JP7298320B2 - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラム - Google Patents

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せるためのアンテナを備えたプラズマ処理装置、このプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法、及びプラズマ処理装置用プログラム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、例えば複数の長尺状アンテナが互いに平行に設けられて並列接続される。

このような長尺状のアンテナを真空容器内に配置して誘導結合型プラズマを生成する場合、アンテナとプラズマとの間で生じる静電結合により、プラズマを介してアンテナと真空容器の壁との間で電流が流れたり、プラズマを介して互いに隣り合うアンテナ間で電流が流れたりする。
その結果、複数のアンテナに流れる電流量に差が生じるうえ、１つのアンテナの長手方向に沿った電流量の分布が均一にならず、プラズマ密度が不均一になるという問題が生じる。

特開２００４－２２８３５４号公報 特開２０１６－１３８５９８号公報

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、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、高周波電源と、並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出する電流検出機構と、前記電流検出機構により検出された前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御する制御装置とを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、各アンテナの給電側端部及び接地側端部に流れる第１乃至第４電流値をパラメータとして少なくとも１つのインピーダンス調整部のインピーダンスを制御するので、それぞれのアンテナに流れる電流量や１つのアンテナの長手方向に沿った電流量を、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することができるようにしつつ、均一なプラズマを発生させることが可能となる。

それぞれのアンテナに流れる電流量や１つのアンテナの長手方向に沿った電流量をより均一にするためには、前記インピーダンス調整部が、前記２本のアンテナの給電側端部及び接地側端部それぞれに接続されており、前記制御装置が、前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御することが好ましい。

インピーダンスが可変なインピーダンス調整部としては、例えば容量が異なる複数のコンデンサをアンテナに対して切り替え可能に並列接続した構成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、装置が大掛かりになる等の問題が生じる。
そこで、装置を大掛かりにすることなく、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ためには、前記インピーダンス調整部が可変コンデンサであり、前記制御装置が、前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、前記可変コンデンサの容量を制御する構成を挙げることができる。

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、前記冷却液が、前記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、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。

前記アンテナは、少なくとも２つのアンテナ要素を直列接続して構成されており、前記２つのアンテナ要素の間に設けられた電流検出部が、一方のアンテナ要素の接地側端部を流れる電流の検出と、他方のアンテナ要素の給電側端部を流れる電流の検出とに兼用されていることが好ましい。
このような構成であれば、一方のアンテナ要素の接地側端部及び他方のアンテナ要素の給電側端部それぞれに電流検出部を設ける構成に比べて電流検出部を１つ減らすことができる。これにより、設備コスト削減を図れるうえ、インピーダンス調整部を制御するためのパラメータを１つ減らすことができるので、制御が容易となり、電流のさらなる均一化を図れる。

より具体的な実施態様としては、前記パラメータとして、前記第１及び前記第２電流の平均値及び差の絶対値と、前記第３及び前記第４電流の平均値及び差の絶対値と、前記２つの平均値の差の絶対値とが用いられている態様を挙げることができる。

また、本発明に係るプラズマ処理方法は、高周波電源と、並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、を具備するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出し、検出された前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを変更することを特徴とする方法である。

さらに、本発明に係るプラズマ処理装置用プログラムは、高周波電源と、並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出する電流検出機構と、を具備するプラズマ処理装置に用いられるプログラムであって、前記電流検出機構により検出された前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御する機能をコンピュータに発揮させ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方法やプラズマ処理装置用プログラムによれば、上述したプラズマ処理装置と同様の作用効果を奏し得る。

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、均一なプラズマを発生させることができる。

第１実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図。 同実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す横断面図。 第２可変コンデンサのリアクタンスと、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の差との関係を示すグラフ。 アンテナに流れる電流と成膜速度との相関を説明するための図。 第２実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式図。 同実施形態の接続導体や第３の可変コンデンサの構成を模式的に示す図。 同実施形態の可変コンデンサの構成を模式的に示す図。 同実施形態の｜ΔＩ_ａｖｅ｜とアンテナに流れる電流量の均一性の関係を示すグラフ。 同実施形態の制御内容を示すフローチャート。 同実施形態のアンテナに流れる電流のばらつきを示すグラフ。 第３実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式図。 その他の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式図。

［第１実施形態］
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の第１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。

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の縦断面に示すように、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、又はポリフェニレンサルファイド（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、整合回路４１を介して高周波電源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。

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、アンテナ導体３に高周波電流ＩＲを流すことができる。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り、ここでは直管状をなす金属パイプを有するものである。金属パイプの材質は、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。

本実施形態のプラズマ処理装置１００は、図２の横断面に示すように、上述したアンテナ３を複数本備えており、これら複数本のアンテナ３を並列接続してある。以下では、２本のアンテナ３を並列接続した場合について説明するが、もちろん３本以上のアンテナ３を並列接続しても良いし、並列接続と直列接続とを組み合わせて複数本のアンテナ３を接続しても良い。

この実施形態では、同図２に示すように、アンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂには、インピーダンスが可変なインピーダンス調整部ＶＣが接続されている。

具体的にインピーダンス調整部ＶＣは、一方のアンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂそれぞれに接続されており、且つ、他方のアンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂそれぞれに接続されている。なお、給電側端子部３ａについては、何れか一方のアンテナ３のみに接続されている構成であっても良い。

これらのインピーダンス調整部ＶＣは、ここでは可変コンデンサＶＣである。
以下では、説明の便宜上、一方のアンテナ３の給電側端部３ａに接続された可変コンデンサＶＣを第１可変コンデンサＶＣ１といい、一方のアンテナ３の接地側端部３ｂに接続された可変コンデンサＶＣを第２可変コンデンサＶＣ２といい、他方のアンテナ３の給電側端部３ａに接続された可変コンデンサＶＣを第３可変コンデンサＶ３といい、他方のアンテナ３の接地側端部３ｂに接続された可変コンデンサＶＣを第４コンデンサＶＣ４という。

然して、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、図２に示すように、一方のアンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂを流れる電流それぞれと、他方のアンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂを流れる電流それぞれとを検出する電流検出機構Ｓｘと、電流検出機構により検出された電流値を示す信号に基づいて、第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４のうちの少なくとも１つを制御する制御装置Ｘとを具備している。

電流検出機構Ｓｘは、一方のアンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流を検出する第１電流検出部Ｓ１と、一方のアンテナ３の接地側端部３ｂに流れる電流を検出する第２電流検出部Ｓ２と、他方のアンテナ３の給電側端部３ａに流れる電流を検出する第３電流検出部Ｓ３と、他方のアンテナ３の接地側端部３ｂに流れる電流を検出する第４電流検出部Ｓ４とを備えている。

第１電流検出部Ｓ１は、一方のアンテナ３の給電側端部３ａ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、この給電側端部３ａに流れる電流の大きさである第１電流値Ｉ１を検出し、この第１電流値Ｉ１を示す信号を制御装置Ｘに出力するものである。

第２電流検出部Ｓ２は、一方のアンテナ３の接地側端部３ｂ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、この接地側端部３ｂに流れる電流の大きさである第２電流値Ｉ２を検出し、この第２電流値Ｉ２を示す信号を制御装置Ｘに出力するものである。

第３電流検出部Ｓ３は、他方のアンテナ３の給電側端部３ａ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、この給電側端部３ａに流れる電流の大きさである第３電流値Ｉ３を検出し、この第３電流値Ｉ３を示す信号を制御装置Ｘに出力するものである。

第４電流検出部Ｓ４は、他方のアンテナ３の接地側端部３ｂ又はその近傍に取り付けられて真空容器２の外部に位置する例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、この接地側端部３ｂに流れる電流の大きさである第４電流値Ｉ４を検出し、この第４電流値Ｉ４を示す信号を制御装置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、第１乃至第４電流値Ｉ１～Ｉ４を示す信号を取得し、これらの電流値Ｉ１～Ｉ４をパラメータとして、第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４の少なくとも１つの静電容量を制御するものである。

以下、制御装置Ｘの制御内容の一例について詳述する。

まず、制御装置Ｘは、第１乃至第４電流値Ｉ１～Ｉ４に基づいて、第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４の中から制御対象とする可変コンデンサＶＣを決定する。

具体的には、第１電流Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の平均値Ｉ_ａｖｅ１と差の絶対値｜ΔＩ１｜を算出するとともに、第３電流Ｉ３及び第４電流値Ｉ４の平均値Ｉ_ａｖｅ２と差の絶対値｜ΔＩ２｜を算出し、さらにＩ_ａｖｅ１とＩ_ａｖｅ２と差の絶対値｜ΔＩ_ａｖｅ｜を算出する。

そして、この実施形態では、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜を比較して、制御対象となる可変コンデンサＶＣを決定するようにしてある。具体的には下記の表に示した通りであり、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜のうち｜ΔＩ１｜が最大の場合、第２可変コンデンサＶＣ２が制御対象であり、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜のうち｜ΔＩ２｜が最大の場合、第４可変コンデンサＶＣ４が制御対象であり、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜のうち｜ΔＩ_ａｖｅ｜が最大の場合、第１可変コンデンサＶＣ１又は第３可変コンデンサＶＣ３が制御対象である。

ここで、第２可変コンデンサＶＣ２のリアクタンスと、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の差｜ΔＩ１｜との関係を図３に示す。このグラフの横軸は、第２可変コンデンサのＶＣ２リアクタンス（インピーダンス）を示しており、縦軸は、｜ΔＩ１｜を第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の平均値で規格化した値を示している。

このグラフから分かるように、第２可変コンデンサＶＣ２のリアクタンスを大きくすると、｜ΔＩ１｜は小さくなり、第２可変コンデンサＶＣ２のリアクタンスを小さくすると、｜ΔＩ１｜は大きくなる。このことから、第２可変コンデンサＶＣ２のリアクタンスを制御することで、｜ΔＩ１｜＝０つまり、第１電流値Ｉ１＝第２電流値Ｉ２にできることが分かる。なお、図３に示した例では、第２可変コンデンサＶＣ２のリアクタンスを約８に調整することで、第１電流値Ｉ１＝第２電流値Ｉ２となる。
なお、第３電流値Ｉ３及び第４電流値Ｉ４の差｜ΔＩ２｜と、第４可変コンデンサＶＣ４のリアクタンスとの関係も同様であり、第４可変コンデンサＶＣ４のリアクタンスを大きくすると、｜ΔＩ２｜は小さくなり、第４可変コンデンサＶＣ４のリアクタンスを小さくすると、｜ΔＩ２｜は大きくなる。

一方、第１可変コンデンサＶＣ１及び第３可変コンデンサＶＣ３の選択については、例えば、それぞれのリアクタンスを変化させたときに、｜ΔＩ_ａｖｅ｜の変化量が大きくなる方を制御対象として決定することができる。
また、第１可変コンデンサＶＣ１又は第３可変コンデンサＶＣ３のリアクタンスを大きくするか小さくするかの何れにより｜ΔＩ_ａｖｅ｜が小さくなるかを判定し、その方向にリアクタンスを調整することが好ましい。
例えば、下記の表の場合、第３可変コンデンサＶＣ３のリアクタンスを小さくするように調整することを決定する。

このようにして、制御装置Ｘは、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、又は｜ΔＩ_ａｖｅ｜のうち最大値であったものがゼロとなるように、第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４のうちの制御対象のインピーダンスを制御する。具体的には、制御対象たる可変コンデンサＶＣが所定のインピーダンスとなるように、例えば可変コンデンサに接続された例えばモータ等の駆動源に制御信号を送信して静電容量を調整する。また、ガスＧやアンテナ３それぞれのばらつきがある場合は、それらのばらつきを保障するように制御することもできる。

なお、第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４としては、種々のタイプのものを用いて構わないが、本実施形態では後述する第２実施形態の可変コンデンサと同様の構成であり、詳細は第２実施形態で述べることとするが、制御装置Ｘとしては、必ずしもモータ等に制御信号を送信するものに限らず、制御対象のインピーダンスを調整するための制御信号を出力するものであれば良い。

＜作用効果＞
このように構成された本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、各アンテナ３の給電側端部３ａ及び接地側端部３ｂに流れる第１乃至第４電流値Ｉ１～Ｉ４をパラメータとして少なくとも１つの可変コンデンサＶＣのインピーダンスを制御するので、それぞれのアンテナ３に流れる電流量や１つのアンテナ３の長手方向に沿った電流量を、可及的に均一にすることができる。

ここで、図４に示すように、成膜レートは、アンテナ３に流れる電流に対して線形に変化することから、アンテナ３に流れる電流を均一化することは、プラズマの面内均一性を高めることができ、ひいては成膜レートの均一化につながる。

また、インピーダンス調整部として可変コンデンサＶＣを用いているので、例えばアンテナ３に容量が異なる複数の固定コンデンサを切り替え可能に並列接続する構成に比べて、装置全体の構成を簡素化することができる。

さらに、第１乃至第４電流検出部Ｓ１～Ｓ４を真空容器２の外部に位置する給電側端部３ａ又は接地側端部３ｂに設けているので、これらの電流検出部Ｓ１～Ｓ４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。

［第２実施形態］
次に、本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態について、図面を参照して説明する。

例えば、前記実施形態では２本のアンテナ３を並列接続した場合について説明したが、別の装置構成としては、図５に示すように、例えば１本のアンテナ３が少なくとも２つのアンテナ要素３１を直列接続してなるものであり、かかるアンテナ３を複数本並列に接続した構成であっても良い。

ここでは、２つのアンテナ要素３１のうち、高周波電源側のアンテナ要素３１（以下、第１のアンテナ要素３１Ａという）は、その給電側端部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、他方のアンテナ要素３１（以下、第２のアンテナ要素３１Ｂという）は、その接地側端部３ｂが接地されている。

一方のアンテナ３を構成する第１のアンテナ要素３１Ａと整合回路４１との間には第１可変コンデンサＶＣ１が設けられている。また、一方のアンテナ３を構成する第１のアンテナ要素３１Ａ及び第２のアンテナ要素３１Ｂは、第２可変コンデンサＶＣ２を介して接続されている。また、一方のアンテナ３を構成する第２のアンテナ要素３１Ｂは、第３可変コンデンサＶＣ３を介して接地されている。

他方のアンテナ３も同様であり、第１のアンテナ要素３１Ａと整合回路４１との間には第４可変コンデンサＶＣ４が設けられている。また、他方のアンテナ３を構成する第１のアンテナ要素３１Ａ及び第２のアンテナ要素３１Ｂは、第５可変コンデンサＶＣ５を介して接続されている。また、他方のアンテナ３を構成する第２のアンテナ要素３１Ｂは、第６可変コンデンサＶＣ６介して接地されている。

上述した構成において、第１のアンテナ要素３１Ａ及び第２のアンテナ要素３１Ｂは、図６に示すように、各アンテナ３１Ａ、３１Ｂの同じ側の端部の間に介在する接続導体１２によって互いに電気的に接続されて１本のアンテナ構造をなす。なお、図５においては、説明の便宜上、接続導体１２を省略している。

この接続導体１２は、第１のアンテナ要素３１Ａの接地側端部３ｂと第２のアンテナ要素３１Ｂの給電側端部３ａを接続するものであり、内部に流路を有し、その流路に各アンテナ要素３１Ａ、３１Ｂを冷却する冷却液ＣＬが流れように構成されている。これにより、第１のアンテナ要素３１Ａを流れた冷却液ＣＬは、接続導体１２の流路を介して第２のアンテナ要素３１Ｂに流れ込む。

具体的に接続導体１２は、アンテナ要素３１に電気的に接続される第２又は第５可変コンデンサＶＣ２、ＶＣ５（以下、中間可変コンデンサＶＣｍともいう）と、当該中間可変コンデンサＶＣｍと第１のアンテナ要素３１Ａの接地側端部３ｂとを接続する第１の接続部１４と、中間可変コンデンサＶＣｍと第２のアンテナ要素３１Ｂの給電側端部３ａ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、第１のアンテナ要素３１Ａの接地側端部を取り囲むことによって、該アンテナ要素３１Ａに電気的に接触するとともに、該アンテナ要素３１Ａの端部に形成された開口部３Ｈから冷却液ＣＬを中間可変コンデンサＶＣｍに導くものである。

第２の接続部１５は、第２のアンテナ要素３１Ｂの給電側端部を取り囲むことによって、該アンテナ要素３１Ｂに電気的に接触するとともに、中間可変コンデンサＶＣｍを通過した冷却液ＣＬを該アンテナ要素３１Ｂの端部に形成された開口部３Ｈに導くものである。

これらの接続部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。

中間可変コンデンサＶＣｍは、第１のアンテナ要素３１Ａに電気的に接続される第１の固定電極１６と、第２のアンテナ要素３１Ｂ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。

この中間可変コンデンサＶＣｍ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。

かかる構成において、制御装置Ｘが、モータ等の動力源に駆動信号を出力して、可動電極１８を回転させることで、図７に示すように、その回転角度θに応じて、第１の固定電極１６を構成する第１の固定金属板１６１及び可動電極１８を構成する第１の可動金属板１８２の対向面積（第１の対向面積Ａ１）が変化し、第２の固定電極１７を構成する第２の固定金属板１７１及び可動電極１８を構成する第２の可動金属板１８３の対向面積（第２の対向面積Ａ２）が変化する。

なお、この実施形態における第１可変コンデンサＶＣ１、第３可変コンデンサＶＣ３、第４可変コンデンサＶＣ４、及び第６可変コンデンサＶＣ６や、前記第１実施形態における第１乃至第４可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ４も、上述した中間可変コンデンサＶＣｍと同様の構成である。

然して、この実施形態では、電流検出機構Ｓｘが、図５に示すように、第１乃至第６電流値を検出するように構成されている。

具体的にこの電流検出機構Ｓｘは、一方のアンテナ３に着目すると、第１のアンテナ要素３１Ａの給電側端に設けられた第１電流検出部Ｓ１、第１のアンテナ要素３１及び第２のアンテナ要素３１Ｂの間に設けられた第２電流検出部Ｓ２、第２のアンテナ要素３１Ｂの接地側端に設けられた第３電流検出部Ｓ３とを有している。
また、この電流検出機構Ｓｘは、他方のアンテナ３に着目すると、第１のアンテナ要素３１Ａの給電側端に設けられた第４電流検出部Ｓ４、第１のアンテナ要素３１及び第２のアンテナ要素３１Ｂの間に設けられた第５電流検出部Ｓ５、第２のアンテナ要素３１Ｂの接地側端に設けられた第６電流検出部Ｓ６とを有している。
なお、第２電流検出部Ｓ２及び第５電流検出部は、第１のアンテナ要素３１Ａの接地側端部に流れる電流の検出と、第２のアンテナ要素３１Ｂの給電側端部に流れる電流の検出とに兼用されている。

そして、制御装置Ｘは、第１乃至第６電流検出部Ｓ１～Ｓ６により検出された第１乃至第６電流値Ｉ１～Ｉ６をパラメータとして、第１乃至第６可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ６のインピーダンスを制御する。

まず、制御装置Ｘは、第１乃至第６電流Ｉ１～Ｉ６に基づいて、第１乃至第６可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ６の中から制御対象とする可変コンデンサＶＣを決定する。

具体的には、第１電流Ｉ１、第２電流値Ｉ２、及び第３電流値Ｉ３の平均値Ｉ_ａｖｅ１と、第１電流値Ｉ１及び第２電流値Ｉ２の差の絶対値｜ΔＩ１１｜と、第２電流値Ｉ２及び第３電流値Ｉ３の差の絶対値｜ΔＩ１２｜を算出するとともに、第４電流Ｉ４、第５電流値Ｉ５、及び第６電流値Ｉ６の平均値Ｉ_ａｖｅ１と、第４電流値Ｉ４及び第５電流値Ｉ５の差の絶対値｜ΔＩ２１｜と、第５電流値Ｉ５及び第６電流値Ｉ６の差の絶対値｜ΔＩ２２｜を算出し、さらにＩ_ａｖｅ１とＩ_ａｖｅ２と差の絶対値｜ΔＩ_ａｖｅ｜を算出する。

そして、この実施形態では、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜を比較して、制御対象となる可変コンデンサＶＣを決定するようにしてある。具体的には下記の表に示した通りである。

ここで、｜ΔＩ_ａｖｅ｜とアンテナに流れる電流量の均一性の関係を図８に示す。このグラフの横軸は、｜ΔＩ_ａｖｅ｜の値を示しており、縦軸は、アンテナに流れる電流の均一性を示している。なお、ここでの「電流の均一性」は、下記の式で求めた値である。
（Ｉ_ｍａｘ－Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）×１００
Ｉ_ｍａｘ：電流値Ｉ１～Ｉ６の最大値
Ｉ_ｍｉｎ：電流値Ｉ１～Ｉ６の最小値

より具体的な制御内容の一例としては、図９のフローチャートに示したものを挙げることができる。

まず、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜と、予め設定した閾値Δｔｈとを比較する（Ｚ１）。

Ｚ１の比較の結果、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜が、Δｔｈ以下である場合、制御装置Ｘは、可変コンデンサＶＣのインピーダンスを制御することなく、制御を終了する。

一方、Ｚ１の比較の結果、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜が、Δｔｈよりも大きい場合、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、及び｜ΔＩ２２｜と｜ΔＩ_ａｖｅ｜とを比較する（Ｚ２）。

Ｚ２の比較の結果、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、及び｜ΔＩ２２｜が｜ΔＩ_ａｖｅ｜以下である場合、制御装置Ｘは、第２可変コンデンサＶＣ２、第３可変コンデンサＶＣ３、第５可変コンデンサＶＣ５、又は第６可変コンデンサＶＣ６のインピーダンスを制御する（Ｚ３）。なお、どの可変コンデンサＶＣを制御対象とするかは、上述した通り、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、及び｜ΔＩ２２｜の最大値に基づいて決定される。

一方、Ｚ２の比較の結果、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、及び｜ΔＩ２２｜が、｜ΔＩ_ａｖｅ｜よりも大きい場合、制御装置Ｘは、第１可変コンデンサＶＣ１又は第４可変コンデンサＶＣ４のインピーダンスを制御する（Ｚ４）。
なお、この実施形態において第１可変コンデンサＶＣ１又は第４可変コンデンサＶＣ４の何れかを制御対象として選択するかは、前記第１実施形態における第１可変コンデンサＶＣ１又は第３可変コンデンサＶＣ３の選択方法と同様である。

Ｚ３及びＺ４におけるインピーダンスの制御後は、再び｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜と閾値Δｔｈとを比較し（Ｚ５）、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜が、Δｔｈ以下である場合は制御を終了し、｜ΔＩ１１｜、｜ΔＩ１２｜、｜ΔＩ２１｜、｜ΔＩ２２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜が、Δｔｈよりも大きい場合はＺ２に戻る。

このような構成されたプラズマ処理装置１００によれば、図１０に示すように、第１乃至第６電流値Ｉ１～Ｉ６のばらつきを±２４．７％から±１．０％にすることができる。

［第３実施形態］
続いて、本発明に係るプラズマ処理装置の第３実施形態について、図面を参照して説明する。

本第５実施形態のプラズマ処理装置１００は、図１１に示すように、３本以上（Ｎ本）のアンテナ３を並列接続して構成されたものである。

具体的にアンテナ３が３本の場合を例にとって説明すると、それぞれのアンテナ３の給電側及び接地側にはインピーダンス調整部である第１乃至第６可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ６が設けられており、それぞれに流れる第１乃至第６電流値Ｉ１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２を検出する第１乃至第６電流検出部Ｓ１～Ｓ６が設けられている。

そして、制御装置Ｘとしては、第１乃至第６電流検出部Ｓ１～Ｓ６により検出された第１乃至第６電流値Ｉ１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２をパラメータとして可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ６のインピーダンスを制御すれば良い。

具体的には、第１のアンテナの給電側端部を流れる電流Ｉ１０１と接地側端部を流れる電流Ｉ１０２との平均値Ｉ_{ａｖｅ１０１}及び差の絶対値｜ΔＩ１０１｜、第２のアンテナの給電側端部を流れる電流Ｉ２０１と接地側端部を流れる電流Ｉ２０２との平均値Ｉ_{ａｖｅ２０１}及び差の絶対値｜ΔＩ２０１｜、第３のアンテナの給電側端部を流れる電流Ｉ３０１と接地側端部を流れる電流Ｉ３０２との平均値Ｉ_{ａｖｅ３０１}及び差の絶対値｜ΔＩ３０１｜を算出するとともに、｜ΔＩ１０１｜と｜ΔＩ２０１｜との差の絶対値｜ΔＩ_{ａｖｅ１２}｜、｜ΔＩ２０１｜と｜ΔＩ３０１｜との差の絶対値｜ΔＩ_{ａｖｅ２３}｜、｜ΔＩ３０１｜と｜ΔＩ１０１｜との差の絶対値｜ΔＩ_{ａｖｅ３１}｜を算出する。
そして、制御装置は、｜ΔＩ１０１｜、｜ΔＩ２０１｜、｜ΔＩ３０１｜、｜ΔＩ_{ａｖｅ１２}｜、｜ΔＩ_{ａｖｅ２３}｜、及び｜ΔＩ_{ａｖｅ３１}｜が所定の閾値Δｔｈよりも小さくなるように、各可変コンデンサＶＣ１～ＶＣ６のインピーダンスを調整すれば良い。

［その他の実施形態］
なお、本発明は前記第１～第３実施形態に限られるものではない。

また、前記第１実施形態では、２本のアンテナ３それぞれの給電側端部３ａにリアクタンス調整部である可変コンデンサＶＣを接続していたが、図１２に示すように、何れか一方のアンテナ３の給電側端部３ａにのみリアクタンス制御部たる可変コンデンサＶＣを設けても良い。
この場合、この可変コンデンサＶＣのインピーダンスは、｜ΔＩ１｜、｜ΔＩ２｜、及び｜ΔＩ_ａｖｅ｜のうち｜ΔＩ_ａｖｅ｜が最大の場合に制御装置Ｘによる制御対象となる。

各電流検出部の配置としては、必ずしもアンテナ３の給電側端部３ａや接地側端部３ｂに設けられている必要はなく、例えばアンテナ３の給電側端部３ａに接続された導体や、接地側端部３ｂに接続された導体に設けられていても良い。

前記実施形態では、インピーダンス調整部として、可変コンデンサを用いていたが、例えば容量やリアクタンスが異なる複数のリアクタンス素子をアンテナに対して切り替え可能に並列接続したものをインピーダンス調整部として用いても良い。

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 ・・・誘導結合型プラズマ
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
ＶＣ１・・・第１可変コンデンサ
ＶＣ２・・・第２可変コンデンサ
ＶＣ３・・・第３可変コンデンサ
ＶＣ４・・・第４可変コンデンサ
Ｓｘ ・・・電流検出機構
Ｓ１ ・・・第１検出部
Ｓ２ ・・・第２検出部
Ｓ３ ・・・第３検出部
Ｓ４ ・・・第４検出部
Ｘ ・・・制御装置

Claims (8)

1. 高周波電源と、
   並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、
   少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、
   一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出する電流検出機構と、
   前記電流検出機構により検出された前記第１電流、前記第２電流、前記第３電流、及び、前記第４電流の値それぞれをパラメータとして、前記アンテナの給電側端部に接続された少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御する制御装置とを具備する、プラズマ処理装置。
2. 前記インピーダンス調整部が、前記２本のアンテナの給電側端部及び接地側端部それぞれに接続されており、
   前記制御装置が、前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御する、請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記インピーダンス調整部が可変コンデンサであり、
   前記制御装置が、前記第１乃至第４電流値をパラメータとして、前記可変コンデンサの容量を制御する、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナが、内部に冷却液が流れる流路を有しており、
   前記冷却液が、前記可変コンデンサの誘電体である、請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記アンテナは、少なくとも２つのアンテナ要素を直列接続して構成されており、
   前記２つのアンテナ要素の間に設けられた電流検出部が、一方のアンテナ要素の接地側端部を流れる電流の検出と、他方のアンテナ要素の給電側端部を流れる電流の検出とに兼用されている、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。
6. 前記パラメータとして、
   前記第１及び前記第２電流の平均値及び差の絶対値と、
   前記第３及び前記第４電流の平均値及び差の絶対値と、
   前記２つの平均値の差の絶対値とが用いられている、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。
7. 高周波電源と、並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、を具備するプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
   一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出し、
   検出された前記第１電流、前記第２電流、前記第３電流、及び、前記第４電流の値それぞれをパラメータとして、前記アンテナの給電側端部に接続された少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを変更する、プラズマ処理方法。
8. 高周波電源と、並列接続されるとともに、前記高周波電源から高周波電流が供給される少なくとも２本のアンテナと、少なくとも一方の前記アンテナの給電側端部、及び、前記２本のアンテナそれぞれの接地側端部に接続されたインピーダンスが可変な複数のインピーダンス調整部と、一方の前記アンテナの給電側端部を流れる第１電流、一方の前記アンテナの接地側端部を流れる第２電流、他方の前記アンテナの給電側端部を流れる第３電流、及び、他方の前記アンテナの接地側端部を流れる第４電流を検出する電流検出機構と、を具備するプラズマ処理装置に用いられるプログラムであって、
   前記電流検出機構により検出された前記第１電流、前記第２電流、前記第３電流、及び、前記第４電流の値それぞれをパラメータとして、前記アンテナの給電側端部に接続された少なくとも１つの前記インピーダンス調整部のインピーダンスを制御する機能をコンピュータに発揮させる、プラズマ処理装置用プログラム。

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