JP6010305B2

JP6010305B2 - 誘導結合プラズマ用アンテナユニット、誘導結合プラズマ処理装置および誘導結合プラズマ処理方法

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Publication number: JP6010305B2
Application number: JP2012024312A
Authority: JP
Inventors: 利洋東条; 佐藤　亮; 亮佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2016-10-19
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Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の被処理基板に誘導結合プラズマ処理を施す際に用いられる誘導結合プラズマ用アンテナユニットおよびそれを用いた誘導結合プラズマ処理装置および誘導結合プラズマ処理方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造工程においては、ガラス製の基板にプラズマエッチングや成膜処理等のプラズマ処理を行う工程が存在し、このようなプラズマ処理を行うためにプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理容器の天壁を構成する誘電体窓の上側に高周波アンテナを配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものである。高周波アンテナとしては、渦巻き状をなす環状アンテナが多用されている。

平面環状アンテナを用いた誘導結合プラズマ処理装置では、処理容器内の平面アンテナ直下の空間に生成された誘導電界によりプラズマが生成されるが、その際に、アンテナ直下の各位置での電界強度に応じて高プラズマ密度領域と低プラズマ密度領域の分布を持つことから、平面環状アンテナのパターン形状がプラズマ密度分布を決める重要なファクターとなっており、平面環状アンテナの疎密を調整することにより、誘導電界を均一化し、均一なプラズマを生成している。

そのため、径方向に間隔をおいて内側部分と外側部分の２つの渦巻き状をなす環状アンテナを有するアンテナユニットを設け、これらのインピーダンスを調整してこれら２つの環状アンテナ部の電流値を独立して制御し、それぞれの環状アンテナ部により発生するプラズマが拡散により形成する密度分布の重ね合わさり方を制御することにより、誘導結合プラズマの全体としての密度分布を制御する技術が提案されている（特許文献１）。また、大型基板に対して均一なプラズマ分布を得るために、３つ以上の渦巻き状をなす環状アンテナを同心状に配置した技術も提案されている（特許文献２）。

さらに、近時、大型基板に対してよりきめ細かなプラズマ制御を行うために、プラズマ制御エリアをより細分化させ、このエリアに対応してより多くの平面状の渦巻きアンテナを配置し、これらの電流を制御することが試みられている。

特開２００７−３１１１８２号公報特開２００９−２７７８５９号公報

しかしながら、渦巻き状アンテナを平面状に多数配置した場合、隣接するアンテナ間で誘導電界の向きが逆向きになることがあり、これらの間の部分では電界が打ち消し合うため、プラズマがほとんど生成されない領域となってしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、複数のアンテナを平面状に隣接して設けた場合に、良好なプラズマ制御性を確保することができるアンテナユニットおよびそれを用いた誘導結合プラズマ処理装置および誘導結合プラズマ処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、プラズマ処理装置の処理室内において基板をプラズマ処理する誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有する誘導結合プラズマ用アンテナユニットであって、前記アンテナは、前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ用アンテナユニットを提供する。

上記第１の観点において、前記複数のアンテナセグメントのそれぞれに、個別的に電流が流され、前記平面領域全体として環状の電流が流れるように高周波電力が供給されるようにすることができる。

前記多分割環状アンテナの他に、１または２以上の他の環状アンテナを同心状に配置してもよく、その場合に、前記他の環状アンテナは、単一の渦巻き状アンテナとすることができる。

さらに、上記第１の観点において、前記複数のアンテナセグメントのそれぞれに流れる電流を制御する手段をさらに有するものとすることができる。

本発明の第２の観点では、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、処理容器と、前記処理容器内において基板に処理を施す処理室を区画し、前記処理室の天壁となる誘電体壁と、前記処理室内で基板が載置される載置台と、前記誘電体壁の上方に設けられ、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段とを具備し、前記アンテナは、前記誘電体壁の上面に面しかつ前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

本発明の第３の観点では、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、処理容器と、前記処理容器内において基板に処理を施す処理室を区画し、前記処理室の天壁となり、前記処理容器とは絶縁された金属壁と、前記処理室内で基板が載置される載置台と、前記金属壁の上方に設けられ、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段とを具備し、前記アンテナは、前記金属壁の上面に面しかつ前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。

上記第３の観点において、前記金属壁としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものを用いることができる。また、前記金属壁は、複数の分割壁が互いに絶縁された状態で格子状に配置されて構成することができる。

本発明の第４の観点では、基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で基板が載置される載置台と、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段とを具備し、前記アンテナは、前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素である誘導結合プラズマ処理装置を用いて、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理方法であって、前記複数のアンテナセグメントは、それらの前記平面部が前記平面領域を環状に形成するように配置され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域全体として環状の電流が流れるように、それぞれ個別的に電流が流されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法を提供する。

本発明によれば、アンテナは、基板に対向して形成された、誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置し、アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成されるようにしたので、平面領域において隣接するアンテナセグメント間で誘導電界（高周波電流）の向きが逆向きになることがなく配置することができ、誘導電界が打ち消し合う領域は存在しない。このため、効率が良いとともに、良好なプラズマ制御性を確保することができ、プラズマの均一性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図である。図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる誘導結合プラズマ用アンテナユニットの高周波アンテナの一例を示す平面図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの外側アンテナにおける第１のアンテナセグメントを示す斜視図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの外側アンテナにおける第２のアンテナセグメントを示す斜視図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの中間アンテナを示す平面図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの内側アンテナを示す平面図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの中間アンテナおよび内側アンテナの他の例を示す平面図である。誘導結合プラズマ用アンテナユニットの給電部を示す模式図である。アンテナセグメントとして従来の渦巻き状アンテナを用いた場合の誘導電界（高周波電流）の向きを説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置のアンテナユニットを用いた場合の誘導電界の向きを示す模式図である。好ましいアンテナセグメントの構成を説明するための図である。本発明の第２の実施形態のアンテナユニットに用いる高周波アンテナを構成するアンテナを示す平面図である。図１２のアンテナのアンテナセグメントを示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図である。図１４の金属壁の構造を説明するための平面図である。本発明の第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置におけるプラズマ生成原理を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図、図２はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられるアンテナユニットを示す平面図である。この装置は、例えばＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

このプラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより電気的に接地されている。本体容器１は、誘電体壁（誘電体窓）２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。したがって、誘電体壁２は処理室４の天壁として機能する。誘電体壁２は、Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス、石英等で構成されている。

誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は例えば十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する梁としての機能を有する。誘電体壁２は十字状のシャワー筐体１１に対応して四分割されていてもよい。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。

このシャワー筐体１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面または外面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１は電気的に接地されている。

このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、その下面のガス吐出孔１２ａから処理室４内へ吐出される。

本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。

アンテナ室３内には、高周波（ＲＦ）アンテナ１３を含むアンテナユニット５０が設けられている。高周波アンテナ１３には、給電部５１、給電線１９、整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。また、高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により誘電体壁２から離間している。そして、高周波アンテナ１３に、高周波電源１５から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることにより、処理室４内に誘導電界が生成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。なお、アンテナユニット５０および給電部５１については後述する。

処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、矩形状のＦＰＤ用ガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇを載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持され、基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３を収納する絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これにより、載置台２３の上下動によっても処理容器４内の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。

載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が６ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。

さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。

処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。

このプラズマ処理装置の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータによるプラズマ処理装置を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

次に、上記アンテナユニット５０について詳細に説明する。
アンテナユニット５０は、上述したように高周波アンテナ１３を有しており、さらに、整合器１４を経た高周波電力を高周波アンテナ１３に給電する給電部５１を有する。

図２に示すように、高周波アンテナ１３は、外側アンテナ１３１、中間アンテナ１３２、および内側アンテナ１３３を有し、これらは、プラズマ生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域、具体的には平面状の額縁状領域１４１，１４２，１４３を有している。これら額縁状領域１４１，１４２，１４３は、誘電体壁２に面して基板Ｇに対向するように形成されている。また、額縁状領域１４１，１４２，１４３は同心状をなすように配置されており、全体として矩形基板Ｇに対応する矩形状平面を構成している。

外側アンテナ１３１は、額縁状領域１４１の角部を構成する４つの第１のアンテナセグメント６１と、辺中央部を構成する４つの第２のアンテナセグメント７１との合計８個のアンテナセグメントで構成されており、全体として環状アンテナとなる多分割環状アンテナとして構成されている。

第１のアンテナセグメント６１は、図３に示すように、導電性材料、例えば銅などからなるアンテナ線６２を基板Ｇ（誘電体壁２）の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が基板Ｇの表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成されており、誘電体壁２に面した平面部６３がプラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域１４１の一部（角部）を構成している。平面部６３においてはアンテナ線６２が３本平行にかつ角部を形成するように配置されている。

また、第２のアンテナセグメント７１は、図４に示すように、導電性材料、例えば銅などからなるアンテナ線７２を基板Ｇ（誘電体壁２）の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が基板Ｇの表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成されており、誘電体壁２に面した平面部７３がプラズマに寄与する誘導電界を生成する額縁状領域１４１の一部（辺中央部）を構成している。平面部７３においてはアンテナ線７２が３本平行に配置されている。

中間アンテナ１３２および内側アンテナ１３３は、いずれも渦巻き状の平面アンテナとして構成され（図２では便宜上、同心状に描いている）、それぞれのアンテナが誘電体壁２に面して形成する平面全体が額縁状領域１４２および１４３を構成している。

中間アンテナ１３２は、例えば図５に示すように、導電性材料、例えば銅などからなる４本のアンテナ線８１，８２，８３，８４を巻回して全体が渦巻状となるようにした多重（四重）アンテナを構成している。具体的には、アンテナ線８１，８２，８３，８４は９０°ずつ位置をずらして巻回され、プラズマが弱くなる傾向にある角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くなるようにしている。図示の例では角部の巻数が２、辺の中央部の巻数が１となっている。このアンテナ線の配置領域が上記額縁状領域１４２を構成している、

内側アンテナ１３３は、例えば図６に示すように、導電性材料、例えば銅などからなる４本のアンテナ線９１，９２，９３，９４を巻回して全体が渦巻状となるようにした多重（四重）アンテナを構成している。具体的には、アンテナ線９１，９２，９３，９４は９０°ずつ位置をずらして巻回され、プラズマが弱くなる傾向にある角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くなるようにしている。図示の例では角部の巻数が３、辺の中央部の巻数が２となっている。このアンテナ線の配置領域が上記額縁状領域１４３を構成している。

なお、中間アンテナ１３２、内側アンテナ１３３を多重アンテナで構成する場合には、アンテナ線の数は４本に限るものではなく、任意の数の多重アンテナであってよく、また、ずらす角度も９０°に限るものではない。

また、中間アンテナ１３２、内側アンテナ１３３は、図７に示すように、１本のアンテナ線１５１を渦巻き状に巻回したものであってもよい。

さらにまた、このような３つの環状アンテナを有するものに限らず、２つの環状アンテナおよび４つ以上の環状アンテナであってもよい。すなわち、アンテナセグメントを環状に配置した構造の環状アンテナの他に、１または２以上の単一の環状アンテナを設けた構造とすることができる。

さらに、外側アンテナ１３１と同様の、アンテナセグメントを環状に配置した構造の多分割環状アンテナのみを１または２以上設けて高周波アンテナ１３を構成してもよい。

給電部５１は、図８に示すように、給電線１９から分岐し、外側アンテナ１３１の８つのアンテナセグメント、中間アンテナ１３２、および内側アンテナ１３３に接続された１０個の分岐ライン５２を有している。これら分岐ライン５２には、一つを除いて、インピーダンス調整手段としての可変コンデンサ５３が設けられている。図示の例では、内側アンテナ１３３への分岐ライン５２のみ可変コンデンサ５３が設けられていない。したがって、可変コンデンサ５３は合計９個設けられている。分岐ライン５２は、外側アンテナ１３１の８つのアンテナセグメント、および中間アンテナ１３２、内側アンテナ１３３の端部に設けられた給電端子（図示せず）に接続されている。

外側アンテナ１３１の８つのアンテナセグメントおよび中間アンテナ１３２については、これらと、これらに接続された可変コンデンサ５３とにより、それぞれアンテナ回路を構成しており、内側アンテナ１３３は単独でアンテナ回路を構成している。そして、９個の可変コンデンサ５３の容量を調節することにより、外側アンテナ１３１の８つのアンテナセグメントおよび中間アンテナ１３２を含むそれぞれのアンテナ回路のインピーダンスが制御され、その結果、外側アンテナ１３１の８つのアンテナセグメント、中間アンテナ１３２および内側アンテナ１３３を含むそれぞれのアンテナ回路に流れる電流を制御することができる。このようにこれらアンテナ回路に流れる電流を制御することにより、これらに対応するプラズマ制御エリアの誘導電界を制御してプラズマ密度分布をきめ細かく制御することができるようになっている。なお全てのアンテナ回路にコンデンサ５３を設けてもよい。

なお、外側アンテナ１３１に流す電流は、各アンテナセグメント毎に制御してもよいし、複数のアンテナセグメントをグループに分け、グループ毎に制御してもよい。

以上の電流制御は、以下の第２の実施形態および第３の実施形態でも同様に行うことができる。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマ処理装置を用いて基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で搬入出口２７ａから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から供給される処理ガスをシャワー筐体１１のガス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。

また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。

次いで、高周波電源１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対してプラズマ処理として、例えばプラズマエッチング処理が行われる。

この場合に、高周波アンテナ１３は、上述のように、環状アンテナである外側アンテナ１３１、中間アンテナ１３２、内側アンテナ１３３を同心状に設けるとともに、外側アンテナ１３１は、プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する縁状領域１４１の、角部を構成する４つの第１のアンテナセグメント６１と、辺中央部を構成する４つの第２のアンテナセグメント７１との合計８個のアンテナセグメントで構成されているので、これらに対応するプラズマ制御エリアの誘導電界を制御することにより、プラズマ密度分布をきめ細かく制御することができる。

ところで、外側アンテナ１３１を構成する第１のアンテナセグメント６１および第２のアンテナセグメント７１を従来アンテナとして用いてきた、アンテナ線を平面状に巻回してなる渦巻き状アンテナで構成すると、図９に示すように、隣接する渦巻き状アンテナ１７１で誘導電界（高周波電流）が逆向きになることがあり、そのような場合には、誘導電界が互いに打ち消し合ってしまい、隣接する渦巻き状アンテナ１７１の間の領域Ａにおいて誘導電界が非常に弱くなり、プラズマがほとんど生成されない領域となってしまう。

これに対して、本実施形態では、第１のアンテナセグメント６１および第２のアンテナセグメント７１は、アンテナ線を基板Ｇ（誘電体壁２）の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が基板Ｇの表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成されているので、図１０に示すように、誘電体壁２に面したプラズマに寄与する誘導電界を生成する部分である平面部６３および７３の誘導電界（高周波電流）の向きが環状領域１４１に沿った一方向となり、誘導電界が打ち消し合う領域は存在しないため、渦巻き状アンテナを平面的に並べた場合に比べて効率が良いとともに、プラズマの均一性を高めることができる。また、中間アンテナ１３２および内側アンテナ１３３の誘導電界の向きも外側アンテナ１３１と同じであり、内側の領域においても誘導電界が打ち消し合う領域は存在しない。

なお、第１のアンテナセグメント６１および第２のアンテナセグメント７１においては、図１１に模式的に示すように、アンテナ線６２および７２の平面部６３および７３の反対側の中空を這い回されている部分の誘導電界がプラズマの生成に寄与しないように、その部分のプラズマからの距離Ｂが平面部６３および７３におけるアンテナ線６２および７２のプラズマまでの距離Ａの２倍以上であることが好ましい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１２は本発明の第２の実施形態のアンテナユニットに用いる高周波アンテナを構成するアンテナを示す平面図である。
上記第１の実施形態では、外側アンテナ１３１として、複数の縦巻螺旋状のアンテナセグメントを、その下面の平面部がプラズマ生成に寄与する誘導電界を生成する額縁状領域１４１を形成するように環状に配置した、多分割渦巻き状の環状アンテナとし、さらに環状アンテナである中間アンテナ１３２および内側アンテナ１３３を同心状に配置した高周波アンテナ１３を有するアンテナユニット５０を用いた例を示したが、本実施形態では、図１２に示すように、平行アンテナ１８１のみで高周波アンテナを構成している。すなわち、平行アンテナ１８１は、プラズマ生成に寄与する誘導電界を生成し、かつ誘電体壁２に面して基板Ｇに対向するように形成された矩形状平面領域１８２を有し、これら矩形状領域１８２を格子状のプラズマ制御領域に分け、これら領域のそれぞれに矩形状領域１８２の一部を構成するアンテナセグメント１８３を配置し、矩形状領域１８２においてアンテナ線が全て平行になるように、多分割平行アンテナとして構成されている。

アンテナセグメント１８３は、図１３に示すように、導電性材料、例えば銅などからなるアンテナ線１８４を基板Ｇ（誘電体壁２）に交差する方向、例えば直交する方向、すなわち垂直方向に渦巻き状に巻回して構成されており、誘電体壁２に面した平面部１８５がプラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する矩形状領域１８２の一部をなしている。平面部１８５においてはアンテナ線１８４が４本平行に配置されている。

図１２では、アンテナセグメント１８３を縦横４つずつの１６分割タイプの例を示しているが、縦横２つずつの４分割タイプ、縦横３つずつの９分割タイプ、縦横５つずつの２５分割タイプ、またはそれ以上に分割したものであってもよい。このように格子の目を細かくしてプラズマ制御領域を増やしていくことにより、よりきめ細かいプラズマ制御を実現することができる。

このようにアンテナセグメント１８３の平面部１８５を格子状に配置して、図１２に示すように、アンテナセグメント１８３の誘導電界（高周波電流）の向きが全て同じとすることにより、従来の渦巻き状アンテナを並べた場合のような誘導電界が打ち消し合う領域は存在しない。このため、渦巻き状アンテナを並べた場合に比べて効率が良いとともに、プラズマの均一性を高めることができる。

なお、平行アンテナ１８１としては、アンテナセグメント１８３を格子状に配置したものに限らず、単純に直線状に配置したものであってもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１４は本発明の第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図である。
本実施形態では、第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の誘電体壁（誘電体窓）２の代わりに、非磁性の金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された金属壁（金属窓）２０２が設けられている。他の構成は、基本的に第１の実施形態と同様に構成されている。そのため、図１４では図１と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、金属壁２０２は格子状に分割されている。具体的には、図１５に示すように分割壁２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄに四分割されている。これら四つの分割壁２０２ａ〜２０２ｄは、支持棚５および支持梁として機能するシャワー筐体１１の上に絶縁部材２０３を介して載置される。このように、四つの分割壁２０２ａ〜２０２ｄは、絶縁部材２０３を介して支持棚５およびシャワー筐体１１の上に載置されることで、支持棚５、シャワー筐体１１、および本体容器１から絶縁され、かつ、分割壁２０２ａ〜２０２ｄどうしも互いに絶縁される。

第１の実施形態で用いた誘電体壁２は脆性材料、例えば石英で構成されているが、本実施形態で用いた金属壁は延性材料であるため、製作の際にそれ自体の大型化が容易であり、大型基板に対する対応が容易である。

金属壁２０２を用いた場合のプラズマ生成原理は、誘電体壁２を用いた場合とは異なっている。すなわち、図１６に示すように、高周波アンテナ１３に環状に流れる高周波電流Ｉ_ＲＦより、金属壁２０２の上面（高周波アンテナ側表面）に誘導電流が発生する。誘導電流は表皮効果により金属壁２０２の表面部分にしか流れないが、金属壁２０２は、四つの分割壁２０２ａ〜２０２ｄに分割され、これらは支持棚５、支持梁であるシャワー筐体１１、および本体容器１から絶縁されているため、金属壁２０２の上面、すなわち分割壁２０２ａ〜２０２ｄに流れた誘導電流は、それぞれ分割壁２０２ａ〜２０２ｄの側面に流れ、次いで、側面に流れた誘導電流は、分割壁２０２ａ〜２０２ｄの下面（処理室側表面）に流れ、さらに、分割壁２０２ａ〜２０２ｄの側面を介して、再度金属壁２０２の上面に戻り、渦電流Ｉ_ＥＤを生成する。このようにして、金属壁２０２には、分割壁２０２ａ〜２０２ｄの上面（高周波アンテナ側表面）から下面（処理室側表面）にループする渦電流Ｉ_ＥＤが生成される。このループする渦電流Ｉ_ＥＤのうち、金属壁２０２の下面を流れた電流が処理室４内に誘導電界を生成し、この誘導電界により処理ガスのプラズマが生成される。

高周波アンテナとしては、図２に示すような、環状アンテナである外側アンテナ１３１、中間アンテナ１３２、内側アンテナ１３３を同心状に設けたものであっても、外側アンテナ１３１と同様の、アンテナセグメントを環状に配置した構造の環状アンテナのみで構成されたものであっても、図１２に示すような直線状のアンテナセグメント１８３を同一方向になるように配置した直線状アンテナ１８１のみを有するものであってもよい。

高周波アンテナが環状アンテナで構成されている場合、金属壁２０２として一枚板を用いると、高周波アンテナによって金属壁２０２の上面に生成される渦電流Ｉ_ＥＤは、金属壁２０２の上面をループするのみとなる。したがって、渦電流Ｉ_ＥＤは金属壁２０２の下面には流れずプラズマは生成されない。このため、上述のように、金属壁２０２を複数の分割壁に分割するとともに互いに絶縁して、渦電流Ｉ_ＥＤが金属壁２０２の下面に流れるようにする。

一方、高周波アンテナが図１２のような直線状アンテナ１８１で構成されている場合には、金属壁２０２が一枚板であっても、その上面に生成された渦電流Ｉ_ＥＤは、上面から側面を通って下面に至り、さらに側面を通って表面に戻るループ電流を生成するので、金属壁２０２の下面に誘導電界が生成され、プラズマを生成することができる。すなわち、複数に分割された金属壁であるか一枚板から成る金属壁であるかを問わず、一枚の金属板に対応するアンテナ電流が上面においてループ状に閉じず、横断するように流れればよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、縦巻螺旋状にした複数のアンテナセグメントを環状に配置した例、および直線状（マトリックス状）に配置した例を示したが、これに限らず、生成しようとするプラズマに応じて任意に配置することができる。また、上述したように、縦巻螺旋状にした複数のアンテナセグメントを配置してなるアンテナのみで高周波アンテナを構成してもよいし、縦巻螺旋状にした複数のアンテナセグメントを配置してなるアンテナと、他のアンテナを組み合わせて高周波アンテナを構成してもよい。

さらに、上記実施形態では、各アンテナセグメントまたはアンテナの電流制御のためのインピーダンス調整手段として可変コンデンサを用いたが、可変コイル等の他のインピーダンス調整手段であってもよい。また、各アンテナセグメントまたはアンテナの電流制御のために、パワースプリッターを用いて電流を分配してもよい。さらに、各アンテナセグメントまたはアンテナの電流制御のために、アンテナセグメントまたはアンテナ毎に高周波電源を設けてもよい。

さらにまた、上記実施形態では処理室の天井部を誘電体壁または金属壁で構成し、アンテナが処理室の外である天井部の誘電体壁または金属壁の上面に沿って配置された構成について説明したが、アンテナとプラズマ生成領域との間を誘電体壁または金属壁で隔絶することが可能であればアンテナが処理室内に配置される構造であってもよい。

さらにまた、上記実施形態では本発明をエッチング処理に適用した場合について示したが、ＣＶＤ成膜等の他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらにまた、基板としてＦＰＤ用の矩形基板を用いた例を示したが、太陽電池等の他の矩形基板を処理する場合にも適用可能であるし、矩形に限らず例えば半導体ウエハ等の円形の基板にも適用可能である。

１；本体容器
２；誘電体壁（誘電体部材）
３；アンテナ室
４；処理室
１３；高周波アンテナ
１４；整合器
１５；高周波電源
１９；給電線
２０；処理ガス供給系
２３；載置台
３０；排気装置
５０；アンテナユニット
５１；給電部
５２；分岐ライン
５３；可変コンデンサ
６１；第１のアンテナセグメント
６２，７２，８１，８２，８３，８４，９１，９２，９３，９４，１５１，１８４；アンテナ線
６３，７３，１８５；平面部
７１；第２のアンテナセグメント
１００；制御部
１０１；ユーザーインターフェース
１０２；記憶部
１３１；外側アンテナ
１３２；中間アンテナ
１３３；内側アンテナ
１８１；直線状アンテナ
１８２；矩形状領域
１８３；アンテナセグメント
２０２；金属壁
２０２ａ〜２０２ｄ；分割壁
２０３；絶縁部材
Ｇ；基板

Claims

プラズマ処理装置の処理室内において基板をプラズマ処理する誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有する誘導結合プラズマ用アンテナユニットであって、
前記アンテナは、前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、
前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、
前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
前記複数のアンテナセグメントのそれぞれに、個別的に電流が流され、前記平面領域全体として環状の電流が流れるように高周波電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
前記多分割環状アンテナの他に、１または２以上の他の環状アンテナを同心状に配置してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
前記他の環状アンテナは、単一の渦巻き状アンテナであることを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
前記複数のアンテナセグメントのそれぞれに流れる電流を制御する手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内において基板に処理を施す処理室を区画し、前記処理室の天壁となる誘電体壁と、
前記処理室内で基板が載置される載置台と、前記誘電体壁の上方に設けられ、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、
前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と
を具備し、
前記アンテナは、
前記誘電体壁の上面に面しかつ前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、
前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、
前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器内において基板に処理を施す処理室を区画し、前記処理室の天壁となり、前記処理容器とは絶縁された金属壁と、
前記処理室内で基板が載置される載置台と、
前記金属壁の上方に設けられ、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、
前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と
を具備し、
前記アンテナは、
前記金属壁の上面に面しかつ前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、
前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、
前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素であることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
前記金属壁はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項７に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
前記金属壁は、複数の分割壁が互いに絶縁された状態で格子状に配置されて構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
前記処理室内で基板が載置される載置台と、
前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するためのアンテナを有するアンテナユニットと、
前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と
を具備し、
前記アンテナは、前記基板に対向して形成された、前記誘導結合プラズマの生成に寄与する誘導電界を生成する平面領域を有し、かつ、前記平面領域の一部を形成する平面部を有する複数のアンテナセグメントを、前記平面領域が構成されるように配置してなり、前記アンテナセグメントは、アンテナ線を前記基板の表面に直交する方向である縦方向が巻回方向となる縦巻きで、かつ巻回軸が前記基板の表面と平行になるような螺旋状に巻回して構成され、
前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域が全体として環状アンテナとして構成されるように配置されることにより、多分割環状アンテナを構成し、
前記基板は矩形状をなし、前記多分割環状アンテナは、前記矩形状の基板に対応した額縁状をなし、前記複数のアンテナセグメントの一部は複数の角要素であり、前記複数のアンテナセグメントの他の一部は複数の辺要素である誘導結合プラズマ処理装置を用いて、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理方法であって、
前記複数のアンテナセグメントは、それらの前記平面部が前記平面領域を環状に形成するように配置され、前記複数のアンテナセグメントは、前記平面領域全体として環状の電流が流れるように、それぞれ個別的に電流が流されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理方法。