JP4584769B2

JP4584769B2 - プラズマプロセス装置

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Inventors: 直子山本; 裕介江畑; 和彦古川
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Description

本発明は、薄膜形成・加工、および、表面処理用のプラズマプロセス装置に関し、更に詳しくは、高周波電源を用いてプラズマを発生させ、大型基板、または、幅の広いシート状の被処理物に対して、プラズマ処理を行う装置に関する。

半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などのさまざまな電子デバイスの製造には、エッチング、成膜、アッシング、表面処理などのさまざまなプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置が用いられている。上記のデバイスのうち、特にフラットパネルディスプレイや薄膜アモルファスシリコンを用いた薄膜太陽電池などのデバイスは、デバイスの大型化と製造コスト削減のため、基板などの被処理物が２ｍ以上のサイズに大型化しており、これに伴ってプラズマプロセス装置も大型化してきている。

プラズマプロセス装置の多くは、処理速度や処理品質などからプラズマ生成のための電源としてＲＦ帯やＶＨＦ帯の周波数の高周波電源を用いている。例えば、一辺が２ｍの基板を処理するプラズマ処理装置は、少なくとも１辺が２ｍを超える相応の面積をもった電極が必要となる。このような電極に１０ＭＨｚ以上の周波数の高周波電源を用いてプラズマを生成すると、電磁波の伝播波長が電極の長さに比べて十分に長いと言えなくなり、定在波の影響を受け、プラズマが生成される面内で電界分布が生じる。そのためプラズマの均一性が低下し、プロセス分布の均一性も低下する。

上記のようなプラズマプロセス装置は、従来は減圧下でのプラズマを利用するものが通常であったが、近年は大気圧、または、大気圧近傍でプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置も実用化されてきている。大気圧、または、大気圧近傍でプラズマプロセス装置は、(１)真空容器を必要とせず装置サイズを小さくできる、(２)プラズマの活性種の密度が高いため処理速度を高くすることができる、(３)装置構成によっては被処理基板一枚当りの処理時間をほぼプラズマ処理の時間に等しくできるなどの利点がある。その一方で、処理速度を高めるため、投入電力を高めると金属電極部が表面に露出している場合にアーク放電となってしまうため、金属電極表面は固体誘電体で被覆するのが通例である。このように金属電極を固体誘電体で被覆すると、プラズマを生成すべき空間に自由空間よりも誘電率の高い物質を挿入することになり、プラズマを生成するための電界を与える高周波の電磁波の伝播波長が自由空間の波長よりも短くなるため、プラズマの均一性は固定誘電体が無い場合に比べ低下する。

上記の問題は、例えば、
にも記載されているように１００ＭＨｚの高周波を用いた場合の大面積処理を行うため、電極を分割して、隣り合う電極の位相を１８０度ずれるようにして複数の給電点から印加して１ｍ角程度の放電範囲に均一な電界分布を得ることなどが知られている。しかし、この方法では、電源の台数を増やすことや、位相を制御する機器が新たに必要になり装置コストがかかる。

上記のような２次元的に大きい電極の場合の他に、例えば、シート状やＲｏｌｅｔｏＲｏｌｅ方式に用いるような１方向に長い電極の場合についても、電極の長軸方向に定在波の影響が生じ、プラズマの均一性が低下してしまう。この課題に対して、
では、棒状電極について記載されているが、棒状電極と垂直な方向の放電空間の長さについての範囲の規定についてのみの記載であり、棒状電極の長軸方向に対して均一性を高める手段については何ら開示されていない。特開平２００２−３１３７４３特開平２００１−４０４７８

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、一方向に長い電極について電源数や位相制御等の装置コストを増やすことなく、均一性の高いプラズマプロセス装置を提供するものである。

この発明は、高周波電源を用いるプラズマプロセス装置において、細長い第１電極と、第１電極に対向する細長い第２電極とを備え、第１電極の第２電極に対向する面の長手方向対短手方向の寸法比が√２以上で、高周波電源から第１電極への給電点が長手方向の中心に関して対称にＮ箇所（Ｎは２以上の整数）設けられ、第１電極の長さがＬであるとき、給電箇所の間隔がＬ／Ｎ×（１±０．１）であり、各給電箇所での電磁波の位相がほぼ同位相であるプラズマプロセス装置を提供するものである。
Ｎ＝２のとき、Ｌは第１電極と第２電極間の空間を伝播する電磁波の実効波長の２分の１より小さいことが好ましい。
第１電極と第２電極を収容する金属製容器をさらに備え、第２電極はその両端が前記容器を介して電源の接地端子に接続されてもよい。

この発明のプラズマ処理装置によれば、高周波印加電極の対向電極面に対向する面の長軸方向の長さと短軸方向の長さのアスペクト比が√２以上の高周波印加電極において、電源数や位相制御等の装置コストを増やすことなく、均一性の高いプラズマプロセス装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態において同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明を省略している。

《実施形態１》
図１から図３を参照しながら、本発明による実施形態１のプラズマプロセス装置を説明する。図１はインライン方式の基板処理や、シート状、あるいは、ロール状の被処理物の処理をするプラズマプロセス装置の簡略図を示している。図２は、図１のＹＺ断面、図３は、図１のＺＸ断面を詳細に示している。

実施形態１のプラズマプロセス装置は、図２に示すように、Ａｌ（アルミニウム）やＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属製の容器１０１と、容器１０１にプロセスガスを導入するガス導入口１０２と、図示していない真空ポンプに接続された排気口１０３と、周波数が４０．６８ＭＨｚの高周波電源１０４と、電源１０４の出力端子から整合器１０５を介して高周波電力が供給される棒状の高周波印加電極１０６と、高周波印加電極１０６に対向してＹ方向に±１０ｍｍ離れた位置に配置され電源１０４の接地側端子に接続された（以下、接地されたという）２本の棒状対向電極１０７と、基板のような被処理物１０９を加熱する為のヒーター１０８から成っている。高周波印加電極１０６および対向電極１０７は、Ａｌ（アルミニウム）などの金属製の棒状（円柱状）の電極でＸ方向（長軸方向）の長さＬが２．２ｍ、断面（短軸方向）は直径が０．０１ｍの円形である。電極１０６、１０７のプラズマに曝される表面は、例えばアルマイト処理などの表面処理がなされている。

この装置をプラズマＣＶＤ装置として適用し、アモルファスシリコンを成膜する場合の一例について簡単に説明する。まず、容器１０１は容器１０１のＹ方向両側に隣接する装置とそれぞれ接続されており、容器１０１とそれらの隣接装置が1つの真空容器として気密性を保っており、これらの内部を図示しない真空ポンプで所望の真空度、例えば、１×１０^-3Ｐａまで排気する。被処理物を加熱するためのヒーターで被処理物を所望の温度、例えば、２００℃に加熱しておく。その後、ガス導入口１０２からＳｉＨ₄とＨ₂を混合したプロセスガスを導入して所望の圧力、例えば、１００Ｐａに保ち、周波数４０．６８ＭＨｚの高周波電源１０４から電力２０００Ｗを投入して高周波印加電極１０６と対向電極１０７間にプラズマを発生させる。そして、高周波印加電極１０６，対向電極１０７とヒーター１０８の間に被処理物１０９としてＸ方向の長さが２[ｍ]で下地膜が形成されパターニングなどの加工がされたガラス基板を搬送し、被処理物１０９上にアモルファスシリコン膜を成膜する。

次に、高周波印加電極１０６に高周波を印加するための導体経路等について、図３から図７を用いて説明する。
図４は、図３のような高周波電源１０４から高周波印加電極１０６までの電力供給経路の場合の高周波印加電極１０６のＸ軸方向についての給電点からの位相差を示したグラフ、図５は、図３中の高周波電源１０４から高周波印加電極１０６までの経路に対する比較例の電力供給経路の形状を示しており、図６は図５（Ａ）、（Ｂ）の高周波電源１０４から高周波印加電極１０６までの電力供給経路の場合の高周波印加電極１０６のＸ軸方向についての給電点からの位相差を示したグラフ、図７は図５で示した経路を用いた場合の高周波印加電極１０６と対向電極１０７間の電界強度分布を示している。

実施形態１の高周波電力は、図３に示すように高周波電源１０４から整合器１０５を介して、導体１１１に従って中央（Ｘ＝０［ｍ］）の（ａ）点から２分岐され、Ｘ＝±Ｌ／４＝±０．５５［ｍ］の位置（ｂ）、（ｂ´）点の２箇所から棒状の高周波印加電極１０６に電力が供給される。このような電力供給経路をとることによって、（ａ）点で電力は２分され、（ａ）点から（ｂ）、（ｂ´）点までの距離を等しくすることにより高周波印加電極１０６には（ｂ）、（ｂ´）点から同振幅、かつ、同位相の電磁波が伝送される。実施形態１の高周波印加電極１０６は長軸長さと短軸長さのアスペクト比が２．２［ｍ］／０．０１［ｍ］＝２２０と大きいため、ほぼ１次元（Ｘ方向のみ）の電磁波の伝播のみを考えればよく、高周波印加電極１０６の２つの対向電極１０７との対向面の電磁波の位相は両方とも電力供給面（高周波印加電極１０６の上面）での電磁波の位相とほぼ同位相となる。このとき、Ｘ軸方向に電力供給点（ｂ）、（ｂ‘）からの位相差をグラフに描くとほぼ図４のようになり、高周波印加電極１０６の全長Ｌにわたる最大位相差Δθmaxは電磁波の波長をλとするとΔθmax≒πＬ／２λとなる。

これに対し、図５(Ａ)のように中央（Ｘ＝０［ｍ］）１箇所から棒状の高周波印加電極１０６に電力を供給した場合、電力供給点からのＸ軸方向の位相差は図６(Ａ)のようになり、高周波印加電極１０６の全長Ｌにわたる最大位相差ΔθmaxはΔθmax≒πＬ／λとなる。このような位相分布の時の電界強度｜Ｅ｜の分布は電極端部（Ｘ＝±Ｌ／２）が開放端になるため、図７(Ａ)のように高周波印加電極１０６の両端部の電界強度が高くなり、中心（Ｘ＝０）の電界強度が低くなる分布で均一性が±２５％と実用に供せない程度に不均一となる。

また、図５（Ｂ）のように中央（Ｘ＝０［ｍ］）で２分岐したものを高周波印加電極１０６の両端（Ｘ＝±Ｌ／２＝±１．１［ｍ］の位置）で電力を供給した場合は、電力供給点からの位相差は図６(Ｂ)のようになり、高周波印加電極１０６の全長Ｌにわたる最大位相差ΔθmaxはΔθmax≒πＬ／λとなり、この時の電界強度分布は、図５(Ａ)のように給電した場合とは逆の電界強度分布となる。即ち、図７(Ｂ)のように中心部の電界強度が高くなり、両端部の電界強度｜Ｅ｜が低くなる分布で均一性は±２５％と不均一となる。

また、これらの両方の経路を含んだ図５（Ｃ）のような場合は、Ｘ＝０の位置とＸ＝±Ｌ／２の位置とで電力供給までの経路長が大きく異なるため、Ｘ＝０での位置から給電される成分が大部分となり、図５（Ａ）のように給電する場合と実質的に変わらず、図７（Ｃ）のような分布になる。ただし、図５（Ｃ）に示した給電位置の場合でもＸ＝０とＸ＝±Ｌ／２との給電までの経路長を全て等しくなるようにすれば、高周波印加電極１０６の電極全長にわたる位相差を小さくすることはできるが、実際上は構成が困難で各給電位置の位相を調整する装置を途中に入れることなどが必要となる、また、このようにしても高周波印加電極１０６の全長Ｌにわたる最大位相差がΔθmax＝πＬ／２λで、図３のように２箇所から給電した場合と変わらないため給電点を３箇所に増やすメリットがない。

上記のように図５(Ａ)から図５（Ｃ）の電力供給経路では電界強度分布は±２５％程度であったが、高周波印加電極１０６までの電力供給経路を図３のようにすることにより全長Ｌ＝２．２ｍの長さの高周波印加電極１０６を用いた場合でもＸ軸方向の電界分布を±６％程度にすることができた。
また、Ｘ方向の中心（Ｘ＝０）に関して対称に中心からＬ／４×０．９からＬ／４×１．１の距離の位置の計２箇所で高周波印加電極１０６と接続した場合も同様の効果があり、電界強度分布を±１０％以下にすることができた。

実施形態１は、高周波印加電極１０６の長軸方向の長さＬが、電磁波の波長λの２分の１より短い場合に適用できる。これより長くなると、上記のような給電経路としても給電点からの位相差が必ずπ／４以上となり分布が実際上供せない程度となってしまうからである。
以上のことは、高周波電極１０６への給電位置を長軸方向の中心を対称にＮ箇所とするときＮ≧３で、かつ、長軸方向の長さをＬとした時の電力供給箇所の長軸方向の間隔が（Ｌ／Ｎ）×（１±０．１）、かつ、各電力供給箇所での高周波の電磁波の位相は概略同位相である場合に効果があるが、同位相にするために各給電位置までの距離を等しくするか、位相制御を行なうことが必要となるため、Ｎ＝２の場合が最も実用的な構成となる。
なお、Ｎ＝３，Ｎ＝４のときの図３対応図を図１９，図２０に、Ｎ＝３，Ｎ＝４のときの図４対応図を図２１，図２２に、それぞれ示しているが、図１９，図２０は模式的に示したもので、上記で述べたように（ａ）と（ｂ）、（ｂ'）、（ｂ''）、（ｂ'''）間の長さをそれぞれ等しくなるようにした場合に図２１，図２２のような位相となる。

また、本実施の形態では、ＣＶＤ装置に適用した場合について記載したが、これ以外に、エッチング装置、アッシング装置、表面処理装置などの各種プラズマプロセス装置にも適用できる。

《実施形態２》
図８、図９を参照しながら、本発明による実施形態２のプラズマプロセス装置を説明する。図８はインライン方式の基板処理や、シート状、あるいは、ロール状の被処理物１０９の処理をするプラズマプロセス装置のＹＺ断面、図９は図８のＺＸ断面、図１０は図９の高周波印加電極の高さ位置でのＸＹ断面図を示している。プラズマプロセス装置の外観は図１のような形状をしている。

実施形態２のプラズマプロセス装置には、図８に示すように、金属製の容器１０１と、プロセスガスを容器１０１へ導入するガス導入口１０２と、ガスを容器１０１から排気するための排気口１０３と、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源１０４と、電源１０４の出力端子から整合器１０５と導体１１１を介して高周波の電力が印加される棒状の高周波印加電極１０６と、高周波印加電極１０６に対してＹ方向に±４ｍｍ離れた位置に配置され電源１０４の接地側端子に接続された（以下、接地されたという）２本の棒状の対向電極１０７と、基板等の被処理物１０９を加熱する為のヒーター１０８などが設けられている。対向電極１０７は、図１０に示すようにそれらの両端が接地された接地電位を有する容器１０１の内壁に接続されている。また、高周波印加電極１０６と対向電極１０７の少なくとも両者が対向する部分は誘電体１１０で覆われている。高周波印加電極１０６、および、対向電極１０７は棒状（円柱状）の電極でＸ方向の長さが２．２ｍ、断面は直径が０．０１ｍの円形である。

この装置を大気圧、または、その近傍の圧力で用いるアッシング装置として適用し、レジストなどの有機物を除去する場合について簡単に説明する。ガス導入口１０２からＨｅなどの希ガスを導入し、容器の内部の雰囲気を空気からＨｅに置換する。次に、Ｏ₂とＨｅの混合ガスなどのプロセスガスを導入して周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源から電力５０００Ｗを投入して高周波印加電極１０６と対向電極１０７間にある誘電体１１０の下面側でプラズマを発生させる。誘電体１１０は、大気圧下では金属電極が表面にあるとアーク放電が生じることを防止するために設けている。そして、ガラス基板などの基板上電極などのパターン上にレジストなどの有機物が残っている被処理物１０９を搬送し、被処理物１０９上のレジストなどを除去する。

上記のように大気圧、または、その近傍の圧力でプラズマを発生させる場合、アーク放電を防止するために誘電体が内部に挿入されている。この誘電体の比誘電率をεとするとこの内部での電磁波の伝播波長（実効波長）はその１／√（ε）になる。例えばε＝９のアルミナを用いた場合、電磁波の伝播波長（実効波長）は真空中の伝播波長の１／３となる。このため、真空装置ではあまり電界分布が問題にならなかった周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ帯域の周波数でも電極の長さが２ｍを超えると分布が２５％程度と大きくなる。このため、実施形態１と同様に高周波印加電極１０６までの電力供給経路を図９のような構成とすることにより、高周波印加電極１０６の長軸方向の長さＬにわたって位相差を小さくすることができ、電界分布を１０％以下とすることができた。

上記のことを、実効波長λｅffを用いて記述すると、実効波長λｅff（＝λ／√（ε））の半波長であるλｅff／２がＬより大きい場合に適用できる。これは、実施形態１で記述した理由と同様の理由による。

《実施形態３》
図１１から図１３を参照しながら、本発明による実施形態３のプラズマプロセス装置の一例を説明する。図１１は大面積の基板を処理する平行平板型のプラズマプロセス装置の簡略図、図１２は図１１のＹＺ断面、図１３は図１１のＺＸ断面を示している。
実施形態３のプラズマプロセス装置は、実施形態１と同様であるが、異なる点は電極の形状とプラズマ処理中に被処理物を搬送せず、静止して処理する場合を示している点である。ここでは、装置としての動作の説明は省略し、以下電極部分について詳細に説明する。

電極の形状は平行平板型で高周波印加電極１０６と対向電極１０７が図１１に示すように２次元平面で対向しており、その対向面の長軸方向長さと短軸方向長さのアスペクト比が２である場合を示している。例えば、長軸方向の長さが２．２ｍ、短軸方向の長さが１．１ｍの場合の高周波印加電極１０６に高周波を印加するための導体１１１の経路について図１３を用いて説明する。実施形態１と同様に高周波電力は、高周波電源１０４から整合器１０５を介して、導体に従って高周波印加電極１０６の中央（Ｘ＝０［ｍ］、Ｙ＝０［ｍ］）の（ａ）点から導入され、２分岐され、（Ｘ＝±Ｌ／４＝±０．５５［ｍ］、Ｙ＝０［ｍ］）の位置（ｂ）、（ｂ´）点の２箇所から面状の高周波印加電極１０６に電力が供給される。このような電力供給経路をとることによって、（ａ）点で電力は２分岐され、（ａ）点から（ｂ）、（ｂ´）点までの距離が等しいので高周波印加電極１０６には（ｂ）、（ｂ´）点から同振幅、かつ、同位相の電磁波が伝送される。本実施形態３の高周波印加電極１０６は長軸長さと短軸長さのアスペクト比が２．２［ｍ］／１．１［ｍ］＝２と小さいため、２次元平面（ＸＹ平面）での電磁波の伝播を考える必要がある。高周波の電磁波の伝播なので電磁波は金属でできた高周波印加電極１０６の表皮しか伝播することができず、対向面の裏面側の２箇所から供給された電磁波は高周波印加電極１０６の表皮（外周）を通って対向面側に伝播する。

電磁波は、給電点から電極の対向面側へ一番短い経路を伝わって伝播する。ここで、図１４と図１５に、中央給電の場合と本実施形態のような２箇所から給電した場合について、高周波印加電極１０６の給電面を中心に描き、対向面を各方向に開いた展開図を示す。高周波印加電極１０６の短軸方向の長さを２ａ、長軸方向の長さを２ｋａ（ただし、ｋ＞１）とする。ここで電極の厚さは長軸の長さ、および、短軸の長さに比べて十分小さいとしており無視している。

図１４で給電面の中心位置Ｏを中心にした同心円は、中心位置Ｏから伝播する電磁波の等位相線を表している。高周波印加電極１０６の給電面の１／４の領域である斜線部２０１の部分に対応する対向面側の位相は２０２と２０３の２つの領域に示した位相となる。２０２と２０３の領域のなかで、中心位置Ｏから最も近い位置はＡの位置で、距離ＯＡはａである。一方、中心位置Ｏから最も遠い位置はＡ‘の位置で距離ＯＡ’は、√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ―ａ／ｋ）＾２｝である。従って、位相差に相当する距離は、√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ―ａ／ｋ）＾２｝―ａである。高周波印加電極１０６の給電面の斜線部２０１以外の領域も斜線部の領域とＸ軸対称、Ｙ軸対称、および、中心に対して１８０度回転した領域であるため、上記と同じで位相差に相当する距離は、√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ―ａ／ｋ）＾２｝―ａある。

上記と同様に、給電面の２箇所Ｐ、Ｐ‘から給電した場合について、図１５に示している。このとき、高周波印加電極１０６の給電面の１／４の領域である斜線部２０１の部分に対応する対向面側の位相は２０２と２０３の２つの領域に示した位相となる。これらの領域の中で給電点Ｐから最も近い位置はＢの位置で、距離ＰＢはａである。一方、給電点Ｐから最も遠い位置はＢ‘の位置で距離ＰＢ’は、√（２ａ）＾２＋（ｋａ／２ｋ）＾２である。従って位相差に相当する距離は、√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ／２）＾２｝―ａである。

両者の距離差＝√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ―ａ／ｋ）＾２｝―√｛（２ａ）＾２＋（ｋａ／２）＾２｝が負の場合、中央給電の方が２点給電より位相差が小さいので均一性が高くなり、正の場合はその逆となる。これを解くと、１＜ｋ≦√２の時、中央給電の均一性が高く、ｋ＞√２の時、２点給電の均一性が高くなる。

実際、ｋ＝２の場合の高周波印加電極１０６の対向面側の位相差の等高線図は、図１６(Ａ)のようになり、面内での位相差は（ここでは、高周波印加電極１０６の厚さは、０．０２［ｍ］と電極長軸に対して十分短いとした。）約０．６２πＬ／λとなる。これに対して、Ｘ＝０［ｍ］、Ｙ＝０［ｍ］の中央１箇所から給電した場合、上記と同様に考えると面内での位相差の等高線図は図１６（Ｂ）のようになり、面内での位相差は約０．７４πＬ／λと１９％程度大きくなる。従って、上記のように２箇所から給電した方が、電極対向面での面内の位相差を小さくでき、面内の電界強度分布を±１０％以下とすることができた。

上記のことは、電極の長軸長さと短軸長さのアスペクト比が√２以上で給電点を２箇所以上設ける効果を示している。

《実施形態４》
図１７、図１８を参照しながら、本発明による実施形態４のプラズマプロセス装置の一例を説明する。図１７は、本実施形態４のプラズマプロセス装置のＹＺ断面、図１８は図１７の対向電極１０７の接続を示したＸＹ断面を示している。なお、図１８では、分かりやすくするための誘導体を図示ししていない。

実施形態４のプラズマプロセス装置は、実施形態２のプラズマプロセス装置とほぼ同じ構成で実施形態２の図８の対向電極１０７の接続方法が実施形態２と異なり、対向電極１０７は図１８（Ａ）に示すように容器１０１の短軸（Ｙ軸）方向の側壁にできるだけ短い経路で長軸方向全体にわたって電気的に接続する構成としている。
これは、以下の理由による。

特に大気圧、または、その近傍の圧力下で用いるプラズマ装置においては、実施形態２で示したような理由で高周波印加電極１０６と対向電極１０７の間に誘電体１１０を用いることが多い。このように電極間に誘電体を用いると、プラズマが生成される空間と誘電体との境界で誘電率の差があるため伝播特性が変わる。また、誘電体とプラズマ生成空間の境界部の形状等が違っても誘電率の差があるために伝播特性が変わる。そのため、対向電極１０７の電位が、電極長と高周波の波長の関係から位相差が無視できない程度に変わると、高周波印加電極１０６との電位差とから、特にＺ方向の伝播特性が大きく変わる場合がある。従って、高周波印加電極１０６と対向電極１０７間の同じＹ位置上でもＺ位置の違いによりＸ方向の電界分布が大きく異なる場合が生じる。例えば、実施形態２のように対向電極１０７の長軸方向の端部２箇所のみ（図１０）で接地電位である容器と接続すると、対向電極１０７の中心部と端部で位相差が大きくなり、Ｚ位置の違いによりＸ方向の電界分布が大きく異なった。このような分布であると、特に大気圧、またはその近傍の圧力では、高周波の投入電力やガスの種類によってプラズマの放電範囲が大きく変わるので、投入電力によってＸ方向のプロセス分布が変化する。このため、あるプロセス分布にするために電界分布を制限すると、投入電力範囲やプロセスガスの種類を制限してしまうことになる。このため、図１７、および、図１８（Ａ）のような接続方法を行った。

図１７、および、図１８（Ａ）のように対向電極１０７を接続すると、Ｚ方向の高周波の伝播特性の変化がＸ方向に小さいため、Ｚ位置の違いによるＸ方向の電界分布の差が小さくなる。このため、大気圧、または、その近傍の圧力で高周波の投入電力やガスの種類によりＸ方向のプロセス分布がほとんど変化せず、投入電力範囲やプロセスガスの種類を制限することが無くなった。

図１８（Ａ）以外の接続方法として対向電極１０７を容器内壁に全体的に接続せずに図１８（Ｂ）のように部分的に複数箇所で接続する方法もＺ位置の違いによるＸ方向の電界分布の差が小さくなるため有効に適用できる。

本発明は、電極の長軸長さと短軸長さのアスペクト比が√２以上の電極を有するプラズマプロセス装置において、プラズマ空間における長軸方向の均一性を簡易な方法で高めることができるので、インライン方式などのアスペクト比の大きい電極を用いるようなプラズマプロセス装置の大型化に有効である。

この発明による実施形態１のプラズマプロセス装置の構成説明図である。図１のＹＺ断面図である。図１のＺＸ断面図である。実施形態１の電極を用いた場合の電極長軸方向の位相差を示したグラフである。実施形態１の比較例の導体から高周波印加電極までの経路図である。図５（Ａ）、（Ｂ）の電極を用いた場合の電極長軸方向の位相差を示したグラフである。図５の電極を用いた場合の電極長軸方向の電界強度を示すグラフである。この発明による実施形態２のプラズマプロセス装置のＹＺ断面図である。実施形態２のプラズマプロセス装置のＺＸ断面図である。実施形態２のプラズマプロセス装置のＸＹ断面図である。この発明による実施形態３のプラズマプロセス装置の構成説明図である。図１１のＹＺ断面図である。図１１のＺＸ断面図である。実施形態３の比較例の中央給電の場合の高周波印加電極表面の等位相線図である。実施形態３の２点給電の場合の高周波印加電極表面の等位相線図である。実施形態３の電極と比較例の電極を用いた場合の高周波電極の対向面の等位相線図である。この発明による実施形態４のプラズマプロセス装置のＹＺ断面図である。実施形態４のプラズマプロセス装置のＸＹ断面図である。Ｎ＝３のときの図３対応図である。Ｎ＝４のときの図３対応図である。Ｎ＝３のときの図４対応図である。Ｎ＝４のときの図４対応図である。

符号の説明

１０１容器
１０２ガス導入口
１０３排気口
１０４高周波電源
１０５整合器
１０６高周波印加電極
１０７対向電極
１０８ヒーター
１０９被処理物
１１０誘電体
１１１導体

Claims

高周波電源を用いるプラズマプロセス装置において、細長い第１電極と、第１電極と同一平面上で対向し、かつ、第１電極に関して線対称に互いに平行に設けられた一対の細長い第２電極と、第１および第２電極を収容し、かつ、被処理面が第１および第２電極に対向するように被処理物を内部に設置する金属製処理容器を備え、高周波電源の出力端子から第１電極への給電点が長手方向の中心に関して対称にＮ箇所（Ｎは２以上の整数）設けられ、第１電極の長さがＬであるとき、給電箇所の間隔がＬ／Ｎ×（１±０．１）であり、一対の第２電極は金属製処理容器に電気的に接続され、金属製処理容器は高周波電源の接地側端子に接続されてなるプラズマプロセス装置。
Ｎ＝２のとき、Ｌは第１電極と第２電極間の空間を伝播する電磁波の実効波長の２分の１より小さいことを特徴とする請求項１記載のプラズマプロセス装置。