JP2012133899A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平面導体を大型にしても、そのインピーダンスの増大を抑えて当該平面導体に大きな電位差が発生するのを抑え、それによって均一性の良いプラズマ生成を可能にする。
【解決手段】 このプラズマ処理装置は、ホルダ側の面３２が真空容器４内に位置しかつホルダ１０の基板保持面に対向するように設けられた平面導体３０を備えている。平面導体３０は、そのホルダ側の面３２に、高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝４０であってその深さが、平面導体３０中を流れる高周波電流の表皮厚さよりも大きい溝４０を、高周波電流の流れ方向に１以上有していて、溝４０によってホルダ側の面３２は複数領域に分割されている。平面導体３０の各溝４０内にコンデンサ４２をそれぞれ設けて、平面導体３０の前記各領域と各コンデンサ４２とを互いに電気的に直列接続している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、プラズマを用いて基板に、例えば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プラズマ処理装置に関し、より具体的には、導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置に関する。

平面導体（平板状の高周波アンテナ導体）を真空容器の開口部に絶縁枠を介して取り付け、当該平面導体の一端と他端間に高周波電源から高周波電力を供給して高周波電流を流し、それによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置が特許文献１に記載されている。

国際公開第ＷＯ ２００９／１４２０１６号パンフレット（段落００２４−００２６、図１）

上記従来のプラズマ処理装置においては、大型の基板に対応するために、平面導体を大型にすると、当該平面導体のインピーダンス（特にインダクタンス）が大きくなり、それによって平面導体の両端に大きな電位差が発生する。その結果、この大きな電位差の影響を受けて、プラズマの密度分布、電位分布、電子温度分布等のプラズマの均一性が悪くなり、ひいては基板処理の均一性が悪くなる。

そこでこの発明は、平面導体を大型にしても、そのインピーダンスの増大を抑えて当該平面導体に大きな電位差が発生するのを抑え、それによって均一性の良いプラズマ生成を可能にすることを主たる目的としている。

この発明に係る第１のプラズマ処理装置は、導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、真空排気されかつガスが導入される真空容器と、前記真空容器内に設けられていて基板を保持するホルダと、ホルダ側の面が前記真空容器内に位置しかつ前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられた平面導体と、前記平面導体に高周波電力を供給して前記平面導体に高周波電流を流す高周波電源とを備えており、前記平面導体は、その前記ホルダ側の面に、前記高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい溝を、前記高周波電流の流れ方向に１以上有していて、当該溝によって前記ホルダ側の面は複数領域に分割されており、かつ前記平面導体の前記各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて、前記平面導体の前記各領域と当該各コンデンサとを互いに電気的に直列接続している、ことを特徴としている。

このプラズマ処理装置においては、平面導体のホルダ側の面のインダクタンスは、当該面に設けた上記溝によって複数の領域のインダクタンスに分割される。そしてこの分割されたインダクタンスに、上記コンデンサが直列接続された回路となる。この直列回路のインピーダンスを構成する合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスωＬから容量性リアクタンス１／ωＣを引いた形となるので、平面導体に上記溝およびコンデンサを設けない場合に比べて、平面導体のホルダ側の面のインピーダンスを低下させることができる。

その結果、平面導体を大型にしても、そのインピーダンスの増大を抑えて当該平面導体に大きな電位差が発生するのを抑え、それによって均一性の良いプラズマを生成することができる。ひいては、基板処理の均一性を高めることができる。

前記平面導体の前記各溝内の空間を絶縁物で埋めていても良い。

前記平面導体の前記各溝内に前記コンデンサを設ける代わりに、当該各溝内に誘電体を充填することによって、当該各溝内にコンデンサをそれぞれ形成していても良い。

前記平面導体の前記各領域のインダクタンスおよび前記各コンデンサの静電容量は、前記プラズマの生成時に、前記高周波電流の周波数において、直列共振条件を満たすものであっても良い。

前記溝およびコンデンサを有する前記平面導体を複数備えていてこれらは互いに直列に配置されており、当該各平面導体を接続コンデンサを介して電気的に直列接続して、当該複数の平面導体に前記高周波電源から高周波電力を直列に供給するように構成していても良い。

前記溝およびコンデンサを有する前記平面導体を複数備えていてこれらは互いに並列に配置されており、当該各平面導体にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、当該複数の平面導体に前記高周波電源から高周波電力を並列に供給するように構成していても良い。

前記平面導体の前記ホルダ側の面を前記プラズマから遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板を備えていても良い。

この発明に係る第２のプラズマ処理装置は、導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、真空排気されかつガスが導入される真空容器と、前記真空容器内に設けられていて基板を保持するホルダと、ホルダ側の面が前記真空容器内に位置しかつ前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられた平面導体と、前記平面導体に高周波電力を供給して前記平面導体に高周波電流を流す高周波電源とを備えており、前記平面導体は、その前記ホルダ側の面に、前記高周波電流の流れ方向に沿って並べられた複数の凹部であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい凹部から成る凹部列を１列以上有していて、当該凹部列によって前記ホルダ側の面は複数列の導体面に分割されており、前記高周波電源は、前記平面導体の前記複数列の導体面に高周波電力を並列に供給するものであり、更に前記平面導体は、前記各列の導体面のそれぞれに、前記高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい溝を、前記高周波電流の流れ方向に１以上有していて、当該溝によって前記各列の導体面は複数領域にそれぞれ分割されており、かつ前記平面導体の前記各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて、前記各列の導体面における前記各領域と前記各溝内の前記コンデンサとを互いに電気的に直列接続している、ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、平面導体のホルダ側の面のインダクタンスは、当該面に設けた上記溝によって複数の領域のインダクタンスに分割される。そしてこの分割されたインダクタンスに、コンデンサが直列接続された回路となる。この直列回路のインピーダンスを構成する合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスωＬから容量性リアクタンス１／ωＣを引いた形となるので、平面導体に上記溝およびコンデンサを設けない場合に比べて、平面導体のホルダ側の面のインピーダンスを低下させることができる。

その結果、平面導体を大型にしても、そのインピーダンスの増大を抑えて当該平面導体に大きな電位差が発生するのを抑え、それによって均一性の良いプラズマを生成することができる。ひいては、基板処理の均一性を高めることができる。

しかも、平面導体のホルダ側の面、即ちプラズマ生成側の面のインピーダンスを低下させることができるので、当該面に、その反対側の面に比べて優先的に高周波電流を流すことができる。その結果、プラズマ生成に高周波電力を効率良く利用することができ、高周波電力の利用効率ひいては基板の処理効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体の各溝内の空間を絶縁物で埋めているので、各溝内で不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、必要なプラズマの不均一性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体の各溝内に前記コンデンサを設ける代わりに、当該各溝内に誘電体を充填することによって当該各溝内にコンデンサをそれぞれ形成しているので、構成を簡素化することができる。更にこの誘電体によって、各溝内に不要なプラズマが発生するのを防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体の各領域のインダクタンスおよび各コンデンサの静電容量は、プラズマの生成時に、高周波電流の周波数において直列共振条件を満たすものであるので、平面導体のホルダ側の面のインピーダンスをより一層低下させることができる。その結果、請求項１について上述した効果をより高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、溝およびコンデンサを有する複数の平面導体を接続コンデンサを介して電気的に直列接続して、当該複数の平面導体に高周波電源から高周波電力を直列に供給するように構成しているので、実質的により大型の平面導体を、それよりも小型の平面導体の組み合わせで実現することができる。その結果、より大型の基板処理に対応することができると共に、各平面導体の小型・軽量化により製作、組立て、メインテナンス等の作業性が向上し、輸送も容易になり、かつ製作時のし損じ低減にもつながる。

請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、溝およびコンデンサを有する複数の平面導体にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、当該複数の平面導体に高周波電源から高周波電力を並列に供給するように構成しているので、請求項５について上述した効果と同様の効果を奏する。更に、可変インピーダンスを直列に介在させており、当該可変インピーダンスによって複数の平面導体に流れる高周波電流のバランスを良くすることができるので、生成するプラズマの均一性を良くすることができる。

請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、遮蔽板によって、プラズマ中の荷電粒子が平面導体等に入射するのを抑制することができるので、平面導体に荷電粒子が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、平面導体等の表面が荷電粒子によってスパッタされてプラズマおよび基板に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じるのを抑制することができる。

請求項８に記載の発明によれば、平面導体のホルダ側の面は凹部列によって複数列の導体面に分割されているので、高周波電流の流れを複数列に分割することができる。その結果、平面導体のホルダ側の面における高周波電流の流路が明確になり、高周波電流の流れを調整しやすくなるので、平面導体を大型にしても、そのホルダ側の面に流れる高周波電流の均一性を良くすることができ、それによってプラズマの均一性を良くすることができる。ひいては基板処理の均一性を高めることができる。

しかも、平面導体を複数列に構造的（機械的）に分割する場合に比べて、凹部列によって分割する方が、各列の導体面間の隙間を小さくすることができるので、高周波電流の不連続領域を小さくして、プラズマの均一性を良くすることができる。ひいては基板処理の均一性を高めることができる。

更に、各列の導体面に溝およびコンデンサを設けていて、平面導体のホルダ側の面のインピーダンスを低下させることができるので、請求項１について上述した効果と同様の効果を奏する。

請求項９、１０、１１、１２、１３に記載の発明は、それぞれ、請求項２、３、４、６、７に記載の発明と同様の構成を有しているので、これらの請求項について上述した効果と同様の効果を奏する。

この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。 図１中の平面導体周りを拡大して示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は下面図である。 図２に示す平面導体のホルダ側の面周りの等価回路図である。 図３の回路において直列共振条件を満たしている場合の電位分布の一例を示す図である。 平面導体周りの他の例を示す断面図である。 平面導体周りの更に他の例を示す下面図である。 平面導体周りの更に他の例を示す下面図である。 図７の平面導体とガス供給パイプとの関係の一例を示す下面図である。

この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図１に示し、その平面導体周りを拡大して図２に示す。

この装置は、平面導体３０に高周波電源７０から高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマ６０を生成し、当該プラズマ６０を用いて基板２に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置である。

基板２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が、これに限られるものではない。

基板２に施す処理は、例えば、ＣＶＤ法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。

このプラズマ処理装置は、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。

このプラズマ処理装置は、例えば金属製の真空容器４を備えており、その内部は真空排気装置８によって真空排気される。

真空容器４内には、その天井面６に設けたガス導入路２５およびガス供給パイプ２６を通して、ガス２４が導入される。ガス供給パイプ２６は複数のガス噴出孔２８を有しており、これらは上向きに設けられている。その方が、真空容器４内においてガス２４を拡散させて基板２の近傍のガス圧を均一化しやすいからである。ガス供給パイプ２６は、この実施形態では、図２に示すように、平面導体３０の長手方向に沿うものを、平面導体３０を短手方向に挟んだ両側に１本ずつ配置している。このようにすれば、平面導体３０のホルダ側の面（換言すれば、プラズマ生成側の面。以下同様）３２付近にガス２４を均一性良く供給することができると共に、ガス供給パイプ２６がプラズマ生成の邪魔になるのを防ぐことができる。

ガス２４は、基板２に施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマＣＶＤによって基板２に膜形成を行う場合は、ガス２４は、原料ガスを希釈ガス（例えばＨ₂ ）で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがＳiＨ₄ の場合はＳi 膜を、ＳiＨ₄ ＋ＮＨ₃ の場合はＳiＮ膜を、ＳiＨ₄ ＋Ｏ₂ の場合はＳiＯ₂ 膜を、それぞれ基板２の表面に形成することができる。

真空容器４内には、基板２を保持するホルダ１０が設けられている。この例では、ホルダ１０は軸１６に支持されている。軸１６が真空容器４を貫通する部分には、電気絶縁機能および真空シール機能を有する軸受部１８が設けられている。この例のように、ホルダ１０にバイアス電源２０から軸１６を経由して負のバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は負のパルス状電圧でも良い。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマ６０中の正イオンが基板２に入射するときのエネルギーを制御して、基板２の表面に形成される膜の結晶化度を制御することができる。

この実施形態のように、ホルダ１０内には、基板２を加熱するヒータ１２を設けておいても良い。基板２の周縁部には、当該周縁部に膜が形成されるのを防止するマスク（シャドーマスクとも呼ばれる）１４を設けておいても良い。マスク１４の周辺部に、ガス２４の流れを一様化すると共に、プラズマ６０が基板２の保持機構等に達するのを防止する等のための仕切り板２２を設けておいても良い。

真空容器４の天井面６の開口部７に、絶縁枠６２を介在させて、ホルダ１０側の面３２が真空容器４内に位置しかつホルダ１０の基板保持面に対向するように、平面導体３０が設けられている。これらの要素の間には、真空シール用のパッキン６３がそれぞれ設けられている。平面導体３０の平面形状は、この実施形態のように矩形（長方形）でも良いし、正方形等でも良い。

平面導体３０の材質は、例えば、銅（より具体的には無酸素銅）、アルミニウム等であるが、これに限られるものではない。

高周波電源７０から整合回路６８を経由して、平面導体３０の長手方向の一端側の給電端６４と他端側の終端６６との間に高周波電力が供給され、それによって平面導体３０に高周波電流が流される。この高周波電流の流れ方向Ｆを図２等に示す。終端６６は、この実施形態のように直接接地していても良いし、コンデンサを介して接地していても良い。他の実施形態においても同様である。

平面導体３０に高周波電流を流すことによって、平面導体３０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器４内において、電子が加速されて平面導体３０の近傍のガス２４を電離させて平面導体３０の近傍にプラズマ６０が発生する。このプラズマ６０は基板２の近傍まで拡散し、このプラズマ６０によって基板２に前述した処理を施すことができる。

高周波電源７０から出力する高周波電力の周波数は、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。

主に図２を参照して、平面導体３０は、そのホルダ側の面３２に、高周波電流の流れ方向Ｆと交差する方向（例えば実質的に直交する方向。以下同様）に伸びている溝４０を、高周波電流の流れ方向Ｆに１以上有している。この実施形態では複数（図示例では二つ）有している。各溝４０は、図２（Ｂ）に示すように、平面導体３０の短手方向の一端から他端にかけて設けられている。この溝４０によって、平面導体３０のホルダ側の面３２は複数の（図示例では三つの）領域３４に分割されている。

各溝４０の深さＤは、平面導体３０中を流れる高周波電流の表皮厚さδよりも大きくしている。

上記表皮厚さδは次式で表される。ここで、ｆは上記高周波電流の周波数、μは平面導体３０の透磁率、σは平面導体３０の導電率である。

［数１］
δ＝１／√（πｆμσ）

具体例を挙げると、周波数ｆが１３．５６ＭＨｚの場合、平面導体３０が純銅のときは、透磁率μは４π×１０^-7Ｎ／Ａ² 、導電率σは５９．６×１０⁶ ／Ωｍであるので、表皮厚さδは約１７．７μｍとなる。平面導体３０がアルミニウムのときは、透磁率μは４π×１０^-7Ｎ／Ａ² 、導電率σは３７．７×１０⁶ ／Ωｍであるので、表皮厚さδは約２２．２μｍとなる。

更に、上記各溝４０内にコンデンサ４２をそれぞれ設けて、平面導体３０の上記各領域３４と各コンデンサ４２とを交互に電気的に直列接続している。各溝４０内に設けるコンデンサ４２の数については後述する。各コンデンサ４２の両端は、接続導体４４によって、各溝４０の両側部に接続されている。

上記のように表皮厚さδは非常に小さいので、高周波電流は平面導体３０の表面にしか流れない。従って、表皮厚さδよりも深さＤの大きい溝４０を設けておくと、各溝４０の部分でインピーダンスは非常に大きくなり、平面導体３０のホルダ側の面３２のインダクタンスは、複数の領域３４のインダクタンスに分割される。そしてこの分割されたインダクタンスに、上記コンデンサ４２が直列接続された回路となる。この直列回路の等価回路を図３に示す。

この図３では、上記各領域３４のインダクタンスをＬ、抵抗をＲ、上記各コンデンサ４２の静電容量をＣとしている。このインダクタンスＬと抵抗Ｒは、平面導体３０の構造で決まり、各領域３４においてほぼ同じ値にすることができる。各コンデンサ４２の静電容量Ｃも同じ値を選ぶことができる。

この直列回路のインピーダンスを構成する合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスωＬから容量性リアクタンス１／ωＣを引いた形となるので、平面導体３０に上記溝４０およびコンデンサ４２を設けない場合に比べて、平面導体３０のホルダ側の面３２のインピーダンスを低下させることができる。ωは上記高周波電流の角周波数である。

これを詳述すると、上記直列回路のインピーダンスＺは次式で表される。このインピーダンスＺにはωＬ−１／ωＣが含まれているので、リアクタンスを小さくすることができ、従ってインピーダンスＺを低下させることができる。

［数２］
Ｚ＝３（Ｒ＋ｊωＬ）＋２（１／ｊωＣ）
＝３Ｒ＋２ｊ（ωＬ−１／ωＣ）＋ｊωＬ

なお、平面導体３０の終端６６と接地との間にコンデンサを直列に設けても良く、このコンデンサの静電容量をＣとすると、その場合のインピーダンスＺは次式で表される。この場合もインピーダンスＺにはωＬ−１／ωＣが含まれているので、リアクタンスを小さくすることができ、従ってインピーダンスＺを低下させることができる。

［数３］
Ｚ＝３Ｒ＋３ｊ（ωＬ−１／ωＣ）

いずれの場合も、上記のように平面導体３０のホルダ側の面３２のインピーダンスを低下させることができるので、次の効果を奏する。

（ａ）平面導体３０を大型にしても、そのインピーダンスの増大を抑えて当該平面導体に大きな電位差が発生するのを抑え、それによって均一性の良いプラズマ６０を生成することができる。ひいては、基板２の処理の均一性を高めることができる。

（ｂ）しかも、平面導体３０のホルダ側の面３２、即ちプラズマ生成側の面のインピーダンスを低下させることができるので、当該面３２に、その反対側の面に比べて優先的に高周波電流を流すことができる。その結果、プラズマ６０のすぐ近くに高周波電流を優先的に流すことができるので、プラズマ生成に高周波電力を効率良く利用することができ、高周波電力の利用効率ひいては基板２の処理効率を高めることができる。

平面導体３０の各領域３４のインダクタンスＬおよび各溝４０に設ける各コンデンサ４２の（複数個を並列に設ける場合はそれらの合成の）静電容量Ｃは、プラズマ６０の生成時に、上記高周波電流の周波数（以下では角周波数ω）において、次式で表される直列共振条件を満たすものにするのが好ましい。

［数４］
ωＬ＝１／ωＣ

ここで、「プラズマ６０の生成時」と特定しているのは、プラズマ生成時の上記インダクタンスＬは、プラズマ６０の密度にもよるけれども、プラズマ非生成時に対して最大で６０％〜７０％程度に低下することが経験上分かっており、この低下したときに上記共振条件を満たすのが好ましいからである。従って、この低下分を見込んで設計しておけば良い。

上記共振条件を満たすようにすると、上記数２、数３は、それぞれ、次の数５、数６となるので、平面導体３０のホルダ側の面３２のインピーダンスをより一層低下させることができる。その結果、上記（ａ）および（ｂ）の効果をより高めることができる。

［数５］
Ｚ＝３Ｒ＋ｊωＬ

［数６］
Ｚ＝３Ｒ

図３の回路において、上記数４の直列共振条件を満たしている場合の電位分布の一例を、説明の簡略化のために抵抗Ｒを無視して、図４中に実線Ａで示す。この図４中の点ａ〜ｄと図３中の点ａ〜ｄとはそれぞれ対応している。各傾斜部Ｓ₁ は、誘導性リアクタンスωＬによる電位上昇分、各傾斜部Ｓ₂ は、容量性リアクタンス１／ωＣによる電位降下分である。

図４中の二点鎖線Ｂは、上記溝４０およびコンデンサ４２に相当するものを有していない従来の平面導体の場合の電位分布である。

この図４から分るように、上記溝４０およびコンデンサ４２を有する平面導体３０の場合は、そのホルダ側の面３２における各部の電位差を小さく抑えることができる。従ってこの観点からも、均一性の一層良いプラズマ６０を生成することができ、ひいては基板処理の均一性をより高めることができる。

数４に示した直列共振条件を満たしているのが好ましいけれども、当該共振条件を完全に満たしていなくても、例えば当該共振条件近傍の状態であっても、平面導体３０の各部の電位差を小さく抑える効果を奏することができる。この場合は、例えば、図４中の点ｂ、ｄの電位が幾らか正側または負側にシフトし、それに応じて他の部分の電位もシフトすることになる。それでも、二点鎖線Ｂで示す従来の平面導体の場合に比べれば、各部の電位差を小さく抑えることができる。

上記各溝４０内に設けるコンデンサ４２は、１個ずつでも良いし、この実施形態のように複数個（図示例では２個）並列に設けても良い。後述する他の実施形態においても同様である。コンデンサ４２を複数個並列に設けると、高周波電流を複数のコンデンサ４２に分散させて流すことができるので、平面導体３０の面内に高周波電流をより均一に流すことができる。その結果、プラズマ６０の均一性を良くすることができる。また、コンデンサ４２を複数個並列に設けると、その静電容量を大きくすることが容易になる。

上記各溝４０内の空間（コンデンサ４２および接続導体４４の周りを含む空間）は、この実施形態のように、絶縁物４６で埋めておくのが好ましい。後述する他の実施形態においても同様である。なお、図２（Ｂ）、図６〜図８では、コンデンサ４２の配置を分かりやすくするために、その上を覆っている絶縁物４６の図示は省略している。

絶縁物４６の材質は、例えば、樹脂、セラミックス等であり、特定のものに限定されない。

各溝４０内の空間を絶縁物４６で上記のように埋めておくと、各溝４０内で不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、必要なプラズマ６０の不均一性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。後述する他の実施形態においても同様である。

上記平面導体３０の各溝４０内に上記コンデンサ４２をそれぞれ設ける代わりに、当該各溝４０内に誘電体を充填することによって、各溝４０内にコンデンサをそれぞれ形成しても良い。後述する他の実施形態においても同様である。各溝４０の、高周波電流の流れ方向Ｆにおける両側の側壁が電極となり、その間に上記誘電体が挟まれた構造になるので、各溝４０内に、コンデンサ４２に相当するコンデンサを形成することができる。この場合の等価回路は、図３に示したものと同じである。

上記誘電体は、例えばチタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム等の高誘電率材料が好ましい。その方が、大きな静電容量を実現することができるからである。上記誘電体の誘電率、各溝４０の幅、長さ、深さＤ等によって、形成するコンデンサの静電容量を調整することができる。前述した直列共振条件を満たすこともできる。

上記のように各溝４０内に誘電体を充填してコンデンサを形成すると、バルクのコンデンサ４２およびそれ用の接続導体４４が不要になるので、構成を簡素化することができる。更にこの誘電体によって、上記絶縁物４６を充填する場合と同様の作用効果を奏することができる。即ち、各溝４０内に不要なプラズマが発生するのを防止することができる。

この実施形態のように、平面導体３０のホルダ側の面３２をプラズマ６０から遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板７２を備えていても良い。後述する他の実施形態においても同様である。遮蔽板７２は、真空容器４（具体的にはその天井面６）の開口部７の入口部に直接取り付けても良いし、この実施形態のように枠状の押え板７４を用いて取り付けても良い。

遮蔽板７２の材質は、例えば、石英、アルミナ、炭化ケイ素、シリコン等である。水素系プラズマで還元されて遮蔽板７２から酸素が放出されると困る場合は、シリコン、炭化ケイ素等の非酸化物系の材質を用いれば良い。例えばシリコン板を用いるのが簡単で良い。

公知のように、導体と高周波プラズマとが近接する構造の場合、プラズマ中のイオンよりも電子の方が軽くて遥かに多く導体に入射するので、プラズマ電位が導体よりも正側に上昇する。これに対して、上記のような遮蔽板７２を設けておくと、遮蔽板７２によって、プラズマ６０中の荷電粒子が平面導体３０等に入射するのを抑制することができるので、平面導体３０に荷電粒子（主として電子）が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、平面導体３０等の表面が荷電粒子（主としてイオン）によってスパッタされてプラズマ６０および基板２に対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じるのを抑制することができる。

次に、この発明に係るプラズマ処理装置の他の実施形態を、先に説明した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付して、先に説明した実施形態との相違点を主体に説明する。

図５に示す実施形態のように、上述した溝４０およびコンデンサ４２を有する複数（図示例では二つ）の平面導体３０を互いに直列に配置し（即ち、複数の平面導体３０における高周波電流の流れ方向Ｆ（図２参照）が互いに直列になる向きに配置し）、かつ当該複数の平面導体３０をその外部（真空容器外部でもある）の接続コンデンサ７６を介して互いに電気的に直列接続して、当該複数の平面導体３０に高周波電源７０から整合回路６８を介して高周波電力を直列に供給するようにしても良い。複数の平面導体３０が隣り合う箇所には、前記と同様の絶縁枠６２およびパッキン６３を設けている。

このようにすると、実質的により大型の平面導体を、それよりも小型の平面導体３０の組み合わせで実現することができる。その結果、より大型の基板処理に対応することができると共に、各平面導体３０の小型・軽量化により製作、組立て、メインテナンス等の作業性が向上し、輸送も容易になり、かつ製作時のし損じ低減にもつながる。

各平面導体３０は、図１、図２に示した実施形態の場合と同様に、コンデンサ４２を設ける代わりに各溝４０内に誘電体を充填することによって各溝４０内にコンデンサを形成したものでも良い。後述する他の実施形態においても同様である。

隣り合う平面導体３０間を接続する接続コンデンサ７６は、１個でも良いし、平面導体の幅方向（短手方向。図５の紙面の表裏方向）に複数個並列に設けても良い。複数個並列に設けると、高周波電流を複数個の接続コンデンサ７６に分散させて流すことができるので、各平面導体３０の面内に高周波電流をより均一に流すことができる。その結果、プラズマ６０の均一性を良くすることができる。

図６に示す実施形態のように、上述した溝４０およびコンデンサ４２を有する複数（図示例では二つ）の平面導体３０を互いに並列に配置し（即ち、複数の平面導体３０における高周波電流の流れ方向Ｆ（図２参照）が互いに並列になる向きに配置し）、当該複数の平面導体３０に高周波電源７０から整合回路６８を介して高周波電力を並列に供給するようにしても良い。

このようにすると、図５に示した実施形態の場合と同様の効果が得られる。即ち、実質的により大型の平面導体を、それよりも小型の平面導体３０の組み合わせで実現することができる。その結果、より大型の基板処理に対応することができると共に、各平面導体３０の小型・軽量化により製作、組立て、メインテナンス等の作業性が向上し、輸送も容易になり、かつ製作時のし損じ低減にもつながる。

上記の場合、１以上の平面導体３０の一端側に、好ましくは全ての平面導体３０の一端側に、可変インピーダンス７８を直列接続しておき、この可変インピーダンス７８を介して複数の平面導体３０に高周波電源７０から高周波電流を並列に供給するのが好ましい。図６はこの場合の例を示す。

上記のように可変インピーダンス７８を直列に介在させておくと、当該可変インピーダンス７８によって複数の平面導体３０に流れる高周波電流のバランスを良くすることができるので、生成するプラズマ６０の均一性を良くすることができる。

上記可変インピーダンス７８は、図６に図示したような可変インダクタンスでも良いし、可変コンデンサ（可変キャパシタンス）でも良いし、両者を混在させても良い。可変インダクタンスを挿入することによって、給電回路のインピーダンスを増大させることができるので、高周波電流が流れ過ぎる平面導体３０の電流を抑えることができる。可変コンデンサを挿入することによって、誘導性リアクタンスが大きい場合に容量性リアクタンスを増大させて、給電回路のインピーダンスを低下させることができるので（前述した数２、数３およびその説明参照）、高周波電流が流れにくい平面導体３０の電流を増加させることができる。

図７に示す実施形態のように、平面導体３０は、そのホルダ側の面３２に、高周波電流の流れ方向Ｆに沿って並べられた複数の凹部４８から成る凹部列５０を１列以上（図示例では２列）有していて、当該凹部列５０によってホルダ側の面３２は複数列（図示例では３列）の導体面５２に分割されている構造のものでも良い。複数の凹部４８は、互いに分離された非連続なものである。

そしてこの複数列の導体面５２に、高周波電源７０から整合回路６８を介して高周波電力を並列に供給するようにしている。

更にこの平面導体３０は、上記各列の導体面５２のそれぞれに、高周波電流の流れ方向Ｆと交差する方向に伸びている溝４０を、高周波電流の流れ方向Ｆに１以上（図示例では二つ）有していて、当該溝４０によって各列の導体面５２は複数の（図示例では三つの）領域３４にそれぞれ分割されている。

更に、上記各溝４０内にコンデンサ４２をそれぞれ設けて、各列の導体面５２における各領域３４と各コンデンサ４２とを交互に電気的に直列接続している。

各溝４０の深さ、コンデンサ４２、それ用の接続導体４４、絶縁物４６等は、図１、図２に示した実施例について説明したものと同様であるので、ここでは重複説明を省略する。

各凹部４８の深さは、導体３０中を流れる高周波電流の前述した表皮厚さδよりも大きくしている。その理由は、溝４０の深さＤについて前述したのと同様である。即ち、このような深さの複数の凹部４８が非連続に並んでいると、高周波電流に対する各凹部列５０のインピーダンスは非常に大きくなるので、平面導体３０のホルダ側の面３２における高周波電流の流れを、複数列に、即ち複数列の導体面５２に分割することができる。その結果、平面導体３０のホルダ側の面３２における高周波電流の流路が明確になり、高周波電流の流れを調整しやすくなるので、平面導体３０を大型にしても、そのホルダ側の面３２に流れる高周波電流の均一性を良くすることができ、それによってプラズマ６０（図１参照）の均一性を良くすることができる。ひいては基板処理の均一性を高めることができる。

しかも、平面導体３０を複数列に構造的（機械的）に分割する場合に比べて、凹部列５０によって分割する方が、各列の導体面５２間の隙間を小さくすることができるので、高周波電流の不連続領域を小さくして、プラズマ６０の均一性を良くすることができる。ひいては基板処理の均一性を高めることができる。

更に、各列の導体面５２に溝４０およびコンデンサ４２を設けていて、平面導体３０のホルダ側の面３２のインピーダンスを低下させることができるので、図１、図２に示した実施形態について前述した効果と同様の効果を奏する。

ちなみに、上記のような凹部列５０の代わりに、複数の凹部４８をつないだようなスリット状の溝を高周波電流の流れ方向Ｆに沿って設けても、高周波電流の流れを複数列に分割することはできない。このようなスリット状の溝の場合は、その底面が高周波電流の流れ方向Ｆに沿って連続していて、当該底面に沿って高周波電流が流れるからである。

溝４０の場合と同様に、各凹部４８内の空間は、例えば樹脂、セラミックス等の絶縁物で埋めておくのが好ましい。そのようにすると、溝４０の場合と同様に、各凹部４８内で不要なプラズマが発生するのを防止することができる。それによって、必要なプラズマ６０の不均一性増加、高周波電力の利用効率低下等の不都合発生を防止することができる。

この図７に示す実施形態の場合も、（ａ）平面導体３０の各列の導体面５２における各領域３４のインダクタンスおよび各コンデンサ４２の静電容量は、プラズマ６０の生成時に、上記高周波電流の周波数において直列共振条件を満たすものにするのが好ましいこと、（ｂ）平面導体３０の各溝４０内にコンデンサ４２を設ける代わりに、各溝４０内に誘電体を充填することによって各溝４０内にコンデンサをそれぞれ形成しても良いこと、（ｃ）平面導体３０の各列の導体面５２の一端側にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンス７８を介して、複数列の導体面５２に高周波電源７０から高周波電力を並列に供給するようにしても良いこと、（ｄ）平面導体３０のホルダ側の面３２をプラズマ６０から遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板７２（図１、図２参照）を備えていても良いこと、等は、またそのようにした場合の作用効果は、図１、図２に示した実施形態のものと同様であるので、その説明を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。

図７に示したような平面導体３０を複数個互いに直列に配置し、その各列の導体面５２同士を図５に示したような接続コンデンサ７６を介して互いに電気的に直列接続しても良い。そのようにすれば、より大面積のプラズマ６０を発生させてより大型の基板に対応することが容易になる。各列の導体面５２同士を接続する接続コンデンサ７６は、図５の実施形態の場合と同様に、１個でも良いし、複数個並列に設けても良い。

図７に示す平面導体３０の場合のガス供給パイプ２６は、例えば図８に示すように、平面導体３０の長手方向に沿うガス供給パイプ２６を、平面導体３０を短手方向に挟んだ両側に１本ずつ、および、各凹部列５０に対応する位置に１本ずつ設ければ良い。このようにすれば、平面導体３０のホルダ側の面３２付近にガス２４を均一性良く供給することができると共に、ガス供給パイプ２６がプラズマ生成の邪魔になりにくくなる。

２ 基板
４ 真空容器
１０ ホルダ
２４ ガス
３０ 平面導体
３２ ホルダ側の面
３４ 領域
４０ 溝
４２ コンデンサ
４６ 絶縁物
４８ 凹部
５０ 凹部列
５２ 導体面
６０ プラズマ
７０ 高周波電源
７２ 遮蔽板
７６ 接続コンデンサ
７８ 可変インピーダンス

Claims (13)

1. 導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
   真空排気されかつガスが導入される真空容器と、
   前記真空容器内に設けられていて基板を保持するホルダと、
   ホルダ側の面が前記真空容器内に位置しかつ前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられた平面導体と、
   前記平面導体に高周波電力を供給して前記平面導体に高周波電流を流す高周波電源とを備えており、
   前記平面導体は、その前記ホルダ側の面に、前記高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい溝を、前記高周波電流の流れ方向に１以上有していて、当該溝によって前記ホルダ側の面は複数領域に分割されており、
   かつ前記平面導体の前記各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて、前記平面導体の前記各領域と当該各コンデンサとを互いに電気的に直列接続している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記平面導体の前記各溝内の空間を絶縁物で埋めている請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記平面導体の前記各溝内に前記コンデンサを設ける代わりに、当該各溝内に誘電体を充填することによって、当該各溝内にコンデンサをそれぞれ形成している請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記平面導体の前記各領域のインダクタンスおよび前記各コンデンサの静電容量は、前記プラズマの生成時に、前記高周波電流の周波数において、直列共振条件を満たすものである請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記溝およびコンデンサを有する前記平面導体を複数備えていてこれらは互いに直列に配置されており、
   当該各平面導体を接続コンデンサを介して電気的に直列接続して、当該複数の平面導体に前記高周波電源から高周波電力を直列に供給するように構成している請求項１、２、３または４記載のプラズマ処理装置。
6. 前記溝およびコンデンサを有する前記平面導体を複数備えていてこれらは互いに並列に配置されており、
   当該各平面導体にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、当該複数の平面導体に前記高周波電源から高周波電力を並列に供給するように構成している請求項１、２、３または４記載のプラズマ処理装置。
7. 前記平面導体の前記ホルダ側の面を前記プラズマから遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板を備えている請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 導体に高周波電流を流すことによって発生する誘導電界によってプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
   真空排気されかつガスが導入される真空容器と、
   前記真空容器内に設けられていて基板を保持するホルダと、
   ホルダ側の面が前記真空容器内に位置しかつ前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられた平面導体と、
   前記平面導体に高周波電力を供給して前記平面導体に高周波電流を流す高周波電源とを備えており、
   前記平面導体は、その前記ホルダ側の面に、前記高周波電流の流れ方向に沿って並べられた複数の凹部であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい凹部から成る凹部列を１列以上有していて、当該凹部列によって前記ホルダ側の面は複数列の導体面に分割されており、
   前記高周波電源は、前記平面導体の前記複数列の導体面に高周波電力を並列に供給するものであり、
   更に前記平面導体は、前記各列の導体面のそれぞれに、前記高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝であってその深さが、前記平面導体中を流れる前記高周波電流の表皮厚さよりも大きい溝を、前記高周波電流の流れ方向に１以上有していて、当該溝によって前記各列の導体面は複数領域にそれぞれ分割されており、
   かつ前記平面導体の前記各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて、前記各列の導体面における前記各領域と前記各溝内の前記コンデンサとを互いに電気的に直列接続している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 前記平面導体の前記各凹部内の空間および前記各溝内の空間を絶縁物で埋めている請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. 前記平面導体の前記各溝内に前記コンデンサを設ける代わりに、当該各溝内に誘電体を充填することによって、当該各溝内にコンデンサをそれぞれ形成している請求項８記載のプラズマ処理装置。
11. 前記平面導体の前記各列の導体面における前記各領域のインダクタンスおよび前記各コンデンサの静電容量は、前記プラズマの生成時に、前記高周波電流の周波数において、直列共振条件を満たすものである請求項８、９または１０記載のプラズマ処理装置。
12. 前記平面導体の前記各列の導体面にそれぞれ直列に接続された可変インピーダンスを介して、前記複数列の導体面に前記高周波電源から高周波電力を並列に供給するように構成している請求項８、９、１０または１１記載のプラズマ処理装置。
13. 前記平面導体の前記ホルダ側の面を前記プラズマから遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板を備えている請求項８から１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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