JP7352068B2 - プラズマ制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、アンテナに高周波電流を流して発生させる誘導結合型のプラズマを制御するプラズマ制御システム及びこのプラズマ制御システムに用いられるプログラムに関するものである。
誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させるものとして、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ように構成されたプラズマ処理装置が知られている。
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をフィードバック制御することで、それぞれのアンテナの周囲に発生するプラズマの密度を所定範囲内に制御して、真空容器に発生させるプラズマ密度の空間的な均一化を図っている。
ところが、基板が大型なものになると、特許文献１のプラズマ処理装置に用いられているような比較的短尺なアンテナを基板の四方に配置したのでは対応することができず、この場合には特許文献２に示すような長尺状のアンテナが用いられる。
このよう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、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。
さらに、本願発明者が鋭意検討した結果、上述した問題は、複数のアンテナを用いた場合により顕著になることを見出した。何故ならば、１つのアンテナに流れる電流量の分布を均一にするべく、そのアンテナに接続されたインピーダンス素子のインピーダンスを変更したはずが、そのインピーダンスの変更が別のアンテナを流れる電流量に影響を及ぼしてしまい、プラズマ密度制御がより困難になるからである。
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、複数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制御システムは、高周波電源と、前記高周波電源に接続された複数のアンテナを有するアンテナ群と、前記複数のアンテナの給電側及び接地側に接続された複数のリアクタンス可変素子と、前記複数のアンテナの給電側及び接地側に流れる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電流値に基づいて、前記複数のアンテナを流れる電流の均一性指標値を算出する均一性算出部と、前記均一性算出部により算出された均一性指標値が所定の設定値に近づくように、前記複数のリアクタンス可変素子のリアクタンスを順次変更するリアクタンス変更部とを具備することを特徴とするものである。
このように構成されたプラズマ制御システムによれば、均一性指標値が設定値に近づくように、複数のリアクタンス可変素子のリアクタンスを順次変更するので、複数のアンテナに流れる電流を可及的に均一にすることができる。その結果、複数のアンテナを用いて基板の大型化に対応できるようにしつつ、均一なプラズマを発生させることが可能となる。
より具体的な実施態様としては、前記アンテナ群が、前記高周波電源に接続されるとともに、互いに直列接続された少なくとも２つの第１アンテナ及び第２アンテナと、前記高周波電源に接続されるとともに、互いに直列接続され、且つ、前記第１アンテナ及び第２アンテナに並列接続された少なくとも２つの第３アンテナ及び第４アンテナとを有し、前記リアクタンス可変素子が、前記第１アンテナの給電側、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの間、前記第２アンテナの接地側、前記第３アンテナの給電側、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナの間、前記第４アンテナの接地側それぞれに設けられており、前記電流検出機構が、前記第１アンテナの給電側、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの間、前記第２アンテナの接地側、前記第３アンテナの給電側、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナの間、前記第４アンテナの接地側それぞれに流れる電流を検出する構成を挙げることができる。
このような構成であれば、各アンテナの給電側及び接地側それぞれに流れる電流を検出するので、各アンテナに流れる電流を可及的に等しくすることができるし、各アンテナの給電側及び接地側それぞれにリアクタンス可変素子を設けているので、プラズマ密度をより細やかに制御することができる。
前記均一性算出部が、前記電流検出機構により検出された電流値の最大値及び最小値をパラメータとして前記均一性指標値を算出することが好ましい。
このように算出された均一性指標値を用いれば、各アンテナに流れる電流を可及的に等しくすることができる。
前記リアクタンス変更部が、前記リアクタンス可変素子のリアクタンスを変更させることで、前記均一性指標値が前記設定値から遠ざかった場合に、当該リアクタンス可変素子のリアクタンスを変更前のリアクタンスに戻して、次の前記リアクタンス可変素子のリアクタンスを変更することが好ましい。
このような構成であれば、均一性指標値を確実に設定値に近づけていくことができる。
前記リアクタンス変更部が、前記設定値とは異なる閾値と、前記均一性指標値とを比較して、前記閾値よりも前記均一性指標値が大きい場合と小さい場合とでリアクタンス変更量を異ならせることが好ましい。
このような構成であれば、均一性指標値が閾値に到達するまではリアクタンス変更量を大きくし、均一性指標値が閾値に到達してから設定値に到るまではリアクタンス変更量を小さくすることができる。これにより、制御時間の短縮化を図れる。
前記リアクタンス変更部が、前記リアクタンス可変素子の現状のリアクタンスに応じてリアクタンス変更量を異ならせることが好ましい。
このような構成であれば、リアクタンス可変素子がリアクタンスを緩やかに変更できる状態か、リアクタンスが大きく変動してしまう状態かに応じて、リアクタンス変更量を適切に調整することができる。
前記複数のリアクタンス可変素子それぞれに予め重み付けた値であって、前記均一性指標値に及ぼす影響度合いを示す重み値を記憶する重み値記憶部をさらに具備し、前記リアクタンス変更部が、前記複数のリアクタンス可変素子のリアクタンスを前記重み値の大きいものから順に変更することが好ましい。
このような構成であれば、均一性指標値に及ぼす影響の高いリアクタンス可変素子のリアクタンスから変更していくことができるので、効率良く制御を行うことができる。
また、本発明に係るプラズマ制御プログラムは、高周波電源と、前記高周波電源に接続された複数のアンテナを有するアンテナ群と、前記複数のアンテナの給電側及び接地側に接続された複数のリアクタンス可変素子と、前記複数のアンテナの給電側及び接地側に流れる電流を検出する電流検出機構と、を具備するプラズマ制御システム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電流値に基づいて、前記複数のアンテナを流れる電流の均一性指標値を算出する均一性算出部と、前記均一性算出部により算出された均一性指標値が所定の設定値に近づくように、前記複数のリアクタンス可変素子のリアクタンスを順次変更するリアクタンス変更部としての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制御プログラムによれば、上述したプラズマ制御システムと同様の作用効果を発揮させることができる。
このように構成した本発明によれば、長尺状のアンテナを用いて基板の大型化に対応することができるようにしつつ、アンテナの長手方向に沿って均一なプラズマを発生させることができる。
本実施形態のプラズマ制御システムの構成を示す模式図である。 同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である。 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である。 同実施形態の接続導体を模式的に示す横断面図である。 同実施形態の接続導体を模式的に示す縦断面図である。 同実施形態の可変コンデンサを導入ポート側から見た側面図である。 同実施形態の固定金属板及び可動金属板が対向しない状態を示す模式図である。 同実施形態の固定金属板及び可動金属板が対向した状態を示す模式図である。 同実施形態の制御装置の機能を示す機能ブロック図である。 同実施形態の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 同実施形態の制御装置による均一性指標値の変動を示すグラフ。 その他の実施形態の制御装置の機能を示す機能ブロック図である。
以下に、本発明に係るプラズマ制御システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜システム構成＞
本実施形態のプラズマ制御システム２００は、図１に示すように、誘導結合型のプラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置１００と、そのプラズマを制御するための制御装置Ｘを少なくとも具備している。
まず、プラズマ処理装置１００について説明する。
プラズマ処理装置１００は、図２に示すように、基板Ｗに、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、スパッタリング等の処理を施すものである。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。
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、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）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。
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。
そして、複数のアンテナ３は、内部に冷却液ＣＬが流通する流路３Ｓを有する中空構造のものである。本実施形態では、直管状をなす金属パイプである。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。
上述したアンテナ３は、図１及び図３に示すように、複数本設けられている。すなわち、本実施形態のプラズマ処理装置１００は、高周波電源４に接続された複数本のアンテナからなるアンテナ群３ｘを備えてなる。
このアンテナ群３ｘは、互いに直列接続された少なくとも２つのアンテナ３を複数組並列接続してなるものであり、ここでは直列接続された２つのアンテナを３組並列接続した計６本のアンテナ３から構成されている。
以下では、説明の便宜上、直列接続された第１アンテナ３Ａ及び第２アンテナ３Ｂ、第３アンテナ３Ｃ及び第４アンテナ３Ｄ、第５アンテナ３Ｅ及び第６アンテナ３Ｆの３組が並列接続されているものとする。
直列接続された複数のアンテナ３は、図３に示すように、接続導体１２によって接続されて１本のアンテナ構造となるように構成されている。つまり、互いに隣接するアンテナ３における真空容器２の外部に延出した端部同士を接続導体１２によって電気的に接続している。より具体的に説明すると、本実施形態では２本のアンテナ３が接続導体１２により接続されており、一方のアンテナ３の端部と他方のアンテナ３の端部とが電気的に接続されている。
以下では、接続導体１２として第１アンテナ３Ａ及び第２アンテナ３Ｂを接続するものを取り上げて説明するが、第３アンテナ３Ｃ及び第４アンテナ３Ｄを接続するものや、第５アンテナ３Ｅ及び第６アンテナ３Ｆを接続するものも同様の構成である。
接続導体１２により接続される第１アンテナ３Ａ及び第２アンテナ３Ｂの端部は同じ側壁側に位置する端部である。これにより、第１アンテナ３Ａ及び第２アンテナ３Ｂに互いに逆向きの高周波電流ＩＲが流れる。
そして、接続導体１２は内部に流路を有しており、その流路に冷却液ＣＬが流れように構成されている。具体的には、接続導体１２の一端部は、第１アンテナ３Ａの流路と連通しており、接続導体１２の他端部は、第２アンテナ３Ｂの流路と連通している。これにより、互いに隣接するアンテナ３Ａ、３Ｂにおいて第１アンテナ３Ａを流れた冷却液ＣＬが接続導体１２の流路を介して第２アンテナ３Ｂに流れる。これにより、共通の冷却液ＣＬにより複数のアンテナ３を冷却することができる。また、１本の流路によって複数のアンテナ３を冷却することができるので、循環流路１１の構成を簡略化することができる。
各アンテナ３Ａ、３Ｂのうち接続導体１２で接続されていない一方の端部（ここでは、第１アンテナ３Ａの一端部）が給電側端部３ａ１となり、当該給電側端部３ａ１には、整合回路４１を介して高周波電源４が接続される。また、他方の端部（ここでは、第２アンテナ３Ｂの他端部）である終端部３ｂ２は接地されている。
上記構成によって、高周波電源４から、整合回路４１を介して、アンテナ３に高周波電流ＩＲを流すことができる。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。
＜接続導体１２の構成＞
次に接続導体１２について、図４～図８を参照して詳細に説明する。なお、図４及び図５などにおいて一部のシール部材などは記載を省略している。
接続導体１２は、図４及び図５に示すように、各アンテナ３Ａ、３Ｂに電気的に接続される可変コンデンサＶＣと、当該可変コンデンサＶＣと第１アンテナ３Ａの他端部３ａ２とを接続する第１の接続部１４と、可変コンデンサＶＣと第２アンテナ３Ｂの一端部３ｂ１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アンテナ３Ａの他端部３ａ２を取り囲むことによって、該アンテナ３Ａに電気的に接触するとともに、該アンテナ３Ａの他端部３ａ２に形成された開口部３Ｈから冷却液ＣＬを可変コンデンサＶＣに導くものである。
第２の接続部１５は、第２アンテナ３Ｂの一端部３ｂ１を取り囲むことによって、該アンテナ３Ｂに電気的に接触するとともに、可変コンデンサＶＣを通過した冷却液ＣＬを該アンテナ３Ｂの一端部３ｂ１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。
本実施形態の各接続部１４、１５は、アンテナ３の端部において、開口部３Ｈよりも真空容器２側でＯリングなどのシール部材Ｓａを介して液密に装着されるものであり、開口部３Ｈよりも外側は拘束しないように構成されている（図４参照）。これにより、接続部１４、１５に対するアンテナ３の若干の傾きを許容する構成としている。
可変コンデンサＶＣは、第１アンテナ３Ａに電気的に接続される第１の固定電極１６と、第２アンテナ３Ｂ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要素たる可動電極１８とを有している。
本実施形態の可変コンデンサＶＣは、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。そして、可変コンデンサＶＣ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を備えている。
収容容器１９は、第１アンテナ３Ａからの冷却液ＣＬを導入する導入ポートＰ１と、冷却液Ｃｌを第２アンテナ３Ｂに導出する導出ポートＰ２とを有している。導入ポートＰ１は、収容容器１３４の一方の側壁（図４では左側壁）に形成され、導出ポートＰ２は収容容器１９の他方の側壁（図４では右側壁）に形成されており、導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２は互いに対向した位置に設けられている。なお、本実施形態の収容容器１９は、内部に中空部を有する概略直方体形状をなすものであるが、その他の形状であってもよい。
第１の固定電極１６及び第２の固定電極１７は、可動電極１８の回転軸Ｃ周りに互いに異なる位置に設けられている。本実施形態では、第１の固定電極１６は、収容容器１９の導入ポートＰ１から収容容器１９の内部に挿入して設けられている。また、第２の固定電極１７は、収容容器１９の導出ポートＰ２から収容容器１９の内部に挿入して設けられている。これにより、第１の固定電極１６及び第２の固定電極１７は、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられている。
第１の固定電極１６は、図５及び図６に示すように、互いに対向するように設けられた複数の第１の固定金属板１６１を有している。また、第２の固定電極１７は、互いに対向するように設けられた複数の第２の固定金属板１７１を有している。これら固定金属板１６１、１７１はそれぞれ、回転軸Ｃに沿って互いに略等間隔に設けられている。
そして、複数の第１の固定金属板１６１は、互いに同一形状をなすものであり、第１のフランジ部材１６２に支持されている。第１のフランジ部材１６２は、収容容器１９の導入ポートＰ１が形成された左側壁に固定される。ここで、第１のフランジ部材１６２には、導入ポートＰ１に連通する貫通孔１６２Ｈが形成されている。また、複数の第２の固定金属板１７１は、互いに同一形状をなすものであり、第２のフランジ部材１７２に支持されている。第２のフランジ部材１７２は、収容容器１９の導出ポートＰ２が形成された右側壁に固定される。ここで、第２のフランジ部材１７２には、導出ポートＰ２に連通する貫通孔１７２Ｈが形成されている。これら複数の第１の固定金属板１６１及び複数の第２の固定金属板１７１は、収容容器１９に固定された状態で、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられる。
また、第１の固定金属板１６１及び第２の固定金属板１７１は平板状をなすものであり、図７に示すように、平面視において、回転軸Ｃに向かうに従って幅が縮小する形状をなしている。そして、各固定金属板１６１、１７１において、幅が縮小する端辺１６１ａ、１７１ａは回転軸Ｃの径方向に沿って形成されている。なお、互いに対向する端辺１６１ａ、１７１ａのなす角度は、９０度である。また、各固定金属板１６１、１７１の回転軸Ｃ側の先端辺１６１ｂ、１７１ｂは円弧状をなしている。
可動電極１８は、図４及び図５に示すように、収容容器１９の側壁（図４では前側壁）に回転軸Ｃ周りに回転可能に軸支される回転軸体１８１と、当該回転軸体１８１に支持されて第１の固定電極１６に対向する第１の可動金属板１８２と、回転軸体１８１に支持されて第２の固定電極１７に対向する第２の可動金属板１８３とを有している。
回転軸体１８１は、回転軸Ｃに沿って延びる直線状をなすものである。この回転軸体１８１は、その一端部が収容容器１９の前側壁から外部に延出するように構成されている。そして、この収容容器１９の前側壁においてＯリングなどのシール部材Ｓｂにより回転可能に支持される。ここでは、前側壁において２つのＯリングにより２点支持されている。また、回転軸体１８１の他端部は、収容容器１９の内面に設けられた位置決め凹部１９１に回転可能に接触している。
また、回転軸体１８１は、第１の可動金属板１８２及び第２の可動金属板１８３を支持する部分１８１ｘが金属製などの導電材料から形成され、収容容器１９から外部に延出した部分１８１ｙが樹脂製などの絶縁材料から形成されている。
第１の可動金属板１８２は、第１の固定金属板１６１に対応して複数設けられている。なお、第１の可動金属板１８２はそれぞれ同一形状をなすものである。また、第２の可動金属板１８３は、第２の固定金属板１７１に対応して複数設けられている。なお、第２の可動金属板１８３はそれぞれ同一形状をなすものである。これら可動金属板１８２、１８３はそれぞれ、回転軸Ｃに沿って互いに略等間隔に設けられている。また、本実施形態では、各可動金属板１８２、１８３が各固定金属板１６１、１７１の間に挟まれる構成としてある。図４では、固定金属板１６１、１７１を６枚とし、可動金属板１８２、１８３を５枚としているが、これに限られない。なお、可動金属板１８２、１８３と固定金属板１６１、１７１とのギャップは例えば１ｍｍである。
第１の可動金属板１８２及び第２の可動金属板１８３は、図５に示すように、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられるとともに、互いに同一形状をなすものである。具体的に各可動金属板１８２、１８３は、図７に示すように、平面視において、回転軸Ｃから径方向外側に行くに従って拡開する扇形状をなすものである。本実施形態では、中心角が９０度の扇形状をなすものである。
このように構成された可変コンデンサＶＣにおいて可動電極１８を回転させることによって、図８に示すように、第１の固定金属板１６１及び第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の固定金属板１７１及び第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。本実施形態では、第１の対向面積Ａ１と第２の対向面積Ａ２とは同じように変化する。また、各固定金属板１６１、１７１の回転軸Ｃ側の先端辺１６１ｂ、１７１ｂが円弧状であり、可動電極１８を回転させることによって、第１の対向面積Ａ１と第２の対向面積Ａ２とは、可動電極１８の回転角度θに比例して変化する。
上記の構成において、収容容器１９の導入ポートＰ１から冷却液ＣＬが流入すると、収容容器１９の内部が冷却液ＣＬにより満たされる。このとき、第１の固定金属板１６１及び第１の可動金属板１８２の間が冷却液ＣＬで満たされるとともに、第２の固定金属板１７１及び第２の可動金属板１８３の間が冷却液ＣＬで満たされる。これにより、冷却液ＣＬが第１のコンデンサの誘電体及び第２のコンデンサの誘電体となる。本実施形態では、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量とは同じである。また、このように構成される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは直列に接続されており、可変コンデンサＶＣの静電容量は、第１のコンデンサ（又は第２のコンデンサ）の静電容量の半分となる。
このように構成された接続導体１２は、アンテナ３と高周波電源４との間に設けられていても良い。この場合、第１の固定電極１６は高周波電源４に電気的に接続され、第２の固定電極１７はアンテナ３に電気的に接続される。
また、接続導体１２は、アンテナ３と接地との間に設けられるものであってもよい。この場合、第１の固定電極１６はアンテナ３に電気的に接続され、第２の固定電極１７は接地される。
かかる構成により、アンテナ群３ｘを構成する複数のアンテナの給電側及び接地側には可変コンデンサＶＣが接続されていることになる。
ここでは、図１及び図３に示すように、各アンテナ３Ａ～３Ｆそれぞれの給電側及び接地側に可変コンデンサＶＣが接続されており、以下では、図１に示す通り、第１アンテナ３Ａの給電側、第１アンテナ３Ａと第２アンテナ３Ｂとの間、第２アンテナ３Ｂの接地側、第３アンテナ３Ｃの給電側、第３アンテナ３Ｃと第４アンテナ３Ｄとの間、第４アンテナ３Ｄの接地側、第５アンテナ３Ｅの給電側、第５アンテナ３Ｅと第６アンテナ３Ｆとの間、及び第６アンテナ３Ｆの接地側の９箇所に接続された可変コンデンサＶＣをそれぞれ、第１可変コンデンサＶＣ１、第２可変コンデンサＶＣ２、第３可変コンデンサＶＣ３、第４可変コンデンサＶＣ４、第５可変コンデンサＶＣ５、第６可変コンデンサＶＣ６、第７可変コンデンサＶＣ７、第８可変コンデンサＶＣ８、第９可変コンデンサＶＣ９ともいう。
然して、本実施形態のプラズマ制御システム２００は、図１に示すように、アンテナ群３ｘを構成する複数のアンテナ３の給電側及び接地側に流れる電流を検出する電流検出機構Ｓｘをさらに備えており、上述した制御装置Ｘが、電流検出機構Ｓｘにより検出された電流値に基づいて、可変コンデンサＶＣのリアクタンスを順次変更するように構成されている。なお、図２及び図３においては、電流検出機構Ｓｘの記載は省略してある。
電流検出機構Ｓｘは、各アンテナ３Ａ～３Ｆそれぞれの給電側及び接地側を流れる電流を検出するものであり、各アンテナ３Ａ～３Ｆそれぞれの給電側及び接地側に設けられた複数の電流検出部Ｓ１～Ｓ９からなるものである。
各電流検出部Ｓ１～Ｓ９は、例えばカレントトランス等のカレントモニタであり、検出された検出信号は、直流変換回路により交流から直流に変換され、ＡＤ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて、制御装置Ｘに出力される。
制御装置Ｘは、物理的にはＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えたＰＬＣ等のコンピュータであり、前記メモリに記憶されたプラズマ制御プログラムが実行され、各機器が協業することで、図９に示すように、少なくとも均一性算出部Ｘ１及びリアクタンス変更部Ｘ２としての機能を発揮するものである。
均一性算出部Ｘ１は、各電流検出部Ｓ１～Ｓ９により検出された検出信号を取得して、各検出信号が示す電流値に基づいて、複数のアンテナ３Ａ～３Ｆを流れる電流の均一性を示す均一性指標値を算出する。
この均一性指標値は、電流検出部Ｓ１～Ｓ９により検出された電流値の少なくとも一部をパラメータとして算出する値であり、値が小さいほど各アンテナ３Ａ～３Ｆを流れる電流の均一性が高く、値が大きいほど各アンテナ３Ａ～３Ｆを流れる電流の均一性が低いことを示している。
ここでの均一性算出部Ｘ１は、各電流検出部Ｓ１～Ｓ９により検出された電流値の最大値及び最小値をパラメータとして均一性指標値を算出するように構成されており、具体的には下記の算出式を用いている。
均一性指標値Ｉｘ
＝（最大値Ｉｍａｘ－最小値Ｉｍｉｎ）／（最大値Ｉｍａｘ＋最小値Ｉｍｉｎ）×１００（％）
なお、均一性指標値Ｉｘとしては、上記の算出式により算出された値に限らず、例えば各電流検出部Ｓ１～Ｓ９により検出された電流値の平均値や標準偏差などを用いて算出しても良い。
リアクタンス変更部Ｘ２は、均一性算出部Ｘ１により算出された均一性指標値Ｉｘが所定の設定値Ｉｓに近づくように、複数の可変コンデンサＶＣのリアクタンスを順次変更するものである。
ここでのリアクタンス変更部Ｘ２は、可変コンデンサＶＣの可動電極１８を回転させる駆動部に駆動信号を出力することで静電容量を変更するものであり、予め定めた順番で第１可変コンデンサＶＣ１～第９可変コンデンサＶＣ９の静電容量を変更するように構成されている。
以下では、図１０のフローチャートを参照しながら、第１可変コンデンサＶＣ１乃至第９可変コンデンサＶＣ９の静電容量をこの順番で変更するように設定した場合について説明する。
まず、リアクタンス変更部Ｘ２は、カウンタ回路を用いてカウンタ設定する（Ｔ１）。具体的には、これまでの動作回数を表すカウント数ｍを１ずつ増加させていくことでカウント数ｍを増やしていく。
続いて、リアクタンス変更部Ｘ２は、Ｓ２におけるカウント数ｍに応じた第ｍ可変コンデンサＶＣｍの静電容量を変更するにあたり、可動電極１８の初期回転方向を正転方向又は逆転方向の何れかに、言い換えれば第ｍ可変コンデンサＶＣｍの静電容量の初期変更方向を増大方向又は減少方向の何れかに設定する（Ｔ２）。
具体的には、まず可動電極１８を例えば正転方向（例えばインピーダンスが増える方向）に所定角度（例えば３°）回転させる。これにより均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓに近づけば、正転方向を初期回転方向として設定し、逆に均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓから遠ざかれば、逆転方向を初期回転方向として設定する。なお、必ずしも最初に正転方向に回転させる必要はなく、逆転方向に回転させることで初期回転方向を設定しても良い。
次いで、リアクタンス変更部Ｘ２が、均一性指標値Ｉｘと設定値Ｉｓとを比較して、均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓに到達したか否か、言い換えれば、均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓより小さいか否かを判断する（Ｔ３）。
Ｔ３において、均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓより小さければ、制御を終了する。
一方、Ｔ３において、均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓ以上である場合、リアクタンス変更部Ｘ２は、可動電極１８を回転させたことにより、均一性指標値Ｉｘが回転前に比べて上がった否かを判断する（Ｔ４）。
Ｔ４において、均一性指標値Ｉｘが下がった場合、リアクタンス変更部Ｘ２は、上述した第ｍ可変コンデンサＶＣｍの可動電極１８を初期回転方向に所定角度（例えば３°）回転させて、静電容量を変更し（Ｔ４）、Ｔ３に戻る。
一方、Ｔ４において、均一性指標値Ｉｘが上がった場合、リアクタンス変更部Ｘ２は、第ｍ可変コンデンサＶＣｍの可動電極１８を初期回転方向とは反対方向（例えばインピーダンスが減少する方向）に上述した所定角度（例えば３°）回転させて、第ｍ可変コンデンサＶＣｍの静電容量を変更前に戻す（Ｔ６）。
その後、カウント数ｍが、制御対象となる可変コンデンサＶＣの総数である最大カウント数（本実施形態では９）に一致しているか否かを判断し（Ｔ７）、一致している場合にはカウント数ｍを０にリセットして（Ｔ８）、Ｔ１に戻り、一致していない場合にはカウント数ｍを維持したままＴ１に戻る。
＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態のプラズマ制御システム２００によれば、図１１に示すように、均一性指標値Ｉｘが設定値Ｉｓに近づくように、複数の可変コンデンサＶＣの静電容量、すなわち複数の可変コンデンサＶＣのリアクタンスを順次変更するので、複数のアンテナ３に流れる電流を可及的に均一にすることができる。その結果、複数のアンテナ３を用いて基板の大型化に対応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。なお、図１１に例示したものは、第１可変コンデンサＶＣ１～第４可変コンデンサＶＣ４の静電容量を変更した場合の均一性指標値Ｉｘの変動である。
また、複数の可変コンデンサＶＣの静電容量を順次変更する制御方法であるので、アンテナ３の本数が増減しても、制御方法は大きく変更する必要がなく、簡単な制御方法により、種々の装置構成においてプラズマの均一化を図れる。
さらに、各アンテナ３の給電側及び接地側それぞれに流れる電流を検出しているので、各アンテナ３に流れる電流を可及的に等しくすることができるし、各アンテナ３の給電側及び接地側それぞれに可変コンデンサＶＣを設けているので、プラズマ密度をより細やかに制御することができる。
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。また、第１可変コンデンサＶＣ１の誘電体をアンテナ３を流れる冷却液ＣＬにより構成しているので、第１可変コンデンサＶＣ１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。
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態のアンテナ群は、直列接続された２つのアンテナを３組並列接続した計６本のアンテナから構成されていたが、アンテナ群を構成するアンテナの数はこれに限らず、複数のアンテナを有していれば良く、例えば互いに直列接続された２つのアンテナを２組並列接続した４本のアンテナを備えていても良い。
また、前記実施形態では、均一性指標値が設定値より小さくなるまで、可動電極を一定角度ずつ回転させるようにしていたが、回転角度を段階的に変更しても良い。
具体的には、均一性指標値に対して設定値とは異なる閾値を設けて、この閾値に到る前後で回転角度を変える態様や、可変コンデンサＶＣの現状のリアクタンス、すなわち可動電極の現状の角度に応じて回転角度を変える態様が挙げられる。
前者の態様の一例としては、均一性指標値が設定値よりも大きい場合に、リアクタンス変更部が、その均一性指標値と閾値とを比較して、均一性指標値が閾値よりも大きい場合には、可動電極を所定の第１角度（例えば３°）回転させ、均一性指標値が閾値よりも小さい場合には、可動電極を第１回転角度よりも小さい所定の第２角度（例えば１°）回転させる態様が挙げられる。
このような構成であれば、均一性指標値が閾値に到達するまではリアクタンス変更量を大きくし、均一性指標値が閾値に到達してから設定値に到るまではリアクタンス変更量を小さくすることができ、制御時間の短縮化を図れる。
なお、閾値を複数設けて、回転角度をより多段階に変更させても良い。
後者の態様の一例としては、可動電極が高角度側にある状態よりも、低角度側にある状態の方が、同じ角度回転させたときのリアクタンスの変化が大きいことから、低角度側と高角度側との境界として境界角度を設定しておく態様が挙げられる。そして、均一性指標値が設定値よりも大きい場合に、リアクタンス変更部が、可動電極の現状の角度と境界角度とを比較して、現状の角度が境界角度よりも大きい場合には、可動電極を所定の第１角度（例えば３°）回転させ、現状の角度が境界角度よりも小さい場合には、可動電極を第１角度よりも小さい所定の第２角度（例えば１°）回転させる。
このような構成であれば、可変コンデンサのリアクタンスを緩やかに変更できる状態か、リアクタンスが大きく変動してしまう状態かに応じて、リアクタンス変更量を適切に調整することができる。
なお、境界角度を複数設けて、回転角度をより多段階に変更させても良い。
また、制御装置Ｘとしては、図１２に示すように、複数の可変コンデンサそれぞれに予め重み付けた値であって、均一性指標値に及ぼす影響度合いを示す重み値を記憶する重み値記憶部Ｘ３としての機能をさらに備えていても良い。
このような重み値としては、例えば複数の可変コンデンサを１つずつ正転方向及び／又は逆転方向に一定角度ずつ回転させて、これによる均一性指標値の変化量（減少量）を確認し、その変化量が大きいものほど重み値が大きくなるように設定されたものを挙げることができる。なお、重み値としてはこれに限らず、種々の方法で設定して構わない。
そして、均一性指標値が設定値よりも大きい場合に、リアクタンス変更部Ｘ２が、重み値記憶部Ｘ３に記憶された各リアクタンス可変素子の重み値を参照して、リアクタンスを重み値の大きい可変コンデンサから順に変更する。
このような構成であれば、均一性指標値に及ぼす影響の高い可変コンデンサのリアクタンスから変更していくことができるので、制御の高効率化を図れる。
さらに、前記実施形態では、各アンテナの給電側及び接地側のそれぞれに可変コンデンサを設けていたが、必ずしもこれら全ての可変コンデンサを設けておく必要はなく、例えば前記実施形態における第１可変コンデンサ、第４可変コンデンサ、又は第７可変コンデンサのうち、１つ又は２つは省略して構わない。
前記実施形態の可変コンデンサでは、可動電極が回転軸周りに回転するものであったが、可動電極が一方向にスライド移動するものであってもよい。ここで、可動電極がスライドする構成としては、可動電極が固定電極との対向方向に直交する方向にスライドして対向面積が変化するものであってもよいし、可動電極が固定電極との対向方向に沿ってスライドして対向距離が変化するものであってもよい。
この構成において、駆動部としては、前記実施形態のようにモータであっても良いし、シリンダ等であっても良い。
前記実施形態における可変コンデンサの代わりに、可変インピーダンス素子や可変抵抗素子など、可動要素が動くことによりリアクタンスが変わるリアクタンス可変素子を用いても良い。
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。
２００・・・プラズマ制御システム
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
３ｘ ・・・アンテナ群
３ ・・・アンテナ
３ａ１・・・一端部
３ａ２・・・他端部
ＶＣ ・・・可変コンデンサ
１８ ・・・可動電極（可動要素）
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
Ｓｘ ・・・電流検出機構
Ｘ ・・・制御装置
Ｘ１ ・・・均一性算出部
Ｘ２ ・・・リアクタンス変更部

Claims (1)

  1. 高周波電源と、
    前記高周波電源に接続された複数のアンテナを有するアンテナ群と、
    前記複数のアンテナの給電側及び接地側に接続された複数のリアクタンス可変素子と、
    前記複数のアンテナの給電側及び接地側に流れる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電流値に基づいて、前記複数のアンテナを流れる電流の均一性指標値を算出する均一性算出部と、
    前記均一性算出部により算出された均一性指標値が所定の設定値に近づくように、前記複数のリアクタンス可変素子のリアクタンスを順次変更するリアクタンス変更部とを具備し、
    前記アンテナ群が、
    前記高周波電源に接続されるとともに、互いに直列接続された少なくとも２つの第１アンテナ及び第２アンテナと、
    前記高周波電源に接続されるとともに、互いに直列接続され、且つ、前記第１アンテナ及び第２アンテナに並列接続された少なくとも２つの第３アンテナ及び第４アンテナとを有し、
    前記リアクタンス可変素子が、前記第１アンテナの給電側、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの間、前記第２アンテナの接地側、前記第３アンテナの給電側、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナの間、前記第４アンテナの接地側それぞれに設けられており、
    前記電流検出機構が、前記第１アンテナの給電側、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの間、前記第２アンテナの接地側、前記第３アンテナの給電側、前記第３アンテナ及び前記第４アンテナの間、前記第４アンテナの接地側それぞれに流れる電流を検出する、プラズマ制御システム。
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