WO2011058608A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2011058608A1
WO2011058608A1 PCT/JP2009/006081 JP2009006081W WO2011058608A1 WO 2011058608 A1 WO2011058608 A1 WO 2011058608A1 JP 2009006081 W JP2009006081 W JP 2009006081W WO 2011058608 A1 WO2011058608 A1 WO 2011058608A1
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WO
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planar conductor
plasma
conductor
planar
processing apparatus
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Application number
PCT/JP2009/006081
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English (en)
French (fr)
Inventor
安東靖典
Original Assignee
日新電機株式会社
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    • 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
    • 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
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as film formation by CVD, etching, ashing, sputtering, etc. on a substrate using plasma, and more specifically, induction generated by flowing a high-frequency current through a conductor.
  • the present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus that generates plasma by an electric field and performs processing on a substrate using the plasma.
  • Non-Patent Document 1 In order to deal with a large substrate such as a glass substrate for a liquid crystal display in an inductively coupled plasma processing apparatus, conventionally, for example, as described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1
  • the conductor a structure in which a plurality of linear conductors (also called antennas) are arranged in parallel in a plane parallel to the substrate at a predetermined interval is adopted.
  • JP 11-317299 A (paragraphs 0051-0058, FIG. 3 and FIG. 4) JP 2002-69653 A (paragraph 0014, FIG. 1) JP 2007-262541 A (paragraph 0016, FIG. 1)
  • a plurality of straight conductors 2 are juxtaposed at intervals.
  • Each linear conductor 2 extends in the front and back direction of the paper surface.
  • a high frequency current 4 of 13.56 MHz, for example, is passed through each linear conductor 2
  • a high frequency magnetic field 6 is generated around each linear conductor 2, thereby generating an induction electric field 8 in a direction opposite to the high frequency current 4.
  • Electrons are accelerated by this induction electric field 8 to ionize the gas around each linear conductor 2 to generate plasma around each linear conductor 2 (plasma 12 combined with the plasma is shown in FIG. 26).
  • the induced current 10 flows in the same direction as the induced electric field 8 (that is, the direction opposite to the high-frequency current 4). Since the induced electric field 8 and the induced current 10 are in the same direction, the same figure is shared for convenience (the same applies to FIG. 4).
  • each straight conductor 2 spreads to the periphery by diffusion, the plasma density distribution D 1 generated by one straight conductor 2 is nonuniform as shown in FIG. Density distribution of the plasma 12 obtained by juxtaposed a plurality of linear conductors 2, each linear conductor 2 by plasma density distribution D 2 becomes superimposed plasma density distribution D 1, from the plasma density distribution D 1 is Although the uniformity is improved, the influence of non-uniformity of the plasma density distribution D 1 because remain unavoidable, is not good uniformity.
  • the non-uniformity of the plasma density distribution D 2 causes non-uniformity in substrate processing. Therefore, in order to reduce non-uniformity in substrate processing, the distance L 8 between each linear conductor 2 and the substrate 14 is increased. Must. This is because the non-uniformity reduction due to the diffusion of the plasma 12 is used.
  • the present invention improves the surroundings of the conductor through which a high-frequency current flows, thereby generating plasma with good uniformity over a wide range, and inductively coupled plasma processing apparatus that can easily cope with a large substrate.
  • the main purpose is to provide
  • One of the plasma processing apparatuses according to the present invention is an inductively coupled plasma processing apparatus that generates plasma by an induced electric field generated by flowing a high-frequency current through a conductor and performs processing on a substrate using the plasma.
  • a vacuum vessel that is evacuated and into which gas is introduced, a holder that is provided in the vacuum vessel and holds the substrate, and is provided in the vacuum vessel so as to face a substrate holding surface of the holder
  • a rectangular planar conductor having two sides parallel to the X direction and two sides parallel to the Y direction perpendicular to the X direction, and both ends of the planar conductor on the opposite side of the X direction on the opposite side of the holder.
  • a block-shaped power supply electrode and termination electrode which are attached and extend in the Y direction, and a high-frequency power is supplied to the planar conductor via the power supply electrode and termination electrode to It is characterized in that it comprises a high-frequency power source supplying a high-frequency current to the body.
  • the block-shaped feeding electrode and termination electrode as described above are provided. Therefore, high-frequency power is supplied to the planar conductor almost uniformly in the Y direction. be able to.
  • the high-frequency current mainly flows in the energizing direction of the flat conductor. It flows in a concentrated manner at the four corners of the cross section.
  • the high-frequency current flowing in the planar conductor becomes uniform in the Y direction orthogonal to the energizing direction, as will be described in detail later.
  • the present invention utilizes such a phenomenon, and it is considered that the high-frequency current is made uniform as described above and that the block-shaped feeding electrode and termination electrode are provided as described above.
  • the high-frequency current flows in the plane conductor in a substantially uniform distribution in the Y direction.
  • an induced electric field is generated in the vicinity of the surface on the plasma generation side of the planar conductor, not only in the X direction which is the energizing direction, but also in the Y direction perpendicular to the energizing direction.
  • Plasma with good uniformity can be generated over a wide range along the surface of the conductor.
  • Two block-like termination electrodes extending in the Y direction are attached to both ends in the X direction on the back surface of the planar conductor, and the block extending in the Y direction on the center portion in the X direction on the back surface of the planar conductor Alternatively, a high-frequency power may be supplied to the planar conductor via the power supply electrode and the two termination electrodes.
  • the planar conductor may have a planar dimension larger than that of the substrate.
  • the planar conductor may be composed of a plurality of planar electrodes arranged in parallel in the Y direction, and a region including the planar electrode may have a planar dimension larger than that of the substrate.
  • the surface roughness of the surface of the planar conductor on the holder side is made smaller than the skin thickness of the high-frequency current flowing in the planar conductor, and the surface roughness of the back surface of the planar conductor opposite to the holder is
  • the skin thickness of the high-frequency current flowing through the planar conductor may be larger.
  • a plurality of grooves extending substantially in the whole Y direction of the planar conductor are arranged in parallel in the X direction, and the depth of each groove is It may be larger than the skin thickness of the high-frequency current flowing in the planar conductor.
  • an insulator having a dimension that covers at least the entire area in the Y direction of the planar conductor in the vicinity of the back surface of the planar conductor opposite to the holder.
  • the high-frequency current flowing in the planar conductor flows almost uniformly in the Y direction perpendicular to the energizing direction.
  • an induced electric field is generated in the vicinity of the surface on the plasma generation side of the planar conductor, not only in the X direction which is the energizing direction, but also in the Y direction perpendicular to the energizing direction.
  • Plasma with good uniformity can be generated over a wide range along the surface of the conductor.
  • the substrate can be processed with good uniformity, so that the volume of the vacuum vessel is kept small. Therefore, the exhaust capacity of the vacuum exhaust device can be kept small. As a result, the plasma processing apparatus can be reduced in size and cost.
  • the following further effect is obtained. That is, since the high-frequency power is supplied to the planar conductor via the feeding electrode at the center in the X direction and the two termination electrodes at both ends, the distance between the feeding electrode at the center and one termination electrode is If the ratio is set to a predetermined ratio or less with respect to the wavelength of the high-frequency power, the generation of standing waves can be suppressed and the uniformity of the plasma density distribution in the X direction can be improved. Accordingly, when the standing wave generation is similarly suppressed, the length in the X direction of the planar conductor can be increased up to about twice as compared with the case of claim 1. It becomes possible to respond.
  • the feed electrode and the termination electrode each have a length of 85% or more of the side parallel to the Y direction of the planar conductor, the planar conductor is supplied with high frequency power more uniformly in the Y direction, A high-frequency current can flow more uniformly in the Y direction. Therefore, the uniformity of the plasma in the Y direction can be improved.
  • the planar conductor has a planar dimension equal to or larger than that of the substrate, it becomes easy to generate plasma with good uniformity within a range equal to or larger than the substrate dimension. Accordingly, it is possible to perform processing with higher uniformity even on a large substrate.
  • the planar conductor is composed of a plurality of planar electrodes arranged in parallel in the Y direction, a large planar conductor can be constructed using relatively small planar electrodes. Therefore, it is easy to increase the size of the planar conductor, and it becomes easy to handle a large substrate.
  • the region including the plurality of planar electrodes has a planar dimension larger than that of the substrate, it is easy to generate plasma with good uniformity within a range equal to or larger than the substrate dimension. Accordingly, it is possible to perform processing with higher uniformity even on a large substrate.
  • the following further effect is obtained. That is, since the surface roughness of the back surface of the planar conductor is larger than the skin thickness of the high-frequency current flowing in the planar conductor, the effective path length of the high-frequency current on the back surface side of the planar conductor is increased, and the back surface The impedance on the side becomes larger than that on the surface side, and the high-frequency current flows mainly on the surface side in the planar conductor. Therefore, high-frequency power can be efficiently input to the plasma generation on the surface side of the planar conductor.
  • the plasma on the surface side of the planar conductor faces the substrate and contributes to substrate processing, whereas the plasma on the back surface side does not contribute to it, so by efficiently applying high-frequency power to the plasma generation on the surface side In addition, the utilization efficiency of the high-frequency power, and thus the processing efficiency of the substrate can be increased.
  • the plurality of grooves provided on the back surface of the planar conductor increases the effective path length of the high-frequency current on the back surface side of the planar conductor, and the impedance on the back surface side becomes larger than that on the front surface side.
  • the high frequency power can be efficiently input to the plasma generation on the surface side of the planar conductor by the same action as in the above case. Therefore, the utilization efficiency of the high-frequency power and the processing efficiency of the substrate can be increased.
  • the invention according to claim 8 has the following further effect. That is, even if plasma is generated on the back side of the flat conductor, the insulator provided close to the back side of the flat conductor prevents the free movement of electrons in the plasma, and the insulator causes a large loss of plasma. Since it functions as a surface, plasma generation on the back surface side of the planar conductor can be suppressed. As a result, high-frequency power can be efficiently input to the plasma generation on the surface side of the planar conductor, so that the utilization efficiency of the high-frequency power and thus the processing efficiency of the substrate can be increased.
  • the shielding plate can prevent charged particles in the plasma from being incident on the planar conductor, the feeding electrode, and the termination electrode, so that the plasma potential is not increased due to the charged particles entering these conductors and electrodes.
  • the invention according to claim 10 has the following further effect. That is, since it has an insulator that covers the surfaces of the planar conductor, the feeding electrode, and the termination electrode located in the vacuum vessel, it prevents the charged particles in the plasma from entering these conductors and electrodes. Can do. Therefore, by the same action as that of the ninth aspect, it is possible to suppress the rise of the plasma potential and suppress the metal contamination to the plasma and the substrate.
  • the invention according to claim 11 has the following further effect. That is, since the cooling mechanism for cooling the planar conductor is provided, an increase in the temperature of the planar conductor can be suppressed. As a result, it is possible to suppress deformation due to temperature rise of the planar conductor, temperature rise of the substrate due to radiant heat from the plane conductor to the substrate, and the like.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the periphery of a planar conductor in FIG. 1, as viewed in the AA direction in FIG. It is the schematic which shows an example of the mode before a plasma generate
  • FIG. 7 is a plan view showing an example around a planar conductor in the example of FIG. 6. It is sectional drawing which shows the example which supported the planar conductor, the electric power feeding electrode, and the termination
  • FIG. 13 is a plan view showing an example around a planar conductor in the example of FIG. 12. It is sectional drawing which shows the other example which has arrange
  • FIG. 1 shows an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
  • This apparatus is an inductively coupled plasma processing apparatus that generates a plasma 70 by an induced electric field generated by flowing a high-frequency current through a planar conductor 50 and processes the substrate 30 using the plasma 70.
  • the substrate 30 is, for example, a flat panel display (FPD) substrate such as a liquid crystal display or an organic EL display, a flexible substrate for a flexible display, or the like, but is not limited thereto.
  • FPD flat panel display
  • the processing applied to the substrate 30 is, for example, film formation by a CVD method, etching, ashing, sputtering, or the like.
  • This plasma processing apparatus is also called a plasma CVD apparatus when a film is formed by CVD, a plasma etching apparatus when etching is performed, a plasma ashing apparatus when ashing is performed, and a plasma sputtering apparatus when sputtering is performed.
  • This plasma processing apparatus includes, for example, a metal vacuum vessel 20.
  • the inside of the vacuum vessel 20 is evacuated by an evacuation device (not shown) through the exhaust port 24.
  • a gas 28 corresponding to the processing content to be applied to the substrate 30 is introduced into the vacuum container 20 through the gas introduction unit 26.
  • the gas 28 is a gas obtained by diluting a source gas with a diluent gas (for example, H 2 ). More specifically, an Si film is formed on the surface of the substrate 30 when the source gas is SiH 4, an SiN film is formed when SiH 4 + NH 3 is used, and an SiO 2 film is formed when SiH 4 + O 2 is used. be able to.
  • the gas introduction part 26 preferably extends along the Y direction described later.
  • a holder 32 that holds the substrate 30 is provided in the vacuum container 20.
  • the holder 32 is supported by the shaft 36.
  • a bearing portion 38 having an electrical insulation function and a vacuum sealing function is provided at a portion where the shaft 36 penetrates the vacuum vessel 20.
  • a negative bias voltage V b may be applied to the holder 32 from the bias power supply 40 via the shaft 36.
  • the bias voltage V b may be a negative pulse voltage. With such a bias voltage V b , for example, the energy when positive ions in the plasma 70 are incident on the substrate 30 can be controlled, and the crystallinity of the film formed on the surface of the substrate 30 can be controlled. .
  • a heater 34 for heating the substrate 30 may be provided in the holder 32.
  • a mask (also referred to as a shadow mask) 42 for preventing a film from being formed on the peripheral edge may be provided on the peripheral edge of the substrate 30.
  • a partition plate 44 for making the flow of the gas 28 uniform and preventing the plasma 70 from reaching the holding mechanism or the like of the substrate 30 may be provided around the mask 42.
  • a rectangular flat conductor 50 is provided in the vacuum vessel 20, more specifically, on the inner side of the ceiling surface 22 of the vacuum vessel 20 so as to face the substrate holding surface of the holder 32.
  • the ceiling surface 22 may be a metal flange, for example.
  • planar conductor 50 is also parallel to the two sides 50a parallel to the X direction and the Y direction with reference to FIG. There are two sides 50b.
  • the planar conductor 50 may be rectangular or square.
  • the planar conductor 50 in FIG. 2 is an example in the case of a rectangle.
  • the two sides 50a parallel to the X direction are long sides, but the present invention is not limited to this.
  • the specific shape of the planar shape of the planar conductor 50 may be determined according to the planar shape of the substrate 30, for example.
  • the material of the planar conductor 50 is, for example, copper (more specifically, oxygen-free copper), aluminum, or the like, but is not limited thereto. The same applies to the power supply electrode 52 and the termination electrode 54 described below.
  • Y is formed along the side 50b of the planar conductor 50 at both ends in the X direction on the back surface of the planar conductor 50.
  • a block-shaped power supply electrode 52 and a terminal electrode 54 extending in the direction are attached.
  • the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 are for flowing a high-frequency current from a high-frequency power source 62 described later to the planar conductor 50. More specifically, the feed electrode 52 is a connection part for supplying a high-frequency current from the high-frequency power source 62 to the planar conductor 50 via the matching circuit 64, and the termination electrode 54 is connected to the end of the planar conductor 50. It is a connection part for making a closed loop of a high frequency current from the high frequency power supply 62 to the planar conductor 50 by connecting to the ground part directly or via a capacitor.
  • the lengths of the feed electrode 52 and the termination electrode 54 in the Y direction are close to the length of the side 50b parallel to the Y direction of the planar conductor 50 (for example, the side 50b) in order to allow the high-frequency current to flow as uniformly as possible in the Y direction.
  • the length is substantially the same as the length, it may be slightly smaller or larger than the length of the side 50b.
  • the lengths of the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 in the Y direction may be, for example, 85% or more of the side 50b. The same applies to other examples described later.
  • the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 are attached to the ceiling surface 22 of the vacuum vessel 20 via insulating flanges 56, respectively. Between these elements, vacuum seal packings 58 are respectively provided.
  • the feeding electrode 52 is connected to one end of the high-frequency power source 62 via the connection conductor 68, the matching circuit 64, and its output bar 66.
  • the other end of the high frequency power supply 62 is grounded.
  • the termination electrode 54 is connected to a ground portion near the matching circuit 64 via the connection conductor 69.
  • the termination electrode 54 may be grounded directly or via a capacitor.
  • the connection conductors 68 and 69 are preferably plate-shaped having widths approximately the same as the dimensions of the feed electrode 52 and the termination electrode 54 in the Y direction so that a high-frequency current flows as uniformly as possible in the Y direction.
  • the upper portion of the ceiling surface 22 is preferably covered with a shield box 60 that prevents high-frequency leakage as in this example.
  • the frequency of the high-frequency power output from the high-frequency power source 62 is, for example, a general 13.56 MHz, but is not limited to this.
  • the length of the planar conductor 50 in the X direction is determined by considering the reflected power generated by impedance mismatch at the termination electrode 54 and the wavelength change accompanying the increase in the dielectric constant during plasma generation in the vacuum of the high frequency power. It is preferable to set the wavelength to 1/8 (about 2.75 m in the case of 13.56 MHz) or less. By doing so, it is difficult for a standing wave to be generated between the feeding electrode 52 and the termination electrode 54, and it is possible to suppress the plasma density distribution from becoming nonuniform in the X direction due to the standing wave. .
  • the block-shaped power supply electrode 52 and the termination electrode 54 as described above are provided. Electric power can be supplied. Unlike the above, if high-frequency power is supplied to the planar conductor 50 using a small electrode like a dot, it is not possible to supply the planar conductor 50 with substantially uniform high-frequency power in the Y direction.
  • the high-frequency current 4 is simply expressed by the skin effect or the like, as in the example shown in FIG.
  • the current flows mainly at the four corners of the cross section of the planar conductor 48 perpendicular to the energization direction. This is because the distribution of the high-frequency impedance Z r is small at the four corners of the planar conductor 48 and large at the other portions as in the example shown in FIG.
  • the positions of the feeding electrode and the termination electrode, etc. it is not generally understood how it flows.
  • plasma 70 is generated in the vicinity of the planar conductor 50. That is, as shown in FIG. 4, when a high-frequency current 4 is passed through the planar conductor 50, a high-frequency magnetic field 6 is generated around the planar conductor 50, thereby generating an induced electric field 8 in the direction opposite to the high-frequency current 4. Electrons are accelerated by the induced electric field 8 to ionize the gas 28 (see FIG. 1) in the vicinity of the planar conductor 50 to generate plasma 70 in the vicinity of the planar conductor 50, and the induced current 10 is induced in the plasma 70. 8 in the same direction (that is, the direction opposite to the high-frequency current 4).
  • the high-frequency current 4 flowing in the planar conductor 50 is orthogonal to the energizing direction. It becomes uniform in the Y direction. The general reason is as follows.
  • the high-frequency current 4 flowing in the planar conductor 50 becomes uniform in the Y direction.
  • the high-frequency current 4 is distributed almost uniformly in the Y direction in the planar conductor 50 by having the block-shaped feeding electrode 52 and the termination electrode 54 as described above. It begins to flow.
  • an induced electric field 8 and an induced current 10 are generated in the vicinity of the surface of the plane conductor 50 on the plasma 70 generation side, not only in the X direction, which is the energization direction, but also in the Y direction perpendicular thereto.
  • the induced electric field 8 can generate a plasma with good uniformity over a wide range along the plane of the planar conductor 50.
  • a schematic example of the plasma density distribution D 3 is shown in FIG. An actual measurement example will be described later.
  • the plasma processing apparatus can be reduced in size and cost.
  • each of the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 has a length of 85% or more of the side 50b parallel to the Y direction of the planar conductor 50. By doing so, it is possible to supply the high-frequency power to the planar conductor 50 more uniformly in the Y direction, and allow the high-frequency current 4 to flow more uniformly in the Y direction. Therefore, the uniformity of the plasma 70 in the Y direction can be improved.
  • the planar conductor 50 preferably has a planar dimension equal to or larger than the planar dimension of the substrate 30. By doing so, it becomes easy to generate plasma 70 with good uniformity within a range equal to or greater than the substrate dimensions. Therefore, it is possible to perform processing with higher uniformity even on the large substrate 30.
  • a cooling mechanism for cooling the planar conductor 50 by flowing the coolant 72 inside the planar conductor 50 may be provided.
  • the cooling mechanism has a structure in which the coolant 72 flows through the coolant channel 74 provided in the planar conductor 50 through the coolant channel 76 provided in the feeding electrode 52 (see FIG. 1) and the termination electrode 54. I am doing.
  • the refrigerant 72 is, for example, cooling water, but is not limited to this.
  • a plurality of refrigerant flow paths 74 in the planar conductor 50 may be arranged in parallel in the Y direction.
  • the cooling mechanism as described above is provided, the temperature rise of the planar conductor 50, the feeding electrode 52, and the termination electrode 54 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the deformation due to the temperature rise of the planar conductor 50 and the like, and the temperature rise of the substrate 30 due to the radiant heat from the planar conductor 50 and the like to the substrate 30.
  • the two terminal electrodes 54 as described above are attached to both ends in the X direction on the back surface of the flat conductor 50, and the power supply as described above is provided at the center portion on the back surface of the flat conductor 50.
  • the electrode 52 may be attached.
  • the distance between the central feeding electrode 52 and one terminal electrode 54 is set to a predetermined ratio or less with respect to the wavelength of the high frequency power, For example, since it may be set to about 1/8 or less as described above, the length of the planar conductor 50 in the X direction can be reduced in comparison with the example shown in FIGS. It becomes possible to enlarge it up to about twice. Therefore, it becomes possible to deal with a larger substrate 30.
  • the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 may be attached to the ceiling surface 22 via one insulating flange 57.
  • the feeding electrode 52 is provided at the center as shown in FIGS. 6 and 7 and the two termination electrodes 54 are provided at both ends.
  • the planar conductor 50 may be composed of a plurality of (two in the example of FIG. 9) planar electrodes 51 arranged in parallel in the Y direction.
  • the large planar conductor 50 can be configured using the relatively small planar electrode 51. Accordingly, it is easy to increase the size of the planar conductor 50, and thus it is easy to handle the large-sized substrate 30.
  • the gap 90 in the Y direction between the planar electrodes 51 is preferably small.
  • the region including the plurality of planar electrodes 51 has a planar dimension equal to or larger than the planar dimension of the substrate 30.
  • the surface roughness of the surface 50 c on the holder side of the flat conductor 50 is made smaller than the skin thickness ⁇ of the high-frequency current flowing in the flat conductor 50, and what is the holder of the flat conductor 50?
  • the surface roughness of the opposite back surface 50d may be made larger than the skin thickness ⁇ .
  • the skin thickness ⁇ is expressed by the following equation.
  • f is the frequency of the high-frequency current
  • ⁇ is the magnetic permeability of the planar conductor 50
  • ⁇ is the conductivity of the planar conductor 50.
  • the frequency is 13.56 MHz.
  • the planar conductor 50 is pure copper, the magnetic permeability ⁇ is 4 ⁇ ⁇ 10 ⁇ 7 N / A 2 and the electrical conductivity ⁇ is 59.6 ⁇ 10 6 / ⁇ m, so the skin thickness ⁇ is about 17.7 ⁇ m.
  • the planar conductor 50 is aluminum, the permeability ⁇ is 4 ⁇ ⁇ 10 ⁇ 7 N / A 2 and the conductivity ⁇ is 37.7 ⁇ 10 6 / ⁇ m, so the skin thickness ⁇ is about 22.2 ⁇ m.
  • the surface roughness is, for example, the maximum height R z defined in JIS B0601: 2001.
  • the surface roughness of the region connecting the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 does not need to be increased as described above. This is because the contact resistance is not increased.
  • the surface roughness of the back surface 50d of the planar conductor 50 is as large as possible except for the region connecting the power supply electrode 52 and the termination electrode 54, preferably substantially the entire surface roughness.
  • blasting may be performed.
  • the machining accuracy of machining may be roughened.
  • the surface roughness of the surface 50c (the maximum height R z) is 0.8 [mu] m
  • the surface roughness of the back surface 50d is 25 [mu] m.
  • the above relationship with the skin thickness ⁇ is satisfied regardless of whether the planar conductor 50 is copper or aluminum.
  • the high-frequency current on the back surface 50d side of the planar conductor 50 flows along a corrugated path along the unevenness of the back surface 50d, so the effective path length of the high-frequency current is large. Become. Therefore, the impedance on the back surface 50d side becomes larger than that on the front surface 50c side, and the high-frequency current flows mainly on the front surface 50c side in the planar conductor 50. Therefore, high-frequency power can be efficiently input to the generation of the plasma 70 (see FIG. 1) on the surface 50c side of the planar conductor 50.
  • the reason for this is simply as follows. That is, the distance between the high-frequency current flowing on the front surface 50c side and the high-frequency current flowing on the back surface 50d side of the planar conductor 50 is about the thickness of the planar conductor 50 (for example, 5 mm). The strength of the induced electric field due to the high-frequency current is attenuated on the order of the square to the third power of the distance, and the plasma density is reduced accordingly. Therefore, the difference in the thickness of the planar conductor 50 also affects the generation of the plasma 70. This is confirmed by the measurement results shown in FIG.
  • the plasma 70 on the surface 50c side of the planar conductor 50 faces the substrate 30 and contributes to the substrate processing, whereas the plasma on the back surface 50d side does not contribute to it, so that plasma generation on the surface 50c side is performed as described above.
  • the utilization efficiency of the high-frequency power and thus the processing efficiency of the substrate 30 can be increased.
  • the skin thickness ⁇ Based on the skin thickness ⁇ , as can be seen from the above description, when the surface roughness of the planar conductor 50 is larger than the skin thickness ⁇ , the high-frequency current flows along a waved path along the surface irregularities. This is because, when the surface roughness is smaller than the skin thickness ⁇ , the method of corrugation is reduced and the effect of unevenness is reduced.
  • a plurality of the grooves 78 may be arranged in the X direction, and the depth D of each groove 78 may be larger than the skin thickness ⁇ of the high-frequency current flowing in the planar conductor 50.
  • each groove 78 extends is set to the Y direction because each groove 78 is substantially orthogonal to the high-frequency current flowing in the planar conductor 50 (see high-frequency current 4 in FIG. 2), and the effective path of the high-frequency current. This is to increase the length.
  • the groove 78 may be formed in the widest possible area of the back surface 50d of the planar conductor 50 except for the area where the power supply electrode 52 and the termination electrode 54 are connected, preferably substantially over the entire surface.
  • machining for example, milling
  • each groove 78 is made larger than the skin thickness ⁇ is the same reason as described above for increasing the surface roughness of the back surface 50d.
  • the high-frequency current on the back surface 50d side of the planar conductor 50 flows along a corrugated path on the portion of each groove 78. Route length increases. Therefore, since the impedance on the back surface 50d side is larger than that on the front surface 50c side, the plasma 70 (see FIG. 1) on the front surface 50c side of the planar conductor 50 is obtained by the same action as in the above example in which the surface roughness is increased. High-frequency power can be efficiently input for generation. Therefore, the utilization efficiency of the high frequency power, and thus the processing efficiency of the substrate 30 can be increased.
  • an insulator 80 having a size that covers at least a substantially entire area of the planar conductor 50 in the Y direction may be provided close to the back surface 50 d of the planar conductor 50. In the region where the power supply electrode 52 and the termination electrode 54 are connected to the back surface 50d of the planar conductor 50, the insulator 80 is not necessarily provided.
  • the material of the insulator 80 is, for example, quartz, alumina or the like, but is not limited thereto.
  • the insulator 80 prevents free movement of electrons in the plasma even if plasma is generated on the back surface 50d side of the planar conductor 50, and the insulator 80 Serves as a large loss surface for plasma, and plasma generation on the back surface 50d side of the planar conductor 50 can be suppressed.
  • high-frequency power can be efficiently input to generate the plasma 70 (see FIG. 1) on the surface side of the planar conductor 50, so that the utilization efficiency of the high-frequency power and thus the processing efficiency of the substrate 30 can be increased.
  • the insulator 80 may be in contact with the back surface 50d of the planar conductor 50 as a proximity mode, or there may be a small gap between the back surface 50d. For example, there may be a gap of 10 mm or less. This is because, even if there is a small gap, the insulator 80 functions as the above-described plasma loss surface.
  • the insulator 80 is dimensioned so as to cover substantially the entire area of the planar conductor 50 in the Y direction because the electrons in the plasma move in the X direction by the induced electric field 8 (see FIG. 4) generated in the X direction. This is because the movement is prevented by the insulator 80 in substantially the entire region in the Y direction.
  • the insulator 80 may be divided into a plurality of pieces in the X direction, as long as free movement of electrons in the plasma in the X direction is prevented. In other words, the insulator 80 may be intermittently disposed in the X direction. However, from the viewpoint of the above-described loss with respect to plasma, the insulator 80 is preferably larger. That is, as in this example, the insulator 80 is preferably provided over substantially the entire area of the back surface 50d of the planar conductor 50 except for the region where the power supply electrode 52 and the termination electrode 54 are connected.
  • a technique of providing the insulator 80 on the back surface of the planar conductor 50 as in the examples shown in FIGS. 12 to 14 may be used in combination. If it does in that way, each effect mentioned above can be show
  • the plasma 70 generated in the vacuum vessel 20 includes the planar conductor 50, the feeding electrode 52, and the termination electrode 54 located in the vacuum vessel 20 (see FIG. 1, the same applies hereinafter).
  • a shield plate 82 made of an insulating material may be provided for shielding from the same as in FIG.
  • a shielding plate 82 may be attached to the surface of the planar conductor 50.
  • a small gap may be present from the viewpoint of preventing the shielding plate 82 from contacting the planar conductor 50 having a low temperature. If the gap is small, no plasma is generated in the space, so that high-frequency power can be effectively used for generating the original plasma 70.
  • the material of the shielding plate 82 is, for example, quartz, alumina, silicon carbide, silicon or the like. If it is difficult to reduce oxygen by hydrogen plasma and release oxygen from the shielding plate 82, a non-oxide material such as silicon or silicon carbide may be used. For example, it is easy to use a silicon plate.
  • the power supply electrode 52 and the termination electrode 54 are supported by the insulating flange 57, but the same structure as the example shown in FIG. 1 may be adopted. Moreover, you may have the electric power feeding electrode 52 in the center part of the X direction of the planar conductor 50 like the example shown in FIG. The same applies to the example shown in FIG.
  • the shielding plate 82 prevents the charged particles in the plasma 70 from entering the planar conductor 50, the feeding electrode 52 and the termination electrode 54. Therefore, it is possible to suppress an increase in plasma potential due to incidence of charged particles (mainly electrons) on these conductors 50 and electrodes 52 and 54, and the surfaces of these conductors 50 and electrodes 52 and 54 are charged particles. It is possible to suppress the occurrence of metal contamination (metal contamination) on the plasma 70 and the substrate 30 by being sputtered by (mainly ions).
  • an insulator 84 may be provided to cover the surfaces of the planar conductor 50, the feeding electrode 52, and the termination electrode 54 that are located in the vacuum vessel 20.
  • the insulator 84 is, for example, an insulating film.
  • the material of the insulator 84 is, for example, quartz, alumina, silicon carbide, silicon or the like.
  • a non-oxide material such as silicon or silicon carbide may be used.
  • the shielding plate 82 is provided. That is, since the thickness of the insulator 84 can be made much smaller than that of the shielding plate 82, the plasma 70 can be generated very close to the planar conductor 50. Therefore, the utilization efficiency of the high frequency power can be further increased.
  • the insulator 84 is in intimate contact with the planar conductor 50, so that the insulator 84 has a high cooling effect, and therefore the temperature of the insulator 84 is high.
  • the rise can be suppressed, and the radiant heat to the substrate 30 can be suppressed.
  • an experimental planar conductor 50 having the structure shown in FIG. 15 was placed in an experimental vacuum vessel.
  • a gap of 2 mm was provided between the insulating flange 57 and the flat conductor 50, and a gap of 1 mm was provided between the flat conductor 50 and the shielding plate 82 made of a quartz plate.
  • FIG. 17 shows an example of the planar conductor 50 used for the measurement.
  • the dimension of this planar conductor (L 2 ⁇ L 3 ⁇ thickness) is 278 ⁇ 213 ⁇ 5 mm.
  • the material was aluminum that was easy to process.
  • the width of the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 in the X direction is 15 mm, and the length in the Y direction is 213 mm, which is the same as that of the planar conductor 50.
  • the material was aluminum. The same applies to the example shown in FIG.
  • Argon gas was introduced into the vacuum vessel. This is the same for all measurements. The gas pressure in the vacuum vessel is described in each figure.
  • the planar conductor 50 was supplied with high frequency power having a frequency of 13.56 MHz via the feeding electrode 52 and the termination electrode 54 to generate plasma (argon plasma). This frequency is the same for all measurements. The magnitude of the supplied high frequency power is shown in each figure.
  • FIG. 18 shows the result of measuring the electron density distribution in the Y direction while changing the magnitude of the high-frequency power.
  • the position in the X direction is 0 (the same applies to FIG. 19).
  • the electron density distribution that is, plasma
  • a density distribution was obtained. The reason why the uniformity is poor when the high-frequency power is 200 W is considered to be due to the fact that the plasma is light and the impedance distribution by the plasma described above (see the explanation of FIG. 4) is low.
  • FIG. 19 shows changes in the uniformity of the electron density distribution in the Y direction with respect to the high frequency power, including other gas pressure conditions.
  • This uniformity is a value obtained by dividing the standard deviation of the electron density distribution by the average value, and is a general expression method in this technical field. The smaller the value, the better the uniformity. It can be seen that when the gas pressure and the high frequency power are large, plasma with very good uniformity can be obtained. This is thought to be because high density plasma is generated and the above-described uniforming of the impedance distribution by the plasma is greatly effective.
  • FIGS. 1 and 278 mm the results of measuring the electron density distribution in the X direction and the uniformity of the electron density distribution are shown in FIGS.
  • the position in the Y direction is zero.
  • the high-frequency power is 400 W or more, particularly 600 W or more, and the uniformity is very good.
  • a plasma density distribution was obtained.
  • the plasma density rapidly decreases in the regions outside both ends in the longitudinal direction of the linear conductors and outside both ends in the parallel arrangement direction.
  • FIG. 22 shows the result of measuring the electron density at the center of the planar conductor 50 when the surface roughness of the planar conductor 50 in FIG. 17 is changed, corresponding to the example shown in FIG.
  • the surface roughness on the front surface side / the surface roughness on the back surface side was 0.8 ⁇ m / 0.8 ⁇ m for ⁇ and 0.8 ⁇ m / 25 ⁇ m for ⁇ .
  • planar conductor 50 is composed of two planar electrodes 51 arranged in parallel in the Y direction. This corresponds to the planar conductor 50 shown in FIG. 17 divided into two planar electrodes 51 with a gap 90 therebetween. Others are the same as the case of FIG.
  • the dimension L 5 in the Y direction of each planar electrode 51 was 80 mm, and the dimension L 6 of the gap 90 was 53 mm.
  • the outer dimensions L 2 ⁇ L 3 including the two planar electrodes 51 are the same as those in FIG.
  • FIGS. 18 and 19 the results of measuring the electron density and electron density distribution in the Y direction are shown in FIGS.
  • the position in the X direction is zero. These correspond to FIGS. 18 and 19, respectively.
  • the high-frequency power was 400 W or more
  • a plasma density distribution with very good uniformity was obtained over a wide range, particularly at 600 W or more.
  • the reason why the electron density decreases near the center in the Y direction when the high-frequency power is 200 W is thought to be that the influence of the presence of the gap 90 is increased because the plasma is light. This can be alleviated by reducing the dimension L 6 of the gap 90.

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Abstract

　広範囲に亘って均一性の良いプラズマを発生させることができ、大型の基板に対応することが容易な誘導結合型のプラズマ処理装置を提供する。 　このプラズマ処理装置は、真空容器２０内にホルダ３２の基板保持面に対向するように設けられていてＸ方向に平行な２辺およびＸ方向と直交するＹ方向に平行な２辺を有する方形の平面導体５０と、その裏面のＸ方向の両端部にそれぞれ取り付けられていてＹ方向に延びているブロック状の給電電極５２および終端電極５４と、両電極５２、５４を経由して平面導体５０に高周波電力を供給して平面導体５０に高周波電流を流す高周波電源６２とを備えている。

Description

プラズマ処理装置
　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。
　誘導結合型のプラズマ処理装置において、例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板のような大型の基板に対応するためには、従来は、例えば特許文献１～３および非特許文献１にも記載されているように、上記導体として、複数本の直線導体（これはアンテナとも呼ばれている）を、互いに所定の間隔をあけて、基板に平行な面内で並設した構造を採用している。
特開平１１－３１７２９９号公報（段落００５１－００５８、図３、図４） 特開２００２－６９６５３号公報（段落００１４、図１） 特開２００７－２６２５４１号公報（段落００１６、図１）
東芝レビューVol.55 No.4(2000) 、頁１７－２０（図８）
　複数本の直線導体を互いに間隔をあけて並設した構造を採用している従来のプラズマ処理装置においては、導体を並設した方向におけるプラズマ密度分布の均一性が良くないので、基板に施す処理の均一性も良くないという課題がある。
　これを図２６を参照して説明する。複数本の直線導体２が互いに間隔をあけて並設されている。各直線導体２は、紙面の表裏方向に延びている。各直線導体２に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電流４を流すと各直線導体２の周囲に高周波磁界６がそれぞれ発生し、それによって高周波電流４とは逆方向に誘導電界８が発生する。この誘導電界８によって電子が加速されて各直線導体２の周りのガスを電離させて各直線導体２の周囲にプラズマが発生し（そのプラズマを合せたプラズマ１２を図２６に示す）、そのプラズマ中を誘導電流１０が誘導電界８と同方向（即ち高周波電流４と逆方向）に流れる。なお、誘導電界８と誘導電流１０とは互いに同方向であるから、便宜的に同じ図形を共用している（図４においても同様）。
　各直線導体２の周囲に生成されたプラズマは、拡散によって周囲に拡がるけれども、１本の直線導体２によって生成されるプラズマ密度分布Ｄ1 は、図２６に示すように不均一である。複数本の直線導体２を並設することによって得られるプラズマ１２の密度分布は、各直線導体２によるプラズマ密度分布Ｄ1 を重ね合わせたプラズマ密度分布Ｄ2 となり、各プラズマ密度分布Ｄ1 よりは均一性が良くなるけれども、各プラズマ密度分布Ｄ1 の不均一性の影響が不可避的に残るので、均一性は良くない。
　上記プラズマ密度分布Ｄ2 の不均一性は基板処理の不均一性をもたらすので、基板処理の不均一性を軽減するためには、各直線導体２と基板１４との間の距離Ｌ8 を大きくしなければならない。プラズマ１２の拡散による不均一性軽減を利用するためである。
　しかし、各直線導体２と基板１４との間の距離Ｌ8 を大きくすると、そのぶん直線導体２および基板１４等を収納している真空容器の容積が大きくなるので、真空排気装置の排気容量も大きくしなければならない。ひいては、当該プラズマ処理装置の大型化およびコスト増大につながる。
　そこでこの発明は、高周波電流を流す導体周りを改良することによって、広範囲に亘って均一性の良いプラズマを発生させることができ、大型の基板に対応することが容易な誘導結合型のプラズマ処理装置を提供することを主たる目的としている。
　この発明に係るプラズマ処理装置の一つは、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前記基板を保持するホルダと、前記真空容器内に前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられていて、Ｘ方向に平行な２辺およびＸ方向と直交するＹ方向に平行な２辺を有する方形の平面導体と、前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面のＸ方向の両端部にそれぞれ取り付けられていてＹ方向に延びているブロック状の給電電極および終端電極と、前記給電電極および終端電極を経由して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、上記のような平面導体に加えて、上記のようなブロック状の給電電極および終端電極を備えているので、平面導体にＹ方向においてほぼ一様に高周波電力を供給することができる。
　一般的に、平面導体に高周波電力を供給しても、平面導体の近傍にプラズマが存在しない状態では、表皮効果等によって、簡単に言うと、高周波電流は、主に平面導体の、通電方向に直交する断面の四隅に集中して流れる。
　しかし、平面導体の近傍にプラズマが発生すると、詳細は後述するけれども、平面導体内を流れる高周波電流は、通電方向と直交するＹ方向において一様化するようになる。この発明はこのような現象を利用するものであり、高周波電流が上記のように一様化することと、上記のようなブロック状の給電電極および終端電極を有していることとが相俟って、高周波電流は平面導体内をＹ方向においてほぼ一様に分布して流れるようになる。それによって、平面導体のプラズマ生成側の面の近傍に、通電方向であるＸ方向のみならず、それと直交するＹ方向においてもほぼ一様に分布した誘導電界が発生し、この誘導電界によって、平面導体の面に沿う広範囲に亘って均一性の良いプラズマを発生させることができる。
　前記平面導体の裏面のＸ方向の両端部に、Ｙ方向に延びているブロック状の二つの終端電極を取り付け、かつ当該平面導体の裏面のＸ方向の中央部に、Ｙ方向に延びているブロック状の給電電極を取り付けて、当該給電電極および二つの終端電極を経由して前記平面導体に高周波電力を供給するようしても良い。
　前記平面導体を、前記基板以上の平面寸法を有しているものにしても良い。
　前記平面導体を前記Ｙ方向に並設された複数枚の平面電極で構成し、当該平面電極を包括する領域が前記基板以上の平面寸法を有しているものとしても良い。
　前記平面導体の前記ホルダ側の表面の表面粗さを、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小さくし、かつ前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面の表面粗さを、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くしても良い。
　前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面に、前記平面導体のＹ方向の実質的に全域に延びている溝を前記Ｘ方向に複数並設し、かつ当該各溝の深さを、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くしても良い。
　前記平面導体の少なくともＹ方向の実質的に全域を覆う寸法の絶縁体を、前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面に近接させて設けても良い。
　請求項１に記載の発明によれば、平面導体の近傍にプラズマが発生すると、平面導体内を流れる高周波電流は、通電方向と直交するＹ方向においてほぼ一様に分布して流れるようになる。それによって、平面導体のプラズマ生成側の面の近傍に、通電方向であるＸ方向のみならず、それと直交するＹ方向においてもほぼ一様に分布した誘導電界が発生し、この誘導電界によって、平面導体の面に沿う広範囲に亘って均一性の良いプラズマを発生させることができる。
　その結果、大型の基板に対応することが容易になる。即ち、大型の基板に対しても均一性の良い処理を施すことが可能になる。しかも、平面導体と基板との間の距離を、上記従来技術のように敢えて大きくしなくても、基板に対して均一性の良い処理を施すことができるので、真空容器の容積を小さく抑えることができ、従って真空排気装置の排気容量も小さく抑えることができる。ひいては、当該プラズマ処理装置の小型化およびコスト低減が可能になる。
　請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果に加えて次の更なる効果を奏する。即ち、Ｘ方向中央部の給電電極および両端部の二つの終端電極を経由して平面導体に高周波電力を供給する構成であるので、中央部の給電電極と片方の終端電極との間の距離を高周波電力の波長に対して所定割合以下にすれば、定在波の発生を抑制してＸ方向におけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることができる。従って、同じように定在波発生を抑制する場合に、請求項１の場合に比べて平面導体のＸ方向の長さを約２倍まで大きくすることが可能になるので、より大型の基板に対応することが可能になる。
　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、給電電極および終端電極は、それぞれ平面導体のＹ方向に平行な辺の８５％以上の長さを有しているので、平面導体にＹ方向においてより一様に高周波電力を供給して、Ｙ方向においてより一様に高周波電流を流すことができる。従って、プラズマのＹ方向における均一性をより良くすることができる。
　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、平面導体は基板以上の平面寸法を有しているので、基板寸法と同等以上の範囲で均一性の良いプラズマを発生させることが容易になる。従って、大型の基板に対しても、より均一性の良い処理を施すことが可能になる。
　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、平面導体はＹ方向に並設された複数枚の平面電極で構成されているので、相対的に小型の平面電極を用いて大型の平面導体を構成することができる。従って、平面導体の大型化が容易であり、ひいては大型の基板への対応も容易になる。
　しかも、上記複数枚の平面電極を包括する領域は基板以上の平面寸法を有しているので、基板寸法と同等以上の範囲で均一性の良いプラズマを発生させることが容易になる。従って、大型の基板に対しても、より均一性の良い処理を施すことが可能になる。
　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、平面導体の裏面の表面粗さを、平面導体中を流れる高周波電流の表皮厚さよりも大きくしているので、平面導体の裏面側における高周波電流の実効的な経路長が大きくなって、裏面側のインピーダンスが表面側に比べて大きくなり、高周波電流は主として平面導体内の表面側を流れるようになる。従って、平面導体の表面側におけるプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入することができる。平面導体の表面側のプラズマは基板に面していて基板処理に寄与するのに対して、裏面側のプラズマはそれに寄与しないので、表面側のプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入することによって、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７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体の裏面に設けた複数の溝によって、平面導体の裏面側における高周波電流の実効的な経路長が大きくなって、裏面側のインピーダンスが表面側に比べて大きくなるので、請求項６の場合と同様の作用によって、平面導体の表面側のプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入することができる。従って、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８に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体の裏面側にプラズマが発生しようとしても、平面導体の裏面に近接して設けている絶縁体によってプラズマ中の電子の自由な動きが妨げられると共に、当該絶縁体がプラズマの大きな損失面として働くので、平面導体の裏面側でのプラズマ生成を抑制することができる。その結果、平面導体の表面側のプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入することができるので、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９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、給電電極および終端電極に入射するのを抑制することができるので、これらの導体および電極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、これらの導体および電極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１０に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、真空容器内に位置している平面導体、給電電極および終端電極の表面を覆う絶縁体を有しているので、プラズマ中の荷電粒子がこれらの導体および電極に入射するのを抑制することができる。従って請求項９の場合と同様の作用によって、プラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、プラズマおよび基板に対して金属汚染が生じるのを抑制することができる。
　請求項１１に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、平面導体を冷却する冷却機構を有しているので、平面導体の温度上昇を抑制することができる。その結果、平面導体の温度上昇による変形や、平面導体から基板への輻射熱による基板の温度上昇等を抑制することができる。
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中の平面導体周りの一例を示す平面図であり、図１中のＡ－Ａ方向に見たものである。 平面導体に高周波電流を流した場合であってプラズマが発生する前の様子の一例を示す概略図であり、（Ａ）は平面導体に流れる高周波電流の様子を示し、（Ｂ）は平面導体のインピーダンスの分布および高周波電流の分布を示す。 平面導体に高周波電流を流した場合であってプラズマが発生した時の様子の一例を示す概略図であり、（Ａ）は平面導体に流れる高周波電流等の様子を示し、（Ｂ）は発生したプラズマの密度分布を示す。 平面導体の冷却機構の一例を示す図である。 平面導体の中央部に給電電極を設けた例を示す断面図である。 図６の例の平面導体周りの一例を示す平面図である。 平面導体、給電電極および終端電極を１枚の絶縁フランジで支持した例を示す断面図である。 平面導体を２枚の平面電極で構成した例を示す平面図である。 平面導体の裏面の表面粗さを大きくした例を拡大して示す概略断面図である。 平面導体の裏面に溝を設けた例を拡大して示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 平面導体の裏面に絶縁体を配置した一例を示す断面図である。 図１２の例の平面導体周りの一例を示す平面図である。 平面導体の裏面に絶縁体を配置した他の例を示す断面図である。 平面導体等をプラズマから遮蔽する遮蔽板を設けた例を示す断面図である。 平面導体等を覆う絶縁体を設けた例を示す断面図である。 プラズマの均一性測定に用いた平面導体等の一例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図１７に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＹ方向の電子密度分布を測定した結果の一例を示す図である。 図１７に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＹ方向の電子密度分布の均一性を測定した結果の一例を示す図である。 図１７に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＸ方向の電子密度分布を測定した結果の一例を示す図である。 図１７に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＸ方向の電子密度分布の均一性を測定した結果の一例を示す図である。 図１７に示す平面導体の表面粗さを変えたときの、平面導体中央での電子密度を測定した結果の一例を示す図である。 プラズマの均一性測定に用いた平面導体等の他の例を示す概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図２３に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＹ方向の電子密度分布を測定した結果の一例を示す図である。 図２３に示す平面導体を用いてプラズマを生成したときのＹ方向の電子密度分布の均一性を測定した結果の一例を示す図である。 複数本の直線導体を並設した従来構造の直線導体に高周波電流を流した場合の様子の一例を示す概略図であり、（Ａ）は直線導体に流れる高周波電流等の様子を示し、（Ｂ）は発生したプラズマの密度分布を示す。
　（１）プラズマ処理装置
　図１に、この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す。
　この装置は、平面導体５０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７０を生成し、当該プラズマ７０を用いて基板３０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３０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３０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２０を備えている。真空容器２０内は、排気口２４を通して図示しない真空排気装置によって真空排気される。
　真空容器２０内には、基板３０に施す処理内容に応じたガス２８が、ガス導入部２６を通して導入される。例えば、プラズマＣＶＤによって基板３０に膜形成を行う場合は、ガス２８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３０の表面に形成することができる。ガス２８をできるだけ一様に導入するために、ガス導入部２６は、後述するＹ方向に沿って延びているものが好ましい。
　真空容器２０内には、基板３０を保持するホルダ３２が設けられている。この例では、ホルダ３２は軸３６に支持されている。軸３６が真空容器２０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３８が設けられている。この例のように、ホルダ３２にバイアス電源４０から軸３６を経由して負のバイアス電圧Ｖb を印加するようにしても良い。バイアス電圧Ｖb は負のパルス状電圧でも良い。このようなバイアス電圧Ｖb によって、例えば、プラズマ７０中の正イオンが基板３０に入射するときのエネルギーを制御して、基板３０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。
　この例のように、ホルダ３２内には、基板３０を加熱するヒータ３４を設けておいても良い。基板３０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）４２を設けておいても良い。マスク４２の周辺部に、ガス２８の流れを一様化すると共に、プラズマ７０が基板３０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４４を設けておいても良い。
　真空容器２０内に、より具体的には真空容器２０の天井面２２の内側に、ホルダ３２の基板保持面に対向するように、方形の平面導体５０が設けられている。天井面２２は、例えば金属製のフランジでも良い。
　方形の平面導体５０の辺を特定するために互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とすると、図２も参照して、平面導体５０はＸ方向に平行な２辺５０ａおよびＹ方向に平行な２辺５０ｂを有している。平面導体５０は、長方形でも良いし、正方形でも良い。図２の平面導体５０は長方形の場合の一例であり、この例ではＸ方向に平行な２辺５０ａが長辺であるが、これに限られるものではない。平面導体５０の平面形状を具体的にどのようなものにするかは、例えば、基板３０の平面形状に応じて決めれば良い。
　図１、図２等の各図中には、平面導体５０をどの方向に見て図示しているのかを分かりやすくするために、上記Ｘ方向およびＹ方向を図示している。
　平面導体５０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。次に述べる給電電極５２および終端電極５４も同様である。
　平面導体５０の、ホルダ３２側の面を表面、ホルダ３２とは反対側の面を裏面と呼ぶと、平面導体５０の裏面のＸ方向の両端部に、平面導体５０の辺５０ｂに沿ってＹ方向に延びているブロック状の給電電極５２および終端電極５４が取り付けられている。
　給電電極５２および終端電極５４は、後述する高周波電源６２からの高周波電流を平面導体５０に流すためのものである。より具体的には、給電電極５２は、平面導体５０に高周波電源６２からの高周波電流を整合回路６４を介して供給するための接続部であり、終端電極５４は、平面導体５０の端部を直接またはキャパシタを介して接地部に接続し、高周波電源６２から平面導体５０にかけて高周波電流の閉ループを作るための接続部である。
　給電電極５２および終端電極５４のＹ方向の長さは、高周波電流をＹ方向においてできるだけ一様に流すために、平面導体５０のＹ方向に平行な辺５０ｂの長さに近づける（例えば辺５０ｂの長さと実質的に同じにする）のが好ましいけれども、辺５０ｂの長さより幾分小さくても良いし、大きくても良い。数値で表せば、給電電極５２および終端電極５４のＹ方向の長さは、例えば、辺５０ｂの８５％以上の長さにすれば良い。後述する他の例においても同様である。
　給電電極５２および終端電極５４は、絶縁フランジ５６をそれぞれ介して、真空容器２０の天井面２２に取り付けられている。これらの要素の間には、真空シール用のパッキン５８がそれぞれ設けられている。
　給電電極５２は、接続導体６８、整合回路６４およびその出力バー６６を経由して、高周波電源６２の一端に接続されている。高周波電源６２の他端は接地されている。終端電極５４は、接続導体６９を経由して、整合回路６４の近傍の接地部に接続されている。終端電極５４は、直接接地しても良いし、キャパシタを介して接地しても良い。接続導体６８、６９は、高周波電流をＹ方向においてできるだけ一様に流すために、給電電極５２、終端電極５４のＹ方向の寸法と同程度の幅を持つ板状のものが好ましい。天井面２２の上部は、この例のように、高周波の漏洩を防止するシールドボックス６０で覆っておくのが好ましい。
　高周波電源６２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。
　平面導体５０のＸ方向の長さは、終端電極５４でのインピーダンスの不整合で生じる反射電力や、プラズマ生成時の誘電率の増加に伴う波長変化を考慮して、上記高周波電力の真空中における波長の１／８（１３．５６ＭＨｚの場合で２．７５ｍ）程度以下にするのが好ましい。そのようにすれば、給電電極５２と終端電極５４との間で定在波が生じにくくなり、定在波に起因してプラズマ密度分布がＸ方向において不均一になることを抑制することができる。
　このプラズマ処理装置においては、上記のような平面導体５０に加えて、上記のようなブロック状の給電電極５２および終端電極５４を備えているので、平面導体５０にＹ方向においてほぼ一様に高周波電力を供給することができる。上記とは違って、平面導体５０に点状のような小さな電極を用いて高周波電力を供給したのでは、平面導体５０にＹ方向においてほぼ一様な高周波電力を供給することはできない。
　一般的に、平面導体に高周波電力を供給しても、平面導体の近傍にプラズマが存在しない状態では、表皮効果等によって、簡単に言うと、図３に示す例のように、高周波電流４は、主に平面導体４８の、通電方向に直交する断面の四隅に集中して流れる。これは、高周波のインピーダンスＺr の分布が、図３に示す例のように、平面導体４８の四隅で小さく、その他の部分で大きくなるからである。但し、平面導体４８の形状や、給電電極および終端電極の位置等によっては、どのように流れるかは、一概には分からない。
　これに対して、このプラズマ処理装置においては、平面導体５０の近傍にプラズマ７０が発生する。即ち、図４に示すように、平面導体５０に高周波電流４を流すと平面導体５０の周囲に高周波磁界６が発生し、それによって高周波電流４とは逆方向に誘導電界８が発生する。この誘導電界８によって電子が加速されて平面導体５０の近傍のガス２８（図１参照）を電離させて平面導体５０の近傍にプラズマ７０が発生し、そのプラズマ７０中を誘導電流１０が誘導電界８と同方向（即ち高周波電流４と逆方向）に流れる。
　上記のように平面導体５０の近傍にプラズマ７０が発生して、その中を誘導電流１０が高周波電流４とは逆方向に流れると、平面導体５０内を流れる高周波電流４は、通電方向と直交するＹ方向において一様化するようになる。その概略の理由は次のとおりである。
　即ち、配電の技術分野においては、ブスバーのような平面導体に流れる電流に近接した別の導体に逆方向に電流が流れる場合、相互の導体のインピーダンスの分布が変化し、低インピーダンス化およびインピーダンスの一様化を生じることが知られている。これは、電流が互いに逆方向に流れることによって、磁束の鎖交数が減少することが関係しているものと思われる。本発明は、このような現象を平面導体とプラズマとの関係に応用したものであると言うことができる。
　従って、図４に示すように、平面導体５０の近傍にプラズマ７０、特に高密度のプラズマ７０が発生すると、平面導体５０内を流れる高周波電流４のＹ方向における一様化が生じる。このことと、上記のようなブロック状の給電電極５２および終端電極５４を有していることとが相俟って、高周波電流４は平面導体５０内をＹ方向においてほぼ一様に分布して流れるようになる。それによって、平面導体５０のプラズマ７０生成側の面の近傍に、通電方向であるＸ方向のみならず、それと直交するＹ方向においてもほぼ一様に分布した誘導電界８および誘導電流１０が発生し、この誘導電界８によって、平面導体５０の面に沿う広範囲に亘って均一性の良いプラズマを発生させることができる。そのプラズマ密度分布Ｄ3 の概略例を図４に示す。実測例は後述する。
　その結果、大型の基板３０に対応することが容易になる。即ち、大型の基板３０に対しても均一性の良い処理を施すことが可能になる。しかも、平面導体５０と基板３０との間の距離Ｌ1 （図１参照）を、上記従来技術のように敢えて大きくしなくても、基板３０に対して均一性の良い処理を施すことができるので、真空容器２０の容積を小さく抑えることができ、従って真空排気装置の排気容量も小さく抑えることができる。ひいては、当該プラズマ処理装置の小型化およびコスト低減が可能になる。
　前述したように、給電電極５２および終端電極５４は、それぞれ、平面導体５０のＹ方向に平行な辺５０ｂの８５％以上の長さを有しているのが好ましい。そのようにすると、平面導体５０にＹ方向においてより一様に高周波電力を供給して、Ｙ方向においてより一様に高周波電流４を流すことができる。従って、プラズマ７０のＹ方向における均一性をより良くすることができる。
　平面導体５０は、基板３０の平面寸法以上の平面寸法を有しているのが好ましい。そのようにすると、基板寸法と同等以上の範囲で均一性の良いプラズマ７０を発生させることが容易になる。従って、大型の基板３０に対しても、より均一性の良い処理を施すことが可能になる。
　（２）平面導体周りの構造の他の例
　次に、平面導体５０周りの構造の他の例を、先に説明した例との相違点を主体に説明する。
　図５に示す例のように、平面導体５０の内部に冷媒７２を流して平面導体５０を冷却する冷却機構を設けても良い。後述する他の例においても同様である。冷却機構は、図５の例では、平面導体５０内に設けた冷媒流路７４に、給電電極５２（図１参照）および終端電極５４内に設けた冷媒流路７６を通して、冷媒７２を流す構造をしている。冷媒７２は、例えば冷却水であるが、これに限られるものではない。平面導体５０内の冷媒流路７４は、Ｙ方向に複数並設されたものでも良い。
　上記のような冷却機構を設けておくと、平面導体５０および給電電極５２、終端電極５４の温度上昇を抑制することができる。その結果、平面導体５０等の温度上昇による変形や、平面導体５０等から基板３０への輻射熱による基板３０の温度上昇等を抑制することができる。
　図６、図７に示す例のように、平面導体５０の裏面のＸ方向の両端部に前述したような二つの終端電極５４を取り付け、平面導体５０の裏面の中央部に前述したような給電電極５２を取り付けても良い。そのようにすれば、前述したような定在波を抑制するためには、中央部の給電電極５２と片方の終端電極５４との間の距離を、高周波電力の波長に対して所定割合以下、例えば前述した１／８程度以下にすれば良いので、同じように定在波発生を抑制する場合に、図１、図２に示した例に比べて、平面導体５０のＸ方向の長さを約２倍まで大きくすることが可能になる。従って、より大型の基板３０に対応することが可能になる。
　図８に示す例のように、給電電極５２および終端電極５４を、一つの絶縁フランジ５７を介して天井面２２に取り付けても良い。図６、図７に示したように中央部に給電電極５２を設け、両端部に二つの終端電極５４を設ける場合も同様である。
　図９に示す例のように、平面導体５０は、Ｙ方向に並設された複数枚（図９の例では２枚）の平面電極５１で構成されていても良い。そのようにすると、相対的に小型の平面電極５１を用いて大型の平面導体５０を構成することができる。従って、平面導体５０の大型化が容易であり、ひいては大型の基板３０への対応も容易になる。各平面電極５１間のＹ方向の隙間９０は小さい方が好ましい。
　また、上記複数枚の平面電極５１を包括する領域は、基板３０の平面寸法以上の平面寸法を有しているのが好ましい。そのようにすると、基板寸法と同等以上の範囲で均一性の良いプラズマ７０を発生させることが容易になる。従って、大型の基板３０に対しても、より均一性の良い処理を施すことが可能になる。
　図１０に示す例のように、平面導体５０のホルダ側の表面５０ｃの表面粗さを、平面導体５０中を流れる高周波電流の表皮厚さδよりも小さくし、かつ平面導体５０のホルダとは反対側の裏面５０ｄの表面粗さを、上記表皮厚さδよりも大きくしておいても良い。
　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５０の透磁率、σは平面導体５０の導電率である。
　［数１］
　　δ＝１／√（πｆμσ）
　具体例を挙げると、周波数は１３．５６ＭＨｚである。平面導体５０が純銅の場合、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５０がアルミニウムの場合、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。
　上記表面粗さは、例えば、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で定義されている最大高さＲz である。
　給電電極５２および終端電極５４を接続する領域の表面粗さは上記のように大きくする必要はない。接触抵抗を増大させないためである。即ち、平面導体５０の裏面５０ｄは、給電電極５２および終端電極５４を接続する領域を除いたできるだけ広い領域の、好ましくは実質的に全面の表面粗さを上記のように大きくすれば良い。表面粗さを大きくするには、例えばブラスト処理を行えば良い。機械加工の加工精度を粗くしても良い。
　表面粗さの具体例を挙げると、例えば、表面５０ｃの表面粗さ（最大高さＲz ）は０．８μｍ、裏面５０ｄの表面粗さ（最大高さＲz ）は２５μｍである。これであれば、平面導体５０が銅、アルミニウムのいずれであっても、表皮厚さδとの上記関係を満たしている。
　平面導体５０の表面粗さを上記のようにすると、平面導体５０の裏面５０ｄ側における高周波電流は裏面５０ｄの凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流の実効的な経路長が大きくなる。従って、裏面５０ｄ側のインピーダンスが表面５０ｃ側に比べて大きくなり、高周波電流は主として平面導体５０内の表面５０ｃ側を流れるようになる。従って、平面導体５０の表面５０ｃ側におけるプラズマ７０（図１参照）の生成に高周波電力を効率的に投入することができる。
　その理由は、簡単に言えば次のとおりである。即ち、平面導体５０の表面５０ｃ側を流れる高周波電流と裏面５０ｄ側を流れる高周波電流とは、プラズマ７０との間の距離が平面導体５０の厚さ（例えば５ｍｍ）程度異なるようになる。高周波電流による誘導電界の強度は距離の２乗～３乗程度のオーダーで減衰し、それに応じてプラズマ密度も減少するので、平面導体５０の厚さ程度の差でもプラズマ７０の生成に影響する。このことは、図２２に示す測定結果でも確かめられている。
　平面導体５０の表面５０ｃ側のプラズマ７０は基板３０に面していて基板処理に寄与するのに対して、裏面５０ｄ側のプラズマはそれに寄与しないので、上記のようにして表面５０ｃ側のプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入することによって、高周波電力の利用効率ひいては基板３０の処理効率を高めることができる。
　表皮厚さδを基準にするのは、上記説明からも分かるように、平面導体５０の表面粗さが表皮厚さδよりも大きいと高周波電流は表面の凹凸に沿って波打った経路で流れ、表面粗さが表皮厚さδよりも小さいと波打ち方が小さくなって凹凸の効果が薄らぐからである。
　平面導体５０の裏面５０ｄの表面粗さを上記のように大きくする代わりに、図１１に示す例のように、平面導体５０の裏面５０ｄに、平面導体５０のＹ方向の実質的に全域に延びている溝７８をＸ方向に複数並設し、かつ当該各溝７８の深さＤを、平面導体５０中を流れる高周波電流の上記表皮厚さδよりも大きくしておいても良い。
　各溝７８が延びている方向をＹ方向にするのは、平面導体５０内を流れる高周波電流（図２の高周波電流４参照）に各溝７８をほぼ直交させて、高周波電流の実効的な経路長を大きくするためである。
　給電電極５２および終端電極５４を接続する領域に溝７８を形成する必要はない。接触抵抗を増大させないためである。即ち、溝７８は、平面導体５０の裏面５０ｄの、給電電極５２および終端電極５４を接続する領域を除いたできるだけ広い領域に、好ましくは実質的に全面に形成すれば良い。溝７８を形成するには、例えば、溝７８に相当する加工痕が残るように、裏面５０ｄの機械加工（例えばフライス加工）を行えば良い。
　各溝７８の深さＤを表皮厚さδよりも大きくするのは、裏面５０ｄの表面粗さを大きくする前述した理由と同様の理由による。
　平面導体５０の裏面５０ｄに上記のような溝７８を設けると、平面導体５０の裏面５０ｄ側における高周波電流は各溝７８の部分の凹凸に沿って波打った経路で流れるので当該高周波電流の実効的な経路長が大きくなる。従って、裏面５０ｄ側のインピーダンスが表面５０ｃ側に比べて大きくなるので、表面粗さを大きくした上記例の場合と同様の作用によって、平面導体５０の表面５０ｃ側におけるプラズマ７０（図１参照）の生成に高周波電力を効率的に投入することができる。従って、高周波電力の利用効率ひいては基板３０の処理効率を高めることができる。
　図１２、図１３に示す例のように、平面導体５０の少なくともＹ方向の実質的に全域を覆う寸法の絶縁体８０を、平面導体５０の裏面５０ｄに近接させて設けておいても良い。給電電極５２および終端電極５４を平面導体５０の裏面５０ｄに接続する領域には、絶縁体８０を設けようがないし、設ける必要もない。
　絶縁体８０の材質は、例えば、石英、アルミナ等であるが、これに限られるものではない。
　上記のような絶縁体８０を設けておくと、平面導体５０の裏面５０ｄ側にプラズマが発生しようとしても、上記絶縁体８０によってプラズマ中の電子の自由な動きが妨げられると共に、当該絶縁体８０がプラズマの大きな損失面として働くので、平面導体５０の裏面５０ｄ側でのプラズマ生成を抑制することができる。その結果、平面導体５０の表面側のプラズマ７０（図１参照）の生成に高周波電力を効率的に投入することができるので、高周波電力の利用効率ひいては基板３０の処理効率を高めることができる。
　絶縁体８０は、近接の態様として、平面導体５０の裏面５０ｄに接していても良いし、裏面５０ｄとの間に小さな隙間があっても良い。例えば、１０ｍｍ以下の隙間があっても良い。小さな隙間があっても、絶縁体８０は上述したプラズマの損失面として働くからである。
　絶縁体８０を、平面導体５０のＹ方向の実質的に全域を覆う寸法とするのは、上述したプラズマ中の電子は、Ｘ方向に発生する誘導電界８（図４参照）によってＸ方向に動こうとするので、その動きを、Ｙ方向の実質的に全域において絶縁体８０によって妨げるためである。
　プラズマ中の電子のＸ方向の自由な動きを妨げれば良いので、絶縁体８０は、Ｘ方向に複数に分割されていても良い。換言すれば、絶縁体８０は、Ｘ方向には断続的に配置されていても良い。但し、上述したプラズマに対する損失面の観点からは、絶縁体８０は大きい方が好ましい。即ちこの例のように、絶縁体８０は、平面導体５０の裏面５０ｄの、給電電極５２および終端電極５４を接続する領域を除いた実質的に全域に設けておくのが好ましい。
　図１４に示す例のように、平面導体５０のＸ方向の中央部に給電電極５２を設ける場合も、上記のような絶縁体８０を設けておいても良い。
　なお、図１０に示した例のように平面導体５０の裏面の表面粗さを大きくする技術、あるいは図１１に示した例のように平面導体５０の裏面５０ｄに溝７８を設ける技術と、図１２～図１４に示した例のように平面導体５０の裏面に絶縁体８０を設ける技術とを併用しても良い。そのようにすれば、上述したそれぞれの作用効果を併せて奏することができる。
　図１５に示す例のように、真空容器２０（図１参照。以下同様）内に位置している平面導体５０、給電電極５２および終端電極５４を、真空容器２０内に生成されるプラズマ７０（図１参照。以下同様）から遮蔽するものであって絶縁物から成る遮蔽板８２を設けておいても良い。
　遮蔽板８２と平面導体５０との間は、隙間があっても良いし、接していても良い。平面導体５０の表面に遮蔽板８２を取り付けても良い。例えば、遮蔽板８２はプラズマ７０で加熱されるので、それを温度の低い平面導体５０と接触させない観点からは、小さな隙間があっても良い。小さな隙間にすると、その空間ではプラズマは発生しないので、高周波電力を本来のプラズマ７０の生成に有効に使うことができる。
　遮蔽板８２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８２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。
　なお、図１５の例は絶縁フランジ５７で給電電極５２および終端電極５４を支持しているが、図１に示した例と同様の構造を採用しても良い。また、図６に示した例のように平面導体５０のＸ方向の中央部に給電電極５２を有していても良い。図１６に示す例においても同様である。
　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８２を設けておくと、遮蔽板８２によって、プラズマ７０中の荷電粒子が平面導体５０、給電電極５２および終端電極５４に入射するのを抑制することができるので、これらの導体５０および電極５２、５４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、これらの導体５０および電極５２、５４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７０および基板３０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。
　図１６に示す例のように、真空容器２０内に位置している平面導体５０、給電電極５２および終端電極５４の表面を覆う絶縁体８４を設けておいても良い。絶縁体８４は例えば絶縁膜である。
　絶縁体８４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絶縁体８４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。
　この絶縁体８４によっても、上記遮蔽板８２を設けたときの上記作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
　それに加えて、上記遮蔽板８２を設ける場合に比べて次の利点がある。即ち、絶縁体８４の厚さは遮蔽板８２に比べて非常に小さくすることができるので、平面導体５０のごく近くでプラズマ７０を発生させることができる。従って、高周波電力の利用効率をより高めることができる。
　また、平面導体５０が前述したような冷却機構によって冷却されている場合は、当該平面導体５０に絶縁体８４が密接しているために絶縁体８４の冷却効果も高く、従って絶縁体８４の温度上昇を抑えて、基板３０への輻射熱を抑えることができる。
　（３）測定結果の例
　次に、プラズマの均一性等の測定結果の例を説明する。
　測定に際しては、実験用の真空容器内に、図１５に示した構造で実験用の平面導体５０を配置した。絶縁フランジ５７と平面導体５０との間には２ｍｍの隙間を設け、平面導体５０と石英板から成る遮蔽板８２との間には１ｍｍの隙間を設けた。
　図１７に、測定に用いた平面導体５０等の一例を示す。この平面導体の寸法（Ｌ2 ×Ｌ3 ×厚さ）は、２７８×２１３×５ｍｍである。材質は、加工が容易なアルミニウムとした。
　給電電極５２および終端電極５４のＸ方向の幅は１５ｍｍ、Ｙ方向の長さは平面導体５０と同じ２１３ｍｍである。材質はアルミニウムとした。これらは図２３に示す例においても同様である。
　真空容器内にはアルゴンガスを導入した。これは全ての測定において同じである。真空容器内のガス圧は、各図中に記載している。
　平面導体５０には、給電電極５２および終端電極５４を経由して、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給してプラズマ（アルゴンプラズマ）を発生させた。この周波数は、全ての測定において同じである。供給した高周波電力の大きさは、各図中に記載している。
　平面導体５０の表面から距離Ｌ4 （＝６０ｍｍ）の位置で、水平方向に可動のラングミュアプローブ８６を用いて、発生させたプラズマ中の電子密度を測定した。プラズマ密度を電子密度で表すことは一般的な手法である。従って、測定した電子密度分布はプラズマ密度分布を表している。
　高周波電力の大きさを変えて、Ｙ方向の電子密度分布を測定した結果を図１８に示す。Ｘ方向の位置は０である（図１９も同様）。Ｙ方向の測定範囲は、平面導体５０の寸法Ｌ3 （＝２１３ｍｍ）よりも広い２５０ｍｍであるが、この広い範囲で、高周波電力が４００Ｗ以上では、非常に均一性の良い電子密度分布（即ちプラズマ密度分布。以下同様）が得られた。高周波電力が２００Ｗの場合に均一性が悪いのは、プラズマが淡く、前述した（図４の説明参照）プラズマによるインピーダンス分布の一様化作用が低いことが一因であると考えられる。
　他のガス圧条件を含めて、高周波電力に対するＹ方向の電子密度分布の均一性の変化を図１９に示す。この均一性は、電子密度分布の標準偏差を平均値で割った値であり、この技術分野では一般的な表現方法である。値が小さい方が均一性は良い。ガス圧および高周波電力が大きいと、非常に均一性の良いプラズマが得られることが分かる。これは高密度プラズマが発生して、プラズマによる前述したインピーダンス分布の一様化作用が大きく効いているからだと考えられる。
　上記と同様に、Ｘ方向の電子密度分布および電子密度分布の均一性を測定した結果を図２０および図２１に示す。Ｙ方向の位置は０である。このＸ方向の測定範囲は、平面導体５０の寸法Ｌ2 （＝２７８ｍｍ）とほぼ同じ範囲であるが、この広い範囲で、高周波電力が４００Ｗ以上では、特に６００Ｗ以上では、非常に均一性の良いプラズマ密度分布が得られた。
　前述した複数本の直線導体を並設した従来技術では、直線導体の長さ方向の両端部の外側および並設方向の両端部の外側の領域ではプラズマ密度が急激に低下するので、各直線導体を基板よりも十分に長くし、かつ複数本の直線導体を並設する領域も基板よりも十分に広くしなければならない。これは装置の大型化をもたらす。
　これに対して、この発明に係る構造によれば、上記測定結果から分かるように、平面導体５０の面積と同等以上の広い範囲で均一なプラズマが得られることが確認できた。従って、前述した真空容器の小容積化、真空排気装置の小容量化、プラズマ処理装置の小型化およびコスト低減の効果をより高めることができる。
　図１０に示した例に相当するものとして、図１７の平面導体５０の表面粗さを変えたときの、平面導体５０の中央での電子密度を測定した結果を図２２に示す。表面側の表面粗さ／裏面側の表面粗さは、■印は０．８μｍ／０．８μｍ、●印は０．８μｍ／２５μｍとした。後者の裏面は、前述した（数１の説明参照）アルミニウムの場合の表皮厚さδ＝２２．２μｍよりも大きい表面粗さである。この表面粗さは、いずれも前述した最大高さＲz である。
　平面導体５０の裏面の表面粗さを上記のように大きくすると、そうしない場合に比べて電子密度が増加し、高周波電力を１０００Ｗ投入した時で電子密度が約４０％増加することが確認できた。これによって、平面導体５０の表面側におけるプラズマ生成に高周波電力を効率的に投入できることが確認できた。
　図９に示した例に相当するものとして、図２３に示すように、平面導体５０がＹ方向に並設された２枚の平面電極５１で構成されている場合の実験も行った。これは、図１７に示す平面導体５０を、隙間９０をあけて２枚の平面電極５１に分割したものに相当する。その他は図１７の場合と同じである。各平面電極５１のＹ方向の寸法Ｌ5 は８０ｍｍ、隙間９０の寸法Ｌ6 は５３ｍｍとした。２枚の平面電極５１を包括した外形寸法Ｌ2 ×Ｌ3 は図１７の場合と同じである。
　図２３に示した平面導体５０の場合に、Ｙ方向の電子密度および電子密度分布を測定した結果を図２４および図２５に示す。Ｘ方向の位置は０である。これらは、図１８、図１９にそれぞれ対応している。この場合も、高周波電力が４００Ｗ以上の場合では、特に６００Ｗ以上では、広い範囲で非常に均一性の良いプラズマ密度分布が得られた。高周波電力が２００Ｗの場合に、Ｙ方向の中央付近で電子密度が低下しているのは、プラズマが淡くて、隙間９０の存在の影響が大きくなったからだと考えられる。これは、隙間９０の寸法Ｌ6 を小さくすれば緩和することができる。
　２０　真空容器
　２８　ガス
　３０　基板
　３２　ホルダ
　５０　平面導体
　５０ｃ　表面
　５０ｄ　裏面
　５１　平面電極
　５２　給電電極
　５４　終端電極
　６２　高周波電源
　７０　プラズマ
　７４、７６　冷媒流路
　７８　溝
　８０　絶縁体
　８２　遮蔽板

Claims (11)

  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誘導結合型の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前記基板を保持するホルダと、
    　前記真空容器内に前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられていて、Ｘ方向に平行な２辺およびＸ方向と直交するＹ方向に平行な２辺を有する方形の平面導体と、
    　前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面のＸ方向の両端部にそれぞれ取り付けられていてＹ方向に延びているブロック状の給電電極および終端電極と、
    　前記給電電極および終端電極を経由して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いることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　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前記基板を保持するホルダと、
    　前記真空容器内に前記ホルダの基板保持面に対向するように設けられていて、Ｘ方向に平行な２辺およびＸ方向と直交するＹ方向に平行な２辺を有する方形の平面導体と、
    　前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面のＸ方向の両端部にそれぞれ取り付けられていてＹ方向に延びているブロック状の二つの終端電極と、
    　前記平面導体の裏面のＸ方向の中央部に取り付けられていてＹ方向に延びているブロック状の給電電極と、
    　前記給電電極および二つの終端電極を経由して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いることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 　前記給電電極および終端電極は、それぞれ、前記平面導体のＹ方向に平行な辺の８５％以上の長さを有している請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記平面導体は、前記基板以上の平面寸法を有している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記平面導体は前記Ｙ方向に並設された複数枚の平面電極で構成されていて、当該平面電極を包括する領域は前記基板以上の平面寸法を有している請求項１、２または３記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記平面導体の前記ホルダ側の表面の表面粗さを、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小さくし、かつ前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面の表面粗さを、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くしている請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面に、前記平面導体のＹ方向の実質的に全域に延びている溝を前記Ｘ方向に複数並設し、かつ当該各溝の深さを、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くしている請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記平面導体の少なくともＹ方向の実質的に全域を覆う寸法の絶縁体を、前記平面導体の前記ホルダとは反対側の裏面に近接させて設けている請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記真空容器内に位置している前記平面導体、給電電極および終端電極を、前記真空容器内に生成される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有している請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記真空容器内に位置している前記平面導体、給電電極および終端電極の表面を覆う絶縁体を有している請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記平面導体の内部に冷媒を流して前記平面導体を冷却する冷却機構を有している請求項１ないし１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
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