JP6334102B2

JP6334102B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ分布調整方法

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Publication number: JP6334102B2
Application number: JP2013140649A
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Inventors: 和男佐々木; 均齊藤; 山澤　陽平; 陽平山澤; 敦城古屋; 内藤　啓; 啓内藤
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Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
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Description

本発明は、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に用いられるガラス基板等の基板にプラズマ処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置でのプラズマ分布調整方法に関する。

液晶表示装置等の製造工程においては、ガラス基板に所定の処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。このようなプラズマ処理装置として、高密度のプラズマを得ることができる誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）処理装置がある。

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と、この処理室の上方に配置されるアンテナ室とを誘電体窓で仕切り、アンテナ室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共に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発生させ、発生させた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。

ここで、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を例に挙げると、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、更に約２８００ｍｍ×約３０００ｍｍのサイズへと、その大型化が著しい。このように被処理基板が大型化すれば、処理室及びアンテナ室の大型化する必要が生じ、これに伴って誘電体窓を大型化する必要が生じる。このような要請に応えるべく、誘電体窓に代えて非磁性金属材料からなる金属窓を用いることにより強度を増すことで、被処理基板の大型化に対応する技術が提案されている。

この技術では、高周波アンテナに流れた電流により金属窓の上面に渦電流が発生し、その渦電流が、金属窓側面及び下面を通って上面に戻るループ電流となり、金属窓の下面を流れる電流により処理室内に誘導電界を形成することによりプラズマを生成するといった誘電体窓を用いた場合とは異なるメカニズムを有する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２９５８４号公報

しかしながら、上記従来技術による対応では、金属窓に生じる電位によって金属窓がプラズマによるスパッタにより削られてしまい、使用寿命が短くなってしまうという問題がある。また、金属窓の形状設計のみでは、金属窓毎に生じる渦電流の強さの分布を改善することは容易ではなく、プラズマの強さの分布を調整する技術が求められている。

本発明の目的は、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制すると共にプラズマの強さの分布調整を可能とする誘導結合型のプラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置によるプラズマ分布調整方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナと、前記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、本体容器と絶縁された金属窓とを備え、前記金属窓は、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓により構成され、前記本体容器では、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とが前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切られ、前記金属窓は前記プラズマ生成領域に直接面し、前記金属窓の電位を下げるために、前記複数の金属窓はそれぞれ、少なくとも１点の接地点でグランド接続されていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明のプラズマ分布調整方法は、本体容器と絶縁され、かつ、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓によって構成される金属窓によってプラズマ生成領域と高周波アンテナが隔離され、前記高周波アンテナに高周波電流を流すことにより前記プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させて基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ分布調整方法であって、前記本体容器において、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とを前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切り、前記金属窓を前記プラズマ生成領域に直接面させ、前記金属窓の電位を下げるために、前記複数の金属窓をそれぞれ、少なくとも１点の接地点でグランド接続することを特徴とする。

本発明によれば、高周波アンテナとプラズマ生成領域とのとの間に配置される金属窓を複数の金属窓で構成し、各金属窓を１点グランド接続（ＧＮＤ接続）する。これにより、ソース効率を下げることなくプラズマを生成すると共に、金属窓の窓電位を下げことができるため、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制することができる。このことは、プラズマの強さを調整されることを示すものでもある。また、金属窓を２点の接地点でグランド接続することにより、金属窓の下面を流れる渦電流の大きさを調整することができ、これにより、２点の接地点に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。更に、隣接する２つ金属窓をコンデンサを介して接続すると共に電流ループ回路を形成することにより、コンデンサの接続位置間を流れる渦電流を増大させて、対応するプラズマ生成領域でのプラズマを強くすることができる。

このように、本発明によれば、プラズマの強さの分布を制御することができ、これにより、基板に対するプラズマ処理の均一化を図ることができる。このような効果は、特に、一辺の長さが１ｍを超える基板に対するプラズマ処理において特に顕著に得ることができる。

本発明の実施の形態に係る誘導結合型のプラズマ処理装置の概略構造を示す断面図である。図１のプラズマ処理装置が備える金属窓の概略平面図である。図１のプラズマ処理装置におけるプラズマ生成原理を説明する模式図である。図１のプラズマ処理装置における、金属窓とＧＮＤ接続部材との第１及び第２の接続例を示す平面図である。図４（ａ）の金属窓をフロート状態としてプラズマを発生させたときの電子密度分布と金属窓の角部をＧＮＤ接続してプラズマを発生させたときの電子密度分布とを比較して示す図である。図４（ａ）の金属窓を電気的にフロート状態としてプラズマを発生させたときの等価回路と、金属窓をＧＮＤ接続してプラズマを発生させたときの等価回路とを示す図である。図４（ｂ）の金属窓に設定したＡ点及びＢ点間での電位（窓電位）分布をその金属窓を電気的にフロート状態とした場合とＧＮＤ接続した場合とで模式的に示す図である。図１のプラズマ処理装置における、金属窓とＧＮＤ接続部材との第３及び第４の接続例を示す平面図である。図８の第３及び第４の接続例に対応する等価回路を示す図である。図１のプラズマ処理装置における、金属窓とＧＮＤ接続部材との第５の接続例を示す平面図である。図１０の第５の接続例に対応する等価回路を示す図である。図８に示す長さ軸上での電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。図１０に示す長さ軸上での電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る誘導結合型のプラズマ処理装置１００の概略構造を示す断面図である。プラズマ処理装置１００は、例えば、フラットパネルディスプレイ（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。なお、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。また、プラズマ処理装置１００は、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してその製造過程で施される各種のプラズマ処理にも用いることができる。

プラズマ処理装置１００は、導電性材料、例えば、陽極酸化処理により内壁面にアルマイト被膜が形成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。本体容器１は、接地線２により接地（グランド接続（以下「ＧＮＤ接続」と記す）されている。本体容器１の内部は、金属窓３により上方のアンテナ室４と下方の処理室５とに区画されている。

図２は、金属窓３の概略平面図である。図１の金属窓３には、図２の矢視Ａ−Ａ断面が示されている。金属窓３は、本体容器１におけるアンテナ室４の側壁４ａと処理室５の側壁５ａとの間において本体容器１の内側に突出するように設けられた支持棚６及び支持梁７と、支持棚６及び支持梁７に絶縁体２８を介して載置された４枚の金属窓３０ａ〜３０ｄとによって構成されている。

処理室５の天井壁となる金属窓３の大部分は複数の金属窓３０ａ〜３０ｄが占める。金属窓３０ａ〜３０ｄには、例えば、非磁性金属が用いられており、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。なお、金属窓３０ａ〜３０ｄをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成した場合、耐食性を高めるために、少なくとも処理室５側の面（下面）に陽極酸化膜若しくはセラミック溶射膜、又はセラミック製若しくは石英製のカバーを形成することが好ましい。

金属窓３０ａ〜３０ｄはそれぞれ、窓内の１点又は２点の接地点で銅板等の良導電性材料からなるＧＮＤ接続部材５０に電気的に接続されており、このＧＮＤ接続部材５０の他端は本体容器１におけるアンテナ室４の側壁４ａと電気的に接続されている。側壁４ａは本体容器１の一部であるから、金属窓３０ａ〜３０ｄは、ＧＮＤ接続部材５０、側壁４ａ及び接地線２を介してＧＮＤ接続される。ＧＮＤ接続部材５０を介した金属窓３０ａ〜３０ｄと側壁４ａ（本体容器１）との接続形態については後に詳細に説明する。

支持棚６及び支持梁７は、導電性材料、例えば、アルミニウム等の非磁性金属で構成され、本体容器１と電気的に接続されている。絶縁体２８は、電気的絶縁体であり、例えば、セラミックや石英、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が用いられる。プラズマ処理装置１００では、支持梁７は、処理ガス供給用のシャワー筐体を兼ねており、支持梁７の内部に被処理基板Ｇ（以下「基板Ｇ」と記す）の被処理面に対して平行に伸びるガス流路８が形成されている。ガス流路８には、処理室５内に処理ガスを噴出する複数のガス吐出孔８ａが形成されており、処理ガス供給機構９からガス供給管１０を介してガス流路８に供給される処理ガスがガス吐出孔８ａから処理室５の内部へ吐出される。なお、処理ガスは、金属窓３０ａ〜３０ｄをシャワーヘッドとして構成すれば、金属窓３０ａ〜３０ｄから供給することもできる。

金属窓３の上側に形成されたアンテナ室４には、金属窓３０ａ〜３０ｄに面するように高周波アンテナ１１が配置されている。高周波アンテナ１１は、絶縁部材からなるスペーサ１２により金属窓３０ａ〜３０ｄとは一定間隔で離間するように配置されている。プラズマ処理の間、高周波アンテナ１１には誘導電界形成用の高周波電力が、第一の高周波電源１３から整合器１４及び給電部材１５を介して供給される。高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。高周波電力が高周波アンテナ１１に供給されることで、金属窓３０ａ〜３０ｄに渦電流が誘起され、この渦電流によって処理室５内のプラズマ生成領域に誘導電界が形成される。そして、形成された誘導電界により、ガス吐出孔８ａから供給された処理ガスが処理室５内のプラズマ生成領域においてプラズマ化される。なお、金属窓３０ａ〜３０ｄにおける渦電流の誘起とプラズマ生成との関係については、図３を参照して後述する。

処理室５には、金属窓３０ａ〜３０ｄと対向するように基板Ｇを載置する載置台１６が、本体容器１から絶縁部材１７によって電気的に絶縁された状態で配置されている。載置台１６は、導電性材料、例えば、アルミニウムで構成され、その表面は陽極酸化処理されている。載置台１６には不図示の静電チャックが設けられており、基板Ｇは静電チャックによって載置台１６に吸着保持される。

載置台１６には整合器１９及び給電線２０を介して第二の高周波電源１８が接続されており、プラズマ処理の実行中には、バイアス用の例えば３．２ＭＨｚの周波数の高周波電力が載置台１６に印加される。これにより、処理室５内で生成したプラズマ中のイオンを効果的に基板Ｇに引き込むことができる。

なお、不図示であるが、載置台１６の内部には、基板Ｇの温度を制御するための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等が設けられる。また、基板Ｇの支持手段は、載置台１６に限定されるものではなく、バイアス用高周波電力の供給や温度調節機構が不要である場合には、基板Ｇを下部又は側部から突出したピン若しくは棒状部材で支持してもよく、或いは、搬送機構のピック等で支持してもよい。

処理室５の側壁５ａには、処理室５の内部へ基板Ｇを搬入出する搬入出口２１が設けられており、搬入出口２１はゲートバルブ２２によって開閉される。また、処理室５の底壁５ｂには、処理室５の内部を排気する排気口２３が設けられており、排気口２３には真空ポンプ等を含む排気装置２４が接続される。排気装置２４により処理室５の内部が排気され、プラズマ処理の実行中は、処理室５の内部の圧力が所定の真空雰囲気（例えば、１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

プラズマ処理装置１００の動作制御は、コンピュータを含む制御部２５により行われ、制御部２５にはユーザインタフェース２６及び記憶部２７が接続されている。ユーザインタフェース２６には、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためのコマンド入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等が含まれる。記憶部２７には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理を制御部２５の制御にて実現する制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１００の各部に処理（動作）を実行させるためのプログラム（プロセスレシピ）が格納される。制御部２５は、ユーザインタフェース２６からの指示等にしたがって所定のプロセスレシピを記憶部２７から呼び出し、プロセスレシピに従った処理を実行することにより、プラズマ処理が行われる。

図３は、プラズマ処理装置１００におけるプラズマ生成原理を説明する模式図である。図３（ａ）には、図１と同様の側面視において、高周波アンテナ１１、金属窓３０ａ及びプラズマ生成領域が簡略的に示されており、図３（ｂ）には、図３（ａ）に対応する等価回路が示されている。なお、ここでは、金属窓３０ａは電気的にフロートの状態にあるものとする。

プラズマ処理装置１００において、高周波アンテナ１１に高周波電流Ｉ_ＲＦが流れると、金属窓３０ａの上面（高周波アンテナ１１側表面）に渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが発生する。金属窓３０ａは、支持棚６、支持梁７及び本体容器１と絶縁されているため、金属窓３０ａの上面に流れた渦電流Ｉ_ＬＯＯＰは、支持棚６、支持梁７又は本体容器１に流れることなく、金属窓３０ａの一方の側面へ流れた後に金属窓３０ａの下面（処理室５側の表面）へ流れ、さらに金属窓３０ａの他方の側面を流れて、金属窓３０ａの上面に戻る。このようにして金属窓３０ａの上面から下面にループする渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが生成される。この渦電流Ｉ_ＬＯＯＰのうち、金属窓３０ａの下面を流れる電流により処理室５内のプラズマ生成領域に誘導電界Ｅが形成される。こうして処理室５内に誘導電界Ｅが形成されることで、処理室５の内部のガスが励起され、処理室５内のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。

なお、図３（ｂ）において、Ｌ_Ａ及びＲ_Ａはそれぞれ、高周波アンテナ１１のインダクタンス及び抵抗であり、Ｌ_Ｍ１及びＬ_Ｍ２はそれぞれ、金属窓３０ａの上面側のインダクタンス及び下面側のインダクタンスであり、Ｉ_Ｐ、Ｌ_Ｐ及びＲ_Ｐはそれぞれ、プラズマの電流、インダクタンス及び抵抗である。

図４は、金属窓とＧＮＤ接続部材５０との第１及び第２の接続例を示す平面図である。これら第１及び第２の接続例はいずれも、１枚の金属窓に対して１点の接地点でＧＮＤ接続部材５０が接続されている点で共通しており、金属窓の形状及び／又は枚数が異なる。なお、図４（ａ），（ｂ）では、高周波アンテナ１１を簡略化して矩形で示しているが、高周波アンテナ１１は、実際には図３（ｂ）に示した回路を構成するように、例えば渦巻き状等に配置されている。

図４（ａ）に示す第１の接続例では、金属窓は、正方形の平面形状を有する４枚の金属窓３０ａ〜３０ｄ（支持棚６の外形も正方形）を有し、金属窓３０ａ〜３０ｄのそれぞれの外周側の中央部である角部（外周を構成する２辺の交点近傍）にＧＮＤ接続部材５０の接続位置（以下「ＧＮＤ接続位置」という）が設けられている。金属窓３０ａ〜３０ｄの形状は、基板Ｇの形状に応じて、例えば、長方形等に適宜変更される。

図５は、図４（ａ）の金属窓３０ａ〜３０ｄを電気的にフロート状態として（ＧＮＤ接続部材５０を接続せずに）プラズマを発生させたときの電子密度分布を測定した結果（図５中の「金属窓フロート」）と、金属窓３０ａ〜３０ｄの角部にＧＮＤ接続部材５０を接続してプラズマを発生させたときの電子密度分布を測定した結果（図５中の「金属窓１点ＧＮＤ接続」）とを比較して示す図である。

なお、プラズマ発生条件は、処理室５の圧力を２０ｍＴｏｒｒ、ソースパワーを５ｋＷとし、処理ガスに酸素（Ｏ_２）を用いて発生させたプラズマの電子密度を測定している。また、図５の横軸の点Ａ，Ｏ，Ｂは、図４（ａ）中に黒三角（▲）で示す点Ａ，Ｏ，Ｂと対応する。

図５から明らかなように、金属窓３０ａ〜３０ｄのそれぞれに対してＧＮＤ接続部材５０による１点ＧＮＤ接続を行った場合（第１の接続例）でも、金属窓３０ａ〜３０ｄを電気的にフロート状態とした場合と比較して、プラズマの電子密度の低下は殆ど生じないこと、つまり、ソース効率が殆ど変わることなくプラズマを誘起させることができるということがわかる。このことを等価回路で示すと図６のようになる。

図６（ａ）は、図４（ａ）の金属窓３０ａを電気的なフロート状態としてプラズマを発生させたときの等価回路を示す図であり、図６（ｂ）は、金属窓３０ａにＧＮＤ接続部材５０を接続してプラズマを発生させたときの等価回路を示す図である。なお、図６（ａ），（ｂ）は共に、図３（ｂ）と同じ形態で描かれている。また、図６では、便宜上、金属窓３０ａの上面側のインダクタンスを、対向する２側面の中間でインダクタンス成分Ｌ_Ｍ１ａ，Ｌ_Ｍ１ｂに分け、これに対応させて、金属窓３０ａの下面側のインダクタンスを２つのインダクタンス成分Ｌ_Ｍ２ａ，Ｌ_Ｍ２ｂに分けて示している。

図６（ａ）は、実質的に図３（ｂ）と同じである。図５の結果は、図６において、金属窓３０ａに対するＧＮＤ接続部材５０による１点ＧＮＤ接続は、金属窓３０ａの上面側から下面側へループする渦電流に影響を与えないことを示しているので、金属窓３０ａがフロート状態にあるときに金属窓３０ａの下面に流れる渦電流Ｉ_{ＬＯＯＰ（ＦＬＯＡＴ）}の大きさと、金属窓３０ａを１点ＧＮＤ接続した状態にあるときに生じる渦電流Ｉ_{ＬＯＯＰ（ＧＮＤ）}の大きさとは同等と考えられる。

図４（ｂ）の第２の接続例に示す金属窓は、図２に示した金属窓３と同じ金属窓３０ａ〜３０ｄを有し、金属窓３０ａ〜３０ｄのそれぞれの外周側の中央部にＧＮＤ接続部材５０の接続位置（ＧＮＤ接続位置）が設けられている。なお、図４（ｂ）では、ＧＮＤ接続部材５０の図示を省略しており、金属窓３０ａ〜３０ｄにおいてＧＮＤ接続部材５０が接続されるＧＮＤ接続位置を黒丸点（●）で示している。

図７は、図４（ｂ）の金属窓３０ｂに設定した黒三角（▲）で示すＡ点及びＢ点間（外周側の端部間）での電位（窓電位）の分布を、金属窓３０ｂを電気的にフロート状態とした場合と金属窓３０ｂを１点ＧＮＤ接続した場合とについて、模式的に示す図である。

金属窓３０ｂのＡ点・Ｂ点間に渦電流が流れたとき、金属窓３０ｂの誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスに起因して電位差が生じ、Ａ点が低電位となったときには、Ｂ点で高電位となるような電位勾配が生じ、低電位点で略０Ｖとなる。これに対して、金属窓３０ｂのＡ点・Ｂ点間の略中央で１点ＧＮＤ接続を行った場合には、Ａ点とＢ点との間で同様の電位勾配は生じるものの、ＧＮＤ接続位置においてＧＮＤ電位（０Ｖ）となるように全体的に窓電位が下がる。よって、金属窓３０ｂをＡ点・Ｂ点間の略中央で１点ＧＮＤ接続した場合には、金属窓３０ｂをフロート状態とした場合と比較すると、金属窓３０ｂの窓電位の絶対値を小さくすることができ、これにより、プラズマによる金属窓３０ｂのスパッタ削れの発生を抑制することができる。

なお、図４（ｂ）の金属窓３０ａ〜３０ｄの窓電位を全体的に下げる効果は、図４（ａ）の金属窓３０ａ〜３０ｄでも同様に得られる。１点ＧＮＤ接続を行うＧＮＤ接続位置は、金属窓３０ａ〜３０ｄの窓電位を全体的に下げる効果をより顕著に得ることができる位置に設定することが好ましい。例えば、金属窓において最小電位となる点と最大電位となる点の中央部にＧＮＤ接続位置を設定することが好ましく、図４（ａ），（ｂ）においてＧＮＤ接続位置を各金属窓の外周側の中央近傍に設けているのはこのような理由による。一方、例えば、図４（ｂ）のＡ点にＧＮＤ接続位置を設定する等した場合には、窓電位低下の効果を十分に享受することができなくなる。

但し、ＧＮＤ接続位置は、現実には、高周波アンテナ１１の配置の影響を受ける。つまり、高周波アンテナ１１の配置に支障をきたさない領域において、窓電位低下の効果を得ることが可能な領域にＧＮＤ接続位置を設けることが求められる。例えば、各金属窓の内周側の辺の中央近傍にＧＮＤ接続位置を設けてもよく、一例として図４（ｂ）の場合には、金属窓３０ａ〜３０ｄにおいて図示のＧＮＤ接続位置と対向する頂点近傍（金属窓の中央近傍）にＧＮＤ接続位置を設けることもできる。

図８は、金属窓とＧＮＤ接続部材５０との第３及び第４の接続例を示す平面図であり、ここでは、図２（ｂ）及び図４（ｂ）と同じ金属窓３０ａ〜３０ｄを取り上げている。第３及び第４の接続例は、金属窓３の長辺側に配置された金属窓３０ｂ，３０ｄに対して２点の接地点でＧＮＤ接続部材５０が接続されている（２点ＧＮＤ接続）点で共通しているが、２点のＧＮＤ接続位置の間隔が異なる点で相違している。ＧＮＤ接続部材５０は、第３の接続例ではＧＮＤ接続位置Ｃ，Ｄにおいて金属窓３０ｂの表面に接続され、第４の接続例ではＧＮＤ接続位置Ａ，Ｂにおいて金属窓３０ｂの表面に接続されている。

図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、金属窓３０ｂについての図８（ａ），（ｂ）の第３及び第４の接続例に対応する等価回路を示す図である。図９において、Ｌ_Ｍ１ａ１はＡ点−Ｃ点間のインダクタンス成分であり、Ｌ_Ｍ１ｂ１はＤ点−Ｂ点間のインダクタンス成分であり、Ｌ_Ｍ１ｃ１はＣ点−Ｄ点間のインダクタンス成分である。図９（ｂ）に示すインダクタンス成分Ｌ_Ｍ１ａ，Ｌ_Ｍ１ｂ等は、図６に準ずる。

図９（ａ）に示すように、第３の接続例では、金属窓３０ｂの上面に生じる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの一部がＧＮＤ接続部材５０により形成される回路へ流れることにより、金属窓３０ｂの下面へ循環する渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが小さくなる。その結果、誘起電界の強さが弱くなり、プラズマ電流Ｉ_Ｐが小さくなる。第４の接続例では、金属窓３０ｂの上面に生じる渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの殆どがＧＮＤ接続部材５０により形成される回路へ流れることにより、金属窓３０ｂの下面へ循環する渦電流Ｉ_ＬＯＯＰがなくなるか又は極めて小さくなり、その結果、誘起電界が発生せず、プラズマも発生しなくなる。

このように、２点ＧＮＤ接続を行う場合のＧＮＤ接続位置間の距離を調整することによって、金属窓の下面に回り込む渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの大きさを調整することができ、このことを利用することにより、誘起電界の強度分布を改善し或いは調整することができる。即ち、金属窓３０ｂを電気的にフロート状態としたときに、金属窓３０ｂの上面において相対的に大きな渦電流Ｉ_ＬＯＯＰが流れる部分に２点のＧＮＤ接続位置を設けることにより、金属窓３０ｂの上面側から下面側へ回り込む渦電流Ｉ_ＬＯＯＰの大きさを小さくして、対応する誘起電界の強さを弱くし、ひいてはプラズマ電流Ｉ_Ｐの大きさを小さくすることができる。こうして、プラズマの強さの均一性（電子密度の均一性）を向上させ、或いは、所望の強さ分布を有するプラズマが生成されるように調整することが可能となる。

なお、金属窓の２点ＧＮＤ接続を行った場合には、金属窓の１点ＧＮＤ接続を行った場合と同様に、金属窓の窓電位を下げる効果を得ることができる。

図１０は、金属窓とＧＮＤ接続部材５０との第５の接続例を示す平面図であり、ここでは、図４（ｃ）と同じ金属窓を取り上げている。図１１は、第５の接続例に対応する等価回路を示す図である。第５の接続例では、金属窓の角部に位置する金属窓３０ｅ，３０ｆ（等価な金属窓については同じ符号を付す）の外周側の角部を容量可変コンデンサ５５で接続すると共に、金属窓３０ｅ，３０ｆをアンテナ室４の天井壁４ｂに接続することにより、電流ループ回路を形成する構成としている。

なお、金属窓３０ｅ，３０ｆ以外の金属窓（符号省略）については、第１及び第２の接続例と同様に、ＧＮＤ接続部材５０による１点ＧＮＤ接続がなされている。また、容量可変コンデンサ５５を含む電流ループ回路を形成するための金属窓３０ｅ，３０ｆ間の電気的接続は天井壁４ｂを利用する形態に限定されず、別途、銅板やアルミニウム板等の部材を配置して用いて行うようにしてもよい。容量可変コンデンサ５５の容量調整は、工程管理者が直接手動で行うようにしてもよいし、ユーザインタフェース２６を通した設定コマンドの入力により、制御部２５が実行するようにしてもよい。

金属窓の角部に位置する金属窓３０ｅ，３０ｆの角部では、経験的に、渦電流が流れにくく、そのために、プラズマ生成領域において金属窓３０ｅ，３０ｆの角部に対応する領域では、生成するプラズマの強さが弱くなる。そこで、電流ループ回路のインピーダンスＺが、Ｚ＝ωＬ−１／ωＣ（ω：角周波数、Ｌ：インダクタンス、Ｃ：コンダクタンス）で与えられることを利用し、容量可変コンデンサ５５のコンデンサ容量を調整してインピーダンスＺを小さくすることによって渦電流を増大させて、金属窓３０ｅ，３０ｆの角部に流れる電流を増大させる。これにより、プラズマ生成領域において金属窓３０ｅ，３０ｆの角部に対応する領域でのプラズマを強くすることができる。特に、インピーダンスＺが負性でゼロに近いときに、容量可変コンデンサ５５には高周波アンテナ１１と同じ方向に大きな渦電流が流れ、こうして金属窓３０ｅ，３０ｆの角部の下面を流れる渦電流が増えることで、大きな誘導電界を発生させることができる。

なお、第５の接続例では、金属窓の角部に位置する金属窓３０ｅ，３０ｆにのみ、容量可変コンデンサ５５を接続して電流ループ回路を形成したが、その他の金属窓についても同様の構成としてもよく、これにより、プラズマの強さの分布を調整することができる。

以上の説明の通り、本発明の実施の形態によれば、金属窓を１点ＧＮＤ接続することにより、ソース効率を下げることなくプラズマを生成させながら、金属窓の窓電位を下げことができるため、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制することができる。また、金属窓を２点ＧＮＤ接続し、その際にＧＮＤ接続位置の距離を調整することによって、金属窓の下面を流れる渦電流の大きさを調整して、ＧＮＤ接続位置に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。更に、金属窓の角部間に所定容量のコンデンサを介して接続してなる電流ループ回路を形成することにより、金属窓の角部を流れる渦電流を増大させて、金属窓の角部に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。このようにプラズマの強さの分布を制御することにより、基板Ｇに対するプラズマ処理の均一化やより細かなプラズマ処理の制御が可能になる。

図１２は、図８に示す長さ軸（点Ａ，Ｏ，Ｂを結ぶ直線）上の電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。図１２に示されるように、１点ＧＮＤ接続では、ＧＮＤ接続位置（０ｍ）における電界強度の低下は殆ど見られないことがわかる。２点ＧＮＤ接続（１／４幅、両端）を比較すると、ＧＮＤ接続位置の距離が長い「両端」の場合に、ＧＮＤ接続位置の距離が短い「１／４幅」の場合よりも、ＧＮＤ接続位置間での電界強度の低下が顕著であることを確認することができ、このことは、ＧＮＤ接続位置間の距離が長い場合に、金属窓３０ｓの下面側を流れる渦電流が小さくなったことを示している。

図１３は、図１０に示す長さ軸（点Ｏ，Ｂを結ぶ直線）上の電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。図１３に示されるように、容量可変コンデンサ５５の容量を調整することにより、金属窓３０ｅ，３０ｆの角部に相当する長さ軸の近傍で、オープンの場合よりも電界強度が高められていることがわかる。このことは、金属窓３０ｅ，３０ｆの角部において、金属窓３０ｅ，３０ｆの下面側に流れる渦電流が増加していることを示している。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、銅板等からなるＧＮＤ接続部材５０を介して金属窓とアンテナ室４の側壁４ａとを接続することで、金属窓をＧＮＤに落とした。つまり、低抵抗のＧＮＤ接続部材５０を用いるとしたが、これに限定されずに、例えば、金属窓から一定の抵抗を通してＧＮＤに落とす構成としてもよい。その場合、ＧＮＤ接続部材５０としては、銅板よりも抵抗の大きい導電性部材や、銅板やアルミニウム板等の金属部材の間に抵抗素子を挟んだもの等を用いることができる。

上述した第５の接続例（図１０）では、容量可変コンデンサ５５を用いるとしたが、これに限定されず、プラズマの強さの分布を変更する必要がない場合等には、容量固定のコンデンサを用いても構わない。高周波アンテナ１１に供給する高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されるものではない。

プラズマ処理装置１００において、プロセスレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部２７にセットするようになっていてもよい。さらに、プロセスレシピは、例えば、専用回線を介して別の装置から適宜伝送させるようにしてもよい。

１本体容器
３金属窓
４アンテナ室
４ａ（アンテナ室の）側壁
４ｂ（アンテナ室の）天井壁
５処理室
１１高周波アンテナ
２８絶縁体
３０ａ〜３０ｆ，３０ｓ〜３０ｖ金属窓
５０ＧＮＤ接続部材
５５容量可変コンデンサ
１００プラズマ処理装置
Ｇ基板

Claims

基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナと、
前記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、本体容器と絶縁された金属窓とを備え、
前記金属窓は、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓により構成され、
前記本体容器では、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とが前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切られ、前記金属窓は前記プラズマ生成領域に直接面し、
前記金属窓の電位を下げるために、前記複数の金属窓はそれぞれ、少なくとも１点の接地点でグランド接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記１点の接地点は、前記複数の金属窓のそれぞれの外周側又は内周側の辺の略中央に設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記１点の接地点は、抵抗を介してグランド接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
前記１点の接地点は、前記アンテナ室の側壁に接続されることでグランド接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記複数の金属窓のうちの少なくとも１つの金属窓は、更に１点の接地点でグランド接続されることにより、２点の接地点でグランド接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記複数の金属窓は、矩形形状を有する前記基板に対応して配置され、
前記２点の接地点は、前記複数の金属窓のうち、前記基板の長辺に対応する位置に設けられる金属窓に対して設けられることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
前記２点の接地点は、前記複数の金属窓のそれぞれにおいて、前記２点の接地点を設けない場合に相対的に渦電流が多く流れる領域に設けられることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ処理装置。
前記複数の金属窓のうち隣接する２つ金属窓がコンデンサを介して接続されると共に、前記２つの金属窓のそれぞれに設けられた前記１点の接地点が電気的に接続されて、電流ループ回路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記電流ループ回路のリアクタンスが負性となるように、前記コンデンサの容量が調整されていること特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
前記コンデンサは、前記複数の金属窓のうち、前記基板の角部に対応する位置に設けられる金属窓の前記角部に対応する位置に接続されることを特徴とする請求項８又は９記載のプラズマ処理装置。
前記１点の接地点は、前記アンテナ室の天井壁に接続されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
本体容器と絶縁され、かつ、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓によって構成される金属窓によってプラズマ生成領域と高周波アンテナが隔離され、前記高周波アンテナに高周波電流を流すことにより前記プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させて基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ分布調整方法であって、
前記本体容器において、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とを前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切り、前記金属窓を前記プラズマ生成領域に直接面させ、
前記金属窓の電位を下げるために、前記複数の金属窓をそれぞれ、少なくとも１点の接地点でグランド接続することを特徴とするプラズマ分布調整方法。
前記複数の金属窓のうちの少なくとも１つの金属窓を更に１点の接地点でグランド接続して、２点の接地点でグランド接続することを特徴とする請求項１２記載のプラズマ分布調整方法。
前記２点の接地点の間隔を調整することにより、前記１つの金属窓の前記２点の接地点の間を流れる電流を調整することを特徴とする請求項１３記載のプラズマ分布調整方法。
前記複数の金属窓のうち隣接する２つ金属窓をコンデンサを介して接続すると共に、前記２つの金属窓のそれぞれに設けられた接地点を電気的に接続して電流ループ回路を形成することを特徴とする請求項１２記載のプラズマ分布調整方法。
前記電流ループ回路のリアクタンスが負性となるように、前記コンデンサの容量を調整すること特徴とする請求項１５記載のプラズマ分布調整方法。