JP4452061B2

JP4452061B2 - Method of matching antenna for plasma generator and plasma generator

Info

Publication number: JP4452061B2
Application number: JP2003385075A
Authority: JP
Inventors: 康成森
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005149887A

Description

本発明は、半導体、液晶、太陽電池におけるＣＶＤ（成膜）、エッチング、スパッタリング等で使用される大面積のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置に関する。 The present invention relates to a method for matching an antenna for a large-area plasma generator used in CVD (film formation), etching, sputtering, etc. in semiconductors, liquid crystals, and solar cells, and a plasma generator.

プラズマを利用したＣＶＤ（化学的気相成長法）装置やエッチング装置等の半導体製造装置では、プラズマの発生用にマイクロ波や無線高周波（ＲＦ）を用いているが、このＲＦプラズマを利用したプラズマ処理装置において、液晶ディスプレイ等の製作等では、近年では加工基板が１ｍ×１ｍ以上になる等大型化し、それに連れて、プラズマプロセスに用いられている真空チャンバーも大型化し、大面積のプラズマ発生装置が必要になってきている。 Semiconductor manufacturing equipment such as CVD (chemical vapor deposition) equipment and etching equipment using plasma uses microwaves and radio frequency (RF) to generate plasma. Plasma using this RF plasma is used. In the processing equipment, in the manufacture of liquid crystal displays, etc., in recent years, the processing substrate has become larger, such as 1 m × 1 m or more, and accordingly, the vacuum chamber used in the plasma process has also increased in size, and a large-area plasma generator Is becoming necessary.

また、既に様々な分野で利用されている、アモルファスタイプや結晶タイプの薄膜太陽電池においても、１ｍ×１ｍ以上の大きな面積のものが要求されるようになってきており、このような大面積の薄膜太陽電池は、シラン等の原料ガスをプラズマ状態にして分解し、シリコン等を生成・堆積させる低温被膜プロセスのプラズマＣＶＤ装置等によって製造されている。 In addition, amorphous and crystalline thin-film solar cells that are already used in various fields are required to have a large area of 1 m × 1 m or more. Thin film solar cells are manufactured by a low temperature coating process plasma CVD apparatus or the like that decomposes a source gas such as silane into a plasma state to generate and deposit silicon and the like.

このように大型化したプラズマ発生装置では、使用する無線高周波の周波数が１０ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚと高いため、アンテナから放射する電波の波長が真空チャンバーの容器のサイズと同じオーダーになってきている。そして、アンテナから放射する電波の空間分布が、プラズマの均一性更にはプロセスの均一性にとって重要な要素となってきている。 In such a large-sized plasma generator, the radio frequency used is as high as 10 MHz to 2.5 GHz, so the wavelength of the radio wave radiated from the antenna is on the same order as the size of the vacuum chamber container. The spatial distribution of radio waves radiated from the antenna has become an important factor for plasma uniformity and process uniformity.

そして、従来の技術では、一般的には、平行平板電極によりプラズマの生成を行う高周波プラズマ処理装置等が使用されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この場合電極の大きさは用いているＲＦ電源の使用周波数から決まる波長に比べて十分小さくなければならない。即ち、電極面での電波の強度分布が無視できるほど小さい必要があり、およそ波長の１／１０以下程度でなければならない。さもなくば、平行平板を集中定数回路としてのコンデンサとして使用することができなくなり、均一なプラズマを生成することができなくなる。そのため、１０ＭＨ以上の高周波で大面積で均一なプラズマを得る方法としては適していないという問題がある。 In the prior art, a high-frequency plasma processing apparatus that generates plasma using parallel plate electrodes is generally used (see, for example, Patent Document 1). However, in this case, the size of the electrode must be sufficiently smaller than the wavelength determined from the operating frequency of the RF power source used. That is, the intensity distribution of radio waves on the electrode surface needs to be negligibly small, and should be about 1/10 or less of the wavelength. Otherwise, the parallel plate cannot be used as a capacitor as a lumped constant circuit, and uniform plasma cannot be generated. Therefore, there is a problem that it is not suitable as a method for obtaining a uniform plasma with a large area at a high frequency of 10 MHz or more.

また、ラダー型の放電電極によりプラズマ生成を行うもの（例えば、特許文献２参照。）や、Ｕ字型電極によりプラズマ生成を行うものもある（例えば、特許文献３参照。）。 In addition, there are those that generate plasma with a ladder-type discharge electrode (see, for example, Patent Document 2) and those that generate plasma with a U-shaped electrode (for example, see Patent Document 3).

しかし、この２つのプラズマ処理装置では、プラズマ中で電極をアンテナとして共振させる構造を持っておらず、更に、なんらプラズマによる遮蔽効果、即ち、プラズマが電気の良導体であることから、アンテナに高周波を給電しても、給電口から先にエネルギーが伝播しないという現象を考慮していない。そのため、大面積で均一にプラズマを発生させることは困難であるという問題を有している。 However, these two plasma processing apparatuses do not have a structure that resonates with the electrode as an antenna in the plasma, and furthermore, since the shielding effect by plasma, that is, the plasma is a good conductor of electricity, a high frequency is applied to the antenna. Even if power is supplied, the phenomenon that energy does not propagate beyond the power supply port is not considered. Therefore, there is a problem that it is difficult to generate plasma uniformly over a large area.

これに関して、柱状アンテナをアレイ化することにより、電波の空間分布を一様にし、また、誘電体シース構造により、プラズマのＲＦ遮蔽効果を克服する装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。 In this regard, there has been proposed an apparatus that makes the spatial distribution of radio waves uniform by arraying columnar antennas and that overcomes the RF shielding effect of plasma by a dielectric sheath structure (see, for example, Patent Document 4). .)

しかしながら、アンテナ素子が発生したプラズマの影響を受けて、アンテナ素子のインピーダンスが変化するため、プラズマを励起する所定の周波数においてアンテナ側のインピーダンスを、給電ケーブル等の給電側のインピーダンス（通常５０Ω程度）に常時整合させることが難しいという問題がある。 However, since the impedance of the antenna element changes due to the influence of the plasma generated by the antenna element, the impedance on the antenna side is changed to the impedance on the power feeding side such as a feeding cable (usually about 50Ω) at a predetermined frequency for exciting the plasma. There is a problem that it is difficult to make it consistent with each other.

そして、このインピーダンスの不整合から生じるアンテナからの反射波により、プラズマ励起効率が悪化したり、給電ケーブルが異常過熱したり、高周波電源が故障したりするので、このアンテナ素子のインピーダンスと給電側のインピーダンスを整合させることが強く要求される。 The reflected wave from the antenna resulting from this impedance mismatch causes the plasma excitation efficiency to deteriorate, the power supply cable overheats abnormally, or the high frequency power supply fails, so the impedance of this antenna element and the power supply side There is a strong demand to match impedance.

なお、平行平板電極に対する整合回路やそれを設けた装置もあるが（例えば、特許文献５参照。）、この整合回路では、平行平板電極を集中定数素子、つまりコンデンサとして取り扱っているため、この整合回路によって、柱状アンテナのような分布定数素子の整合を図れるか難しいという問題がある。
特開２００２−３１９５７６号公報特開２００２−３２７２７６号公報特開２００２−２６０８９９号公報特開２００３−８６５８１号公報特開２０００−２５２０９９号公報 Although there are matching circuits for parallel plate electrodes and devices provided with the same (see, for example, Patent Document 5), this matching circuit handles parallel plate electrodes as lumped elements, that is, capacitors. There is a problem that matching of distributed constant elements such as columnar antennas is difficult or difficult depending on the circuit.
JP 2002-319576 A JP 2002-327276 A JP 2002-260899 A JP 2003-86581 A JP 2000-252099 A

本発明は、分布定数素子である柱状アンテナ（誘電シース付き柱状アンテナ）のプラズマを励起する前のインピーダンス、又は、プラズマ励起中に変化するインピーダンスを、励起周波数において、給電ケーブルのインピーダンス（通常、５０Ω）に整合させることができる。プラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置を提供することにある。 In the present invention, the impedance before exciting the plasma of a columnar antenna (columnar antenna with a dielectric sheath) which is a distributed constant element, or the impedance which changes during plasma excitation, is determined at the excitation frequency (usually 50Ω). ) Can be matched. An object of the present invention is to provide an antenna matching method for a plasma generator and a plasma generator.

上記の目的を達成するための本発明のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法は、表面を誘電体で覆った柱状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、先端を開放して後端を接地し、前記先端と前記後端の間で給電するように、交互に給電方向を逆にして平行に配置した面状のアンテナを備え、通気性を有する導電体で形成された面状のグランドを、前記アンテナと平行に配設したプラズマ発生装置において、前記グランドと前記アンテナ素子との距離Ｈと、隣接するアンテナ素子相互間の距離Ｄとの関係を２Ｈ＜Ｄとすると共に、前記先端からアース位置までのアンテナの長さを、ｎを正数とした時に、前記アンテナに供給する高周波電力の波長λの（２ｎ−１）／４倍とすることができるように、前記アンテナ素子の前記後端と給電部の間に移動可能なアース部を設け、前記アンテナ素子の前記先端と前記アース部の間の長さを調整可能に構成し、前記アンテナ素子の前記後端側部分と前記給電部からの給電ケーブルとの接合部の部分に設けられ、かつ、前記アンテナ素子の前記先接合部より前記先端側で前記接合部の近傍に設けた可変コンデンサ又は可変インダクタを備えたインピーダンス整合装置で、前記アンテナ素子のインピーダンスと給電ケーブルのインピーダンスを整合することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the plasma generator antenna matching method of the present invention includes a plurality of antenna elements made of columnar conductors whose surfaces are covered with a dielectric, with the front ends open and the rear ends grounded. In order to feed power between the leading end and the trailing end, a planar antenna provided with planar antennas arranged alternately in parallel with the feeding direction reversed, and a planar ground formed of a conductive material having air permeability, In the plasma generator arranged in parallel with the antenna, the relationship between the distance H between the ground and the antenna element and the distance D between adjacent antenna elements is 2H <D, and the ground position from the tip The rear end of the antenna element so that the length of the antenna can be (2n−1) / 4 times the wavelength λ of the high-frequency power supplied to the antenna, where n is a positive number And the power supply The possible grounding unit moves to provided, adjustably configured a length between the tip and the ground portion of the antenna elements, the power supply cable from the rear end portion and the feeding portion of the antenna element An impedance matching device provided with a variable capacitor or a variable inductor provided at a junction portion and provided near the junction portion on the tip side from the tip junction portion of the antenna element, and the impedance of the antenna element The impedance of the power feeding cable is matched.

そして、上記のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法において、前記アンテナ素子のインピーダンスと給電ケーブルのインピーダンスの整合を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記給電ケーブルの前記接合部近傍に設けた第２可変コンデンサのインピーダンスを調整することにより行うことを特徴とする。 In the method for matching an antenna for a plasma generator, the first variable capacitor provided in the vicinity of the joint portion on the distal end side of the antenna element, wherein the impedance of the antenna element and the impedance of the feeding cable are matched, and the feeding This is performed by adjusting the impedance of the second variable capacitor provided in the vicinity of the joint portion of the cable.

あるいは、上記のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法において、前記アンテナ素子のインピーダンスと給電ケーブルのインピーダンスの整合を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記アンテナ素子の前記接合部より後端側で、かつ、前記接合部近傍に設けた第３可変コンデンサのインピーダンスを調整することにより行うことを特徴とする。 Alternatively, in the above antenna matching method for a plasma generator, the first variable capacitor in which the impedance of the antenna element and the impedance of the feeding cable are matched in the vicinity of the joint portion on the distal end side of the antenna element, and the antenna This is performed by adjusting the impedance of a third variable capacitor provided on the rear end side of the junction portion of the element and in the vicinity of the junction portion.

また、上記のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法において、前記アンテナ素子のインピーダンスと給電ケーブルのインピーダンスの整合を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記給電ケーブルの前記接合部近傍に設けた第２可変コンデンサと、前記アンテナ素子の前記接合部より後端側で、かつ、前記接合部近傍に設けた第３可変コンデンサのインピーダンスを調整することにより行うことを特徴とする。 Further, in the alignment method of the plasma generating device antenna, impedance matching of the impedance and the power supply cable of said antenna elements, a first variable capacitor provided near front Symbol junction of the distal end side of the antenna element, wherein The adjustment is performed by adjusting the impedance of the second variable capacitor provided near the junction of the power supply cable and the third variable capacitor provided on the rear end side of the antenna element and near the junction. It is characterized by that.

また、前記の目的を達成するための本発明のプラズマ発生装置は、表面を誘電体で覆った柱状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、先端を開放して後端を接地し、前記先端と前記後端の間で給電するように、交互に給電方向を逆にして平行に配置した面状のアンテナを備え、通気性を有する導電体で形成された面状のグランドを、前記アンテナと平行に配設したプラズマ発生装置において、前記グランドと前記アンテナ素子との距離Ｈと、隣接するアンテナ素子相互間の距離Ｄとの関係を２Ｈ＜Ｄとすると共に、前記先端からアース位置までのアンテナの長さを、ｎを正数とした時に、前記アンテナに供給する高周波電力の波長λの（２ｎ−１）／４倍とすることができるように、前記アンテナ素子の前記後端と給電部の間に移動可能なアース部を設け、前記アンテナ素子の前記他端と前記アース部の間の長さを調整可能に構成し、前記アンテナ素子の前記後端側部分と前記給電部からの給電ケーブルとの接合部の部分に、前記アンテナ素子の前記先接合部より前記先端側で前記接合部の近傍に設けた可変コンデンサ又は可変インダクタを備えたインピーダンス整合装置を設けて構成される。この構成により、アンテナ素子に供給される高周波電力に共振させることができ、効率よく電磁波を発生して、プラズマを発生できる。 In addition, the plasma generator of the present invention for achieving the above object is characterized in that a plurality of antenna elements made of columnar conductors whose surfaces are covered with a dielectric are opened at the front end and the rear end is grounded, And a planar antenna arranged in parallel with the feeding direction alternately reversed so that power is fed between the rear end and a planar ground formed of a conductive material having air permeability. In the plasma generator arranged in parallel, the relationship between the distance H between the ground and the antenna element and the distance D between adjacent antenna elements is 2H <D, and the antenna from the tip to the ground position The rear end of the antenna element and the power feeding unit so that the length of the antenna element can be (2n-1) / 4 times the wavelength λ of the high-frequency power supplied to the antenna, where n is a positive number movable between The over scan portion is provided, wherein a length between the other end and the ground portion of the antenna element adjustably configured, the junction between the feeder cable from the rear end portion and the feeding portion of the antenna element In this part, an impedance matching device including a variable capacitor or a variable inductor provided in the vicinity of the joint on the tip side from the tip joint of the antenna element is provided. With this configuration, it is possible to resonate with the high-frequency power supplied to the antenna element, efficiently generate electromagnetic waves, and generate plasma.

そして、上記のプラズマ発生装置において、前記インピーダンス整合装置を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記給電ケーブルの前記接合部近傍に設けた第２可変コンデンサとで形成する。 And in said plasma generator, the said impedance matching apparatus is provided with the 1st variable capacitor provided in the said junction part vicinity of the front end side of the said antenna element, and the 2nd variable capacitor provided in the said junction part vicinity of the said electric power feeding cable And formed with.

あるいは、上記のプラズマ発生装置において、前記インピーダンス整合装置を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記アンテナ素子の前記接合部より後端側で、かつ、前記接合部近傍に設けた第３可変コンデンサとで形成する。 Alternatively, in the above plasma generator, the impedance matching device may be a first variable capacitor provided in the vicinity of the joint on the tip side of the antenna element, and a rear end side of the joint of the antenna element, and It forms with the 3rd variable capacitor provided in the said junction part vicinity.

又は、前記インピーダンス整合装置を、前記アンテナ素子の先端側の前記接合部近傍に設けた第１可変コンデンサと、前記給電ケーブルの前記接合部近傍に設けた第２可変コンデンサと、前記アンテナ素子の前記接合部より後端側で、かつ、前記接合部近傍に設けた第３可変コンデンサとで形成する。 Alternatively, the impedance matching device includes a first variable capacitor provided in the vicinity of the joint portion on the distal end side of the antenna element, a second variable capacitor provided in the vicinity of the joint portion of the feeding cable, and the antenna element. It is formed with a third variable capacitor provided on the rear end side from the joint and in the vicinity of the joint.

これらの構成によれば、プラズマ発生装置において、アンテナ素子の給電部側にインピーダンス整合装置を設けているので、このインピーダンス整合装置の第１可変コンデンサ、第２可変コンデンサ、第３可変コンデンサのインピーダンスの値を調整することによって、発生するプラズマの影響をアンテナ素子が受けても、このプラズマの影響を含めてアンテナ側のインピーダンスを給電側のインピーダンスに整合させることができる。 According to these configurations, in the plasma generator, the impedance matching device is provided on the power feeding portion side of the antenna element. Therefore, the impedance of the first variable capacitor, the second variable capacitor, and the third variable capacitor of the impedance matching device can be reduced. By adjusting the value, even if the antenna element is affected by the generated plasma, the impedance on the antenna side including the influence of the plasma can be matched with the impedance on the power feeding side.

また、前記可変コンデンサの代わりに、インピーダンスを変化できる可変インダクタを用いることもできる。この可変インダクタは、インダクタンスの可変機構を持つコイル等で形成され、可変コンデンサが、リアクタンスを変化させるのと同様に、可変インダクタがリアクタンスを変化させる。 Further, a variable inductor capable of changing impedance can be used instead of the variable capacitor. The variable inductor is formed of a coil or the like having a variable mechanism of inductance, and the variable inductor changes the reactance in the same manner as the variable capacitor changes the reactance.

そして、上記のインピーダンス整合装置において、アース部の長さやインピーダンス特性もインピーダンス整合時の第１〜第３コンデンサの値に影響を与える。従って、前記アンテナ素子の給電部側に移動可能なアース部を設け、前記アンテナ素子の先端と前記アース部の間の長さを調整可能に構成することにより、このアース部の長さとインピーダンスを調整することによって、インピーダンス整合時の第１〜第３コンデンサの値を調整できる。 In the impedance matching device, the length of the ground portion and the impedance characteristics also affect the values of the first to third capacitors during impedance matching. Therefore, a movable earth part is provided on the power feeding part side of the antenna element, and the length between the tip of the antenna element and the earth part can be adjusted, thereby adjusting the length and impedance of the earth element. By doing so, the value of the 1st-3rd capacitor | condenser at the time of impedance matching can be adjusted.

以上の説明から明らかなように、本発明に係るプラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置によれば、次のような効果を奏することができる。 As is apparent from the above description, according to the plasma generator antenna matching method and the plasma generator according to the present invention, the following effects can be obtained.

アンテナ素子の後端部に設けたインピーダンス整合装置により、発生するプラズマの影響を含めてアンテナ側のインピーダンスと給電側のインピーダンスを整合させることができ、アンテナ側から給電側への反射波を無くすことができるので、この反射波に起因するプラズマ励起効率の悪化、給電ケーブルの異常過熱、高周波電源の故障等を回避できる。 The impedance matching device provided at the rear end of the antenna element can match the impedance on the antenna side with the impedance on the power feeding side, including the influence of the generated plasma, eliminating the reflected wave from the antenna side to the power feeding side. Therefore, it is possible to avoid the deterioration of the plasma excitation efficiency, the abnormal overheating of the power supply cable, the failure of the high frequency power source, etc. caused by this reflected wave.

つまり、分布定数素子である柱状アンテナ（誘電シース付き柱状アンテナ）のプラズマを励起する前のインピーダンス、または、プラズマ励起中に変化するインピーダンスを、励起周波数において、給電ケーブルのインピーダンス（通常、５０Ω）に整合させることができる。 In other words, the impedance before exciting the plasma of the columnar antenna (columnar antenna with dielectric sheath), which is a distributed constant element, or the impedance that changes during plasma excitation is changed to the impedance of the feeder cable (usually 50Ω) at the excitation frequency. Can be matched.

以下図面を参照して本発明に係るプラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of a plasma generator antenna matching method and a plasma generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１に示すように、この実施の形態では、プラズマ発生装置１０として、ガラス板、シリコンウェハ等の被処理材２の表面にＣＶＤにより薄膜を生成させるプラズマＣＶＤ装置を例にしており、このプラズマ発生装置１０は、金属製のチャンバー１１内の下側に配置された基板台（試料台）１２と、この基板台１２の上側に配置されたアンテナ２０と、このアンテナ２０と平行にアンテナ２０の上側に配置されたグランド２２とを有して構成される。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, as the plasma generator 10, a plasma CVD apparatus for generating a thin film by CVD on the surface of a material 2 to be processed such as a glass plate or a silicon wafer is taken as an example. The generator 10 includes a substrate table (sample table) 12 disposed on the lower side of the metal chamber 11, an antenna 20 disposed on the upper side of the substrate table 12, and the antenna 20 in parallel with the antenna 20. And a ground 22 disposed on the upper side.

このグランド２２の上側には、ガス分散室１３と、このガス分散室１３処理ガス（プロセスガス）Ｇを分散供給するためのガス供給装置１５が配置され、更に、このガス供給装置１５には、ガス供給管１６が接続されている。また、アンテナ２０の下側にはプラズマ処理室１４が設けられている。 Above the gland 22, a gas dispersion chamber 13 and a gas supply device 15 for dispersing and supplying the gas dispersion chamber 13 process gas (process gas) G are arranged. Further, the gas supply device 15 includes: A gas supply pipe 16 is connected. A plasma processing chamber 14 is provided below the antenna 20.

このプラズマ処理室１４には基板台１２が配置され、真空発生用の排気管１７が接続される。この基板台１２は、ガラス等の蒸着用基板（被処理材：被処理基板）２を載せる台であり、蒸着用基板２を加熱するための発熱体（図示しない）を有して構成され、更に、電気的に接地されるか、バイアス用電源（図示しない）に接続される。 A substrate table 12 is disposed in the plasma processing chamber 14 and an exhaust pipe 17 for generating a vacuum is connected thereto. The substrate table 12 is a table on which a deposition substrate (processed material: substrate to be processed) 2 such as glass is placed, and includes a heating element (not shown) for heating the deposition substrate 2. Further, it is electrically grounded or connected to a bias power source (not shown).

また、このアンテナ２０は、アンテナとして使用する長さＬを供給される高周波電力の波長λ、即ち、発生する電波の波長λの（２ｎ−１）／４倍（ここでｎは正数）とした柱状のアンテナ素子２１から成るアレイアンテナである。 The antenna 20 has a wavelength λ of high-frequency power supplied with a length L used as an antenna, that is, (2n−1) / 4 times (where n is a positive number) the wavelength λ of the generated radio wave. This is an array antenna composed of the columnar antenna elements 21.

図２に示すように、この各アンテナ素子２１は、給電方向が交互に逆方向を向き、しかも、互いに平行に配置され、全体として面状に配置される。このアンテナ２０の配置は、通常は、矩形平面に形成されるが、これに限定されず、円筒面状や球面状等の様々な形状とすることができる。 As shown in FIG. 2, the antenna elements 21 are arranged in a planar shape as a whole, with the feeding directions alternately facing in opposite directions and arranged parallel to each other. The arrangement of the antenna 20 is normally formed in a rectangular plane, but is not limited to this, and can be various shapes such as a cylindrical surface and a spherical surface.

このアンテナ素子２１のそれぞれに給電用部材３０が配置され、アンテナ素子２１毎に１０ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚの内の特定の周波数の高周波電力が同相電力分配器４２から同軸フィーダー４１により分配供給される。なお、この同相電力分配器４２には交流電源４３から電力が供給される。 A power feeding member 30 is disposed in each of the antenna elements 21, and high-frequency power having a specific frequency within a range of 10 MHz to 2.5 GHz is distributed and supplied from the common-mode power distributor 42 by the coaxial feeder 41 for each antenna element 21. The in-phase power distributor 42 is supplied with power from an AC power supply 43.

また、図１及び図２に示すように、このアンテナ素子２１は棒状又はパイプ状の銅，アルミニウム，白金等の非磁性の電気良導体で形成される柱状の電極２１ａと、この電極２１ａの表面を被覆した石英等の誘電体シース（絶縁体）２１ｂとで形成される。この誘電体シース２１ｂと電極２１ａの間には隙間が有っても無くてもよいが、隙間がある場合には、処理ガスＧが誘電体シース２１ｂの内側に入って電極２１ａの表面やアース部Ｅにおいて異常放電が起こるのを防止するため、真空状態でシールしたり、空気等を密封シールしたりする。また、誘電体シース２１ｂの誘電体には、通常は石英ガラスが使用されるが、絶縁性能とシール性能を持ち、処理プロセスに影響が少ないものであれば良い。 As shown in FIGS. 1 and 2, the antenna element 21 has a columnar electrode 21a formed of a non-magnetic good electric conductor such as a rod-shaped or pipe-shaped copper, aluminum, platinum, and the surface of the electrode 21a. It is formed with a dielectric sheath (insulator) 21b made of quartz or the like. There may or may not be a gap between the dielectric sheath 21b and the electrode 21a, but if there is a gap, the processing gas G enters the inside of the dielectric sheath 21b and the surface of the electrode 21a or the ground In order to prevent abnormal discharge from occurring in the part E, sealing is performed in a vacuum state or air or the like is hermetically sealed. In addition, quartz glass is usually used as the dielectric of the dielectric sheath 21b, but any dielectric material that has insulating performance and sealing performance and has little influence on the processing process may be used.

この誘電体２１ｂの厚さは、特許文献１において決定される、プラズマによるＲＦ遮蔽効果を克服する厚みが必要である。なお、図示していないが、電極２１ａをパイプ状に形成し、パイプ内部に水又は空気等の冷却用媒体Ｃを通して、アンテナ素子２１を冷却する場合もある。 The thickness of the dielectric 21b needs to be a thickness that overcomes the RF shielding effect by plasma, which is determined in Patent Document 1. Although not shown, the antenna element 21 may be cooled by forming the electrode 21a in a pipe shape and passing a cooling medium C such as water or air inside the pipe.

そして、アンテナ素子２１の電力供給側には、チャンバー１１の側壁１１ａの外側に給電部３０が設けられる。このアンテナ素子２１は、絶縁性の材質（例えば、耐熱プラスチック）で形成される固定具により、チャンバー１１の側壁１１ａに固定される。 A power feeding unit 30 is provided outside the side wall 11 a of the chamber 11 on the power supply side of the antenna element 21. The antenna element 21 is fixed to the side wall 11a of the chamber 11 by a fixture formed of an insulating material (for example, heat-resistant plastic).

また、給電部３０においては、アース部Ｅが構成され、チャンバー１１に電気的に接続されたり、あるいは、グランド２２に電気的に接続されたりして接地されている。このアース部Ｅを所定の範囲Ｒで移動できるように、即ち、アース部Ｅの位置は可変にできるようにすることが好ましい。 Further, in the power feeding unit 30, an earth unit E is configured and is grounded by being electrically connected to the chamber 11 or electrically connected to the ground 22. It is preferable that the ground portion E can be moved within a predetermined range R, that is, the position of the ground portion E can be made variable.

このアース位置Ｅの移動と位置決めにより、アンテナ素子２１の先端Ｔからアース位置Ｅまでアンテナ長さＬを、正確に、供給される高周波電力の波長λ、即ち、発生する電波の波長λの（２ｎ−１）／４倍（ここでｎは正数）、実用的には１／４倍とすることができる。そして、周波数はアンテナ長さＬによって決まり、給電部３０とアース位置Ｅとの距離Ｌ２とアンテナ長さＬの比Ｌ２／ＬからＱ値（振動系の共振に鋭さを表す量）は決まるので、これらにより、アンテナ素子２１及びアンテナ２０の共振周波数においてＱ値を大きくし、アンテナ２０からの不要な反射を減少させて、無線高周波によるプラズマ励起効率を改善できる。 By this movement and positioning of the ground position E, the antenna length L from the tip T of the antenna element 21 to the ground position E is accurately set to (2n) of the wavelength λ of the supplied high-frequency power, that is, the wavelength λ of the generated radio wave. -1) / 4 times (where n is a positive number), and practically 1/4 times. The frequency is determined by the antenna length L, and the Q value (amount representing the sharpness in the resonance of the vibration system) is determined from the ratio L2 / L between the distance L2 between the power feeding unit 30 and the ground position E and the antenna length L. Accordingly, it is possible to increase the Q value at the resonance frequency of the antenna element 21 and the antenna 20, reduce unnecessary reflection from the antenna 20, and improve the plasma excitation efficiency by the radio frequency.

つまり、アース部Ｅを移動してアンテナ素子２１の先端Ｔとアース部Ｅとの間の長さＬを正確に高周波の波長λの１／４倍にすることにより、定在波の節の部分を強制的に接地できるので、定在波を安定させることができ、効率よく共振現象を発生させることができる。従って、無線高周波によるプラズマ励起効率を向上することができる。 That is, by moving the ground portion E and accurately setting the length L between the tip T of the antenna element 21 and the ground portion E to 1/4 times the wavelength λ of the high frequency, the portion of the standing wave node Since the standing wave can be stabilized, the resonance phenomenon can be efficiently generated. Therefore, the plasma excitation efficiency by the radio frequency can be improved.

この給電部３０のアース部Ｅを移動可能にする構成は、特に限定する必要はなく、様々な構成が考えられるが、電極２１ａの有効長さＬを正確に電波の波長λの１／４倍とし、効率良く共振させるために、電極２１ａとグランド２２との間を繋いでいるアース部Ｅの長さＬ２は電極２１ａの長さＬに比べて適当に短く形成する必要がある。 There is no particular limitation on the configuration that enables the earthing portion E of the power feeding unit 30 to move, and various configurations are conceivable. However, the effective length L of the electrode 21a is accurately set to 1/4 times the wavelength λ of the radio wave. In order to resonate efficiently, the length L2 of the earth portion E connecting the electrode 21a and the ground 22 needs to be appropriately shorter than the length L of the electrode 21a.

また、この給電部３０内において、アンテナ素子２１は同軸フィーダー４１の芯線に接続し、同相電力分配器４２からＶＨＦの高周波電力が供給される構造となっている。 Further, in the power feeding unit 30, the antenna element 21 is connected to the core wire of the coaxial feeder 41 and is configured to be supplied with VHF high-frequency power from the in-phase power distributor 42.

また、アンテナ素子２１の電力供給側と反対側の先端支持側は、絶縁体を介してチャンバー１１の側壁１１ｂに固定される。 The tip support side of the antenna element 21 opposite to the power supply side is fixed to the side wall 11b of the chamber 11 via an insulator.

そして、グランド２２は、通気性を有する導電体で面状に形成される。このグランド２２は、パンチングプレートや多孔板やスリット板等で形成され、平行かつ面状に配列されたアンテナ素子２１群からなるアンテナ２０に平行に配置される。このグランド２２は、ガス分散室１３とプラズマ処理室１４を区分し、処理ガスＧの通過を調整する隔壁を兼ねるが、特に形状を限定する必要はなく、アンテナ２０の形状に応じて、矩形平面や円筒面状や球面状やスリット形状等の様々な形状を用いることができる。しかし、良好な鏡像効果を得るためにアンテナ素子２１群と平行に配置する必要がある。 The ground 22 is formed in a planar shape with a breathable conductor. The ground 22 is formed of a punching plate, a perforated plate, a slit plate, or the like, and is arranged in parallel to the antenna 20 including a group of antenna elements 21 arranged in parallel and in a planar shape. The gland 22 divides the gas dispersion chamber 13 and the plasma processing chamber 14 and also serves as a partition for adjusting the passage of the processing gas G. However, the shape is not particularly limited, and a rectangular flat surface is formed according to the shape of the antenna 20. Various shapes such as a cylindrical shape, a spherical shape, and a slit shape can be used. However, in order to obtain a good mirror image effect, it is necessary to arrange the antenna elements 21 in parallel.

このグランド２２はチャンバー（ＧＮＤ）１１に接地されて同一電位に維持され、図７に示すように、アンテナ素子２１に対して、鏡像２１Ｍを発生させる機能を有する。このグランド２０とアンテナ素子２１との距離Ｈと、隣接するアンテナ素子２１相互間の距離Ｄとの関係を、２Ｈ＜Ｄとすることにより、アンテナ素子２１，２１の相互間の距離Ｄよりも、アンテナ素子２１と鏡像２１Ｍとの距離２Ｈが短いため、アンテナ素子２１とこの鏡像２１Ｍとの間に電界の閉じた系ができ、隣接するアンテナ素子２１への影響が少なくなり、アンテナ素子２１，２１の相互間の干渉が緩和される。 The ground 22 is grounded to the chamber (GND) 11 and maintained at the same potential, and has a function of generating a mirror image 21M for the antenna element 21 as shown in FIG. By setting the relationship between the distance H between the ground 20 and the antenna element 21 and the distance D between the adjacent antenna elements 21 to 2H <D, the distance D between the antenna elements 21 and 21 is greater than Since the distance 2H between the antenna element 21 and the mirror image 21M is short, a system in which an electric field is closed is formed between the antenna element 21 and the mirror image 21M, and the influence on the adjacent antenna element 21 is reduced. Interference between the two is reduced.

この構成によれば、アンテナ２０と平行にグランド２２を設けているので、このグランド２２の存在による鏡像効果により、アンテナ素子２１によって発生する電波と隣接するアンテナ素子２１が発生する電波との干渉、つまり、アンテナ素子２１，２１相互間の連成モードの発生を防止でき、プラズマを安定させることができる。 According to this configuration, since the ground 22 is provided in parallel with the antenna 20, interference between the radio wave generated by the antenna element 21 and the radio wave generated by the adjacent antenna element 21 due to the mirror image effect due to the presence of the ground 22, That is, the generation of the coupled mode between the antenna elements 21 and 21 can be prevented, and the plasma can be stabilized.

従って、アンテナ素子２１，２１の相互間の距離Ｄを小さくして、電界密度を高め、プラズマの発生効率を向上できる。さらに、空間分布の均一性も向上できる。 Therefore, the distance D between the antenna elements 21 and 21 can be reduced, the electric field density can be increased, and the plasma generation efficiency can be improved. Furthermore, the uniformity of the spatial distribution can be improved.

なお、グランド２０とアンテナ素子２１との隙間ｈは、アンテナ２０や被処理材２の大きさにもよるが、０ｍｍ〜１０ｍｍ程度あるいは電極２１ａの直径以内の程度のほぼ接していると言える状態に設定される。これにより、例えば、長さが８００ｍｍのアンテナ素子２１に対して、Ｄが２０ｍｍ〜１００ｍｍの間隔で配置できるようになる。 The gap h between the ground 20 and the antenna element 21 depends on the size of the antenna 20 and the material 2 to be processed, but can be said to be in a state where it is almost in contact with the diameter of 0 mm to 10 mm or within the diameter of the electrode 21a. Is set. Thereby, for example, D can be arranged at an interval of 20 mm to 100 mm with respect to the antenna element 21 having a length of 800 mm.

図８にグランド２２の配設がなく、鏡像効果のない場合を示す。この場合には、アンテナ素子２１，２１の相互間に干渉が生じるため、安定した電界の励起ができない。 FIG. 8 shows a case where the ground 22 is not provided and there is no mirror image effect. In this case, since interference occurs between the antenna elements 21 and 21, stable electric field excitation cannot be performed.

このプラズマ処理装置１０では、チャンバー１１の左端に、第１可変コンデンサ５１と第２可変コンデンサ５２を備えたインピーダンス整合装置５０が設けられている。 In the plasma processing apparatus 10, an impedance matching device 50 including a first variable capacitor 51 and a second variable capacitor 52 is provided at the left end of the chamber 11.

そして、図３にインピーダンス整合装置５０の簡単な回路を示す。アンテナ素子２１に第１可変コンデンサ５１が設けられ、給電ケーブル４１に第２可変コンデンサ５２が設けられているが、更に、給電ケーブル４１の電圧電流を検出し、この検出値をコントローラ６０に入力する。そして、このコントローラ６０の制御信号により、第１モータ５１Ｍを駆動し、第１可変コンデンサ５１の一方の電極を他方の電極に対して回転させることにより、第１可変コンデンサ５１のキャパシタンスＣ１の値、延いては、インピーダンスの値Ｚｃ１を調整し、第２モータ５２Ｍを駆動し、第２可変コンデンサ５２の一方の電極を他方の電極に対して回転させることにより、第２可変コンデンサ５２のキャパシタンスＣ２の値、延いては、インピーダンスの値Ｚｃ２を調整する。 FIG. 3 shows a simple circuit of the impedance matching device 50. The antenna element 21 is provided with a first variable capacitor 51 and the power supply cable 41 is provided with a second variable capacitor 52. Further, the voltage and current of the power supply cable 41 are detected, and this detected value is input to the controller 60. . Then, by the control signal of the controller 60, the first motor 51M is driven and one electrode of the first variable capacitor 51 is rotated with respect to the other electrode, whereby the value of the capacitance C1 of the first variable capacitor 51, Consequently, the impedance value Zc1 is adjusted, the second motor 52M is driven, and one electrode of the second variable capacitor 52 is rotated with respect to the other electrode, whereby the capacitance C2 of the second variable capacitor 52 is reduced. Then, the impedance value Zc2 is adjusted.

次に、このプラズマＣＶＤ装置１０で、ガラス板等の被処理材２の表面に化学的気相成長法（ＣＶＤ）により薄膜を形成する場合について説明する。 Next, the case where a thin film is formed by chemical vapor deposition (CVD) on the surface of the material 2 to be processed such as a glass plate in the plasma CVD apparatus 10 will be described.

先ず、チャンバー１１を開放して被処理材２を基板台１２の上に載せた後、チャンバー１１を閉じる。このチャンバー１１は、真空発生用の排気管１７に接続する真空ポンプ（図示しない）により内部の真空度を通常０．１３Ｐａ〜０．１３ｋＰａ（１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）となるようにする。それと共に、被処理材２は基板台１２の加熱装置（図示しない）により、所定温度に保持される。 First, after opening the chamber 11 and placing the workpiece 2 on the substrate table 12, the chamber 11 is closed. The inside of the chamber 11 is normally set to 0.13 Pa to 0.13 kPa (1 mTorr to 1 Torr) by a vacuum pump (not shown) connected to an exhaust pipe 17 for generating vacuum. At the same time, the workpiece 2 is held at a predetermined temperature by a heating device (not shown) of the substrate table 12.

次に、ガス分散室１３にシランガス等の処理ガスＧが供給されるが、この処理ガスＧは、ガス供給管１６からガス供給装置１５内を通過して、グランド２２の表面に分散供給され、グランド２２とアンテナ２０を通過して、プラズマ処理室１４に入る。 Next, a processing gas G such as silane gas is supplied to the gas dispersion chamber 13, and the processing gas G passes through the gas supply device 15 from the gas supply pipe 16 and is distributed and supplied to the surface of the ground 22. It passes through the ground 22 and the antenna 20 and enters the plasma processing chamber 14.

この処理ガスＧの供給と共に、アンテナ素子２１には、高周波電力が供給され、アンテナ素子２１から電波を放射させる。この場合に、アンテナ素子２１の長さＬを高周波電力の波長λの（２ｎ−１）／4 倍とすることにより、共振器として作動する。実用的にはｎ＝１の１／４倍とする。つまり、Ｌ＝λ／４とする。例えば、高周波電流の周波数を、１０ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚとすると、このアンテナ素子２１の長さＬは５０００ｍｍ〜２０ｍｍとなる。 Along with the supply of the processing gas G, high frequency power is supplied to the antenna element 21, and radio waves are radiated from the antenna element 21. In this case, the antenna element 21 operates as a resonator by setting the length L of the antenna element 21 to (2n-1) / 4 times the wavelength λ of the high frequency power. Practically, it is set to 1/4 times n = 1. That is, L = λ / 4. For example, when the frequency of the high frequency current is 10 MHz to 2.5 GHz, the length L of the antenna element 21 is 5000 mm to 20 mm.

この共振により、アンテナ素子２１の周囲には交番磁界及び交番電界が生じ、アンテナ素子２１から周囲に電波が放射され、チャンバー１１内に供給された処理ガスＧが電離してプラズマが発生する。 Due to this resonance, an alternating magnetic field and an alternating electric field are generated around the antenna element 21, radio waves are emitted from the antenna element 21 to the surroundings, and the processing gas G supplied into the chamber 11 is ionized to generate plasma.

このプラズマは導電性を有しているので、チャンバー１１内にプラズマが充満して全体の導電性が増すと、放射された電波はプラズマに反射されるので、アンテナ２０の周辺に閉じ込められ、この部分にプラズマ加熱領域が限定されるようになる。 Since this plasma has conductivity, when the plasma is filled in the chamber 11 and the overall conductivity is increased, the radiated radio wave is reflected by the plasma, so that it is confined around the antenna 20, and this The plasma heating region is limited to a part.

そして、図１０に示すように、この共振では、電界強度が電力供給側のアース部Ｅ（Ｘ＝０、又は、Ｌ）が節となり、先端Ｔ（Ｘ＝Ｌ、又は、０）が腹となる定在波、即ち、各位置Ｘにおける振幅がｓｉｎ（πＸ／２Ｌ）（線Ａ）やｃｏｓ（πＸ／２Ｌ）（線Ｂ）に比例する定在波が発生する。そのため、アンテナ素子２１の長手方向の電力分布は、電界の２乗に比例し、アース位置Ｅがゼロとなり、先端部Ｔが最も高くなり、ｓｉｎ（πＸ／２Ｌ）の２乗（線Ｃ）、又は、ｃｏｓ（πＸ／２Ｌ）の２乗（線Ｄ）に比例するようになる。 As shown in FIG. 10, in this resonance, the electric field strength is a node at the ground portion E (X = 0 or L) on the power supply side, and the tip T (X = L or 0) is an antinode. Standing wave, that is, a standing wave whose amplitude at each position X is proportional to sin (πX / 2L) (line A) or cos (πX / 2L) (line B) is generated. Therefore, the power distribution in the longitudinal direction of the antenna element 21 is proportional to the square of the electric field, the ground position E is zero, the tip T is the highest, the square of sin (πX / 2L) (line C), Or it becomes proportional to the square (line D) of cos (πX / 2L).

隣接する２本のアンテナ素子２１，２１によって分布する電力の強度は、これらの和となり、正弦の２乗と余弦の２乗の和は１（線Ｅ）となるので長さ方向（Ｘ方向）に略均一となる。 The intensity of the power distributed by the two adjacent antenna elements 21 and 21 is the sum of these, and the sum of the square of the sine and the square of the cosine is 1 (line E), so the length direction (X direction) It becomes almost uniform.

そのため、アンテナ２０としては、それぞれのアンテナ素子２１に、互いに反対方向から高周波電力を供給することにより、各アンテナ素子２１が放射する電力が合成されて均一な電力分布を発生できるので、チャンバー１１内に供給された処理ガスＧが電離したプラズマのチャンバー１１内の空間密度を均一にすることができる。この均一なプラズマにより、膜厚が均一な蒸着膜が得られる。 Therefore, the antenna 20 can generate a uniform power distribution by synthesizing the power radiated from the antenna elements 21 by supplying high-frequency power to the respective antenna elements 21 from opposite directions. The space density in the plasma chamber 11 in which the process gas G supplied to the ionization chamber is ionized can be made uniform. With this uniform plasma, a deposited film with a uniform film thickness can be obtained.

次に、アンテナ側のインピーダンスＺａと給電側のインピーダンスＺｓを整合するためのインピーダンス整合装置（インピーダンスマッチング装置）５０を設けることについてより詳細に説明する。 Next, providing the impedance matching device (impedance matching device) 50 for matching the impedance Za on the antenna side and the impedance Zs on the power feeding side will be described in more detail.

このインピーダンス整合装置５０が設けられていないと、電気的には、図９に模式的に示すような構成となっており、アンテナ素子２１が発生したプラズマの影響を受けて、アンテナ素子２１のインピーダンスが変化するため、プラズマを励起する所定の周波数においてアンテナ側のインピーダンスを、給電ケーブル等の給電側のインピーダンス（通常５０Ω程度）に常時に整合させることが難しい。 If this impedance matching device 50 is not provided, the electrical configuration is as schematically shown in FIG. 9, and the impedance of the antenna element 21 is affected by the plasma generated by the antenna element 21. Therefore, it is difficult to constantly match the impedance on the antenna side with the impedance on the power feeding side such as a power feeding cable (usually about 50Ω) at a predetermined frequency for exciting the plasma.

そのため、このインピーダンスの不整合から生じるアンテナ素子２１からの反射波により、プラズマ励起効率が悪化したり、給電ケーブル４１が異常過熱したり、高周波電源３０が故障したりするので、このアンテナ素子２１のインピーダンスと給電側のインピーダンスを整合させる必要がある。 For this reason, the reflected wave from the antenna element 21 resulting from this impedance mismatch causes the plasma excitation efficiency to deteriorate, the power supply cable 41 abnormally overheats, or the high-frequency power supply 30 breaks down. It is necessary to match the impedance with the impedance on the power supply side.

そこで、図４〜図６に模式的に示すように、アンテナ素子２１の後端側即ち給電部３０側において、アンテナ素子２１の後端側部分と高周波電力を供給するための給電部（給電用部材）３０からの給電ケーブル（同軸フィ−ダー）４１とが接続する接合部Ｊの部分に、アンテナ側のインピーダンスＺａと給電側のインピーダンスＺｓを整合するためのインピーダンス整合装置５０を設ける。 Therefore, as schematically shown in FIGS. 4 to 6, on the rear end side of the antenna element 21, that is, on the power feeding section 30 side, a power feeding section (for feeding power) for supplying high-frequency power to the rear end side portion of the antenna element 21. The impedance matching device 50 for matching the impedance Za on the antenna side and the impedance Zs on the power feeding side is provided at the joint portion J where the power feeding cable (coaxial feeder) 41 from the member 30 is connected.

図４のインピーダンス整合装置５０では、アンテナ素子２１の接合部Ｊより先端側で、かつ、接合部Ｊの近傍に設けた第１可変コンデンサ５１と、給電ケーブル４１の接合部Ｊの近傍に設けた第２可変コンデンサ５２とで形成する。つまり、第１可変コンデンサ５１は、給電ケーブル４１とアンテナ素子２１との接合点Ｊよりも僅かにアンテナ素子２１の先端Ｔ側に配置され、第２可変コンデンサ５２は、給電ケーブル４１とアンテナ素子２１との接合点Ｊよりも僅かに給電部３０側に配置される。 In the impedance matching device 50 of FIG. 4, the first variable capacitor 51 provided near the joint J of the antenna element 21 and in the vicinity of the joint J and the joint J of the feeder cable 41 are provided. The second variable capacitor 52 is formed. That is, the first variable capacitor 51 is arranged slightly on the tip T side of the antenna element 21 from the junction point J between the feed cable 41 and the antenna element 21, and the second variable capacitor 52 is placed on the feed cable 41 and the antenna element 21. It is arrange | positioned slightly from the junction point J with the electric power feeding part 30 side.

このインピーダンス整合装置５０では、第１可変コンデンサ５１のインピーダンスＺｃ１とアンテナ２０のインピーダンスＺａ１の合成となるアンテナ側のインピーダンスＺａを、第２可変コンデンサ５２のインピーダンスＺｃ２と給電ケーブル４１のインピーダンスＺｓ１との合成からなる給電側のインピーダンス（通常５０Ω）Ｚｓに整合させることになる。 In this impedance matching device 50, the impedance Za on the antenna side, which is a combination of the impedance Zc1 of the first variable capacitor 51 and the impedance Za1 of the antenna 20, is combined with the impedance Zc2 of the second variable capacitor 52 and the impedance Zs1 of the feeder cable 41. Therefore, it is matched with the impedance (usually 50Ω) Zs of the power feeding side.

ここで、Ｌ１の領域のコンデンサを含むインピーダンスをＺ１’、Ｌ２の領域のインピーダンスをＺ２’とすると、インピーダンス整合回路を含むアンテナのインピーダンスＺｍ’は以下の（１）〜（４）式で第１可変コンデンサのキャパシタンス（キャパシテイ）Ｃ1 と第２可変コンデンサのキャパシタンスＣ2 の関数として表現できる。なお、Ｌ１は誘電体シース部の長さ、Ｌ２はアース部の長さで、Ｚａ１は誘電体シース部のインピーダンス、Ｚａ２はアース部のインピーダンスであり、ｆは周波数、α1 はＬ１の領域の減衰定数、β1 はＬ１の領域の波長定数、α2 はＬ２の領域の減衰定数、β2 はＬ２の領域の波長定数である。 Here, assuming that the impedance including the capacitor in the L1 region is Z1 ′ and the impedance in the L2 region is Z2 ′, the impedance Zm ′ of the antenna including the impedance matching circuit is expressed by the following equations (1) to (4). It can be expressed as a function of the capacitance C1 of the variable capacitor and the capacitance C2 of the second variable capacitor. L1 is the length of the dielectric sheath portion, L2 is the length of the ground portion, Za1 is the impedance of the dielectric sheath portion, Za2 is the impedance of the ground portion, f is the frequency, α1 is the attenuation of the region of L1 The constant, β1 is the wavelength constant in the L1 region, α2 is the attenuation constant in the L2 region, and β2 is the wavelength constant in the L2 region.

また、図５のインピーダンス整合装置５０Ａでは、図４のインピーダンス整合装置５０と同じ位置に配置される第１可変コンデンサ５１と、アンテナ素子２１の接合部Ｊよりアース側（後端側）で、かつ、接合部Ｊの近傍に設けた第３可変コンデンサ５３とで形成する。つまり、第１可変コンデンサ５１は、給電ケーブル４１とアンテナ素子２１との接合点Ｊよりも僅かにアンテナ素子２１の先端Ｔ側に配置され、第３可変コンデンサ５３は、接合点Ｊよりも僅かにアンテナ素子２１のアース部Ｅ側に配置される。 Further, in the impedance matching device 50A of FIG. 5, the first variable capacitor 51 arranged at the same position as the impedance matching device 50 of FIG. 4 and the ground side (rear end side) from the junction J of the antenna element 21, and And a third variable capacitor 53 provided in the vicinity of the junction J. That is, the first variable capacitor 51 is arranged slightly closer to the tip T side of the antenna element 21 than the junction point J between the feeding cable 41 and the antenna element 21, and the third variable capacitor 53 is slightly more than the junction point J. The antenna element 21 is disposed on the ground portion E side.

このインピーダンス整合装置５０Ａでは、第１可変コンデンサ５１のインピーダンスＺｃ１と、第３可変コンデンサ５３のインピーダンスＺｃ３と、アンテナ２０のインピーダンスＺａ１の合成となるアンテナ側のインピーダンスＺａを、給電ケーブル４１のインピーダンスＺｓ１が主となる給電側のインピーダンス（通常５０Ω）Ｚｓに整合させることになる。 In this impedance matching device 50A, the impedance Zc1 of the first variable capacitor 51, the impedance Zc3 of the third variable capacitor 53, and the impedance Za on the antenna side, which is a combination of the impedance Za1 of the antenna 20, are represented by the impedance Zs1 of the feeder cable 41. The impedance is matched to the main power supply side impedance (usually 50Ω) Zs.

ここで、Ｌ１の領域のコンデンサを含むインピーダンスをＺ１’、Ｌ２の領域のインピーダンスをＺ２’とすると、インピーダンス整合回路を含むアンテナのインピーダンスＺｍ’は以下の（５）〜（８）式で第１可変コンデンサのキャパシタンスＣ1 と第３可変コンデンサのキャパシタンスＣ3 の関数として表現できる。なお、Ｌ１は誘電体シース部の長さ、Ｌ２はアース部の長さで、Ｚａ１は誘電体シース部のインピーダンス、Ｚａ２はアース部のインピーダンスであり、ｆは周波数、α1 はＬ１の領域の減衰定数、β1 はＬ１の領域の波長定数、α2 はＬ２の領域の減衰定数、β2 はＬ２の領域の波長定数である。 Here, assuming that the impedance including the capacitor in the L1 region is Z1 ′ and the impedance in the L2 region is Z2 ′, the impedance Zm ′ of the antenna including the impedance matching circuit is expressed by the following equations (5) to (8). It can be expressed as a function of the capacitance C1 of the variable capacitor and the capacitance C3 of the third variable capacitor. L1 is the length of the dielectric sheath portion, L2 is the length of the ground portion, Za1 is the impedance of the dielectric sheath portion, Za2 is the impedance of the ground portion, f is the frequency, α1 is the attenuation of the region of L1 The constant, β1 is the wavelength constant in the L1 region, α2 is the attenuation constant in the L2 region, and β2 is the wavelength constant in the L2 region.

そして、図６のインピーダンス整合装置５０Ｂでは、第１可変コンデンサ５１と第２可変コンデンサ５２と第３可変コンデンサ５３とがそれぞれ上記と同じ位置の配置される。 In the impedance matching device 50B of FIG. 6, the first variable capacitor 51, the second variable capacitor 52, and the third variable capacitor 53 are arranged at the same positions as described above.

これらの第１可変コンデンサ５１と第２可変コンデンサ５２と第３可変コンデンサ５２のインピーダンスの値Ｚｃ１，Ｚｃ２，Ｚｃ３を調整することによって、アンテナ２０によって発生するプラズマの影響も含めて給電側のインピーダンス（通常５０Ω）Ｚｓに整合させることができる。 By adjusting the impedance values Zc1, Zc2, and Zc3 of the first variable capacitor 51, the second variable capacitor 52, and the third variable capacitor 52, the impedance on the power feeding side including the influence of the plasma generated by the antenna 20 ( (Usually 50Ω) Zs can be matched.

このインピーダンス整合装置５０Ｂでは、第１可変コンデンサ５１のインピーダンスＺｃ１と、第３可変コンデンサ５３のインピーダンスＺｃ３と、アンテナ２０のインピーダンスＺａ１の合成となるアンテナ側のインピーダンスＺａを、第２可変コンデンサ５２のインピーダンスＺｃ２と給電ケーブル４１のインピーダンスＺｓ１との合成からなる給電側のインピーダンス（通常５０Ω）Ｚｓに整合させることになる。 In this impedance matching device 50B, the impedance Zc1 of the first variable capacitor 51, the impedance Zc3 of the third variable capacitor 53, and the impedance Za on the antenna side, which is a combination of the impedance Za1 of the antenna 20, are converted into the impedance of the second variable capacitor 52. The impedance is matched with the impedance (usually 50Ω) Zs on the power supply side, which is a combination of Zc2 and the impedance Zs1 of the power supply cable 41.

ここで、Ｌ１の領域のコンデンサを含むインピーダンスをＺ１’、Ｌ２の領域のインピーダンスをＺ２’とすると、インピーダンス整合回路を含むアンテナのインピーダンスＺｍ’は以下の（９）〜（１２）式で第１可変コンデンサのキャパシタンスＣ1 と第２可変コンデンサのキャパシタンスＣ2 と第３可変コンデンサのキャパシタンスＣ3 の関数として表現できる。なお、Ｌ１は誘電体シース部の長さ、Ｌ２はアース部の長さで、Ｚａ１は誘電体シース部のインピーダンス、Ｚａ２はアース部のインピーダンスであり、ｆは周波数、α1 はＬ１の領域の減衰定数、β1 はＬ１の領域の波長定数、α2 はＬ２の領域の減衰定数、β2 はＬ２の領域の波長定数である。 Here, assuming that the impedance including the capacitor in the L1 region is Z1 ′ and the impedance in the L2 region is Z2 ′, the impedance Zm ′ of the antenna including the impedance matching circuit is expressed by the following equations (9) to (12). It can be expressed as a function of the capacitance C1 of the variable capacitor, the capacitance C2 of the second variable capacitor, and the capacitance C3 of the third variable capacitor. L1 is the length of the dielectric sheath portion, L2 is the length of the ground portion, Za1 is the impedance of the dielectric sheath portion, Za2 is the impedance of the ground portion, f is the frequency, α1 is the attenuation of the region of L1 The constant, β1 is the wavelength constant in the L1 region, α2 is the attenuation constant in the L2 region, and β2 is the wavelength constant in the L2 region.

そして、このアース部Ｅと接合部Ｊの間のアース長Ｌ２を、可変に形成すると、このアース長Ｌ２及びアース長Ｌ２の部分のインピーダンスＺａ２を変化させることによって、インピーダンス整合時の第１可変コンデンサ５１、第２可変コンデンサ５２、及び第３可変コンデンサ５３のインピーダンスの値Ｚｃ１，Ｚｃ２，Ｚｃ３を調整することができる。 When the ground length L2 between the ground portion E and the joint portion J is variably formed, the first variable capacitor at the time of impedance matching is changed by changing the impedance Za2 of the ground length L2 and the portion of the ground length L2. 51, the impedance values Zc1, Zc2, and Zc3 of the second variable capacitor 52 and the third variable capacitor 53 can be adjusted.

従って、アンテナ側のインピーダンスＺａの粗調整をアース長Ｌ２とアース長Ｌ２部分のインピーダンスＺａ２の設定で行い、微調整を各可変コンデンサ５１，５２，５３の各インピーダンスの値Ｚｃ１，Ｚｃ２で行うことができる。 Therefore, coarse adjustment of the antenna-side impedance Za is performed by setting the ground length L2 and the impedance Za2 of the ground length L2, and fine adjustment is performed by the impedance values Zc1 and Zc2 of the variable capacitors 51, 52, and 53. it can.

つまり、プラズマの影響下にあるＬ１の領域の誘電率、減衰定数の変化に応じて、変化するアンテナのインピーダンスを（１）〜（４）式、（５）〜（８）式、又は、（９）〜（１２）式に従ってインピーダンス制御を行って、アンテナ２０のインピーダンスＺｍ’を任意の入力インピーダンス（通常は５０Ω）に整合させる。 That is, the impedance of the antenna that changes in accordance with the change in the dielectric constant and attenuation constant of the L1 region under the influence of plasma is expressed by the equations (1) to (4), (5) to (8), or ( Impedance control is performed according to the formulas 9) to (12) to match the impedance Zm ′ of the antenna 20 to an arbitrary input impedance (usually 50Ω).

また、上記の可変コンデンサの代わりに、インピーダンスを変化できる可変インダクタを用いることもできる。この可変インダクタは、インダクタンスの可変機構を持つコイル等で形成され、可変コンデンサがキャパシタンスを変化させるのに対して、可変インダクタはインダクタンスを変化させて、インピーダンスを調整する。 Further, a variable inductor capable of changing the impedance can be used instead of the variable capacitor. The variable inductor is formed of a coil or the like having a variable mechanism of inductance, and the variable capacitor changes the capacitance, whereas the variable inductor changes the inductance to adjust the impedance.

そして、上記構成のプラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置によれば、アンテナ素子２１の後端部に設けたインピーダンス整合装置５０により、発生するプラズマの影響を含めてアンテナ側のインピーダンスと給電側のインピーダンスを整合させることができ、アンテナ側から給電側への反射波を無くすことができるので、この反射波に起因するプラズマ励起効率の悪化、給電ケーブルの異常過熱、高周波電源の故障等を回避できる。 Then, according to the plasma generator antenna matching method and the plasma generator having the above-described configuration, the impedance matching device 50 provided at the rear end of the antenna element 21 causes the impedance on the antenna side including the influence of the generated plasma. Impedance on the power supply side can be matched, and the reflected wave from the antenna side to the power supply side can be eliminated, resulting in deterioration of plasma excitation efficiency due to this reflected wave, abnormal overheating of the power supply cable, failure of the high frequency power supply, etc. Can be avoided.

次に、図７のインピーダンス整合装置に関して、（１）〜（４）式に従って、シミュレーション計算で求めた整合時のＣ1 とＣ2 の値を表１〜表４に示す。なお、誘電体シース２１ｂの誘電率を１．０とし、Ｌ１＝４１０ｍｍ，Ｚａ２＝１００Ωとしている。 Next, regarding the impedance matching apparatus of FIG. 7, Tables 1 to 4 show values of C1 and C2 at the time of matching obtained by simulation calculation according to the equations (1) to (4). The dielectric sheath 21b has a dielectric constant of 1.0, L1 = 410 mm, and Za2 = 100Ω.

本発明に係る実施の形態のプラズマ発生装置の構成図である。It is a block diagram of the plasma generator of embodiment which concerns on this invention. 図１のプラズマ発生装置のアンテナ素子の配列を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the antenna element of the plasma generator of FIG. 第１の実施の形態のインピーダンス整合装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the impedance matching apparatus of 1st Embodiment. 第２の実施の形態のインピーダンス整合装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the impedance matching apparatus of 2nd Embodiment. 第３の実施の形態のインピーダンス整合装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the impedance matching apparatus of 3rd Embodiment. 図７のインピーダンス整合装置の簡単な回路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the simple circuit of the impedance matching apparatus of FIG. グランドによる鏡像効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mirror image effect by a ground. グランドが配設されていない場合のアンテナ素子相互間の干渉を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the interference between antenna elements when the ground is not arrange | positioned. インピーダンス整合装置を備えていないアンテナの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the antenna which is not provided with the impedance matching apparatus. 電磁場の均一性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the uniformity of an electromagnetic field.

Explanation of symbols

２被処理材
１０プラズマ発生装置
１１チャンバー
１２基板台
２０アンテナ
２１アンテナ素子
２１ａ電極
２１ｂ誘電体シース
２２グランド
３０給電部
４１給電ケーブル（同軸フイーダー）
５０インピーダンス整合装置
５１第１可変コンデンサ
５２第２可変コンデンサ
５３第３可変コンデンサ
Ｅアース部（アース位置）
Ｇ処理ガス
Ｌアンテナの有効長さ
Ｌ１アンテナ部長さ
Ｌ２アース長さ 2 Material to be treated
10 Plasma generator
11 Chamber
12 Substrate stand
20 Antenna
21 Antenna element
21a electrode
21b Dielectric sheath
22 Grand
30 Power supply unit
41 Feed cable (coaxial feeder)
50 Impedance matching device
51 First variable capacitor
52 Second variable capacitor
53 Third variable capacitor
E Grounding part (grounding position)
G Processing gas
L Effective length of antenna
L1 antenna length
L2 Earth length

Claims

A plurality of antenna elements composed of columnar conductors whose surfaces are covered with a dielectric material are reversely fed so that power is fed between the front end and the rear end so that the front end is opened and the rear end is grounded. In the plasma generator provided with a planar antenna arranged in parallel, and a planar ground formed of a breathable conductor disposed in parallel with the antenna,
The relationship between the distance H between the ground and the antenna element and the distance D between adjacent antenna elements is 2H <D,
The length of the antenna from the tip to the ground position can be (2n-1) / 4 times the wavelength λ of the high-frequency power supplied to the antenna, where n is a positive number. said rear end and capable of grounding portion moving between the feeding portion of the element is provided, adjustably configured a length between the tip and the ground portion of the antenna element,
Provided in a portion of the joint between the power supply cable from the rear end portion and the feeding portion of the antenna element, and provided in the vicinity of the joint portion at the distal end side of the destination junction of said antenna elements An impedance matching apparatus comprising a variable capacitor or a variable inductor , wherein the impedance of the antenna element is matched with the impedance of a power feeding cable.

The plasma generator is configured such that the ground and the antenna element are provided in the same chamber, and a processing gas is supplied to the material to be processed through the ground and the antenna. The method for matching an antenna for a plasma generator according to claim 1.

A plurality of antenna elements composed of columnar conductors whose surfaces are covered with a dielectric material are reversely fed so that power is fed between the front end and the rear end so that the front end is opened and the rear end is grounded. In the plasma generator provided with a planar antenna arranged in parallel, and a planar ground formed of a breathable conductor disposed in parallel with the antenna,
The relationship between the distance H between the ground and the antenna element and the distance D between adjacent antenna elements is 2H <D,
The length of the antenna from the tip to the ground position can be (2n-1) / 4 times the wavelength λ of the high-frequency power supplied to the antenna, where n is a positive number. A movable earth part is provided between the rear end of the element and the feeding part, and the length between the other end of the antenna element and the earth part is adjustable,
The portion of the joint between the power supply cable from the rear end portion and the feeding portion of the antenna element, a variable capacitor or a variable provided in the vicinity of the joint portion at the distal end side of the destination junction of said antenna elements A plasma generator comprising an impedance matching device provided with an inductor .

4. The plasma generation according to claim 3, wherein the ground and the antenna element are provided in the same chamber so that a processing gas is supplied to the material to be processed through the ground and the antenna. apparatus.