WO2014069087A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2014069087A1
WO2014069087A1 PCT/JP2013/073303 JP2013073303W WO2014069087A1 WO 2014069087 A1 WO2014069087 A1 WO 2014069087A1 JP 2013073303 W JP2013073303 W JP 2013073303W WO 2014069087 A1 WO2014069087 A1 WO 2014069087A1
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WO
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plasma processing
processing apparatus
coil
power supply
coils
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Application number
PCT/JP2013/073303
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English (en)
French (fr)
Inventor
山澤　陽平
山涌　純
輿水　地塩
木村　隆文
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/26—Matching networks

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a plasma processing apparatus in which a plurality of plasma processing units are connected in parallel to one high-frequency power source.
  • the present invention provides a plasma processing apparatus capable of reducing power loss in a power supply line and a matching unit.
  • the present invention provides a plasma processing apparatus capable of efficiently distributing and supplying power to a plurality of plasma processing units in a plasma processing apparatus capable of reducing power loss in a power supply line and a matching unit.
  • a plasma processing apparatus comprising: a high frequency power supply unit that generates high frequency power; a plurality of plasma processing units; a plasma load of the plurality of plasma processing units; and an impedance between the high frequency power supply unit A matching unit that performs matching, and a power feeding unit that feeds high frequency power impedance-matched in the matching unit to the plurality of plasma processing units, wherein the power feeding unit is provided for each of the plurality of plasma processing units.
  • an inductive coupling unit that feeds the high-frequency power using inductive coupling, and the inductive coupling unit is a linear primary that is supplied with the high-frequency power from the high-frequency power supply unit via the output of the matching unit.
  • An induced electromotive force is generated by a high-frequency fluctuation magnetic flux generated around the side power feeding rod and the linear primary side power feeding rod, and the induced currents generated by the induced electromotive force are Comprising a plurality of secondary coils supplied to the plasma processing portion, respectively, the.
  • a plasma processing apparatus comprising: a high frequency power supply unit that generates high frequency power; a plurality of plasma processing units; a plasma load of the plurality of plasma processing units; and an impedance between the high frequency power supply unit A matching unit that performs matching, and a power feeding unit that feeds high-frequency power generated by the high-frequency power supply unit to the plurality of plasma processing units via an output of the matching unit, and the power feeding unit includes the plurality of power feeding units
  • Each of the plasma processing units has an inductive coupling unit that feeds the high-frequency power using inductive coupling, and the high-frequency power is branched by the inductive coupling unit and distributedly fed to each of the plurality of plasma processing units. It is configured to be.
  • the present invention it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of reducing power loss in a power supply line and a matching unit.
  • the present invention can provide a plasma processing apparatus that can efficiently distribute and supply power to a plurality of plasma processing units in a plasma processing apparatus that can reduce power loss in a power supply line and a matching unit.
  • Sectional drawing which shows roughly an example of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention
  • Equivalent circuit diagram of plasma processing unit Sectional drawing which shows roughly the 1st modification of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment
  • Equivalent circuit diagram of plasma processing unit Sectional drawing which shows schematically the 2nd modification of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment
  • Equivalent circuit diagram of plasma processing unit Sectional drawing which shows roughly the 3rd modification of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment
  • the top view which shows an example of the double winding coil which can be used by the 3rd modification Side view of an example of the double wound coil shown in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a plasma processing apparatus 100 includes a processing module 1 and a high-frequency power supply unit 2.
  • a processing chamber 1a for performing plasma processing is provided inside the processing module 1, and a plurality of plasma processing units 3 for performing plasma processing on the object to be processed G are accommodated in the processing chamber 1a.
  • the high frequency power supply unit 2 generates high frequency power.
  • the high frequency power is input to the matching unit 4.
  • the matching unit 4 performs impedance matching between the plasma loads of the plurality of plasma processing units 3 and the high-frequency power source unit 2.
  • the high frequency power impedance-matched in the matching unit 4 is fed from the feeding unit 5 to the plurality of plasma processing units 3.
  • the power supply unit 5 of this example includes an inductive coupling unit 6 that supplies high frequency power to each of the plurality of plasma processing units 3 using inductive coupling.
  • the inductive coupling unit 6 includes a linear primary power supply rod 7 to which high frequency power is supplied from the high frequency power supply unit 2 via the output of the matching unit 4 and a plurality of secondary coils 8.
  • the plurality of secondary coils 8 generate an induced electromotive force by the high-frequency fluctuation magnetic flux ⁇ generated around the linear primary-side power feeding rod 7, and the induced current I generated by the induced electromotive force is subjected to a plurality of plasma treatments. Supply to each part 3.
  • the plurality of plasma processing units 3 are arranged in parallel in the horizontal direction.
  • the plurality of secondary coils 8 are also arranged in parallel in the horizontal direction.
  • the primary power supply rod 7 extends in a straight line in the horizontal direction so as to be inductively coupled to each of the secondary coils 8.
  • the high frequency power applied to the primary side power supply rod 7 is branched by each of the secondary side coils 8 and distributed and supplied to each of the plurality of plasma processing units 3.
  • the normal direction of the coil surface of the secondary coil 8 is shifted with respect to the horizontal direction so that the high-frequency fluctuation magnetic flux ⁇ penetrates the loop of each secondary coil 8.
  • the normal direction of the coil surface of the secondary coil 8 is shifted by 90 ° with respect to the horizontal direction.
  • the secondary coil 8 is a rectangular coil in this example.
  • the secondary coil 8 may be a circular coil instead of a rectangular coil.
  • the rectangular coil can be arranged so that the area of the coil surface is maximized in a limited space compared to the circular coil, and generates a large induced electromotive force V more efficiently.
  • the advantage that it is possible can be obtained.
  • the rectangular coil is preferably a perfect rectangle, but even if it is not a perfect rectangle, a large induced electromotive force V can be obtained efficiently by making the circular coil close to a rectangle (hereinafter referred to as a substantially rectangular shape). be able to.
  • the induced electromotive force V can also be increased by increasing the number of turns of the coil.
  • the primary side power supply rod 7 and the plurality of secondary side coils 8 are provided outside the processing chamber 1 a of the processing module 1.
  • the outer wall of the processing module 1 is grounded.
  • One end of the primary power supply rod 7 is connected to the matching unit 4, while the other end is connected to the processing module 1 and grounded.
  • Each of the plurality of plasma processing units 3 includes a parallel plate type electrode pair including an upper electrode 11 and a lower electrode 12 that are capacitively coupled to each other.
  • the upper electrode 11 and the lower electrode 12 are disposed inside the processing chamber 1a.
  • the object to be processed G is placed on the lower electrode 12.
  • An example of the object to be processed G is a glass substrate used for manufacturing a flat panel display or a solar cell.
  • the object G is not limited to a glass substrate, and may be a semiconductor wafer.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the plasma processing unit 3.
  • each of the plurality of plasma processing units 3 is configured as a closed circuit including a parallel plate type electrode pair including an upper electrode 11 and a lower electrode 12, a secondary coil 8, and a capacitor 13. ing.
  • a parallel plate type electrode pair, a secondary coil 8 and a capacitor 13 are connected in series to form a closed circuit.
  • the capacitor 13 is not necessarily present. However, the presence of the capacitor 13 in the closed circuit can be adjusted so that the impedance Z of the closed circuit shown in FIG. 2 can be reduced as compared with the case where the conductor 13 is directly connected without using the capacitor 13. Benefits can be gained.
  • the induced current I can be expressed by the following equation (1).
  • the induced current I can be generated with a value sufficiently larger than the output current from the matching device 4. . Since a large induced current I can be generated, plasma can be efficiently generated between parallel plate electrode pairs including the upper electrode 11 and the lower electrode 12.
  • the direction of the induced current I can be adjusted by the sign of the reactance X which is an imaginary component of the impedance.
  • the magnetic field generated by the induced current I excited in the secondary coil 8 has the same direction as the magnetic field generated by the primary power feed rod 7 and can strengthen each other. Increased efficiency can be expected.
  • the capacitance value of the capacitor 13 may be set to a value smaller than the capacitance value in the complete series resonance state.
  • at least one of the value of the inductance L of the secondary coil 8 and the value of the combined capacitance C of the electrode pair and the capacitor 13 should be set small. Can be realized.
  • the capacitor 13 may have a fixed capacitance value, but is preferably a variable capacitor having a variable capacitance value. This is because if the variable capacitor is used, the impedance of the closed circuit can be adjusted more finely.
  • control values such as current value and voltage value can be controlled by feedback control during the plasma processing, and at the time of maintenance, a capacitance suitable for the plasma processing after the maintenance can be obtained.
  • the value can be adjusted and the capacitance value is not changed during plasma processing.
  • the high frequency power supply unit 2 and the plurality of plasma processing units 3 are not connected in parallel, and a plurality of high frequency powers from the high frequency power supply unit 2 are generated using inductive coupling.
  • the plasma processing unit 3 is distributed and fed.
  • the inductive coupling as described above, the sum of the secondary output current can be made larger than the input current according to the ratio of the induced electromotive force and the impedance of the secondary closed circuit.
  • a large current flows only on the secondary side, that is, in the closed circuit of each of the plurality of plasma processing units 3, and only a small current needs to flow on the primary side, for example, the feeding rod 7 and the matching unit 4. . For this reason, the situation that the power loss in the parts which do not directly contribute to plasma generation, for example, the power supply rod 7 (power supply line) or the matching unit 4 increases can be solved.
  • the output current from the high-frequency power supply unit 2 can be kept small. Therefore, the number of plasma processing units 3 that can be connected in parallel to one high-frequency power source unit 2 can be increased. For example, when the high-frequency power supply unit 2 and the plurality of plasma processing units 3 are connected in parallel, for example, conventionally, the number of expensive high-frequency power supply units 2 must be increased according to the output of the high-frequency power supply unit 2. It was.
  • a single high frequency power supply unit 2 can collectively drive a plurality of units of the plasma processing unit. Become. For this reason, the advantage that the manufacturing cost of a plasma processing apparatus can be reduced can also be acquired.
  • the power feeding unit 5 and the inductive coupling unit 6 are integrated. For this reason, a location where a large current flows can be only in the vicinity of the plurality of plasma processing units 3. That is, the advantage that the increase in power loss is suppressed by integrating the power feeding unit 5 and the inductive coupling unit 6 so that a large current flows only in the vicinity of the plurality of plasma processing units 3 is promoted. be able to.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a first modification of the plasma processing apparatus according to the embodiment, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the plasma processing unit.
  • the upper electrode 11 and the lower electrode are caused by the resistance component R 1 of the upper electrode 11 and the resistance component R 2 of the lower electrode 12.
  • the plasma is biased in the processing space plane between the two.
  • the opposite sides of the upper electrode 11 and the lower electrode 12 with respect to the feeding point from the secondary coil 8 are disposed as in the plasma processing apparatus 100a according to the first modification. It is preferable to connect via a capacitor 14.
  • the capacitor 14 is disposed outside the processing chamber 1a, and the capacitor 14 is adjusted so that the current distribution inside the upper electrode 11 and the current distribution inside the lower electrode 12 are equal.
  • the capacitor 14 may have a fixed capacitance value or a variable capacitor with a variable capacitance value.
  • the variable capacitor it is possible to obtain an advantage that the current distribution inside the upper electrode 11 and the current distribution inside the lower electrode 12 can be finely adjusted to be more uniform.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a second modification of the plasma processing apparatus according to the embodiment, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the plasma processing unit.
  • the plasma processing apparatus 100 b according to the second modification is different from the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 in that two plasma processing units 3 are combined into one closed circuit. It is that. Even if each of the plurality of plasma processing units 3 is not a closed circuit, for example, the left and right plasma processing units 3 may share the inductive coupling unit 6 and may be configured as one closed circuit. In this case, the left and right plasma processing units 3 have the phases of the high-frequency powers fed to each other in the opposite phase, but even if they are in the opposite phase, there is no problem in plasma generation.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a third modification of the plasma processing apparatus according to one embodiment.
  • the plasma processing apparatus 100 c according to the third modified example is different from the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 in that a primary side feeding coil 7 a is used instead of the primary side feeding rod 7. And that the high frequency power is branched at the inductive coupling unit 6 and distributedly fed to each of the plurality of plasma processing units 3.
  • a primary side feeding coil 7 a is used instead of the primary side feeding rod 7.
  • the high frequency power is branched at the inductive coupling unit 6 and distributedly fed to each of the plurality of plasma processing units 3.
  • there are a plurality of primary side feeding coils 7a and the inductive coupling portion 6 is set in each of the plurality of primary side feeding coils 7a.
  • Each inductive coupling unit 6 includes one primary side feeding coil 7 a and two or more secondary side coils 8.
  • the high frequency power is branched at the inductive coupling unit 6 and can be distributed and fed to each of the plurality of plasma processing units 3.
  • a double winding coil can be cited.
  • FIG. 8A is a plan view showing an example of a double-winding coil that can be used in the third modification
  • FIG. 8B is a side view thereof.
  • the double-winding coil 101 overlaps and overlaps the conductive wire for configuring the primary side feeding coil 7 a and the conductive wire for configuring the secondary side coil 8. It can be formed by winding it in a coil shape in the combined state.
  • two such double-wound coils 101 are arranged in parallel in the horizontal direction, and one end of each of the primary power supply coils 7 a is electrically connected using a conductive wire 15. .
  • the secondary side coil 8 one end and the other end of each are electrically connected to separate plasma processing units 3. If it does in this way, like the inductive coupling part 6 shown in FIG. 7, the two secondary side coils 8 can be branched from the one primary side feeding coil 7a.
  • the number of branches is not limited to “2” as shown in FIG. 9A.
  • the primary power supply coil 7a is connected to form one coil using the conductive wire 15, Regarding the secondary side coil 8, one end and the other end of each are electrically connected to separate plasma processing units 3. If it does in this way, the three secondary side coils 8 can be branched from the one primary side feeding coil 7a.
  • the number of branches can be set to an arbitrary number of “two or more natural numbers” by changing the number of layers of the double-winding coil 101.
  • each primary side feeding coil 7a is electrically connected using the conductive wire 15, but as shown in FIGS. 9C and 9D, the primary side feeding coil 7a is electrically connected. It is also possible to use one side feeding coil 7a and wind two or more secondary side coils 8 around one primary side feeding coil 7a. Even in this way, two or more secondary coils 8 can be branched from one primary coil 7a.
  • the number of branches from one inductive coupling portion 6 can be set to “1”. If the number of branches at one location of the inductive coupling unit 6 is “1”, for example, even if the number of plasma processing units 3 is an odd number, the plasma processing apparatus according to one embodiment can be applied. Obtainable.
  • a plurality of primary side feeding coils 7a are connected in series between the matching unit 4 and the grounding point.
  • the matching unit 4 and the plurality of primary side feeding coils 7a are connected by the feeding line 16 branched from the tournament, the distances from the output of the matching unit 4 to the primary side feeding coils 7a can be made equal to each other.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a fourth modification of the plasma processing apparatus according to one embodiment.
  • the plasma processing apparatus 100 d according to the fourth modification differs from the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 in that the inductive coupling unit 6 outputs the output of the matching unit 4 from the high frequency power supply unit 2.
  • Each of the plurality of secondary side coils 8 includes one primary side power supply coil 7a, and each of the plurality of secondary side coils 8 includes one primary side power supply coil 7a. It exists in being arrange
  • One primary side feeding coil 7a in this example is a rectangular coil or a substantially rectangular coil, and each of the secondary side coils 8 is also a rectangular coil or a substantially rectangular coil, for example.
  • the length of each of the secondary power supply lines 17 from the plurality of secondary coils 8 to the plurality of plasma processing units 3 arranged along the horizontal direction is set. , It is possible to obtain the advantage that they can be configured to be substantially equal to each other.
  • the other end of the rectangular coil or the substantially rectangular coil primary side feeding coil 7 a having one end connected to the matching unit 4 may be grounded via a capacitor 18.
  • the grounding point is the processing module 1, and in this example, the other end of the primary side feeding coil 7 a is connected to the processing module 1 via a capacitor 18.
  • the capacitor 18 appropriately adjusts the impedance of the primary side feeding coil 7a, for example.
  • the capacitor 18 may have a fixed capacitance value. From the viewpoint of appropriately adjusting the impedance of the primary side feeding coil 7a, as shown in FIG. 13, a variable capacitor having a variable capacitance value can be used. Is preferably used.
  • the capacitor 13 is grounded via the lower electrode 12, for example, but may be directly grounded.
  • the capacitor 13 in the example shown in FIG. 13 is directly connected to the processing module 1 and grounded.
  • the capacitor 18 that appropriately adjusts the impedance of the primary side feeding coil 7a can be used in any of the above-described embodiment and the first to third modifications. Also, grounding the capacitor 13 directly can be applied to any of the above-described embodiment and the first to third modifications.
  • the primary power supply coil 7 a is formed along the outer periphery of the plurality of secondary coils 8 so as to cover the plurality of rectangular or substantially rectangular secondary coils 8.
  • the primary-side power supply coil 7a is connected to the plurality of secondary-side coils 8 so that the primary-side power supply coil 7a covers the outer peripheral portions of the rectangular or substantially rectangular secondary-side coils 8. It is formed by bending or curving along each outer peripheral part. If the primary side feeding coil 7a is formed along the outer periphery of the plurality of secondary side coils 8, for example, bent or curved as in this example, the primary side feeding coil 7a and the secondary side coil 8 are formed. Compared with the case where the opposing regions are increased and are not bent or curved, a higher degree of coupling can be obtained. For this reason, it is possible to generate the induced electromotive force V more efficiently.
  • the length of the primary side feeding coil 7a increases.
  • the length of the primary side feeding coil 7a is, for example, 1 m or more, a discharge occurs in the circuit due to a wavelength effect that a potential difference is generated inside the primary side feeding coil 7a. There is a possibility that it cannot be efficiently combined.
  • a capacitor hereinafter referred to as an intermediate capacitor 19 is inserted into the primary side feeding coil 7 a at an appropriate interval, and the primary side feeding coil 7 a is divided by the intermediate capacitor 19. Good.
  • the length of each of the divided primary side feeding coils 7a is shorter than the length before the division.
  • the primary side feeding coil 7a is divided by using the intermediate capacitor 19, and the wavelength effect can be reduced by shortening the length of each primary side feeding coil 7a. Even when the length of 7a is, for example, 1 m or more, an advantage that the coupling efficiency with the secondary coil 8 can be improved can be obtained.
  • an appropriate interval for dividing the primary side feeding coil 7a (maximum length allowable for the divided primary side feeding coil 7a)
  • the wavelength of the high frequency power is ⁇
  • the high-frequency voltage Vpp changes most greatly at the position of ⁇ / 4
  • the intermediate capacitor 19 it is preferable to install the intermediate capacitor 19 at a position of ⁇ / 32 to ⁇ / 4.
  • the length of each of the divided primary side feeding coils 7a can be suppressed to a range of 0 to ⁇ / 4 (m), practically within a range of ⁇ / 32 to ⁇ / 4 (m).
  • the primary power supply coil 7 a is output from the matching device 4, and then extends in the horizontal direction in the power supply unit 5, and 1 at the end of the power supply unit 5, for example. It is also possible to have a configuration that turns back only once. In this case, it is possible to obtain an advantage that the length of the primary side feeding coil 7a can be shortened, but naturally, the length of each of the divided primary side feeding coils 7a is set using the intermediate capacitor 19. , In the range of 0 to ⁇ / 4 (m), and practically in the range of ⁇ / 32 to ⁇ / 4 (m).
  • the direction of the induced current I can be adjusted by the sign of the reactance X that is an imaginary component of the impedance.
  • the magnetic field generated by the induced current I excited by the secondary side coil 8 is in the same direction as the magnetic field generated by the primary side feeding coil 7a and strengthens each other's magnetic field. For this reason, further improvement in efficiency can be expected.
  • the capacitance value of the capacitor 13 may be set to a value smaller than the capacitance value in the complete series resonance state.
  • at least one of the value of the inductance L of the secondary coil 8 and the value of the combined capacitance C of the electrode pair and the capacitor 13 should be set small. Can be realized.
  • a capacitor 13 is provided in each of the secondary power supply lines 17 provided between the secondary coil 8 and the plasma processing unit 3, and the distributed power supply amount to each of the plurality of plasma processing units 3 is determined by the capacitor 13. It may be configured to adjust and control the capacitance.
  • the capacitor 13 is preferably a variable capacitor having a variable capacitance value.
  • the capacitor 13 is a variable capacitor, it is possible to obtain an advantage that finer control of the distributed power supply amount can be realized.
  • control values such as current value and voltage value can be controlled by feedback control during the plasma processing, and at the time of maintenance, a capacitance suitable for the plasma processing after the maintenance can be obtained.
  • the value can be adjusted and the capacitance value is not changed during plasma processing.
  • the plurality of secondary coils 8 are rectangular coils or substantially rectangular coils, but circular coils may be used, and further modifications of the fourth modification and the fourth modification are possible. Each of these can be implemented in various combinations. Furthermore, in each of the fourth modified example and the further modified examples of the fourth modified example, there is one primary side feeding coil 7a.
  • the primary side feeding coil 7a which is a rectangular coil or a substantially rectangular coil is provided. It is also possible to arrange a plurality of secondary side coils 8 inside, for example, inside each of the two or more primary side feeding coils 7a provided, for example, side by side.
  • FIG. 17A is a plan view schematically illustrating a fifth modification of the plasma processing apparatus according to the embodiment, and FIG. 17B is a cross-sectional view schematically illustrating the fifth modification.
  • the plasma processing apparatus 100e according to the fifth modification is different from the plasma processing apparatus 100 shown in FIG.
  • Each of the plurality of secondary coils 8 is changed in position, for example, the angle ⁇ , and includes one primary side feeding coil 7a to which high frequency power is supplied via the output of This is because the distributed power supply amount to each of the plurality of plasma processing units 3 is controlled by adjusting the degree of coupling between one primary side power supply coil 7a and each of the plurality of secondary side coils 8.
  • the distribution power supply amount to each of the plurality of plasma processing units 3 can also be controlled by adjusting the degree of coupling between one primary side power supply coil 7 a and each of the plurality of secondary side coils 8. is there.
  • the adjustment of the coupling degree plays the same role as, for example, the adjustment of the capacitance of the capacitor 13 of the fourth modified example.
  • the capacitor 13 described in the fourth modification can be omitted from each of the secondary power supply lines 17 provided between the secondary coil 8 and the plasma processing unit 3. By omitting the capacitor 13, it is possible to shorten the wiring length of the secondary power supply line through which a large induced current flows, and to obtain an advantage that an increase in power loss can be further suppressed.
  • the plurality of plasma processing units 3 and the plurality of secondary coils 8 are arranged in parallel in the horizontal direction.
  • the plurality of plasma processing units 3 and the plurality of secondary coils 8 need only be arranged side by side.
  • the plurality of plasma processing units 3 and the plurality of secondary coils 8 are sequentially stacked in the height direction. It is also possible to do.
  • the above-described embodiment is preferably used for plasma processing on a glass substrate that is larger than a semiconductor wafer.
  • a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a glass substrate is large in size because the size of the plasma processing unit is on the order of meters.
  • a large plasma processing unit that handles a glass substrate has a power loss in the power supply unit 5 and the matching unit 4 when connected in parallel to one or a plurality of high-frequency power sources, compared to a plasma processing unit that handles a semiconductor wafer. Easy to increase. Therefore, the above-described embodiment is preferably applied to a plasma processing apparatus having a large plasma processing unit whose size is on the order of meters.
  • G object to be processed, 1 ... processing module, 2 ... high frequency power supply unit, 3 ... plasma processing unit, 4 ... matching unit, 5 ... feeding unit, 6 ... inductive coupling unit, 7 ... primary side feeding rod, 7a ... 1 Secondary side feeding coil, 8 ... Secondary side coil, 11 ... Upper electrode, 12 ... Lower electrode, 13 ... Capacitor, 14 ... Capacitor, 15 ... Conductive wire, 17 ... Secondary side feeding line, 18 ... Capacitor, 19 ... Middle Capacitor.

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Abstract

　給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を開示する。プラズマ処理装置（１００）は、複数のプラズマ処理部（３）と、複数のプラズマ処理部（３）のプラズマ負荷と高周波電源部（２）との間でインピーダンス整合を行う整合器（４）と、整合器（４）においてインピーダンス整合された高周波電力を、複数のプラズマ処理部（３）に給電する給電部（５）とを備えている。給電部（５）は、複数のプラズマ処理部（３）の各々に対し、誘導結合を用いて高周波電力を給電する誘導結合部（６）を有する。誘導結合部（６）は、高周波電源部（２）から整合器（４）の出力を介して高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒（７）と、１次側給電棒（７）の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を複数のプラズマ処理部（３）各々に供給する複数の２次側コイル（８）と、を含む。

Description

プラズマ処理装置
　この発明は、プラズマ処理装置に関する。
　複数のプラズマ処理部を持つプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部にプラズマ励起用の高周波電力を印加する場合、１つ又は複数の高周波電源に対して複数のプラズマ処理部を並列に接続をしている。例えば、１つの高周波電源に対して複数のプラズマ処理部を並列に接続したプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
登録実用新案第３０１０４４３号公報
　しかし、複数のプラズマ処理部が、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続されるために、プラズマ処理部のインピーダンスが小さくなってしまう。例えば、プラズマ処理部一台当たりのインピーダンスＺを“Ｚ＝Ｒ＋ｉＸ”とすると、Ｎ台並列接続した場合の合成インピーダンスＺtotalは“Ｚtotal＝Ｒ／Ｎ＋ｉＸ／Ｎ”となる。
　一方、高周波電源の高周波パワーＰは“Ｐ＝ＲＩ２”である。このため、高周波パワーＰが同じ場合には、抵抗成分Ｒが小さくなる分、電流Ｉは大きくなってしまう。
　このように複数のプラズマ処理部を、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続する場合には、抵抗成分Ｒが小さくなるために電流Ｉが大きくなり、給電ラインや整合器でのパワー損失が増大する、という事情があった。
　また、電流Ｉが大きくなるために、１つの高周波電源に対して並列接続可能なプラズマ処理部の数についても制限を受けてしまう。このため、プラズマ処理部の数を増やしたい場合には、高価な高周波電源を複数用意せざるを得ず、プラズマ処理装置の製造コスト削減の要求を妨げてしまう、という事情があった。
　この発明は、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を提供する。
　また、この発明は、給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部への効率的な分配給電を可能とするプラズマ処理装置を提供する。
　この発明の第１の態様に係るプラズマ処理装置は、高周波電力を発生する高周波電源部と、複数のプラズマ処理部と、前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、前記整合器においてインピーダンス整合された高周波電力を、前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、前記誘導結合部は、前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒と、前記直線状の１次側給電棒の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部各々に供給する複数の２次側コイルと、を含む。
　この発明の第２の態様に係るプラズマ処理装置は、高周波電力を発生する高周波電源部と、複数のプラズマ処理部と、前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、前記高周波電源部で発生された高周波電力を、前記整合器の出力を介して前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、前記高周波電力は、前記誘導結合部で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されている。
　この発明によれば、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を提供できる。また、この発明は、給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部への効率的な分配給電を可能とするプラズマ処理装置を提供できる。
この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図 プラズマ処理部の等価回路図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第１変形例を概略的に示す断面図 プラズマ処理部の等価回路図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第２変形例を概略的に示す断面図 プラズマ処理部の等価回路図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第３変形例を概略的に示す断面図 第３変形例で使用可能な２重巻きコイルの一例を示す平面図 図８Ａに示す２重巻コイルの一例の側面図 ２重巻きコイルの接続例を示す側面図 ２重巻きコイルの接続例を示す側面図 ２重巻きコイルの接続例を示す側面図 ２重巻きコイルの接続例を示す側面図 プラズマ処理部が奇数個である場合の一構成例を示す断面図 並列接続および誘導結合分岐を複合させた場合の一構成例を示す断面図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第４変形例を概略的に示す断面図 第４変形例の変形例を概略的に示す断面図 第４変形例の変形例を概略的に示す断面図 第４変形例の変形例を概略的に示す断面図 第４変形例の変形例を概略的に示す断面図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第５変形例を概略的に示す平面図 一実施形態に係るプラズマ処理装置の第５変形例を概略的に示す断面図
　以下、添付図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。
　図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図である。
　図１に示すように、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、処理モジュール１と、高周波電源部２とを備えている。処理モジュール１の内部にはプラズマ処理を行うための処理室１ａが設けられており、処理室１ａの内部には被処理体Ｇに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部３が複数収容されている。高周波電源部２は高周波電力を発生させる。高周波電力は整合器４に入力される。整合器４は、複数のプラズマ処理部３のプラズマ負荷と高周波電源部２との間でインピーダンス整合を行う。整合器４においてインピーダンス整合された高周波電力は、給電部５より複数のプラズマ処理部３に給電される。
　本例の給電部５は、複数のプラズマ処理部３の各々に対し、誘導結合を用いて高周波電力を給電する誘導結合部６を有する。誘導結合部６は、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒７と、複数の２次側コイル８と、を含んでいる。複数の２次側コイル８は、直線状の１次側給電棒７の周囲に発生する高周波変動磁束Φにより誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流Ｉを複数のプラズマ処理部３各々に供給する。
　複数のプラズマ処理部３は水平方向に並列配置されている。同様に、複数の２次側コイル８も水平方向に並列配置されている。１次側給電棒７は、２次側コイル８各々に誘導結合されるように水平方向に一直線に延びている。１次側給電棒７に印加された高周波電力は、２次側コイル８各々で分岐され、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電される。２次側コイル８のコイル面の法線方向は、高周波変動磁束Φが２次側コイル８各々のループ内を貫くように、水平方向に対してずらされている。本例では、２次側コイル８のコイル面の法線方向は、水平方向に対して９０°ずらされている。２次側コイル８は、本例では、矩形コイルとされている。２次側コイル８は、矩形コイルではなく、円形コイルであっても良い。ただし、矩形コイルによれば、円形コイルに比較して、限られた空間の中において、コイル面の面積が最大限大きくなるように配置することができ、より効率良く大きな誘導起電力Ｖを発生できる、という利点を得ることができる。また、矩形コイルは完全な矩形であることが望ましいが、完全な矩形でなくとも、円形コイルを矩形に近づけた形状（以下略矩形という）にすることでも、大きな誘導起電力Ｖを効率良く得ることができる。また、誘導起電力Ｖは、コイルのターン数を増やすことでも大きくすることができる。
　１次側給電棒７および複数の２次側コイル８は、処理モジュール１の処理室１ａの外に設けられている。処理モジュール１の外壁は接地されている。１次側給電棒７の一端は整合器４に接続されるが、他端は処理モジュール１に接続されて接地される。
　複数のプラズマ処理部３はそれぞれ、互いに容量結合する上部電極１１及び下部電極１２からなる平行平板型の電極対を備えている。上部電極１１及び下部電極１２は、処理室１ａの内部に配置される。下部電極１２には、被処理体Ｇが載置される。被処理体Ｇの一例は、フラットパネルディスプレイや太陽電池の製造に利用されるガラス基板である。被処理体Ｇは、ガラス基板に限られるものではなく、半導体ウエハであっても良い。
　二次側コイル８の一端は上部電極１１に接続され、他端は下部電極１２にコンデンサ１３を介して接続されている。下部電極１２は処理モジュール１に接続されて接地されている。１次側給電棒７および下部電極１２は、直接に接地しても良いし、コンデンサを介して接地しても良い。図２に、プラズマ処理部３の等価回路図を示す。
　図２に示すように、複数のプラズマ処理部３はそれぞれ、上部電極１１及び下部電極１２からなる平行平板型の電極対と、２次側コイル８と、コンデンサ１３とを含む閉回路として構成されている。本例では、平行平板型の電極対、２次側コイル８、及びコンデンサ１３が互いに直列に接続されて、閉回路を構成している。図２に示す閉回路中には、コンデンサ１３は必ずしも存在しなくても良い。しかし、閉回路中にコンデンサ１３を存在させることで、コンデンサ１３を介さずに導電線で直接結線した場合と比較して、図２に示す閉回路のインピーダンスＺが小さくなるように調整できる、という利点を得ることができる。高周波変動磁束Φが２次側コイル８のコイル面を貫くと、２次側コイル８に誘導起電力Ｖが発生し、この誘導起電力Ｖによって２次側コイル８に誘導電流Ｉが流れる。誘導電流Ｉは、下記（１）式で表わすことができる。
　　　Ｉ＝Ｖ／Ｚ　　　…（１）　
　（１）式より、図２に示す閉回路のインピーダンスＺを小さくすれば、誘導電流Ｉが大きくなることが理解される。インピーダンスＺを小さくするには、例えば、コンデンサ１３のキャパシタンスを、２次側コイル８のインダクタンスＬと、電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣとが直列共振状態に近くなるように設定すれば良い。つまり、コンデンサ１３のキャパシタンスは、ωＬ－１／（ωＣ）＝０（ωは角周波数）に近くなるように設定されると良い。ただし、完全な直列共振状態（ωＬ－１／（ωＣ）＝０）は、動作が不安定になりやすいため除かれることが好ましい。
　このようにコンデンサ１３を設け、コンデンサ１３のキャパシタンスを閉回路のインピーダンスが小さくなるように設定することで、整合器４からの出力電流よりも十分に大きな値で誘導電流Ｉを発生させることができる。大きな誘導電流Ｉを発生させることができることで、上部電極１１および下部電極１２からなる平行平板型の電極対間に、プラズマを効率良く発生させることができる。
　また、インピーダンスの虚数成分であるリアクタンスＸの符号によって、誘導電流Ｉの向きを調整することができる。特に負のリアクタンスＸを持つ場合、２次側コイル８に励起される誘導電流Ｉのつくる磁界は１次側給電棒７のつくる磁界と同じ向きを持ち、お互いを強めあうことができるため、さらなる効率の向上が期待できる。リアクタンスＸの符号を負にするには、コンデンサ１３のキャパシタンスの値を、完全な直列共振状態のキャパシタンスの値よりも小さな値とすれば良い。さらにいうと、リアクタンスＸの符号を負にするためには、２次側コイル８のインダクタンスＬの値及び電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣの値の少なくともいずれか一方の値を小さく設定することにより実現できる。
　また、コンデンサ１３は、キャパシタンスの値が固定のものであっても良いが、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることが好ましい。可変コンデンサとすれば、閉回路のインピーダンスを、より細やかに調節することができるためである。
　さらに、コンデンサ１３を可変コンデンサとすることによって、プラズマ処理中に電流値・電圧値等の制御値をフィードバック制御により制御することもでき、また、メンテナンス時はメンテナンス後のプラズマ処理に適切なキャパシタンスの値に調整し、プラズマ処理中はキャパシタンスの値を変更しないといった運用もできる。
　このような一実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、高周波電源部２と複数のプラズマ処理部３とを並列接続せず、高周波電源部２からの高周波電力を、誘導結合を用いて複数のプラズマ処理部３に分配給電する。誘導結合においては、前述のように誘導起電力と２次側閉回路のインピーダンスの比に応じて、入力電流よりも２次側出力電流の総和を大きくすることができる。大きな電流が流れるのは、２次側、即ち複数のプラズマ処理部３各々の閉回路の中だけであり、１次側、例えば、給電棒７や整合器４には小さな電流しか流さずに済む。このため、直接にプラズマ生成に寄与しない部位、例えば、給電棒７（給電ライン）や整合器４でのパワー損失が増大する、という事情を解消できる。
　よって、一実施形態によれば、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能な効率の良いプラズマ処理装置が得られる、という利点を得ることができる。
　また、１次側には小さな電流しか流さずに済むことから、高周波電源部２からの出力電流を小さく抑えることができる。このため、１つの高周波電源部２に対して並列接続可能なプラズマ処理部３の数も増やすことが可能となる。例えば、高周波電源部２と複数のプラズマ処理部３とを並列接続した場合には、例えば、従来は高周波電源部２の出力に応じて、高価な高周波電源部２の数を増やさなければならなかった。
　これに対して、一実施形態によれば、高周波電源部２からの出力電流を小さく抑えることができるので、１台の高周波電源部２で、プラズマ処理部を複数ユニット一括ドライブすることも可能となる。このため、プラズマ処理装置の製造コストを削減できる、という利点も得ることができる。
　また、一実施形態によれば、給電部５と誘導結合部６とが一体化されている。このため、大きな電流が流れる箇所を、複数のプラズマ処理部３の近傍のみとすることができる。つまり、給電部５と誘導結合部６とを一体化し、大きな電流が流れる箇所を、複数のプラズマ処理部３の近傍のみとすることでも、パワー損失の増大が抑制される、という利点を促進させることができる。
　次に、上記一実施形態の変形例のいくつかを説明する。
　　　（第１変形例）
　図３は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第１変形例を概略的に示す断面図、図４はプラズマ処理部の等価回路図である。
　図３および図４に示すように、上部電極１１および下部電極１２に対して、一方からのみ給電すると、上部電極１１の抵抗成分Ｒ１および下部電極１２の抵抗成分Ｒ２により、上部電極１１と下部電極１２との間の処理空間面内において、プラズマが偏る可能性がある。このようなプラズマの偏りを防ぐには、第１変形例に係るプラズマ処理装置１００ａのように、上部電極１１および下部電極１２の、２次側コイル８からの給電点に対して反対側どうしを、コンデンサ１４を介して接続すると良い。コンデンサ１４は処理室１ａの外に配置され、そして、コンデンサ１４は上部電極１１内部の電流分布、および下部電極１２内部の電流分布が均等になるように調整する。
　このようなコンデンサ１４においても、キャパシタンスの値が固定のものであっても良いし、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであっても良い。可変コンデンサとすると、上部電極１１内部の電流分布、および下部電極１２内部の電流分布を、より均等になるように細やかに調節できる、という利点を得ることができる。
　　　（第２変形例）
　図５は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第２変形例を概略的に示す断面図、図６はプラズマ処理部の等価回路図である。
　図５および図６に示すように、第２変形例に係るプラズマ処理装置１００ｂが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、２つのプラズマ処理部３を合わせて１つの閉回路としたことである。複数のプラズマ処理部３は、一つ一つが閉回路になっていなくても、例えば、左右のプラズマ処理部３どうしで、誘導結合部６を共有し、１つの閉回路とされても良い。この場合、左右のプラズマ処理部３は、互いに給電される高周波電力の位相が逆位相となるが、逆位相になったとしても、プラズマ生成には支障はない。
　　　（第３変形例）
　図７は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第３変形例を概略的に示す断面図である。
　図７に示すように、第３変形例に係るプラズマ処理装置１００ｃが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、１次側給電棒７の代わりに１次側給電コイル７ａを用いたこと、および高周波電力を、誘導結合部６において分岐し、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電するように構成したことである。本例では、１次側給電コイル７ａが複数あり、複数の１次側給電コイル７ａそれぞれに誘導結合部６が設定される。誘導結合部６それぞれには、１つの１次側給電コイル７ａと、２つ以上の２次側コイル８とが含まれている。これにより、高周波電力は、誘導結合部６において分岐され、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電することができる。このような誘導結合部６における分岐を実現するためのコイルとしては、例えば、２重巻きコイルを挙げることができる。
　図８Ａは第３変形例で使用可能な２重巻きコイルの一例を示す平面図、図８Ｂはその側面図である。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、２重巻きコイル１０１は、１次側給電コイル７ａを構成するための導電線と、２次側コイル８を構成するための導電線とを重ね合わせ、重ね合わせた状態のままコイル状に巻いていくことで形成することができる。
　このような２重巻きコイル１０１を、図９Ａに示すように、水平方向に２つ並列配置し、１次側給電コイル７ａについては各々の一端を、導電線１５を用いて電気的に接続する。２次側コイル８については各々の一端、他端を、それぞれ別々のプラズマ処理部３に電気的に接続する。このようにすると、図７に示した誘導結合部６のように、１つの１次側給電コイル７ａから、２つの２次側コイル８を分岐させることができる。
　また、分岐数は図９Ａに示したように“２”に限られるものではない。例えば、図９Ｂに示すように、２重巻きコイル１０１を水平方向に３つ並列配置し、１次側給電コイル７ａについては、導電線１５を用いて１本のコイルとなるように接続し、２次側コイル８については各々の一端、他端を、それぞれ別々のプラズマ処理部３に電気的に接続する。このようにすると、１つの１次側給電コイル７ａから、３つの２次側コイル８を分岐させることができる。
　このように２重巻きコイル１０１の積層数を変えることによって、分岐数は“２以上の自然数”の任意の数に設定することができる。
　さらに、図９Ａ及び図９Ｂに示した例においては、導電線１５を用いて、１次側給電コイル７ａ各々の一端を電気的に接続したが、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、１次側給電コイル７ａを１つとし、１つの１次側給電コイル７ａに、２以上の２次側コイル８を巻いていくことも可能である。このようにしても、１つの１次側給電コイル７ａから、２以上の２次側コイル８を分岐させることができる。
　また、図１０の最も端にある誘導結合部６に示すように、どこか１箇所の誘導結合部６からの分岐数を“１”とすることも可能である。誘導結合部６の１箇所の分岐数を“１”とすると、例えば、プラズマ処理部３の数が奇数である場合であっても、一実施形態に係るプラズマ処理装置を適用できる、という利点を得ることができる。
　また、図７に示したプラズマ処理装置１００ｃにおいては、複数の１次側給電コイル７ａを、整合器４と接地点との間に直列に接続した。しかし、図１１に示すように、整合器４から複数の１次側給電コイル７ａまで、並列接続された給電線１６によって接続することも可能である。整合器４から複数の１次側給電コイル７ａまで、トーナメント分岐された給電線１６によって接続すると、整合器４の出力から、各１次側給電コイル７ａまでの距離を互いに等しくできる。このため、整合器４の出力から各１次側給電コイル７ａまでに存在する抵抗成分が全て同じとなり、複数の１次側給電コイル７ａそれぞれに均一に高周波電力を給電でき、複数のプラズマ処理部３それぞれにおいて、より安定したプラズマ生成が可能となる、という利点を得ることができる。
　　　（第４変形例）
　図１２は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第４変形例を概略的に示す断面図である。
　図１２に示すように、第４変形例に係るプラズマ処理装置１００ｄが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、誘導結合部６が、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される一つの１次側給電コイル７ａと、複数の２次側コイル８と、を含み、複数の２次側コイル８のそれぞれが、一つの１次側給電コイル７ａの内側に水平方向に沿って配置されていることにある。本例の一つの１次側給電コイル７ａは矩形コイル若しくは略矩形コイルであり、２次側コイル８のそれぞれも、例えば、矩形コイル若しくは略矩形コイルとされている。
　このように、一つの１次側給電コイル７ａを水平方向に長く形成し、その内側に複数の２次側コイル８を配置することも可能である。
　このような第４変形例によれば、例えば、複数の２次側コイル８から、水平方向に沿って配置された複数のプラズマ処理部３までの２次側給電線１７の各々の長さを、互いにほぼ等しくなるように構成することができる、という利点を得ることができる。
　また、本第４変形例においては、以下に示すさらなる変形も可能である。
　例えば、図１３に示すように、一端を整合器４に接続した矩形コイル若しくは略矩形コイル１次側給電コイル７ａの他端は、コンデンサ１８を介して接地するようにしても良い。本例の接地点は処理モジュール１であり、本例においては、１次側給電コイル７ａの他端は、コンデンサ１８を介して処理モジュール１に接続されている。コンデンサ１８は、例えば、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整する。コンデンサ１８はキャパシタンスの値が固定されたものであっても良いが、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整する観点からは、図１３に示すように、キャパシタンスの値が可変の可変コンデンサが用いられることが好ましい。また、コンデンサ１３は、上記の例においては、例えば、下部電極１２を介して接地されるようにしていたが、直接に接地するようにしてもよい。図１３に示す例におけるコンデンサ１３は、例えば、処理モジュール１に直接に接続されて接地されている。
　なお、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整するコンデンサ１８は、上記一実施形態、並びに第１～第３変形例のいずれにおいても用いることができる。また、コンデンサ１３を直接に接地することについても、上記一実施形態、並びに第１～第３変形例のいずれにも適用することができる。
　また、図１４に示すように、１次側給電コイル７ａが、矩形若しくは略矩形の複数の２次側コイル８を覆うように、複数の２次側コイル８の外周部に沿って形成するようにしても良い。本例においては、１次側給電コイル７ａが、矩形若しくは略矩形の複数の２次側コイル８のそれぞれの外周部を覆うように、１次側給電コイル７ａを複数の２次側コイル８のそれぞれの外周部に沿って屈曲又はカーブさせて形成されている。本例のように、１次側給電コイル７ａを複数の２次側コイル８の外周に沿って、例えば、屈曲又はカーブさせて形成すると、１次側給電コイル７ａと２次側コイル８とが対向する領域が増え、屈曲又はカーブさせない場合に比較して、より高い結合度を得ることができる。このため、誘導起電力Ｖを、さらに効率良く発生させることが可能となる。
　また、誘電起電力Ｖを大きくするために１次側給電コイル７ａのターン数を増やしていくと、１次側給電コイル７ａの長さが増加する。１次側給電コイル７ａの長さが、例えば、１ｍ以上になると、１次側給電コイル７ａの内部で電位差が発生してしまうという波長効果により、回路内で放電が起こり、２次側コイル８と効率良く結合ができない虞がある。そのような場合には、図１５に示すように、１次側給電コイル７ａ内に適切な間隔でコンデンサ（以下中間コンデンサという）１９を挿入し、１次側給電コイル７ａを中間コンデンサ１９によって分割すると良い。分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さは、分割前の長さに比較して短くなる。このように１次側給電コイル７ａを、中間コンデンサ１９を用いて分割し、１次側給電コイル７ａ各々の長さを短くすることで上記波長効果を低減でき、分割前の１次側給電コイル７ａの長さが、例えば、１ｍ以上になるような場合であっても、２次側コイル８との結合効率を向上させることができる、という利点を得ることができる。
　また、１次側給電コイル７ａを分割するための適切な間隔（分割された１次側給電コイル７ａに許容し得る最大の長さ）の具体例としては、高周波電力の波長をλとすると、高周波電圧Ｖｐｐはλ／４の位置で最も大きく変化するため、１次側給電コイル７ａの０～λ／４の位置に中間コンデンサを設置すれば上記波長効果の低減が期待できるが、実用上はλ／３２～λ／４の位置に中間コンデンサ１９を設置することが好ましい。これにより、分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さは、０～λ／４（ｍ）の範囲、実用的にはλ／３２～λ／４（ｍ）の範囲に抑えることができ、上記波長効果を低減することができる。また、図１６に示すように、１次側給電コイル７ａは、整合器４から出力された後、給電部５の内部を水平方向に沿って延び、給電部５の、例えば、端部で１回だけ折り返す構成とすることも可能である。この場合には、１次側給電コイル７ａの長さを短くできる、という利点を得ることができるが、当然、中間コンデンサ１９を用いて、分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さを、０～λ／４（ｍ）の範囲、実用的にはλ／３２～λ／４（ｍ）の範囲に抑えるようにしてもよい。
　また、図１２～図１６に示した第４変形例のいずれにおいても、上述したように、インピーダンスの虚数成分であるリアクタンスＸの符号によって、誘導電流Ｉの向きを調整することができる。特に、リアクタンスＸの符号を負とすると、２次側コイル８に励起される誘導電流Ｉのつくる磁界が、１次側給電コイル７ａがつくる磁界と同じ向きとなり、お互いの磁界を強めあう。このため、さらなる効率の向上が期待できる。リアクタンスＸの符号を負にするには、コンデンサ１３のキャパシタンスの値を、完全な直列共振状態のキャパシタンスの値よりも小さな値とすれば良い。さらにいうと、リアクタンスＸの符号を負にするためには、２次側コイル８のインダクタンスＬの値及び電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣの値の少なくともいずれか一方の値を小さく設定することで実現できる。
　また、２次側コイル８とプラズマ処理部３との間に設けられた２次側給電線１７の各々にコンデンサ１３を設け、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量を、コンデンサ１３のキャパシタンスを調節して制御するように構成されても良い。
　この場合、コンデンサ１３は、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることがよい。コンデンサ１３を可変コンデンサとすると、分配給電量のより細やかな制御を実現できる、という利点を得ることができる。
　さらに、コンデンサ１３を可変コンデンサとすることによって、プラズマ処理中に電流値・電圧値等の制御値をフィードバック制御により制御することもでき、また、メンテナンス時はメンテナンス後のプラズマ処理に適切なキャパシタンスの値に調整し、プラズマ処理中はキャパシタンスの値を変更しないといった運用もできる。
　なお、第４変形例において、複数の２次側コイル８は矩形コイル若しくは略矩形コイルとしたが、円形コイルを用いることも可能であるし、第４変形例および第４変形例のさらなる変形例のそれぞれは、様々に組み合わせて実施することが可能である。さらに、第４変形例および第４変形例のさらなる変形例のそれぞれにおいては、１次側給電コイル７ａを一つとしているが、例えば、矩形コイル若しくは略矩形コイルである１次側給電コイル７ａを二以上設け、二以上設けられた１次側給電コイル７ａの、例えば、それぞれの内側に、複数の２次側コイル８を配置、例えば、並んで配置することも可能である。
　　　（第５変形例）
　図１７Ａは一実施形態に係るプラズマ処理装置の第５変形例を概略的に示す平面図、図１７Ｂは第５変形例を概略的に示す断面図である。
　図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、第５変形例に係るプラズマ処理装置１００ｅが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、誘導結合部６が、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される一つの１次側給電コイル７ａと、複数の２次側コイル８と、を含み、複数の２次側コイル８それぞれの位置、例えば角度θを変え、一つの１次側給電コイル７ａと複数の２次側コイル８それぞれとの結合度を調節することで、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量を制御するように構成したことにある。
　このように、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量は、一つの１次側給電コイル７ａと複数の２次側コイル８それぞれとの結合度を調節することでも制御することが可能である。本例の場合には結合度の調節が、例えば、第４変形例のコンデンサ１３のキャパシタンスの調節と同じ役割を果たす。このため、２次側コイル８とプラズマ処理部３との間に設けられた２次側給電線１７の各々から、第４変形例で説明したコンデンサ１３を省略することも可能となる。コンデンサ１３が省略されることで、大きな誘導電流が流れる２次側給電線の配線長を短くでき、パワー損失の増大を、より抑制することができる、という利点を得ることができる。
　以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く種々変形可能である。また、この発明の実施形態は上記一実施形態が唯一の実施形態でもないし、変形例もまた上記第１～第５変形例に限られるものでもない。
　例えば、上記一実施形態では、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８を水平方向に並列配置した。しかしながら、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８は、並んで配置されていればよく、例えば、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８を高さ方向に順次積層することも可能である。
　また、上記一実施形態は、半導体ウエハよりも大型となるガラス基板に対するプラズマ処理に用いられることが好ましい。ガラス基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、プラズマ処理部のサイズがメートルオーダーとなり大型である。ガラス基板を扱う大型のプラズマ処理部は、半導体ウエハを扱うプラズマ処理部に比較して、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続した場合の給電部５や整合器４でのパワー損失が増大しやすい。このことから、上記一実施形態は、サイズがメートルオーダーとなるような大型のプラズマ処理部を持つプラズマ処理装置に適用されることが好ましい。
　Ｇ…被処理体、１…処理モジュール、２…高周波電源部、３…プラズマ処理部、４…整合器、５…給電部、６…誘導結合部、７…１次側給電棒、７ａ…１次側給電コイル、８…２次側コイル、１１…上部電極、１２…下部電極、１３…コンデンサ、１４…コンデンサ、１５…導電線、１７…２次側給電線、１８…コンデンサ、１９…中間コンデンサ。
 

Claims (35)

  1. 　高周波電力を発生する高周波電源部と、
    　複数のプラズマ処理部と、
    　前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、
    　前記整合器においてインピーダンス整合された高周波電力を、前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、
    　前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、
    　前記誘導結合部は、
    　前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒と、
    　前記直線状の１次側給電棒の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部各々に供給する複数の２次側コイルと、を含むプラズマ処理装置。
  2. 　前記複数のプラズマ処理部および前記複数の２次側コイルは、並んで配置されており、
    　前記１次側給電棒は、並んで配置された複数の２次側コイル各々に誘導結合されるように直線状に延び、
    　前記高周波電力は、前記２次側コイル各々で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記２次側コイルは、矩形コイル又は円形コイルを矩形に近づけた形状のコイルである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、互いに容量結合する平行平板型の電極対を備えている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させる請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路に前記コンデンサを介さずに直接結線した場合と比較して前記閉回路のインピーダンスが小さくなるように調整する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路のインピーダンスが最小となるキャパシタンスの値よりも小さな値に調整する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させる請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を調整し、前記閉回路それぞれに同一方向の電流を流すことにより、前記２次側コイルの電流により発生する磁束と、前記１次側給電棒の電流により発生する磁束とを同じ方向を向かせる請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を、負にする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記コンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサである請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記平行平板型の電極対の、前記２次側コイルからの給電点に対して反対側どうしが、第２のコンデンサを介して接続されている請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記第２のコンデンサは、前記平行平板型の電極対内部の電流分布が均等になるように調整するものである請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記第２のコンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサである請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 　高周波電力を発生する高周波電源部と、
    　複数のプラズマ処理部と、
    　前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、
    　前記高周波電源部で発生された高周波電力を、前記整合器の出力を介して前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、
    　前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、
    　前記高周波電力は、前記誘導結合部で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されているプラズマ処理装置。
  16. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、互いに容量結合する平行平板型の電極対を備えている請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 　前記誘導結合部は、
    　前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
    　前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記プラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと
    　を有する請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  18. 　前記整合器の出力から前記１又は２以上の１次側給電コイルまで前記高周波電力を給電する給電線は、前記整合器の出力から前記１又は２以上の１次側給電コイルまでの距離が互いに等しくなるように、並列接続されている請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  19. 　前記誘導結合部は、
    　前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
    　前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記プラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと、を含み、
    　前記複数の２次側コイルのそれぞれが、前記１又は２以上の１次側給電コイルの内側に並んで配置されている請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  20. 　前記複数の２次側コイルから前記複数のプラズマ処理部までの２次側給電線の各々の長さが、互いに等しくなるように構成されている請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  21. 　前記１次側給電コイルが前記２次側コイルを覆うように、前記２次側コイルの外周に沿って形成されている請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  22. 　前記１次側給電コイルおよび前記２次側コイルが、矩形コイル若しくは略矩形コイルである請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  23. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させる請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  24. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路に前記コンデンサを介さずに直接結線した場合と比較して前記閉回路のインピーダンスが小さくなるように調整する請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  25. 　前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
    　前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路のインピーダンスが最小となるキャパシタンスの値よりも小さな値に調整する請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  26. 　前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させる請求項２４に記載のプラズマ処理装置。
  27. 　前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を調整し、前記閉回路それぞれに同一方向の電流を流すことにより、前記２次側コイルの電流により発生する磁束と、前記１次側給電コイルの電流により発生する磁束とを同じ方向を向かせる請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
  28. 　前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を、負にする請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
  29. 　前記平行平板型の電極対の、前記２次側コイルからの給電点に対して反対側どうしが、第２のコンデンサを介して接続されている請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  30. 　前記複数の２次側コイルと前記複数のプラズマ処理部との間の２次側給電線の各々にコンデンサが設けられ、
    　前記複数のプラズマ処理部各々への分配給電量を、前記コンデンサのキャパシタンスを調節して制御するように構成されている請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  31. 　前記コンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサである請求項３０に記載のプラズマ処理装置。
  32. 　前記１次側給電コイルに中間コンデンサを介在させる請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  33. 　前記高周波電力の波長をλとしたとき、前記中間コンデンサを、前記１次側給電コイルの０～λ／４の位置に設置して前記１次側給電コイルを分割し、前記分割された１次側給電コイル各々の長さを０～λ／４の範囲に抑えた請求項３２に記載のプラズマ処理装置。
  34. 　前記誘導結合部は、
    　前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
    　前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと、を含み、
    　前記複数のプラズマ処理部各々への分配給電量を、前記複数の２次側コイルそれぞれの位置関係を変更し、前記１又は２以上の１次側給電コイルと前記複数の２次側コイルそれぞれとの結合度を調節して制御するように構成されている請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  35. 　前記位置関係の変更は、前記１又は２以上の１次側給電コイルと前記複数の２次側コイルとの角度を調節することにより行う請求項３４に記載のプラズマ処理装置。
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