JP6341329B1 - プラズマ発生用のアンテナ及びそれを備えるプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くす。【解決手段】誘導結合型のプラズマＰを発生させるためのアンテナ３であって、少なくとも２つの導体要素３１と、互いに隣り合う導体要素３１の間に設けられて、それら導体要素３１を絶縁する絶縁要素３２と、互いに隣り合う導体要素３１と電気的に直列接続された容量素子３３とを備え、容量素子３３は、互いに隣り合う導体要素２１の一方と電気的に接続された第１の電極３３Ａと、互いに隣り合う導体要素３１の他方と電気的に接続された第２の電極３３Ｂと、第１の電極３３Ａ及び第２の電極３３Ｂの間の空間を満たす液体の誘電体とから構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、高周波電流が流されて誘導結合型のプラズマを発生させるためのアンテナ、及び、当該アンテナを備えたプラズマ処理装置に関するものである。

アンテナに高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界によって誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させ、この誘導結合型のプラズマを用いて基板Ｗに処理を施すプラズマ処理装置が従来から提案されている。

この種のプラズマ処理装置においては、大型の基板に対応する等のためにアンテナを長くすると、当該アンテナのインピーダンスが大きくなり、それによってアンテナの両端間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という問題がある。また、アンテナのインピーダンスが大きくなると、アンテナに高周波電流を流しにくくなるという問題もある。

このような問題を解決する等のために、特許文献１に示すように、複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて接続するとともに、中空絶縁体の外周部に容量素子であるコンデンサを配置したものが考えられている。このコンデンサは、中空絶縁体の両側の金属パイプに電気的に直列接続されており、中空絶縁体の一方側の金属パイプに電気的に接続された第１の電極と、中空絶縁体の他方側の金属パイプに電気的に接続されるとともに第１の電極と重なる第２の電極と、第１の電極及び第２の電極間に配置された誘電体シートとを有している。

特開２０１６−７２１６８号公報

しかしながら、上記のコンデンサは、第１の電極、誘電体シート及び第２の電極の積層構造であるため、電極及び誘電体の間に隙間が生じる可能性がある。そうすると、この隙間においてアーク放電が発生し、コンデンサの劣化に繋がる可能性が考えられるため、コンデンサの構造に改善の余地がある。

ここで、電極及び誘電体の間に隙間が生じないようにするために、誘電体シートの両面に接着剤を塗布して電極を接着させることが考えられる。ところが、この接着剤の電気的な性能が誘電体シートの性能を変化させてしまい、必要なキャパシタンス値等の製作が困難となってしまう。

なお、電極及び誘電体の間に生じる隙間を埋めるに、それらを周囲から押圧する構造を設けることも考えられる。ところが、押圧構造を設けることによってアンテナ周辺の構造が複雑になってしまい、周囲に発生するプラズマの均一性を悪くする可能性がある。

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、アンテナに容量素子を組み込んでアンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くす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発生用のアンテナは、高周波電流が流されて、プラズマを発生させるためのアンテナであって、少なくとも２つの導体要素と、互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、それら導体要素を絶縁する絶縁要素と、互いに隣り合う前記導体要素と電気的に直列接続された容量素子とを備え、前記容量素子は、互いに隣り合う前記導体要素の一方と電気的に接続された第１の電極と、互いに隣り合う前記導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の間の空間を満たす誘電体とからなり、前記誘電体は液体であることを特徴とする。

このようなプラズマ発生用のアンテナであれば、絶縁要素を介して互いに隣り合う導体要素に容量素子を電気的に直列接続しているので、アンテナの合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナのインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができ、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、プラズマを効率良く発生させることができる。
特に本発明によれば、第１の電極及び第２の電極の間の空間を液体の誘電体で満たしているので、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができる。その結果、電極及び誘電体の間の隙間に発生しうるアーク放電を無くし、アーク放電に起因する容量素子の破損を無くすことができる。また、隙間を考慮することなく、第１の電極及び第２の電極の距離、対向面積及び液体の誘電体の比誘電率からキャパシタンス値を精度良く設定することができる。さらに、隙間を埋めるための電極及び誘電体を押圧する構造も不要にすることができ、当該押圧構造によるアンテナ周辺の構造の複雑化及びそれにより生じるプラズマの均一性の悪化を防ぐことができる。

アンテナの周辺構造をより簡略化して、プラズマの均一性を向上させるためには、前記絶縁要素は、管状をなすものであり、前記容量素子は、前記絶縁要素の内部に設けられていることが望ましい。

アンテナを冷却してプラズマを安定して発生させるためには、前記導体要素及び前記絶縁要素を管状をなすものとして、前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液を流通させる構成とすることが考えられる。この構成において、前記冷却液を第１の電極及び第２の電極の間の空間に供給して、前記冷却液を前記誘電体とすることが望ましい。
冷却液を誘電体とすることで、冷却液とは別に誘電体を準備する必要が無く、また、第１の電極及び第２の電極を冷却することができる。通常、冷却液は温調機構により一定温度に調整されており、この冷却液を誘電体として用いることによって、温度変化による比誘電率の変化を抑えて、キャパシタンス値の変化を抑えることができる。さらに、冷却液として水を用いた場合には、水の比誘電率は約８０（２０℃）であり樹脂製の誘電体シートよりも大きいため、高電圧に耐えうる容量素子を構成することができる。

各電極の具体的な実施の態様としては、前記各電極は、前記導体要素における前記絶縁要素側の端部に電気的に接触するフランジ部と、当該フランジ部から前記絶縁要素側に延出した延出部とを有することが望ましい。
この構成であれば、フランジ部により導体要素との接触面積を大きくしつつ、延出部により電極間の対向面積を設定することができる。

前記各電極の延出部は、管状をなすものであり、互いに同軸上に配置されていることが望ましい。
この構成であれば、電極間の対向面積を大きくしつつ、導体要素に流れる高周波電流の分布を周方向において均一にして、均一性の良いプラズマを発生させることができる。

前記各電極のフランジ部は、前記絶縁要素の軸方向の端面に形成された凹部に嵌合されていることが望ましい。
この構成であれば、絶縁要素の凹部にフランジ部を嵌合させることによって、各電極の延出部の相対位置を決めることができ、その組み立てを容易にすることができる。

また本発明に係るプラズマ処理装置は、真空排気されかつガスが導入される真空容器と、前記真空容器内に配置されたアンテナと、前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されており、前記アンテナが上述した構成であることを特徴とする。
このプラズマ処理装置によれば、上述したアンテナにより均一性の良いプラズマを効率良く発生させることができるので、基板処理の均一性及び効率を高めることができる。

このプラズマ処理装置において大面積の基板に対して処理を施すためには、複数の前記アンテナを備えることが考えられる。この場合、前記アンテナの両端部は、前記真空容器外に延び出ており、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成することが望ましい。

前記接続導体は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れるものであることが望ましい。

前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナを流れた冷却液が前記接続導体の流路を介して他方の前記アンテナに流れるものであることが望ましい。
この構成であれば、共通の冷却液によりアンテナ及び接続導体の両方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を冷却することができるので、冷却液を循環させる循環流路の構成を簡略化することができる。なお、アンテナの流路及び接続導体の流路が長くなると冷却液の上昇により、下流側での誘電率の低下が生じる可能性がある。このため、接続導体によって接続されるアンテナの本数は冷却液の温度上昇分を考慮して設定され、例えばアンテナの本数は４本程度である。

２本のアンテナの給電側端部と接地側端部とを接続導体で接続した場合には、当該接続導体によるインピーダンスの増加が生じる。その結果、高周波電流の通電により最も接地側の端部に対して最も給電側の端部の電位が上昇することがある、又は、接続導体のインピーダンスによっては電圧の上昇・下降を生じる可能性がある。これは、発生するプラズマの不均一の原因となる。
この問題を好適に解決するためには、前記接続導体は、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナに接続される一方の導体部と、他方の前記アンテナに接続される他方の導体部と、前記一方の導体部及び前記他方の導体部に電気的に直列接続された容量素子とを有することが望ましい。このように接続導体に容量素子を設けることによって接続導体のインピーダンスを零相当にすることができ、接続導体によるインピーダンスの増加を無くすことができる。

さらに本発明に係るプラズマ処理装置は、真空排気されかつガスが導入される処理室と、前記処理室外に配置された請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンテナと、前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて前記処理室内の基板に処理を施すように構成されていることを特徴とする。
このプラズマ処理装置によれば、処理室の圧力などの条件と、アンテナが配置されるアンテナ室の圧力などの条件とを個別に制御することができ、プラズマの発生を効率的にできるとともに、基板の処理を効率的にできる。

このプラズマ処理装置において大面積の基板に対して処理を施すためには、複数の前記アンテナを備えており、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されていることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、アンテナに容量素子を組み込むことによってアンテナのインピーダンスを低減させるとともに、容量素子を構成する電極及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができるので、均一性の良いプラズマを効率良く発生させることができる。

本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。 同実施形態のアンテナにおける容量素子の周辺構造を模式的に示す拡大断面図である。 変形実施形態の容量素子を模式的に示す拡大断面図である。 変形実施形態の容量素子を模式的に示す拡大断面図である。 変形実施形態のアンテナにおける容量素子の周辺構造を模式的に示す拡大断面図である。 変形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。 変形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。 変形実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

＜装置構成＞
本実施形態のプラズマ処理装置１００は、誘導結合型のプラズマＰを用いて基板Ｗに処理を施すものである。ここで、基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。また、基板Ｗに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。

なお、このプラズマ処理装置１００は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。

具体的にプラズマ処理装置１００は、図１に示すように、真空排気され且つガス７が導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された直線状のアンテナ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６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）及びアンテナ３に沿う方向に配置された複数のガス導入口２１を経由して、ガス７が導入される。ガス７は、基板Ｗ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法によって基板Ｗに膜形成を行う場合には、ガス７は、原料ガス又はそれを希釈ガス（例えばＨ_２）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ＳｉＨ_４の場合はＳｉ膜を、ＳｉＨ_４＋ＮＨ_３の場合はＳｉＮ膜を、ＳｉＨ_４＋Ｏ_２の場合はＳｉＯ_２膜を、ＳｉＦ_４＋Ｎ_２の場合はＳｉＮ：Ｆ膜（フッ素化シリコン窒化膜）を、それぞれ基板Ｗ上に形成することができる。

また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ８が設けられている。この例のように、基板ホルダ８にバイアス電源９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、負のバイアス電圧等であるが、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８内に、基板Ｗを加熱するヒータ８１を設けておいても良い。

アンテナ３は、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。真空容器２内に配置するアンテナ３は、１つでも良いし、複数でも良い。

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１１がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材１１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１２によって真空シールされている。各絶縁部材１１と真空容器２との間も、例えばパッキン１３によって真空シールされている。なお、絶縁部材１１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１１によって支持されている。なお、絶縁カバー１０の両端部と絶縁部材１１間はシールしなくても良い。絶縁カバー１０内の空間にガス７が入っても、当該空間は小さくて電子の移動距離が短いので、通常は空間にプラズマＰは発生しないからである。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。

絶縁カバー１０を設けることによって、プラズマＰ中の荷電粒子がアンテナ３を構成する金属パイプ３１に入射するのを抑制することができるので、金属パイプ３１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、金属パイプ３１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Ｐおよび基板Ｗ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。

アンテナ３の一端部である給電端部３ａには、整合回路４１を介して高周波電源４が接続されており、他端部である終端部３ｂは直接接地されている。なお、終端部３ｂは、コンデンサ又はコイル等を介して接地しても良い。

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。

アンテナ３は、内部に冷却液ＣＬが流通する流路を有する中空構造のものである。具体的にアンテナ３は、図２に示すように、少なくとも２つの管状をなす金属製の導体要素３１（以下、「金属パイプ３１」という。）と、互いに隣り合う金属パイプ３１の間に設けられて、それら金属パイプ３１を絶縁する管状の絶縁要素３２（以下、「絶縁パイプ３２」という。）と、互いに隣り合う金属パイプ３１と電気的に直列接続された容量素子であるコンデンサ３３とを備えている。

本実施形態では金属パイプ３１の数は２つであり、絶縁パイプ３２及びコンデンサ３３の数は各１つである。以下の説明において、一方の金属パイプ３１を「第１の金属パイプ３１Ａ」、他方の金属パイプを「第２の金属パイプ３１Ｂ」ともいう。なお、アンテナ３は、３つ以上の金属パイプ３１を有する構成であってもしても良く、この場合、絶縁パイプ３２及びコンデンサ３３の数はいずれも金属パイプ３１の数よりも１つ少ないものになる。

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１４によりアンテナ３を流通するものであり、前記循環流路１４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１４１と、循環流路１４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１４２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。

金属パイプ３１は、内部に冷却液ＣＬが流れる直線状の流路３１ｘが形成された直管状をなすものである。そして、金属パイプ３１の少なくとも長手方向一端部の外周部には、雄ねじ部３１ａが形成されている。本実施形態の金属パイプ３１は、雄ねじ部３１ａが形成された端部とそれ以外の部材とを別部品により形成してそれらを接合しているが、単一の部材から形成しても良い。なお、複数の金属パイプ３１を接続する構成との部品の共通化を図るべく、金属パイプ３１の長手方向両端部に雄ねじ部３１ａを形成して互換性を持たせておくことが望ましい。金属パイプ３１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。

絶縁パイプ３２は、内部に冷却液ＣＬが流れる直線状の流路３２ｘが形成された直管状をなすものである。そして、絶縁パイプ３２の軸方向両端部の側周壁には、金属パイプ３１の雄ねじ部３１ａと螺合して接続される雌ねじ部３２ａが形成されている。また、絶縁パイプ３２の軸方向両端部の側周壁には、雌ねじ部３２ａよりも軸方向中央側に、コンデンサ３３の各電極３３Ａ、３３Ｂを嵌合させるための凹部３２ｂが周方向全体に亘って形成されている。本実施形態の絶縁パイプ３２は、単一の部材から形成しているが、これに限られない。なお、絶縁パイプ３２の材質は、例えば、アルミナ、フッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、エンジニアリングプラスチック（例えばポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）など）等である。

コンデンサ３３は、絶縁パイプ３２の内部に設けられており、具体的には、絶縁パイプ３２の冷却液ＣＬが流れる流路３２ｘに設けられている。

具体的にコンデンサ３３は、互いに隣り合う金属パイプ３１の一方（第１の金属パイプ３１Ａ）と電気的に接続された第１の電極３３Ａと、互いに隣り合う金属パイプ３１の他方（第２の金属パイプ３１Ｂ）と電気的に接続されるとともに、第１の電極３３Ａに対向して配置された第２の電極３３Ｂとを備えており、第１の電極３３Ａ及び第２の電極３３Ｂの間の空間を冷却液ＣＬが満たすように構成されている。つまり、この第１の電極３３Ａ及び第２の電極３３Ｂの間の空間を流れる冷却液ＣＬが、コンデンサ３３を構成する誘電体となる。

各電極３３Ａ、３３Ｂは、概略回転体形状をなすとともに、その中心軸に沿って中央部に主流路３３ｘが形成されている。具体的に各電極３３Ａ、３３Ｂは、金属パイプ３１における絶縁パイプ３２側の端部に電気的に接触するフランジ部３３１と、当該フランジ部３３１から絶縁パイプ３２側に延出した延出部３３２とを有している。本実施形態の各電極３３Ａ、３３Ｂは、フランジ部３３１及び延出部３３２を単一の部材から形成しても良いし、別部品により形成してそれらを接合しても良い。電極３３Ａ、３３Ｂの材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等である。

フランジ部３３１は、金属パイプ３１における絶縁パイプ３２側の端部に周方向全体に亘って接触している。具体的には、フランジ部３３１の軸方向端面は、金属パイプ３１の端部に形成された円筒状の接触部３１１の先端面に周方向全体に亘って接触するとともに、金属パイプ３１の接触部３１１の外周に設けられたリング状多面接触子１５を介して金属パイプ３１の端面に電気的に接触する。なお、フランジ部３３１は、それらの何れか一方により、金属パイプ３１に電気的に接触するものであっても良い。

また、フランジ部３３１には、厚み方向に複数の貫通孔３３１ｈが形成されている。このフランジ部３３１に貫通孔３３１ｈを設けることによって、フランジ部３３１による冷却液ＣＬの流路抵抗を小さくするとともに、絶縁パイプ３２内での冷却液ＣＬの滞留、及び、絶縁パイプ３２内に気泡が溜まることを防ぐことができる。

延出部３３２は、円筒形状をなすものであり、その内部に主流路３３ｘが形成されている。第１の電極３３Ａの延出部３３２及び第２の電極３３Ｂの延出部３３２は、互いに同軸上に配置されている。つまり、第１の電極３３Ａの延出部３３２の内部に第２の電極３３Ｂの延出部３３２が挿し込まれた状態で設けられている。これにより、第１の電極３３Ａの延出部３３２と第２の電極３３Ｂの延出部３３２との間に、流路方向に沿った円筒状の空間が形成される。

このように構成された各電極３３Ａ、３３Ｂは、絶縁パイプ３２の側周壁に形成された凹部３２ｂに嵌合されている。具体的には、絶縁パイプ３２の軸方向一端側に形成された凹部３２ｂに第１の電極３３Ａが嵌合され、絶縁パイプ３２の軸方向他端側に形成された凹部３２ｂに第２の電極３３Ｂが嵌合されている。このように各凹部３２ｂに各電極３３Ａ、３３Ｂを嵌合させることによって、第１の電極３３Ａの延出部３３２及び第２の電極３３Ｂの延出部３３２は、互いに同軸上に配置される。また、各凹部３２ｂの軸方向外側を向く面に各電極３３Ａ、３３Ｂのフランジ部３３１の端面が接触することによって、第１の電極３３Ａの延出部３３２に対する第２の電極３３Ｂの延出部３３２の挿入寸法が規定される。

また、絶縁パイプ３２の各凹部３２ｂに各電極３３Ａ、３３Ｂを嵌合させるとともに、当該絶縁パイプ３２の雌ねじ部３２ａに金属パイプ３１の雄ねじ部３１ａを螺合させることによって、金属パイプ３１の接触部３１１の先端面が電極３３Ａ、３３Ｂのフランジ部３３１に接触して各電極３３Ａ、３３Ｂが、絶縁パイプ３２と金属パイプ３１との間に挟まれて固定される。このように本実施形態のアンテナ３は、金属パイプ３１、絶縁パイプ３２、第１の電極３３Ａ及び第２の電極３３Ｂが同軸上に配置された構造となる。なお、金属パイプ３１及び絶縁パイプ３２の接続部は、真空及び冷却液ＣＬに対するシール構造を有している。本実施形態のシール構造は、雄ねじ部３１ａの基端部に設けられたパッキン等のシール部材１６により実現されている。なお、管用テーパねじ構造を用いても良い。
このように、金属パイプ３１及び絶縁パイプ３２の間のシール構造、金属パイプ３１と各電極３３Ａ、３３Ｂとの電気的接触が、雄ねじ部３１ａ及び雌ねじ部３２ａの締結と共に行われるので、組み立て作業が非常に簡便となる。

この構成において、第１の金属パイプ３１Ａから冷却液ＣＬが流れてくると、冷却液ＣＬは、第１の電極３３Ａの主流路３３ｘ及び貫通孔３３１ｈを通じて、第２の電極３３Ｂ側に流れる。第２の電極３３Ｂ側に流れた冷却液ＣＬは、第２の電極３３Ｂの主流路３３ｘ及び貫通孔３３１ｈを通じて第２の金属パイプ３１Ｂに流れる。このとき、第１の電極３３Ａの延出部３３２と第２の電極３３Ｂの延出部３３２との間の円筒状の空間が冷却液ＣＬに満たされて、当該冷却液ＣＬが誘電体となりコンデンサ３３が構成される。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、絶縁パイプ３２を介して互いに隣り合う金属パイプ３１にコンデンサ３３を電気的に直列接続しているので、アンテナ３の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ３のインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナ３を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができ、アンテナ３に高周波電流が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマＰを効率良く発生させることができる。

特に本実施形態によれば、第１の電極３３Ａ及び第２の電極３３Ｂの間の空間を液体の誘電体（冷却液ＣＬ）で満たしているので、コンデンサ３３を構成する電極３３Ａ、３３Ｂ及び誘電体の間に生じる隙間を無くすことができる。その結果、電極３３Ａ、３３Ｂ及び誘電体の間の隙間に発生しうるアーク放電を無くし、アーク放電に起因するコンデンサ３３の破損を無くすことができる。また、隙間を考慮することなく、第１の電極３３Ａの延出部３３２と第２の電極３３Ｂの延出部３３２との離間距離、対向面積及び液体の誘電体（冷却液ＣＬ）の比誘電率からキャパシタンス値を精度良く設定することができる。さらに、隙間を埋めるための電極３３Ａ、３３Ｂ及び誘電体を押圧する構造も不要にすることができ、当該押圧構造によるアンテナ周辺の構造の複雑化及びそれにより生じるプラズマＰの均一性の悪化を防ぐことができる。

アンテナ３を冷却する冷却液ＣＬを誘電体としているので、冷却液ＣＬとは別に誘電体を準備する必要が無く、電極３３Ａ、３３Ｂを冷却することができる。また、通常、冷却液ＣＬは温調機構１４１により一定温度に調整されており、この冷却液ＣＬを誘電体として用いることによって、温度変化による比誘電率の変化を抑えて、キャパシタンス値の変化を抑えることができる。さらに、冷却液ＣＬとして水を用いた場合には、水の比誘電率は約８０（２０℃）であり樹脂製の誘電体シートよりも大きいため、高電圧に耐えうるコンデンサ３３を構成することができる。ここで、大きな比誘電率であるので、コンデンサ３３は２つの延出部３３２からなる２筒構造であっても充分なキャパシタンス値を得ることができる。そのため、各電極３３Ａ、３３Ｂのフランジ部３３１に対する延出部３３２の垂直度を精度良くしつつ各電極３３Ａ、３３Ｂを製作することができ、キャパシタンス値を精度良く設定することができる。その他、水の電気分解により不純物が混入する可能性があるが、循環流路１４上にイオン交換膜フィルタ等のフィルタを設けることによって除去することができ、コンデンサ３３のキャパシタンス値が変化すること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、前記実施形態では、コンデンサ３３が２つの円筒状の延出部からなる２筒構造であったが、図３に示すように、３つ以上の円筒状の延出部３３２を同軸上に配置しても良い。この場合、第１の電極３３Ａの延出部３３２と第２の電極３３Ｂの延出部３３２が交互に配置されるように構成する。図３では、３つの延出部３３２のうち、内側及び外側の２つが第１の電極３３Ａの延出部３３２であり、中間の１つが第２の電極３３Ｂの延出部３３２となる。この構成であれば、コンデンサ３３の軸方向寸法を大きくすることなく対向面積を増やすことができる。

また、コンデンサ３３の対向電極となる延出部３３２の先端角部での電界集中を緩和すべく、図４に示すように、延出部３３２の先端角部３３２ａの一部をテーパ状に切り欠いても良い。具体的には、第１の電極３３Ａの延出部３３２の先端角部３３２ａの内側周面をテーパ状に切り欠き、第２の電極３３Ｂの延出部３３２の先端角部３３２ａの外側周面をテーパ状に切り欠く。

さらに、電極３３Ａ、３３Ｂと金属パイプ３１との接触はそれら端面同士の接触の他に、図５に示すように、電極３３Ａ、３３Ｂに接触端子３３３を設けて、当該接触端子３３３が金属パイプ３１に接触するように構成しても良い。図５の構成は、電極３３Ａ、３３Ｂのフランジ部３３１から軸方向外側に突出した接触端子３３３を設けて、当該接触端子３３３が金属パイプ３１の接触部３１１の外側周面に押圧接触するものである。この構成において、各電極３３Ａ、３３Ｂの相対位置は、絶縁パイプ３２の凹部３２ｂの軸方向外側を向く面により規定される。

前記実施形態では、コンデンサを絶縁パイプ内に収容した構成であったが、絶縁パイプの外部に設けた構成としても良い。例えば、コンデンサを構成する第１の電極及び第２の電極を絶縁パイプの外周部に設けるとともに、それら電極の間に液体の誘電体を充満させる構成とする。また、第１の電極及び第２の電極を金属パイプと電気的に接続しつつ、それら電極を絶縁パイプから離間した構成としても良い。これらの構成において、液体の誘電体は、アンテナの内部流路から分岐した分岐流路により供給される冷却液であっても良いし、冷却液とは別経路で供給される液体の誘電体であっても良い。また、第１の電極及び第２の電極の間に液体の誘電体を封止されたものであっても良い。なお、封止する場合には、当該液体の誘電体の温度を一定に調整するための温調機構を設ける必要がある。

さらに、図６に示すように、複数のアンテナ３を有するプラズマ処理装置１００において、各アンテナ３の両端部を、真空容器２外に延出させて、互いに隣接するアンテナ３において一方のアンテナ３の端部と他方のアンテナ３の端部とを接続導体１７により電気的に接続してもよい。ここで、接続導体１７により接続される２つのアンテナの端部は同じ側壁側に位置する端部である。これにより、複数のアンテナ３は、互いに隣接するアンテナ４に互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成される。このように複数のアンテナを接続導体１７により１本のアンテナ構造にすることで、処理する基板の大型化を容易に展開することができる。

そして、接続導体１７は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れように構成されている。具体的には、接続導体１７の一端部は、一方のアンテナ３の流路と連通しており、接続導体１７の他端部は、他方のアンテナ３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３において一方のアンテナ３を流れた冷却液が接続導体１７の流路を介して他方のアンテナ３に流れる。これにより、共通の冷却液によりアンテナ３及び接続導体１７の両方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１４の構成を簡略化することができる。

さらに、接続導体１７は、互いに隣接するアンテナ３において一方のアンテナ３に接続される一方の導体部１７ａと、他方のアンテナ３に接続される他方の導体部１７ｃと、一方の導体部１７ａ及び他方の導体部１７ｂに電気的に直列接続された容量素子であるコンデンサ１７ｃとを有する。なお、導体部１７ａ、１７ｂの構成は例えば前記実施形態の導体要素３１と同様にすることが考えられ、コンデンサ１７ｃの構成は例えば前記実施形態のコンデンサ３３と同様にすることが考えられる。このように接続導体１７にコンデンサ１７ｃを設けることによって接続導体１７のインピーダンスを零相当にすることができ、接続導体１７によるインピーダンスの増加を無くすことができる。また、コンデンサ１７ｃを可変コンデンサとして静電容量を調整できるものとしてもよい。

接続導体１７の構成は図６に限られず、例えば図７に示すように接続導体１７が容量素子を有さない構成としてもよい。この構成の場合には、互いに隣接するアンテナ３において、一方のアンテナ３の給電側端部３ａ及び他方のアンテナ３の接地側端部３ｂ及び接続導体１７を合わせたインダクタンスを、その他の導体要素３１のインダクタンスと同じにして、複数のアンテナ３全体に亘って連続的に同じ誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスとが繰り返される構成となる。その結果、複数のアンテナ３全体として接続導体によるインピーダンスの見かけ上の増加を無くすことができる。その結果、アンテナ３に沿って長さ方向及び配列方向において均一なプラズマＰを発生させることができる。

前記実施形態のプラズマ処理装置１００ではアンテナ３が基板Ｗの処理室内に配置されたものであったが、図８に示すように、アンテナ３を処理室１８外に配置したものであってもよい。この場合、複数のアンテナ３は、真空容器２内において誘電体窓１９によって処理室１８とは区画されたアンテナ室２０に配置されている。なお、アンテナ室２０は真空排気装置２１によって真空排気される。ここで、複数のアンテナ３は、上述した図６及び図７のように接続導体１７により互いに接続されたものであってもよいし、接続導体１７により接続されることなく、個別に配置されたものであってもよい。このプラズマ処理装置１００であれば、処理室１８の圧力などの条件と、アンテナ室２０の圧力などの条件とを個別に制御することができ、プラズマＰの発生を効率的にできるとともに、基板Ｗの処理を効率的にできる。

その上、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。

加えて、導体要素及び絶縁要素は、１つの内部流路を有する管状をなすものであったが、２以上の内部流路を有するもの、或いは、分岐した内部流路を有するものであっても良い。また、導体要素及び／又は絶縁要素が中実のものであっても良い。

前記実施形態の電極において延出部は、円筒状であったが、その他の角筒状であっても良いし、平板状又は湾曲又は屈曲した板状であっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・プラズマ処理装置
Ｗ ・・・基板
Ｐ ・・・誘導結合プラズマ
２ ・・・真空容器
３ ・・・アンテナ
３１ ・・・金属パイプ（導体要素）
３２ ・・・絶縁パイプ（絶縁要素）
３２ｂ・・・凹部
３３ ・・・コンデンサ
３３Ａ・・・第１の電極
３３Ｂ・・・第２の電極
３３１・・・フランジ部
３３２・・・延出部
ＣＬ ・・・冷却液（液体の誘電体）
４ ・・・高周波電源
１７ ・・・接続導体
１７ａ・・・一方の導体部
１７ｂ・・・他方の導体部
１７ｃ・・・容量素子
１８ ・・・処理室

Claims (13)

1. 高周波電流が流されて、プラズマを発生させるためのアンテナであって、
   少なくとも２つの導体要素と、互いに隣り合う前記導体要素の間に設けられて、それら導体要素を絶縁する絶縁要素と、互いに隣り合う前記導体要素と電気的に直列接続された容量素子とを備え、
   前記容量素子は、互いに隣り合う前記導体要素の一方と電気的に接続された第１の電極と、互いに隣り合う前記導体要素の他方と電気的に接続されるとともに、前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の間の空間を満たす誘電体とからなり、前記誘電体が液体であるアンテナ。
2. 前記絶縁要素は、管状をなすものであり、
   前記容量素子は、前記絶縁要素の内部に設けられている、請求項１記載のアンテナ。
3. 前記導体要素は、管状をなすものであり、
   前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、
   前記冷却液が前記誘電体となる、請求項２記載のアンテナ。
4. 前記各電極は、前記導体要素における前記絶縁要素側の端部に電気的に接触するフランジ部と、当該フランジ部から前記絶縁要素側に延出した延出部とを有する、請求項２又は３記載のアンテナ。
5. 前記各電極の延出部は、管状をなすものであり、互いに同軸上に配置されている、請求項４記載のアンテナ。
6. 前記各電極のフランジ部は、前記絶縁要素の軸方向の端面に形成された凹部に嵌合されている、請求項４又は５記載のアンテナ。
7. 真空排気されかつガスが導入される真空容器と、
   前記真空容器内に配置された請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンテナと、
   前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、
   前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて基板に処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。
8. 複数の前記アンテナを備えており、
   前記アンテナの両端部は、前記真空容器外に延び出ており、
   互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されている、請求項７記載のプラズマ処理装置。
9. 前記接続導体は内部に流路を有しており、その流路に冷却液が流れるものである、請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. 前記導体要素及び前記絶縁要素の内部に冷却液が流れるものであり、
    互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナを流れた冷却液が前記接続導体の流路を介して他方の前記アンテナに流れるものである、請求項９記載のプラズマ処理装置。
11. 前記接続導体は、互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナに接続される一方の導体部と、他方の前記アンテナに接続される他方の導体部と、前記一方の導体部及び前記他方の導体部に電気的に直列接続された容量素子とを有する、請求項８乃至１０の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 真空排気されかつガスが導入される処理室と、
    前記処理室外に配置された請求項１乃至６の何れか一項に記載のアンテナと、
    前記アンテナに高周波電流を流す高周波電源とを備え、
    前記アンテナによって発生させたプラズマを用いて前記処理室内の基板に処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。
13. 複数の前記アンテナを備えており、
    互いに隣接する前記アンテナにおいて一方の前記アンテナの端部と他方の前記アンテナの端部とを接続導体により電気的に接続して、前記互いに隣接する前記アンテナに互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成されている、請求項１２記載のプラズマ処理装置。