JP6580830B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基材にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、基板の主面に薄膜形成等の表面処理を行う誘導結合方式の装置が開示されている。この装置は、平面形状が矩形の真空容器の４辺の各々に、複数本のアンテナを設け、４辺に設けられた複数本のアンテナに高周波電力を並列に供給する。これにより、この装置はプラズマを発生させて大面積の基板に対する処理を行う。

特許第３７５１９０９号公報

例えば、プラズマＣＶＤによる均一な膜厚の薄膜の形成、あるいはプラズマエッチング等による均一なプラズマ処理を行うためには、対象物の主面近傍におけるプラズマイオン密度分布を均一にすることが求められる。

しかしながら、プラズマ処理においては、チャンバー内の反応プロセスが、チャンバー内の圧力、プロセスガスの流量、組成、各アンテナ間の距離、各アンテナとチャンバー内の壁面との距離などに影響を受けた複雑なプロセスとなる。このため、特許文献１のプラズマ処理装置においては、対象物の主面の近傍においてプラズマイオン密度分布を均一化することが困難であるといった問題がある。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、プラズマイオン密度分布の均一性を高めることができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置は、内部に処理空間を形成するチャンバーと、前記処理空間内で処理対象となる基材を保持する保持部と、前記処理空間内で、前記保持部に保持された前記基材の主面に対向して配置された複数の誘導結合型アンテナと、前記複数の誘導結合型アンテナにそれぞれ高周波電力を供給する高周波電力供給部と、前記処理空間に処理ガスを供給するガス供給部と、を備え、前記複数の誘導結合型アンテナは、前記主面の中央部に対向して配置された少なくとも１つの基準アンテナと、前記主面の端部に対向して配置された複数の補助アンテナと、を有し、前記高周波電力供給部は、前記少なくとも１つの基準アンテナと前記複数の補助アンテナとで異なる高周波電力を供給可能であり、前記主面を視る平面視において互いに直交する第１方向と第２方向とが規定され、前記複数の誘導結合型アンテナが生成する複数の誘導結合プラズマのそれぞれは、前記平面視において前記第１方向に指向しており、前記複数の誘導結合型アンテナの前記第１方向の配置間隔が、前記複数の誘導結合型アンテナの前記第２方向の配置間隔よりも大きく、前記複数の誘導結合プラズマのそれぞれは、前記平面視において前記第１方向を長軸方向とし前記第２方向を短軸方向とする楕円形状の等プラズマ密度線で表現され、前記複数の誘導結合型アンテナのうち相互に隣接する各２つのアンテナの間隔は、前記各２つのアンテナが個別にプラズマを生成する場合の、隣接方向におけるプラズマ密度分布のそれぞれの半値半幅の和以上にされていることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置であって、前記中央部は前記主面における二次元的な中央に位置し、前記端部は前記中央部の周囲に位置することを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様にかかるプラズマ処理装置であって、前記中央部は前記主面における一次元的な中央に位置し、前記端部は前記中央部の両側に位置することを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第３の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記高周波電力供給部は、前記複数の補助アンテナのそれぞれについて個別に異なる高周波電力を供給可能であることを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第４の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記主面は、前記主面を視る平面視において、幾何学的に対称な形状であり、前記複数の補助アンテナは、前記基材の幾何学的な対称性に対応して対称配置されていることを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第５の態様にかかるプラズマ処理装置であって、前記基材は矩形であり、前記少なくとも１つの基準アンテナは１つの基準アンテナであり、前記複数の補助アンテナは４つの補助アンテナであり、前記１つの基準アンテナは前記基材の前記主面の中心位置に対向して配置され、前記４つの補助アンテナのそれぞれは前記基材の前記主面の４隅のそれぞれに対向して配置されることを特徴とする。

本発明の第７の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第６の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記各２つのアンテナの間隔は３００ｍｍ以上離れていることを特徴とする。

本発明の第８の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第７の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記ガス供給部は前記基材の前記主面に膜を形成するためのガスを供給することを特徴とする。

本発明の第９の態様にかかるプラズマ処理装置は、本発明の第１の態様ないし第８の態様のいずれかにかかるプラズマ処理装置であって、前記ガス供給部は前記基材の前記主面をエッチングするためのガスを供給することを特徴とする。

本発明の第１の態様ないし第９の態様では、複数の誘導結合型アンテナが、基材の主面の中央部に対向して配置された少なくとも１つの基準アンテナと、基材の主面の端部に対向して配置された複数の補助アンテナと、を有し、高周波電力供給部は少なくとも１つの基準アンテナと複数の補助アンテナとで異なる高周波電力を供給可能である。このため、基材の主面の中央部と端部とにおいてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

本発明の第４の態様では、高周波電力供給部が、複数の補助アンテナのそれぞれについて個別に異なる高周波電力を供給可能である。このため、基材の主面の近傍においてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

本発明の第５の態様では、基材の主面は該主面を視る平面視において幾何学的に対称な形状であり、複数の補助アンテナは基材の幾何学的な対称性に対応して対称配置されている。このように、処理対象物（基材）の形状に対応して処理主体（アンテナ）が配置されることで、基材の主面の近傍においてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

本発明の第１の態様では、基材の主面を視る平面視において互いに直交する第１方向と第２方向とが規定され、複数の誘導結合型アンテナが生成する複数の誘導結合プラズマのそれぞれはこの平面視において第１方向に指向しており、複数の誘導結合型アンテナの第１方向の配置間隔が第２方向の配置間隔よりも大きい。すなわち、生成される誘導結合プラズマの指向性が大きい第１方向で各アンテナが疎に配され、生成される誘導結合プラズマの指向性が小さい第２方向で各アンテナが密に配される。このように、各誘導結合型アンテナの電気的特性に応じて各誘導結合型アンテナの配置密度が定められることで、基材の主面の近傍においてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

本発明の第１の態様では、複数の誘導結合型アンテナのうち相互に隣接する各２つのアンテナの間隔が、各２つのアンテナが個別にプラズマを生成する場合の、隣接方向におけるプラズマ密度分布のそれぞれの半値半幅の和以上にされている。このように、隣接する各２つのアンテナの間隔が特定距離以上とされることで、各２つのアンテナ間での相互作用が低減され、基材の主面の近傍においてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

プラズマ処理装置の概略構成を模式的に示すＸＺ側面図である。 ５個の誘導結合型アンテナと基材との位置関係を模式的に示す上面図である。 １個の誘導結合型アンテナによって生ずるプラズマイオン密度分布を等値線形式で示す上面図である。 ３６０ｍｍの間隔で配置された２本の誘導結合型アンテナを有するプラズマ処理装置におけるプラズマイオン密度分布の測定例をグラフ形式で示す図である。 １８０ｍｍの間隔で配置された２本の誘導結合型アンテナを有するプラズマ処理装置におけるプラズマイオン密度分布の測定例をグラフ形式で示す図である。 １個の基準アンテナのみを点灯した場合における基材の主面上でのエッチング速度を示す図である。 １個の基準アンテナおよび４個の補助アンテナを点灯した場合における基材の主面上でのエッチング速度を示す図である。 ６個の誘導結合型アンテナと基材との位置関係を模式的に示す上面図である。 ２個の基準アンテナのみを点灯した場合における基材の主面上でのエッチング速度を示す図である。 ２個の基準アンテナおよび４個の補助アンテナを点灯した場合における基材の主面上でのエッチング速度を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものである。なお、一部の図面には、方向関係を明確にする目的で、Ｚ軸を鉛直方向の軸としＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標軸が適宜付されている。

＜１ 第１実施形態＞
＜１．１ プラズマ処理装置１００の全体構成＞
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１００の概略構成を模式的に示すＸＺ側面図である。図２は、５個の誘導結合型アンテナ４１と基材９との位置関係を模式的に示す上面図である。

プラズマ処理装置１００は、処理対象物である基材の主面Ｓをエッチングする装置である。プラズマ処理装置１００は、内部に処理空間Ｖを形成する処理チャンバー１と、処理空間Ｖ内で基材９を保持する保持部２と、処理空間Ｖ内にプラズマを発生させるプラズマ発生部４と、処理空間Ｖにガスを供給するガス供給部６と、処理空間Ｖ内からガスを排気する排気部７と、を備える。また、プラズマ処理装置１００は、上記の各構成要素を制御する制御部８を備える。

処理チャンバー１は内部に処理空間Ｖを有する中空部材である。ここで、処理空間Ｖとは、複数の誘導結合型アンテナ４１によってプラズマ処理（本実施形態では、エッチング処理）が実行される空間である。

処理チャンバー１の天板１１には、複数の誘導結合型アンテナ４１を鉛直方向に沿って貫通させるための複数の貫通孔が設けられている。各誘導結合型アンテナ４１は、側面視において略Ｕ字形状のアンテナであり、その円弧状部分が処理空間Ｖ側に突出するように天板１１に設けられる。誘導結合型アンテナ４１のうち鉛直方向に伸びる２箇所が２個の貫通孔を通過し、該誘導結合型アンテナ４１が天板１１に固定される。本実施形態では、５個の誘導結合型アンテナ４１が１０個の貫通孔を通じて天板１１に固定される。各貫通孔は各誘導結合型アンテナ４１によって塞がれており、処理チャンバー１内の密閉性が保たれる。

保持部２は、基材９をその主面Ｓが上方を向くように水平姿勢で保持する。これにより、保持部２に保持された基材９の主面Ｓは、５個の誘導結合型アンテナ４１と対向して配される。保持部２の下方には、基材９を加熱または冷却するための温調機構（図示せず）が設けられてもよい。

プラズマ発生部４は、処理空間Ｖ内においてエッチングガスを励起してプラズマを発生させる。プラズマ発生部４は、誘導結合タイプの高周波アンテナである５個の誘導結合型アンテナ４１を備える。各誘導結合型アンテナ４１は、金属製のパイプ状導体をＵ字形状に曲げたものを石英などの誘電体で覆ったものである。誘導結合型アンテナ４１は、ＬＩＡ（Low Inductance Antenna）とも称される。

図２に示されるように、５個の誘導結合型アンテナ４１は、水平面に沿って千鳥状に配置される。５個の誘導結合型アンテナ４１は、基材９の主面Ｓの中央部に対向して配置される１個の誘導結合型アンテナ（以下、「基準アンテナ４１ａ」とも呼ぶ）と、基材９の主面Ｓの端部に対向して配置される４個の誘導結合型アンテナ（以下、「補助アンテナ４１ｂ」とも呼ぶ）と、を有する。ここにおいて、主面Ｓの中央部とは主面Ｓにおける二次元的な中央に位置する部分であり、主面Ｓの端部とは中央部の周囲に位置する部分である。なお、図１では、図の断面部分で１個の基準アンテナ４１ａが描かれ、図の奥側（＋Ｙ側）に２個の補助アンテナ４１ｂが描かれている。

基材９は上面視において矩形である。そして、１個の基準アンテナ４１ａは主面Ｓの中心位置に対向して配置され、４個の補助アンテナ４１ｂのそれぞれは主面Ｓの４隅のそれぞれに対向して配置される。各補助アンテナ４１ｂの配置態様には、各補助アンテナ４１ｂが基材９の端部の内側近傍に対向される態様と、各補助アンテナ４１ｂが基材９の端部の外側近傍に対向される態様と、の双方が含まれる。本実施形態では、図２に示すように後者の配置態様が採用されている。また、各誘導結合型アンテナ４１は、その両端がＸ方向に並ぶように配置される。

各誘導結合型アンテナ４１の一端は、各マッチングボックス４３０を介して、各高周波電源４４０に接続されている。また、各誘導結合型アンテナ４１の他端は接地されている。各高周波電源４４０が交流電圧を印加し、各誘導結合型アンテナ４１に高周波電流が流されると、各誘導結合型アンテナ４１の周囲の電界により電子が加速されてプラズマ（誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ））が発生する。５個のマッチングボックス４３０および５個の高周波電源４４０は、５個の誘導結合型アンテナ４１のそれぞれについて個別に異なる高周波電力を供給可能な高周波電力供給部として機能する。このような構成となっているので、制御部８の制御下で各誘導結合型アンテナ４１によって個々にプラズマが生成され、処理空間Ｖ内におけるプラズマイオン密度分布がより高精度に調整される。

図３は、１個の誘導結合型アンテナ４１によって生ずるプラズマイオン密度分布を等値線形式で示す上面図である。図３は、１個の誘導結合型アンテナ４１のうち鉛直方向に伸びる２箇所を断面とした上面視で描かれている。図３における濃淡はプラズマイオン密度の高低を示し、濃く描かれている部分は薄く描かれている部分よりもプラズマイオン密度が高い。

図３に示されるように、各誘導結合型アンテナ４１によって生成される各誘導結合プラズマはＸＹ平面視においてＹ方向（第１方向）を長軸方向としＸ方向（第２方向）を短軸方向とする楕円形状の等プラズマ密度線で表現される。すなわち、楕円中心からＹ方向に沿って遠ざかる方が、Ｘ方向に沿って遠ざかるよりも、プラズマイオン密度の減衰がなだらかである。また、図２に示されるように、各誘導結合型アンテナ４１のＹ方向の配置間隔Ｄｙは、各誘導結合型アンテナ４１のＸ方向の配置間隔Ｄｘよりも大きい。このように、個々の誘導結合型アンテナ４１においてプラズマ密度が低下しやすいＸ方向についてより密に各誘導結合型アンテナ４１が配置されているため、処理空間Ｖ内におけるプラズマイオン密度がより均一に調整される。

ガス供給部６は、エッチングガスの供給源６１と、エッチングガスを処理空間Ｖに供給する複数のノズル（図示せず）と、供給源６１と複数のノズルとを接続する配管６２と、配管６２の経路途中に設けられたバルブ６３とを備えている。複数のノズル（本実施形態では５個のノズル）は、複数の誘導結合型アンテナ４１のそれぞれに対応してそれぞれ設けられている。

例えば、エッチングガスとしてアルゴンガス等が各ノズルから処理空間Ｖ内に供給される。また、複数種類のガスが各ノズルから処理空間Ｖ内に供給されても良い。バルブ６３は、配管６２を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成されることが好ましい。

排気部７は、高真空排気系であり、真空ポンプ７１と、排気配管７２と、排気バルブ７３と備える。排気配管７２は、一端が真空ポンプ７１に接続され、他端が処理空間Ｖに連通接続される。また、排気バルブ７３は、排気配管７２の経路途中に設けられる。排気バルブ７３は、例えば、ＡＰＣ（オートプレッシャーコントローラ）等を含んで構成され、排気配管７２を流れるガスの流量を自動調整できるバルブである。この構成において、真空ポンプ７１が作動された状態で、排気バルブ７３が開放されると、処理空間Ｖ内の気体が排気される。

制御部８は、プラズマ処理装置１００が備える各構成要素と電気的に接続され（図１では簡略的に図示）、これら各構成要素を制御する。制御部８は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、ＬＡＮ等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なコンピュータにより構成される。また、制御部８は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。プラズマ処理装置１００においては、制御部８の制御下で、基材９に対して定められた処理が実行される。

＜１．２ アンテナ間隔とプラズマイオン密度との関係＞
図４は、３６０ｍｍの間隔で配置された２本の誘導結合型アンテナ４１を有するプラズマ処理装置におけるプラズマイオン密度分布の測定例をグラフ形式で示す図である。図５は、１８０ｍｍの間隔で配置された２本の誘導結合型アンテナ４１を有するプラズマ処理装置におけるプラズマイオン密度分布の測定例をグラフ形式で示す図である。図４および図５では、黒丸の印を繋ぐ二点鎖線の頂点に対応する位置に一方の誘導結合型アンテナ４１が配され、白丸の印を繋ぐ破線の頂点に対応する位置に他方の誘導結合型アンテナ４１が配される。また、図中に示されるイオン飽和電流値は、プラズマイオン密度を評価可能な指標値である。

図４および図５において、黒丸の印は、一方の誘導結合型アンテナ４１が点灯した場合におけるイオン飽和電流値（実測値１）をプロットしたものである。白丸の印は、他方の誘導結合型アンテナ４１が点灯した場合におけるイオン飽和電流値（実測値２）をプロットしたものである。黒菱形の印は、双方の誘導結合型アンテナ４１が点灯した場合におけるイオン飽和電流値（実測値３）をプロットしたものである。白菱形の印は、実測値１と実測値２との和で得られる予測値をプロットしたものである。ここにおいて、「誘導結合型アンテナ４１が点灯する」とは、誘導結合型アンテナ４１に高周波電力が供給され誘導結合型アンテナ４１がプラズマを生成することを意味する。

２つの誘導結合型アンテナ４１の配置間隔が３６０ｍｍである場合には、実測値３と予測値とがほぼ一致する（図４）。他方、２つの誘導結合型アンテナ４１の配置間隔が１８０ｍｍである場合には、実測値３が予測値を大きく上回る（図５）。このように実測値３が予測値を上回る現象はアンテナ間隔が短い場合に両アンテナが相互に作用することに起因して生じたものと考えられる。

したがって、隣接する２つのアンテナ間隔が特定距離以上離れていれば、上記現象の発生が抑制され、実測値１と実測値２との和で得られる予測値を基に実測値３が予測可能となる。これにより、複数のアンテナが点灯した場合のプラズマイオン密度が個々のアンテナが点灯した場合のプラズマイオン密度を基に予測可能となり、処理空間Ｖ内におけるプラズマイオン密度分布がより高精度に調整される。この特定距離としては、例えば、２つのアンテナのそれぞれが個別にプラズマを生成する場合の、隣接方向におけるプラズマ密度分布のそれぞれの半値半幅の和を採用しうる。また、隣接する２つのアンテナ間隔が特定距離として３００ｍｍ以上離れていればより望ましい。

＜１．３ プラズマイオン密度分布の調整＞
図６は、１個の基準アンテナ４１ａのみを点灯した場合における主面Ｓ上でのエッチング速度を示す図である。図６中で薄く描かれている領域はエッチング速度が４０〜５０μｍ／時である領域であり、濃く描かれている領域はエッチング速度が３０〜４０μｍ／時である領域である。図７は、１個の基準アンテナ４１ａおよび４個の補助アンテナ４１ｂを点灯した場合における主面Ｓ上でのエッチング速度を示す図である。図７中で薄く描かれている領域はエッチング速度が１２６〜１２９μｍ／時である領域であり、濃く描かれている領域はエッチング速度が１２９〜１３０μｍ／時である領域である。なお、図６および図７では、基材９の主面Ｓが１４０ｍｍ四方である場合について描かれている。

図６に示されるように、１個の基準アンテナ４１ａのみを点灯する場合には、主面Ｓのうち該基準アンテナ４１ａと対向する位置（すなわち、主面Ｓの中心位置）でエッチング速度が最大値（４７．９３μｍ／時）となり、主面Ｓの周囲に向かうにつれてエッチング速度が低下する。このとき、エッチング速度の最大値（４７．９３μｍ／時）と最小値（３６．１３μｍ／時）との差は、１１．８０μｍ／時となる。他方、図７に示されるように、１個の基準アンテナ４１ａおよび４個の補助アンテナ４１ｂを点灯する場合には、主面Ｓの面内でエッチング速度がほぼ均一に調整される。このとき、エッチング速度の最大値（１２９．２６μｍ／時）と最小値（１２７．１４μｍ／時）との差は、２．１２μｍ／時となる。

このように、１個の基準アンテナ４１ａと４個の補助アンテナ４１ｂとを備える本実施形態の態様では、１個の基準アンテナ４１ａのみを有する他の態様に比べて、処理対象である基材９の主面Ｓにより均一な速度でエッチング処理を行うことが可能である。

本実施形態の態様において均一な速度でエッチング処理を行うことが可能な理由は以下の通りである。プラズマイオン密度およびエッチング速度は正の相関があることが知られている。このため、より均一な速度でエッチングを行うためには、より均一なプラズマイオン分布で処理空間Ｖ内にプラズマを生成すればよい。本実施形態では、１個の基準アンテナ４１ａが主面Ｓの中央部に対向して配置され、４個の補助アンテナ４１ｂが主面Ｓの端部に対向して配置される。より具体的には、１個の基準アンテナ４１ａが主面Ｓの中心位置に対向して配置され、４個の補助アンテナ４１ｂのそれぞれが主面Ｓの４隅のそれぞれに対向して配置される。また、各誘導結合型アンテナ４１には個別に所望の高周波電力が供給される。これにより、主面Ｓ上の中央部と端部とにおいてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。また、本実施形態では、個々の誘導結合型アンテナ４１においてプラズマ密度が低下しやすいＸ方向についてより密に各誘導結合型アンテナ４１が配置されている。これにより、主面Ｓ上においてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

基材９へのプラズマ処理に先立って、各誘導結合型アンテナ４１へ供給されるべき高周波電力の各値（所望のプラズマ密度分布を得るための高周波電力の各値）が試行錯誤的に取得され、これら各値が制御部８に記憶される。その後、プラズマ処理の際に、上記各値で各誘導結合型アンテナ４１が点灯され、所望のエッチング処理が実行される。また別の例として、各誘導結合型アンテナ４１へ供給されるべき高周波電力の各値がプラズマ処理中にリアルタイムで確定されてもよい。この場合、処理空間Ｖ内に複数のセンサ（例えば、イオン飽和電流値を検出するプローブ）が設けられ、該複数のセンサからの検出結果を基にリアルタイムで上記各値が確定される。

＜１．４ プラズマ処理装置の動作＞
続いて、プラズマ処理装置１００において実行される処理全体の流れについて説明する。以下に説明する処理は、制御部８の制御下で実行される。

まず、図示しない搬送ロボットによって保持部２に基材９が保持される。また、排気部７が処理チャンバー１内の気体を排気して、処理チャンバー１を真空状態とする。処理チャンバー１の内部が真空状態となると、ガス供給部６が処理空間Ｖへのエッチングガスの供給を開始する。

また、これらのガス供給が開始されるのと同時に、高周波電源４４０から各誘導結合型アンテナ４１に高周波電力が供給される。これにより、誘導結合型アンテナ４１の周囲の高周波誘導磁界により電子が加速されて、誘導結合プラズマが発生する。その結果、エッチングガスがプラズマ化して対象物に作用し、処理空間Ｖ内で基材９上の主面Ｓに対してエッチング処理が進行する。この際、上述した原理によって、主面Ｓ上で均一にエッチング処理が進行する。

その後、エッチング処理の完了した基材９が搬送ロボットによって保持部２からプラズマ処理装置１００の外部へと搬出される。

＜２ 第２実施形態＞
図８は、第２実施形態のプラズマ処理装置１００Ａにおいて、６個の誘導結合型アンテナ４１と基材９との位置関係を模式的に示す上面図である。図９は、２個の基準アンテナ４１ａのみを点灯した場合における主面Ｓ上でのエッチング速度を示す図である。図１０は、２個の基準アンテナ４１ａおよび４個の補助アンテナ４１ｂを点灯した場合における主面Ｓ上でのエッチング速度を示す図である。図９および図１０において、薄く描かれている領域はエッチング速度が１０〜１５μｍ／時である領域であり、濃く描かれている領域はエッチング速度が５〜１０μｍ／時である領域である。なお、図９および図１０では、長辺５００ｍｍ短辺４００ｍｍの矩形状の主面Ｓのうちエッチング処理が施される中心側領域（長辺４５０ｍｍ短辺３５０ｍｍの矩形状の領域）が描かれている。

以下では、図８〜図１０を参照しつつ第２実施形態のプラズマ処理装置１００Ａについて説明するが、上記実施形態と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。

第２実施形態のプラズマ処理装置１００Ａでは、誘導結合型アンテナ４１の個数および配置に関して、上記第１実施形態のプラズマ処理装置１００と異なる。したがって、以下では、主として第２実施形態における誘導結合型アンテナ４１の個数および配置に関して説明する。

プラズマ処理装置１００Ａは、基材９の主面Ｓの中央部に対向して配置される２個の基準アンテナ４１ａと、基材９の主面Ｓの端部に対向して配置される４個の補助アンテナ４１ｂと、を有する。ここにおいて、主面Ｓの中央部とは主面Ｓにおける一次元的な中央（Ｙ方向における中央）に位置する部分であり、主面Ｓの端部とは中央部の両側（±Ｙ側）に位置する部分である。

第２実施形態のように、各基準アンテナ４１ａおよび各補助アンテナ４１ｂが一次元的に配列される態様は、その配列方向（Ｙ方向）に沿って長い主面Ｓを有する基材９に対してプラズマ処理を行う場合に特に好適である。他方、第１実施形態のように、基準アンテナ４１ａおよび各補助アンテナ４１ｂが二次元的に配列される態様は、中心対称か或いは中心対称に近い主面Ｓを有する基材９に対してプラズマ処理を行う場合に特に好適である。

基材９は上面視において矩形である。そして、４個の補助アンテナ４１ｂのそれぞれは主面Ｓの４隅のそれぞれ（より具体的には、４隅の内側近傍のそれぞれ）に対向して配置される。２個の基準アンテナ４１ａは、４個の補助アンテナ４１ｂのＹ方向中間位置にそれぞれ配置される。また、各誘導結合型アンテナ４１は、その両端がＸ方向に並ぶように配置される。このような配置となっているため、各誘導結合型アンテナ４１を点灯することにより、主面Ｓ上の中央部と端部とにおいてより均一なプラズマ密度分布でプラズマが生成される。

各誘導結合型アンテナ４１の一端は、各マッチングボックス４３０を介して、各高周波電源４４０に接続されている。また、各誘導結合型アンテナ４１の他端は接地されている。各高周波電源４４０が交流電圧を印加し、各誘導結合型アンテナ４１に高周波電流が流されると、各誘導結合型アンテナ４１の周囲の電界により電子が加速されてプラズマ（誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ））が発生する。このような構成となっているので、制御部８の制御下で各誘導結合型アンテナ４１によって個々にプラズマが生成され、処理空間Ｖ内におけるプラズマイオン密度分布がより高精度に調整される。

図９に示されるように、２個の基準アンテナ４１ａのみを点灯する場合には、主面ＳのうちＹ方向中央側の位置でエッチング速度が最大値（１４．１μｍ／時）となり、主面ＳのＹ方向両端側に向かうにつれてエッチング速度が低下する。このとき、エッチング速度の最大値（１４．１μｍ／時）と最小値（７．６μｍ／時）との差は、６．５μｍ／時となる。他方、図１０に示されるように、２個の基準アンテナ４１ａおよび４個の補助アンテナ４１ｂを点灯する場合には、主面Ｓの面内でエッチング速度がほぼ均一に調整される。このとき、エッチング速度の最大値（１４．０μｍ／時）と最小値（１１．８μｍ／時）との差は、２．２μｍ／時となる。

このように、２個の基準アンテナ４１ａと４個の補助アンテナ４１ｂとを備える本実施形態の態様では、２個の基準アンテナ４１ａのみを有する他の態様に比べて、処理対象である基材９の主面Ｓにより均一な速度でエッチング処理を行うことが可能である。

＜３ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

上記各実施形態では、プラズマ処理装置をエッチング処理に適用する場合について説明しているが、本発明に係るプラズマ処理装置は種々のプラズマ処理に適用可能である。例えば、ガス供給部６から処理空間Ｖ内に供給するガスの種類をエッチングガスから成膜ガスへと変更することで、プラズマ処理装置を成膜処理に適用することが可能である。この場合、上記実施形態のように処理空間Ｖ内でプラズマイオン密度分布を平坦化することで、基材９の主面Ｓに均一な膜厚で成膜処理を行うことができる。

また、上記各実施形態における各部の個数についても変更が可能である。例えば、基準アンテナの個数は少なくとも１つあれば何個であっても構わない。また、補助アンテナの個数も複数であれば何個であっても構わない。

また、上記各実施形態では、高周波電力供給部が複数の誘導結合型アンテナ４１のそれぞれについて個別に異なる高周波電力を供給可能な構成について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られない。例えば、高周波電力供給部は少なくとも１つの基準アンテナと複数の補助アンテナとで異なる高周波電力を供給可能であればよく、複数の補助アンテナのそれぞれには同一の高周波電力が供給されても良い。この場合、簡易な制御でプラズマイオン密度分布を調整しうる。なお、プラズマイオン密度分布の調整をより高精度に行う観点から言えば、上記各実施形態のように各誘導結合型アンテナ４１について個別に所望の高周波電力が供給される構成のほうが望ましい。

また、上記各実施形態では、基材９の主面Ｓが矩形状である場合について説明したが、基材９の主面Ｓは他の形状であってもよい。主面Ｓを視る平面視において該主面Ｓが幾何学的に対称な形状の場合、複数の補助アンテナ４１ｂは、主面Ｓの幾何学的な対称性に対応して対称配置されることが望ましい。例えば、主面Ｓの形状が円形状であれば、複数の補助アンテナ４１ｂが円の中心点から点対称となるように配置されることが望ましい。これにより、主面Ｓに対して、プラズマイオン密度分布をより均一に調整することが可能となる。

また、上記第１実施形態では、各誘導結合プラズマが楕円形状の等プラズマ密度線で表現される場合について説明したが、各誘導結合プラズマが他の指向性を有していてもよい。一般に、各誘導結合プラズマが主面Ｓを見る平面視において第１方向に指向している場合（等プラズマ密度線が第１方向に長くなる場合）、複数の誘導結合型アンテナ４１の第１方向の配置間隔が第２方向（上記平面視において第１方向と直交する方向）の配置間隔よりも大きいことが望ましい。これにより、個々の誘導結合型アンテナ４１においてプラズマ密度が低下しやすい第２方向についてより密に各誘導結合型アンテナ４１が配置され、プラズマイオン密度分布がより均一に調整される。

以上、実施形態およびその変形例に係るプラズマ処理装置について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 処理チャンバー
２ 保持部
４ プラズマ発生部
６ ガス供給部
７ 排気部
９ 基材
４１ 誘導結合型アンテナ
４１ａ 基準アンテナ
４１ｂ 補助アンテナ
１００，１００Ａ プラズマ処理装置
Ｄｘ，Ｄｙ 配置間隔
Ｓ 主面

Claims (9)

1. 内部に処理空間を形成するチャンバーと、
   前記処理空間内で処理対象となる基材を保持する保持部と、
   前記処理空間内で、前記保持部に保持された前記基材の主面に対向して配置された複数の誘導結合型アンテナと、
   前記複数の誘導結合型アンテナにそれぞれ高周波電力を供給する高周波電力供給部と、
   前記処理空間にガスを供給するガス供給部と、
   を備え、
   前記複数の誘導結合型アンテナは、
   前記主面の中央部に対向して配置された少なくとも１つの基準アンテナと、
   前記主面の端部に対向して配置された複数の補助アンテナと、
   を有し、
   前記高周波電力供給部は、前記少なくとも１つの基準アンテナと前記複数の補助アンテナとで異なる高周波電力を供給可能であり、
   前記主面を視る平面視において互いに直交する第１方向と第２方向とが規定され、
   前記複数の誘導結合型アンテナが生成する複数の誘導結合プラズマのそれぞれは、前記平面視において前記第１方向に指向しており、
   前記複数の誘導結合型アンテナの前記第１方向の配置間隔が、前記複数の誘導結合型アンテナの前記第２方向の配置間隔よりも大きく、
   前記複数の誘導結合プラズマのそれぞれは、前記平面視において前記第１方向を長軸方向とし前記第２方向を短軸方向とする楕円形状の等プラズマ密度線で表現され、
   前記複数の誘導結合型アンテナのうち相互に隣接する各２つのアンテナの間隔は、前記各２つのアンテナが個別にプラズマを生成する場合の、隣接方向におけるプラズマ密度分布のそれぞれの半値半幅の和以上にされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記中央部は前記主面における二次元的な中央に位置し、前記端部は前記中央部の周囲に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記中央部は前記主面における一次元的な中央に位置し、前記端部は前記中央部の両側に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記高周波電力供給部は、前記複数の補助アンテナのそれぞれについて個別に異なる高周波電力を供給可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記主面は、前記主面を視る平面視において、幾何学的に対称な形状であり、
   前記複数の補助アンテナは、前記基材の幾何学的な対称性に対応して対称配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 請求項５に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記基材は矩形であり、
   前記少なくとも１つの基準アンテナは１つの基準アンテナであり、前記複数の補助アンテナは４つの補助アンテナであり、
   前記１つの基準アンテナは前記基材の前記主面の中心位置に対向して配置され、前記４つの補助アンテナのそれぞれは前記基材の前記主面の４隅のそれぞれに対向して配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記各２つのアンテナの間隔は３００ｍｍ以上離れていることを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ガス供給部は前記基材の前記主面に膜を形成するためのガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ガス供給部は前記基材の前記主面をエッチングするためのガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。