一化することができ、空間的に均一なプラズマを発生させることが可能となる。
このような構成であれば、各第１の可変コンデンサの容量を変更することで、各アンテナに対して供給される高周波電流の分配比を調整することができ、各第２の可変コンデンサの容量を変更することで、各アンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスを調整することができる。これにより、高周波電流を各アンテナに均等に分配しつつ、各アンテナに流れる高周波電流を長手方向に沿って均一化することができ、空間的に均一なプラズマを発生させることが可能となる。
少なくとも一対の前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記各アンテナの同じ側の端部の間に介在する接続導体によって互いに直列接続されており、前記接続導体が、前記一対のアンテナに電気的に接続される第３の可変コンデンサを有し、前記第１検出部及び前記第２検出部が、前記一対のアンテナそれぞれに対して設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、第１検出部及び第２検出部が、一対のアンテナそれぞれに対して設けられているので、各アンテナそれぞれの両端部において検出される電流値や電圧値を考慮しながら、高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。具体的には、接続導体を構成する第３の可変コンデンサの容量を変更することで、一対のアンテナのうちの上流側のアンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。一方、下流側のアンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスの変更は、例えば下流側のアンテナを可変コンデンサを介して接地しておけば、この可変コンデンサの容量を変更すれば良い。
このような構成であれば、第１検出部及び第２検出部が、一対のアンテナそれぞれに対して設けられているので、各アンテナそれぞれの両端部において検出される電流値や電圧値を考慮しながら、高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。具体的には、接続導体を構成する第３の可変コンデンサの容量を変更することで、一対のアンテナのうちの上流側のアンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。一方、下流側のアンテナを流れる高周波電流に対するリアクタンスの変更は、例えば下流側のアンテナを可変コンデンサを介して接地しておけば、この可変コンデンサの容量を変更すれば良い。
前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、前記接続導体が、前記第３の可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記第３の可変コンデンサに導く第１の接続部と、前記第３の可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記第３の可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、前記一方のアンテナに対して設けられた前記第２検出部が、前記第１の接続部に取り付けられており、前記他方のアンテナに対して設けられた前記第１検出部が、前記第２の接続部に取り付けられていることが好ましい。
このような構成であれば、第１検出部や第２検出部を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
さらに、アンテナを冷却液により冷却することができるので、プラズマを安定して発生させることができる。
このような構成であれば、第１検出部や第２検出部を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
さらに、アンテナを冷却液により冷却することができるので、プラズマを安定して発生させることができる。
第１検出部や第２検出部を冷却するための別の実施態様としては、前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、前記接続導体が、前記第３の可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記第３の可変コンデンサに導く第１の接続部と、前記第３の可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記第３の可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、前記一方のアンテナに対して設けられた前記第２検出部、及び、前記他方のアンテナに対して設けられた前記第１検出部が、前記第３の可変コンデンサに取り付けられている構成を挙げることができる。
前記冷却液が前記第３の可変コンデンサの誘電体であることが好ましい。
このような構成であれば、第３の可変コンデンサを冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
このような構成であれば、第３の可変コンデンサを冷却しつつその静電容量の不意の変動を抑えることができる。
このように構成した本発明によれば、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることができる。
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜装置構成＞
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
なお、このプラズマ処理装置１００は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。
具体的にプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、真空排気され且つガスＧが導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された長尺状のアンテナ３と、真空容器２内に誘導結合型のプラズマＰを生成するための高周波をアンテナ３に印加する高周波電源４とを備えている。なお、アンテナ３に高周波電源４から高周波を印加することによりアンテナ３には高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。
真空容器２は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置５によって真空排気される。真空容器２はこの例では電気的に接地されている。
真空容器２内に、例えば流量調整器（図示省略）及び真空容器２の側壁に形成されたガス導入口２１を経由して、ガスＧが導入される。ガスＧは、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。
また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ６が設けられている。この例のように、基板ホルダ６にバイアス電源７からバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は、例えば負の直流電圧、負のパルス電圧等であるが、これに限られるものではない。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマＰ中の正イオンが基板Ｗに入射する時のエネルギーを制御して、基板Ｗの表面に形成される膜の結晶化度の制御等を行うことができる。基板ホルダ６内に、基板Ｗを加熱するヒータ６１を設けておいても良い。
アンテナ３は、ここでは直線状のものであり、真空容器２内における基板Ｗの上方に、基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）、ここでは１本配置されている。
アンテナ３の両端部付近は、真空容器２の相対向する側壁をそれぞれ貫通している。アンテナ３の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部材８がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材８を、アンテナ３の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン９１によって真空シールされている。各絶縁部材８と真空容器２との間も、例えばパッキン９２によって真空シールされている。なお、絶縁部材８の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等である。
真空容器２の外部に位置するアンテナ３の両端部のうち、一方の端部は、高周波電源４に接続される給電側端部３ａであり、他方の端部は、接地される接地側端部３ｂである。具体的に、給電側端部３ａは、整合回路４１を介して高周波電源４に接続されており、接地側端部３ｂは、可変コンデンサＶＣを介して接地されている。
上記構成によって、高周波電源４から、整合回路４１を介して、アンテナ３に高周波電流ＩＲを流すことができ、可変コンデンサＶＣの容量を変更することで、高周波電流ＩＲに対するリアクタンスを変更することができる。なお、高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
さらに、アンテナ３において、真空容器２内に位置する部分は、直管状の絶縁カバー１０により覆われている。この絶縁カバー１０の両端部は絶縁部材８によって支持されている。なお、絶縁カバー１０の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等である。
本実施形態のアンテナ３は、内部に冷却液ＣＬが流通する流路３Ｓを有する中空構造のものである。本実施形態では、直管状をなす金属パイプ３１である。金属パイプ３１の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等である。
なお、冷却液ＣＬは、真空容器２の外部に設けられた循環流路１１によりアンテナ３を流通するものであり、前記循環流路１１には、冷却液ＣＬを一定温度に調整するための熱交換器などの温調機構１１１と、循環流路１１において冷却液ＣＬを循環させるためのポンプなどの循環機構１１２とが設けられている。冷却液ＣＬとしては、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましく、例えば純水またはそれに近い水が好ましい。その他、例えばフッ素系不活性液体などの水以外の液冷媒を用いても良い。
然して、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流を検出する第１検出部Ｓ１と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる電流を検出する第２検出部Ｓ２と、第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２により得られる検出値に基づいて可変コンデンサＶＣを制御する制御装置Ｘとをさらに具備してなる。
第１検出部Ｓ１は、給電側端部３ａ又はその近傍に取り付けられた例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、給電側端部３ａに流れる電流の大きさに応じた第１検出信号を制御装置Ｘに出力するものである。
第２検出部Ｓ２は、接地側端部３ｂ又はその近傍に取り付けられた例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、接地側端部３ｂに流れる電流の大きさに応じた第２検出信号を制御装置Ｘに出力するものである。
制御装置Ｘは、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、入出力インターフェース等を備えたコンピュータであり、前記メモリに記憶されたプログラムが実行され、各機器が協業することで、図２に示すように、第１取得部Ｘ１、第２取得部Ｘ２、制御用データ格納部Ｘ３、及びコンデンサ制御部Ｘ４としての機能を発揮するように構成されている。
以下、各部について説明する。
以下、各部について説明する。
第１取得部Ｘ１は、第１検出部Ｓ１からの第１検出信号を有線又は無線により取得するとともに、その第１検出信号が示す値である第１検出値をコンデンサ制御部Ｘ４に送信するものである。
第２取得部Ｘ２は、第２検出部Ｓ２からの第２検出信号を有線又は無線により取得するとともに、その第２検出信号が示す値である第２検出値をコンデンサ制御部Ｘ４に送信するものである。
制御用データ格納部Ｘ３は、前記メモリの所定領域に設定されており、可変コンデンサＶＣの容量の制御に用いられる制御用データを格納している。この制御用データは、実験等により予め求められたものであり、ここでは図３に示すように、可変コンデンサＶＣのリアクタンスと、第１検出値及び第２検出値の差分との関係を示すデータである。
制御用データの求め方について一例を説明すると、例えばネットワークアナライザ等によりリアクタンスを測定した負荷を複数準備する。これらの負荷は、リアクタンスが互いに異なるものであり、図４（ａ）に示すように、アンテナ３の接地側に順次接続される。そして、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる給電側電流Ｉ１（第１検出値）と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる接地側電流Ｉ２（第２検出値）とを検出し、接地側電流Ｉ２から給電側電流Ｉ１を差し引いた電流差と、そのときにアンテナ３の接地側に接続されている負荷のリアクタンスとをプロットしたものが図３に示す制御用データである。
また、制御用データの別の求め方としては、下記の方法を挙げることができる。例えば図４（ｂ）に示すように、アンテナ３の給電側端部３ａに流れる給電側電流Ｉ１（第１検出値）と、アンテナ３の接地側端部３ｂに流れる接地側電流Ｉ２（第２検出値）とを検出するとともに、アンテナ３の接地側に電圧モニタＶを設け、この電圧モニタＶにより検出された電圧値と接地側電流Ｉ２とからアンテナ３の接地側のリアクタンスを求める。そして、接地側電流Ｉ２から給電側電流Ｉ１を差し引いた電流差と、そのときのアンテナ３の接地側のリアクタンスとをプロットすることで、制御用データを得ることができる。
コンデンサ制御部Ｘ４は、第１検出値及び第２検出値と、制御用データとに基づいて可変コンデンサＶＣの容量を制御するものであり、例えば第１検出値及び第２検出値の差分が所定の範囲内に収まるように、可変コンデンサＶＣの容量を変更する。
一例としては、第１検出値及び第２検出値の差分がゼロとなるとき、すなわち第１検出値と第２検出値とが等しくなるときのリアクタンスを制御用データから取得し、そのリアクタンスとなるように可変コンデンサＶＣの容量を制御する方法が挙げられる。ただし、必ずしも第１検出値と第２検出値とを等しくする必要はなく、アンテナ３の長手方向の全体に亘って電流の大きさが所定範囲に収まるのであれば、第１検出値と第２検出値とが互いに異なる値であっても良い。
なお、コンデンサ制御部４Ｘは、制御用データに基づいて可変コンデンサＶＣの容量を制御した後は、例えば第１検出値及び第２検出値の差分が予め設定した目標値に近づくように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されている。
だだし、コンデンサ制御部４Ｘとしては、制御用データを用いることなく、第１検出値及び第２検出値をパラメータとして、例えば第１検出値と第２検出値とが等しくなるように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されていても良い。
一例としては、第１検出値及び第２検出値の差分がゼロとなるとき、すなわち第１検出値と第２検出値とが等しくなるときのリアクタンスを制御用データから取得し、そのリアクタンスとなるように可変コンデンサＶＣの容量を制御する方法が挙げられる。ただし、必ずしも第１検出値と第２検出値とを等しくする必要はなく、アンテナ３の長手方向の全体に亘って電流の大きさが所定範囲に収まるのであれば、第１検出値と第２検出値とが互いに異なる値であっても良い。
なお、コンデンサ制御部４Ｘは、制御用データに基づいて可変コンデンサＶＣの容量を制御した後は、例えば第１検出値及び第２検出値の差分が予め設定した目標値に近づくように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されている。
だだし、コンデンサ制御部４Ｘとしては、制御用データを用いることなく、第１検出値及び第２検出値をパラメータとして、例えば第１検出値と第２検出値とが等しくなるように、可変コンデンサＶＣの容量をフィードバック制御するように構成されていても良い。
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、アンテナ３の給電側端部３ａにおいて検出される第１検出値と、アンテナ３の接地側端部３ｂにおいて検出される第２検出値との差分が例えばゼロとなるように可変コンデンサＶＣを制御しているので、アンテナ３に流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナ３を用いて基板Ｗの大型化に対応できるようにしつつ、アンテナ３の長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
このように構成した本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、アンテナ３の給電側端部３ａにおいて検出される第１検出値と、アンテナ３の接地側端部３ｂにおいて検出される第２検出値との差分が例えばゼロとなるように可変コンデンサＶＣを制御しているので、アンテナ３に流れる電流を長手方向に沿って可及的に均一にすることができる。
その結果、長尺状のアンテナ３を用いて基板Ｗの大型化に対応できるようにしつつ、アンテナ３の長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
また、可変コンデンサＶＣを介してアンテナ３の接地側端部３ｂを接地しているので、可変コンデンサＶＣの容量を変更することにより、高周波電流ＩＲに対するリアクタンスを簡単に変更することができる。
さらに、第１検出部Ｓ１を真空容器２の外部に位置する給電側端部３ａに設け、第２検出部Ｓ２を真空容器２の外部に位置する接地側端部３ｂに設けているので、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２のメンテナンスや校正を簡単に行うことができる。
加えて、アンテナ３を冷却液ＣＬにより冷却することができるので、プラズマＰを安定して発生させることができる。
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態ではプラズマ処理装置１００が、アンテナ３を１本備えた構ものであったが、複数本のアンテナ３を備えたものであっても良い。
具体的には、図５に示すように、複数本のアンテナ３を並列接続する構成や、図６に示すように、複数本のアンテナ３を直列接続する構成を挙げることができる。
具体的には、図５に示すように、複数本のアンテナ３を並列接続する構成や、図６に示すように、複数本のアンテナ３を直列接続する構成を挙げることができる。
まず、図５に示す構成について説明すると、ここでは例えば３本のアンテナ３が、整合回路４１を介して共通の高周波電源４に接続されており、各アンテナ３と整合回路４１との間それぞれに、第１の可変コンデンサＶＣ１が設けられている。また、各アンテナ３は、それぞれ第２の可変コンデンサＶＣ２を介して接地されている。なお、アンテナ３の本数は適宜変更して構わない。
そして、各アンテナ３の給電側端部３ａそれぞれに第１検出部Ｓ１が設けられており、各アンテナ３の接地側端部３ｂそれぞれに第２検出部Ｓ２が設けられている。
そして、各アンテナ３の給電側端部３ａそれぞれに第１検出部Ｓ１が設けられており、各アンテナ３の接地側端部３ｂそれぞれに第２検出部Ｓ２が設けられている。
このような構成であれば、それぞれの給電側端部３ａに設けられた第１検出部Ｓ１の第１検出値に基づいて、各アンテナ３に対する高周波電流ＩＲの分配比を把握することができ、第１検出値に基づき第１の可変コンデンサＶＣ１の容量を変更することで、各アンテナ３に対して供給される高周波電流ＩＲの分配比を調整することができる。
さらに、前記実施形態と同様に、各第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を変更することで、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲに対するリアクタンスを変更することができる。
これにより、高周波電流ＩＲを各アンテナ３に均等に分配しつつ、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲを長手方向に沿って均一化することができ、空間的に均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
さらに、前記実施形態と同様に、各第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を変更することで、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲに対するリアクタンスを変更することができる。
これにより、高周波電流ＩＲを各アンテナ３に均等に分配しつつ、各アンテナ３に流れる高周波電流ＩＲを長手方向に沿って均一化することができ、空間的に均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
次に、図６に示す構成について説明すると、ここでは例えば２本のアンテナ３が直列接続されており、この直列接続された２本のアンテナ３が２組並列に設けられている。具体的には、一方のアンテナ３（以下、第１のアンテナ３Ａという）の給電側端部３ａが、整合回路４１を介して高周波電源４に接続されており、他方のアンテナ３（以下、第２のアンテナ３Ｂという）の接地側端部３ｂが、接地されている。ここでは、第１のアンテナ３Ａと整合回路４１との間に第１の可変コンデンサＶＣ１が設けられるとともに、第２のアンテナ３Ｂは第２の可変コンデンサＶＣ２を介して接地されており、第１のアンテナ３Ａ及び第２のアンテナ３Ｂの間には第３の可変コンデンサＶＣ３が設けられている。なお、各アンテナ３は、共通の高周波電源４や整合回路４１に接続されている。
そして、第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２は、各アンテナ３それぞれに対して設けられている。つまり、第１のアンテナ３Ａの給電側端部３ａに第１検出部Ｓ１が設けられるとともに、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂに第２検出部Ｓ２が設けられている。また、第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａに第１検出部Ｓ１が設けられるとともに、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂに第２検出部Ｓ２が設けられている。
そして、第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２は、各アンテナ３それぞれに対して設けられている。つまり、第１のアンテナ３Ａの給電側端部３ａに第１検出部Ｓ１が設けられるとともに、第１のアンテナ３Ａの接地側端部３ｂに第２検出部Ｓ２が設けられている。また、第２のアンテナ３Ｂの給電側端部３ａに第１検出部Ｓ１が設けられるとともに、第２のアンテナ３Ｂの接地側端部３ｂに第２検出部Ｓ２が設けられている。
このような構成であれば、第１のアンテナ３Ａに設けられた第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２の検出値に基づいて第３の可変コンデンサＶＣ３の容量を制御することで、第１のアンテナ３Ａの長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることができる。
また、第２のアンテナ３Ｂに設けられた第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２の検出値に基づいて第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を制御すれば、第２のアンテナ３Ｂの長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることができる。
このように、複数のアンテナ３を直接に接続した場合であっても、互いに隣り合うアンテナ３の間に可変コンデンサを介在させておくことで、各アンテナ３それぞれにおいて長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
また、第２のアンテナ３Ｂに設けられた第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２の検出値に基づいて第２の可変コンデンサＶＣ２の容量を制御すれば、第２のアンテナ３Ｂの長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることができる。
このように、複数のアンテナ３を直接に接続した場合であっても、互いに隣り合うアンテナ３の間に可変コンデンサを介在させておくことで、各アンテナ３それぞれにおいて長手方向に沿って均一なプラズマＰを発生させることが可能となる。
第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２としては、前記実施形態ではアンテナ３の給電側端部３ａや接地側端部３ｂを流れる電流を検出するものであったが、アンテナ３の給電側端部３ａや接地側端部３ｂに印加される電圧を検出するものであっても良い。
この場合、例えば図７に示すように、複数のアンテナ３が、接続導体１２によって接続されて１本のアンテナ構造となるように構成されており、この接続導体１２に第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２を設ける構成が挙げられる。
接続導体１２は、互いに隣接するアンテナ３において一方のアンテナ３の端部と他方のアンテナ３の端部とを電気的に接続するものである。具体的に接続導体１２は、図８に示すように、内部に流路を有するものであり、その流路に冷却液ＣＬが流れように構成されている。これにより、互いに隣接するアンテナ３において一方のアンテナ３を流れた冷却液ＣＬが接続導体１２の流路を介して他方のアンテナ３に流れる。
具体的に接続導体１２は、アンテナ３に電気的に接続される可変コンデンサ１３と、当該可変コンデンサ１３と一方のアンテナ３の端部とを接続する第１の接続部１４と、可変コンデンサ１３と他方のアンテナ３の端部とを接続する第２の接続部１５とを有している。
第１の接続部１４は、一方のアンテナ３の端部を取り囲むことによって、該アンテナ３に電気的に接触するとともに、該アンテナ３の端部に形成された開口部３Ｈから冷却液ＣＬを可変コンデンサ１３に導くものである。
第２の接続部１５は、他方のアンテナ３の端部を取り囲むことによって、該アンテナ３に電気的に接触するとともに、可変コンデンサ１３を通過した冷却液ＣＬを該アンテナ３の端部に形成された開口部３Ｈに導くものである。
これら接続部１４、１５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等である。
第２の接続部１５は、他方のアンテナ３の端部を取り囲むことによって、該アンテナ３に電気的に接触するとともに、可変コンデンサ１３を通過した冷却液ＣＬを該アンテナ３の端部に形成された開口部３Ｈに導くものである。
これら接続部１４、１５の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等である。
そして、図７及び図８に示す構成では、一方のアンテナ３に対応する第２検出部Ｓ２が第１の接続部１４に取り付けられており、他方のアンテナ３に対応する第１検出部Ｓ１が第２の接続部１５に取り付けられている。
第１検出部Ｓ１は、アンテナ３（Ｂ）とほぼ同電位となる第２の接続部１５やこの第２の接続部１５と電気的に接続されている導電部材Ｚ１との間でコンデンサを形成する金属板Ｓ１１を利用して構成されたものであり、この金属板Ｓ１１の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ｂ）の端部に印加されている電圧として検出する。
また、第２検出部Ｓ２は、アンテナ３（Ａ）とほぼ同電位となる第１の接続部１４やこの第１の接続部１４と電気的に接続されている導電部材Ｚ２との間でコンデンサを形成する金属板Ｓ２１を利用して構成されたものであり、この金属板Ｓ２１の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ａ）の端部に印加されている電圧として検出する。
また、第２検出部Ｓ２は、アンテナ３（Ａ）とほぼ同電位となる第１の接続部１４やこの第１の接続部１４と電気的に接続されている導電部材Ｚ２との間でコンデンサを形成する金属板Ｓ２１を利用して構成されたものであり、この金属板Ｓ２１の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ａ）の端部に印加されている電圧として検出する。
より具体的に説明すると、第２の接続部１５の壁面には、上述した導電部材Ｚ１が取り付けられており、この導電部材Ｚ１に金属板Ｓ１１を支持する支持部Ｓ１２が設けられている。また、第１の接続部１４の壁面には、上述した導電部材Ｚ２が取り付けられており、この導電部材Ｚ２に金属板Ｓ２１を支持する支持部Ｓ２２が設けられている。
各支持部Ｓ１２、Ｓ２２は、各金属板Ｓ１１、Ｓ１２が差し込まれる差込口が形成された絶縁体（例えば、ＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチック）であり、差込口を各金属板Ｓ１１、Ｓ１２よりも僅かに小さくすることで、差込口に差し込まれた各金属板Ｓ１１、Ｓ１２が、導電部材Ｚ１、Ｚ２に対して位置決めされるように構成されている。なお、各検出部Ｓ１、Ｓ２をより確実に固定すべく、位置ずれ防止用の留め具等を用いても構わない。
各支持部Ｓ１２、Ｓ２２は、各金属板Ｓ１１、Ｓ１２が差し込まれる差込口が形成された絶縁体（例えば、ＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチック）であり、差込口を各金属板Ｓ１１、Ｓ１２よりも僅かに小さくすることで、差込口に差し込まれた各金属板Ｓ１１、Ｓ１２が、導電部材Ｚ１、Ｚ２に対して位置決めされるように構成されている。なお、各検出部Ｓ１、Ｓ２をより確実に固定すべく、位置ずれ防止用の留め具等を用いても構わない。
このような構成であれば、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２が第１の接続部１４や第２の接続部１５に導電部材Ｚ１、Ｚ２を介して取り付けられているので、装置全体を大掛かりにすることなく、アンテナ３の端部に印加されている電圧を検出することができる。なお、第１検出器Ｓ１や第２検出記載Ｓ２は、導電部材Ｚ１、Ｚ２を介さずに、第２の接続部１５や第１の接続部１４の壁面に取り付けられていても良い。
また、一方のアンテナ３の端部を取り囲む第１の接続部１４に第２検出部Ｓ２が取り付けられているので、この第２検出部Ｓ２は他方のアンテナ３からのノイズを拾いにくい。同様に、他方のアンテナ３の端部を取り囲む第２の接続部１５に第１検出部Ｓ１が取り付けられているので、この第１検出部Ｓ１は一方のアンテナ３からのノイズを拾いにくい。これにより、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２により、各アンテナ３の端部に印加される電圧を精度良く検出することができる。
さらに、第１の接続部１４や第２の接続部１５を流れる冷却液ＣＬによって第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
また、一方のアンテナ３の端部を取り囲む第１の接続部１４に第２検出部Ｓ２が取り付けられているので、この第２検出部Ｓ２は他方のアンテナ３からのノイズを拾いにくい。同様に、他方のアンテナ３の端部を取り囲む第２の接続部１５に第１検出部Ｓ１が取り付けられているので、この第１検出部Ｓ１は一方のアンテナ３からのノイズを拾いにくい。これにより、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２により、各アンテナ３の端部に印加される電圧を精度良く検出することができる。
さらに、第１の接続部１４や第２の接続部１５を流れる冷却液ＣＬによって第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
上述した接続導体１２を用いた場合、第１検出部Ｓ１及び第２検出部Ｓ２の配置としては、図９に示すように、可変コンデンサ１３に取り付けても良い。
具体的に可変コンデンサ１３は、図８に示すように、一方のアンテナ３に電気的に接続される第１の固定電極１６と、他方のアンテナ３に電気的に接続される第２の固定電極１７と、第１の固定電極１６との間で第１のコンデンサを形成するとともに、第２の固定電極１７との間で第２のコンデンサを形成する可動電極１８とを有し、可動電極１８が所定の回転軸Ｃ周りに回転することによって、その静電容量を変更できるように構成されている。
この可変コンデンサ１３は、第１の固定電極１６、第２の固定電極１７及び可動電極１８を収容する絶縁性を有する収容容器１９を備えており、収容容器１９の内部を満たす冷却液ＣＬが、可変コンデンサ１３の誘電体となる。
第１検出部Ｓ１は、図７における構成と同様、アンテナ３（Ｂ）とほぼ同電位となる第２の接続部１５との間でコンデンサを形成する金属板（不図示）を利用して構成されたものであり、この金属板の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ｂ）の端部に印加されている電圧として検出する。
また、第２検出部Ｓ２は、アンテナ３（Ａ）とほぼ同電位となる第１の接続部１４との間でコンデンサを形成する金属板（不図示）を利用して構成されたものであり、この金属板の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ａ）の端部に印加されている電圧として検出する。
そして、第１検出部Ｓ１の金属板及び第２検出部Ｓ２の金属板は、収容容器１９に形成された一対の差込口に差し込まれて、これにより第２の接続部１５や第１の接続部１４に対して位置決めされている。
また、第２検出部Ｓ２は、アンテナ３（Ａ）とほぼ同電位となる第１の接続部１４との間でコンデンサを形成する金属板（不図示）を利用して構成されたものであり、この金属板の電圧を、例えば所定の変換を行うことで、アンテナ３（Ａ）の端部に印加されている電圧として検出する。
そして、第１検出部Ｓ１の金属板及び第２検出部Ｓ２の金属板は、収容容器１９に形成された一対の差込口に差し込まれて、これにより第２の接続部１５や第１の接続部１４に対して位置決めされている。
このような構成であれば、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２が可変コンデンサ１３の収容容器１９に埋め込まれているので、装置全体を大掛かりにすることなく、アンテナ３の端部に印加されている電圧を検出することができる。
また、図７に示す構成と同様に、冷却液ＣＬによって第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
加えて、収容容器１９が絶縁性を有していることから、図８で説明した絶縁体たる支持部Ｓ１２、Ｓ２２を不要にすることができる。
また、図７に示す構成と同様に、冷却液ＣＬによって第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２を冷却することができ、例えば熱変形等による検出精度の悪化を抑制することができる。
加えて、収容容器１９が絶縁性を有していることから、図８で説明した絶縁体たる支持部Ｓ１２、Ｓ２２を不要にすることができる。
さらに、第１検出部Ｓ１や第２検出部Ｓ２の配置としては、前記実施形態ではアンテナ３の給電側端部３ａや接地側端部３ｂに設けられていたが、例えばアンテナ３の給電側端部３ａに接続された導線や、接地側端部３ｂに接続された導線に設けられていても良い。
また、アンテナに流れる電流とアンテナに印加される電圧の一方を検出するのではなく、電流と電圧との両方を検出しても良い。
つまり、本発明に係るプラズマ処理装置としては、アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部及び当該給電側端部に印加される電圧を検出する第１電圧検出部と、アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部及び当該接地側端部に印加される電圧を検出する第２電圧検出部とを具備するものであっても良い。なお、この場合、第１電流検出部及び第１電圧検出部が請求項でいう第１検出部であり、第２電流検出部及び第２電圧検出部が請求項でいう第２検出部である。
このような構成では、第１電流検出部により検出される第１電流値及び第２電流検出部により検出される第２電流値を比較するとともに、第１電圧検出部により検出される第１電圧値及び第２電圧検出部により検出される第２電圧値を比較しながら、高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。これにより、アンテナの長手方向に沿ったプラズマの密度分布をより細やかに制御することができる。
つまり、本発明に係るプラズマ処理装置としては、アンテナの給電側端部に流れる電流を検出する第１電流検出部及び当該給電側端部に印加される電圧を検出する第１電圧検出部と、アンテナの接地側端部に流れる電流を検出する第２電流検出部及び当該接地側端部に印加される電圧を検出する第２電圧検出部とを具備するものであっても良い。なお、この場合、第１電流検出部及び第１電圧検出部が請求項でいう第１検出部であり、第２電流検出部及び第２電圧検出部が請求項でいう第２検出部である。
このような構成では、第１電流検出部により検出される第１電流値及び第２電流検出部により検出される第２電流値を比較するとともに、第１電圧検出部により検出される第１電圧値及び第２電圧検出部により検出される第２電圧値を比較しながら、高周波電流に対するリアクタンスを変更することができる。これにより、アンテナの長手方向に沿ったプラズマの密度分布をより細やかに制御することができる。
その上、前記実施形態では、制御装置が、第１検出値及び第２検出値に基づいて可変コンデンサの容量を変更していたが、ユーザが、第１検出値及び第２検出値に基づいて手動で可変コンデンサの容量を変更しても良い。
その上、前記実施形態では、アンテナは直線状をなすものであったが、湾曲又は屈曲した形状であっても良い。この場合、金属パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良いし、絶縁パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１００・・・プラズマ処理装置
Ｗ ・・・基板
Ｐ ・・・誘導結合プラズマ
ＩＲ ・・・高周波電流
２ ・・・真空容器
３ ・・・アンテナ
３ａ ・・・給電側端部
３ｂ ・・・接地側端部
ＶＣ ・・・可変コンデンサ
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
Ｓ１ ・・・第１検出部
Ｓ２ ・・・第２検出部
Ｘ ・・・制御装置
Ｘ１ ・・・第１取得部
Ｘ２ ・・・第２取得部
Ｘ３ ・・・制御用データ格納部
Ｘ４ ・・・コンデンサ制御部
Ｗ ・・・基板
Ｐ ・・・誘導結合プラズマ
ＩＲ ・・・高周波電流
２ ・・・真空容器
３ ・・・アンテナ
３ａ ・・・給電側端部
３ｂ ・・・接地側端部
ＶＣ ・・・可変コンデンサ
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
Ｓ１ ・・・第１検出部
Ｓ２ ・・・第２検出部
Ｘ ・・・制御装置
Ｘ１ ・・・第１取得部
Ｘ２ ・・・第２取得部
Ｘ３ ・・・制御用データ格納部
Ｘ４ ・・・コンデンサ制御部
Claims (9)
- 基板を収容する真空容器と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための長尺状のアンテナと、前記アンテナに高周波電流を供給する高周波電源とを具備し、前記高周波電流に対するリアクタンスを変更可能に構成されたプラズマ処理装置であって、
前記アンテナの給電側端部に流れる電流又は当該給電側端部に印加される電圧を検出する第１検出部と、
前記アンテナの前記給電側端部とは反対側の接地側端部に流れる電流又は当該接地側端部に印加される電圧を検出する第２検出部とをさらに具備する、プラズマ処理装置。 - 前記アンテナの前記接地側端部が、可変コンデンサを介して接地されている、請求項１記のプラズマ処理装置。
- 前記第１検出部により検出された第１検出信号を取得する第１取得部と、
前記第２検出部により検出された第２検出信号を取得する第２取得部と、
前記第１検出信号が示す第１検出値及び前記第２検出信号が示す第２検出値の差分が所定の範囲内に収まるように、前記可変コンデンサの容量を制御するコンデンサ制御部とを具備する、請求項２に記載のプラズマ処理装置。 - 前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記給電側端部が及び前記接地側端部が前記真空容器の外部に位置しており、
前記給電側端部に前記第１検出部が設けられており、
前記接地側端部に前記第２検出部が設けられている、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 複数の前記アンテナが、前記高周波電源に並列接続されており、
前記各アンテナと前記高周波電源との間それぞれに第１の可変コンデンサが設けられるとともに、前記各アンテナの接地側端部それぞれに第２の可変コンデンサが接続されており、
前記第１検出部が、前記第１の可変コンデンサよりも前記アンテナ側それぞれに設けられ、
前記第２検出部が、前記第２の可変コンデンサよりも前記アンテナ側それぞれに設けられている、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 少なくとも一対の前記アンテナが、前記真空容器の対向する側壁それぞれを貫通するとともに、前記各アンテナの同じ側の端部の間に介在する接続導体によって互いに直列接続されており、
前記接続導体が、前記一対のアンテナに電気的に接続される第３の可変コンデンサを有し、
前記第１検出部及び前記第２検出部が、前記一対のアンテナそれぞれに対して設けられている、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、
前記接続導体が、
前記第３の可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記第３の可変コンデンサに導く第１の接続部と、
前記第３の可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記第３の可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、
前記一方のアンテナに対して設けられた前記第２検出部が、前記第１の接続部に取り付けられており、
前記他方のアンテナに対して設けられた前記第１検出部が、前記第２の接続部に取り付けられている、請求項６記載のプラズマ処理装置。 - 前記アンテナは、内部に冷却液が流れる流路を有しており、
前記接続導体が、
前記第３の可変コンデンサと一方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部から流出する前記冷却液を前記第３の可変コンデンサに導く第１の接続部と、
前記第３の可変コンデンサと他方のアンテナの端部とを接続するとともに、その端部に形成された開口部に前記第３の可変コンデンサを通過した前記冷却液を導く第２の接続部とを有し、
前記一方のアンテナに対して設けられた前記第２検出部、及び、前記他方のアンテナに対して設けられた前記第１検出部が、前記第３の可変コンデンサに取り付けられている、請求項６記載のプラズマ処理装置。 - 前記冷却液が前記第３の可変コンデンサの誘電体である、請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
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