特許 5874853 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5874853

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20160218BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20160218BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

   C23C16/509

   H01L21/302 101C

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-84769(P2015-84769)

(22)【出願日】2015年4月17日

【審査請求日】2015年5月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088661

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 恵二

(72)【発明者】

【氏名】安東 靖典

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１７９０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２４５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８４６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３５７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１６９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７４０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４５３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／５０５−１６／５０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって前記真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記アンテナは、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される中空のアンテナ本体とを備えており、
前記アンテナ本体は、（ａ）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直列接続した構造をしていて、当該接続部は真空および前記冷却水に対するシール機能を有しており、（ｂ）かつ前記中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサを有していて、前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと当該コンデンサとを電気的に直列接続した構造をしており、
前記中空絶縁体および前記コンデンサは前記真空容器内に配置されており、
更に、前記アンテナ本体の一方端部である給電端部に接続されていて前記アンテナ本体に前記高周波電流を供給する高周波電源を備えており、
かつ、前記アンテナ本体の他方端部である終端部をコイルを介して接地している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記コンデンサは、前記中空絶縁体の外周部に配置された層状のコンデンサであり、（ａ）前記中空絶縁体の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体の一方側に接続された前記金属パイプに電気的に接続された第１の電極と、（ｂ）前記中空絶縁体の外周部に、前記第１の電極と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体の他方側に接続された前記金属パイプに電気的に接続された第２の電極と、（ｃ）前記第１の電極および第２の電極間に配置された誘電体とを有している請求項１記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、
前記複数のアンテナのアンテナ本体の給電端部を一つの前記高周波電源に接続しており、
前記複数のアンテナのアンテナ本体の終端部を個々にコイルを介して接地している請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、
前記複数のアンテナのアンテナ本体の給電端部を一つの前記高周波電源に接続しており、
前記複数のアンテナのアンテナ本体の終端部を一括してコイルを介して接地している請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、
前記複数のアンテナを、隣り合うアンテナが異なるグループに属するように第１および第２のグループに分けており、
前記第１のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第１の高周波電源と、
前記第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第２の高周波電源と、
前記第１の高周波電源から出力する高周波電流と前記第２の高周波電源から出力する高周波電流との間の位相差を制御する位相制御器とを備えており、
更に、前記第１および第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体の終端部を個々にコイルを介して接地している請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、
前記複数のアンテナを、隣り合うアンテナが異なるグループに属するように第１および第２のグループに分けており、
前記第１のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第１の高周波電源と、
前記第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第２の高周波電源と、
前記第１の高周波電源から出力する高周波電流と前記第２の高周波電源から出力する高周波電流との間の位相差を制御する位相制御器とを備えており、
更に、前記第１のグループに属するアンテナのアンテナ本体の終端部を一括して第１のコイルを介して接地しており、
かつ、前記第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体の終端部を一括して第２のコイルを介して接地している請求項１または２記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記位相制御器は、前記第１の高周波電源から出力する高周波電流と前記第２の高周波電源から出力する高周波電流との間の位相差を実質的に１８０度に制御するものである請求項６記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置に関する。基板に施す処理は、例えば、プラズマ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。

【背景技術】

【0002】

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真空容器内において誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を発生させるプラズマ処理装置が従来から提案されている。

【0003】

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課題がある。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課題もある。

【0004】

このような課題を解決する等のために、アンテナとコンデンサとを直列接続している構成のプラズマ処理装置が幾つか提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１には、外部アンテナ（即ち真空容器の外部に配置されるアンテナ。以下同様）を有するプラズマ処理装置が提案されており、この装置では、ループ状のアンテナを構成する複数の直線導体を、真空容器の一部を成す誘電体窓の上部（外部）に並べて配置し、かつ当該ループ状アンテナの、誘電体窓から遠い戻り導体にコンデンサを直列接続している。

【0006】

特許文献２には、内部アンテナ（即ち真空容器内に配置されるアンテナ。以下同様）を有するプラズマ処理装置が記載されており、この装置では、絶縁パイプ内にアンテナ導体を通して成る直線状のアンテナを複数本、真空容器内に並べて配置し、かつ各アンテナ間を、真空容器外に設けたコンデンサで直列接続している。

【0007】

特許文献３には、内部アンテナを有するプラズマ処理装置が記載されており、この装置では、一方の主面が真空容器内に位置する平面状アンテナ（平面導体）の当該主面に、高周波電流の流れ方向と交差する方向に伸びている溝を１以上形成して当該主面を複数領域に分割し、かつ各溝内にコンデンサをそれぞれ設けて平面状アンテナの各領域と各コンデンサとを互いに電気的に直列接続している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特表２００２−５１０８４１号公報（段落００１４、００２８、図３、図１０）

【特許文献2】特開平１１−３１７２９９号公報（段落００４４、０１０９、図１、図１２、図２２）

【特許文献3】特開２０１２−１３３８９９号公報（段落０００６、図１、図２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記特許文献１に記載の技術は、アンテナ導体とコンデンサとが直列接続された構造であるので、電位の反転によるループ状アンテナ全体の両端間の電位差を低減させることはできるけれども、プラズマ発生に直接関わる、誘電体窓に近接する導体は直線状導体であるので、基板の大型化に対応する等のために当該直線状導体を長くすると、それに伴って個々の直線状導体のインピーダンスが増加する。その結果、誘電体窓に近接する個々の直線状導体の両端間に発生する電位差が大きくなり、プラズマの均一性を低下させる。また、個々の直線状導体のインピーダンス増加に伴い、高周波電流が流れにくくなり、誘導結合状態が効率的に得られなくなる。

【0010】

更に、外部アンテナであって誘電体窓を通しての誘導結合であるため、誘電体窓材の厚みのためにプラズマ空間までの距離が遠く、内部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が低下する。

【0011】

上記特許文献２に記載の技術では、基板の大型化に対応する等のために各アンテナを長くすると、それに伴って個々のアンテナのインピーダンスが増加する。その結果、個々のアンテナの両端間に発生する電位差が大きくなり、プラズマの均一性を低下させる。また、個々のアンテナのインピーダンス増加に伴い、高周波電流が流れにくくなり、誘導結合状態が効率的に得られなくなる。

【0012】

上記特許文献３に記載の技術は、内部アンテナであるので外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高く、かつ平面状アンテナの真空容器内側の主面に設けた１以上の溝内にコンデンサをそれぞれ設けているので、基板の大型化に対応する等のために平面状アンテナを長くしてもその両端間に発生する電位差を小さく抑えることができるという特長を有しているけれども、パイプ状のアンテナに比べて、平面状アンテナはその平面内で２次元方向の電位分布を持ちやすく、それに相当するプラズマ分布が発生し、それが基板表面の膜に転写されやすいという課題がある。

【0013】

そこでこの発明は、真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導結合型のプラズマを生成する装置であって、アンテナ導体に金属パイプを用いており、しかも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る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。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この発明に係るプラズマ処理装置は、真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって前記真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記アンテナは、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される中空のアンテナ本体とを備えており、前記アンテナ本体は、（ａ）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直列接続した構造をしていて、当該接続部は真空および前記冷却水に対するシール機能を有しており、（ｂ）かつ前記中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサを有していて、前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと当該コンデンサとを電気的に直列接続した構造をしており、前記中空絶縁体および前記コンデンサは前記真空容器内に配置されており、更に、前記アンテナ本体の一方端部である給電端部に接続されていて前記アンテナ本体に前記高周波電流を供給する高周波電源を備えており、かつ、前記アンテナ本体の他方端部である終端部をコイルを介して接地している、ことを特徴としている。

【0015】

このプラズマ処理装置によれば、アンテナを構成するアンテナ本体は、複数の金属パイプを、中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサで電気的に直列接続した構造をしていて、アンテナ本体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る。

【0016】

しかも、アンテナ本体の終端部をコイルを介して接地しているので、当該コイルの両端に発生する電圧によってアンテナ全体の電位を持ち上げることができる。その結果、アンテナ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する、いわゆる誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、アンテナと真空容器の内壁等との間に発生する高周波電界によってプラズマを生成する、いわゆる容量結合モードによるプラズマ生成を利用することができるので、プラズマ生成の効率をより向上させることができ、それによって基板処理の効率をより向上させることができる。

【0017】

前記コンデンサは、前記中空絶縁体の外周部に配置された層状のコンデンサであっても良い。

【0018】

前記アンテナは直線状のアンテナであり、当該アンテナを複数、前記基板の表面に沿う方向に並列に配置している、という構成を採用しても良い。

【0019】

前記複数のアンテナを、隣り合うアンテナが異なるグループに属するように第１および第２のグループに分けており、前記第１のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第１の高周波電源と、前記第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体に高周波電流を供給する第２の高周波電源と、前記第１の高周波電源から出力する高周波電流と前記第２の高周波電源から出力する高周波電流との間の位相差を制御する位相制御器とを備えている、という構成を採用しても良い。

【0020】

更にその他の変形例を採用しても良い。

【発明の効果】

【0021】

請求項１に記載の発明によれば、アンテナは、真空容器内に配置された内部アンテナであるので、外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高い。

【0022】

しかも、アンテナを構成するアンテナ本体は、複数の金属パイプを、中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサで電気的に直列接続した構造をしていて、アンテナ本体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る。従って、当該アンテナの両端部間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。それによって均一性の良いプラズマを発生させることが可能になる。

【0023】

また、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るので、アンテナに高周波電流が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることが可能になる。ひいては基板処理の効率を高めることができる。

【0024】

更に、アンテナ本体の終端部をコイルを介して接地しているので、当該コイルの両端に発生する電圧によってアンテナ全体の電位を持ち上げることができる。その結果、アンテナ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する、いわゆる誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、アンテナと真空容器の内壁等との間に発生する高周波電界によってプラズマを生成する、いわゆる容量結合モードによるプラズマ生成を利用することができるので、プラズマ生成の効率をより向上させることができ、それによって基板処理の効率をより向上させることができる。

【0025】

請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナ本体は、中空絶縁体の外周部に配置された層状のコンデンサを有しているので、金属パイプとその外側の絶縁パイプとの間の距離をあまり増大させずに済み、かつ内部に流される冷却水の流れに対する抵抗をあまり増大させずに済む。

【0026】

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、直線状のアンテナを複数、基板の表面に沿う方向に並列に配置しているので、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。

【0027】

請求項４に記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果と同様の効果に加えて、次の更なる効果を奏する。即ち、複数のアンテナのアンテナ本体の終端部を一括してコイルを介して接地しているので、コイルの数が少なくて済む。

【0028】

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、直線状のアンテナを複数、基板の表面に沿う方向に並列に配置しているので、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。

【0029】

しかも、複数のアンテナを、隣り合うアンテナが異なるグループに属するように第１および第２のグループに分けており、かつ第１のグループに属するアンテナに高周波電流を供給する第１の高周波電源から出力する高周波電流と、第２のグループに属するアンテナに高周波電流を供給する第２の高周波電源から出力する高周波電流との間の位相差を制御する位相制御器とを備えていて、両グループに属するアンテナに流す高周波電流に位相差を付けることができるので、隣り合うアンテナ間に電位差を生じさせることができる。この電位差によって、隣り合うアンテナ間にいわゆる容量結合モードによってプラズマを生成することができるので、プラズマ生成の効率をより向上させることができると共に、複数のアンテナの並び方向におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることができる。

【0030】

請求項６に記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果と同様の効果に加えて、次の更なる効果を奏する。即ち、第１のグループに属するアンテナのアンテナ本体の終端部を一括して第１のコイルを介して接地し、第２のグループに属するアンテナのアンテナ本体の終端部を一括して第２のコイルを介して接地しているので、コイルの数が少なくて済む。更に、上記のようにアンテナのグループごとにコイルを設けると、一方のグループに属するアンテナの終端部から他方のグループに属するアンテナの終端部を経由して高周波電力が他方の高周波電源に戻って干渉を起こす等の不具合が発生することを防止することができる。

【0031】

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、両高周波電源から出力する高周波電流の位相差を実質的に１８０度にすることによって、隣り合うアンテナ間の電位差を最大にすることができるので、容量結合モードによって隣り合うアンテナ間に効率良くプラズマを生成することができる。その結果、プラズマ生成の効率を更に向上させることができると共に、複数のアンテナの並び方向におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることがより容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略縦断面図である。

【図2】図１中のアンテナのコンデンサ周りの一例を拡大して示す概略断面図である。

【図3】アンテナのコンデンサ形成に用いるフィルム状の誘電体および電極の一例を展開して示す平面図である。

【図4】アンテナの中空絶縁体周りの他の例を拡大して示す概略断面図である。

【図5】１本のアンテナ周りの等価回路（Ａ）および電位分布（Ｂ）の例を示す図である。

【図6】誘導性のアンテナの終端部をコイルを介して接地した場合のアンテナの電位分布の例を簡略化して示す概略図である。

【図7】誘導性のアンテナの終端部をコンデンサを介して接地した場合のアンテナの電位分布の例を簡略化して示す概略図である。

【図8】直線状のアンテナを複数有しているプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略横断面図である。

【図9】直線状のアンテナを複数有しているプラズマ処理装置の他の実施形態を示す概略横断面図である。

【図10】直線状のアンテナを複数有しているプラズマ処理装置の更に他の実施形態を示す概略横断面図である。

【図11】図９中のアンテナを線Ｄ−Ｄに沿って簡略化して示す概略断面図（Ａ）およびその場合の基板付近におけるプラズマ密度分布の概略例（Ｂ）を示す図である。

【図12】終端部コイルの有り無しの場合について、アンテナの端部電圧を測定した実験結果の一例を示す概略図である。

【図13】終端部コイルの有り無しの場合について、プラズマＣＶＤ法による基板への成膜速度を測定した実験結果の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

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し、図２に図１中のアンテナのコンデンサ周りの一例を拡大して示す。

【0034】

このプラズマ処理装置は、真空容器２内に配置されたアンテナ２０に高周波電流Ｉ_R を流すことによって真空容器２内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマ１６を生成し、当該プラズマ１６を用いて基板１０に処理を施す装置である。より具体的には、このプラズマ処理装置は、真空排気されかつガス８が導入される真空容器２と、この真空容器２内に配置されていて高周波電流Ｉ_R が流されて真空容器２内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマ１６を発生させるためのアンテナ２０と、このアンテナ２０に高周波電流Ｉ_R を供給する高周波電源５６とを備えていて、発生させたプラズマ１６を用いて基板１０に処理を施すように構成されている。

【0035】

基板１０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。

【0036】

基板１０に施す処理は、例えば、プラズマ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。

【0037】

このプラズマ処理装置は、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。

【0038】

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４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。

【0039】

真空容器２内に、例えば流量調節器（図示省略）およびガス導入管６を経由して、ガス８が導入される。ガス導入管６は、一つでも良いし、この実施形態のようにアンテナ２０の長手方向（Ｘ方向）に沿って複数配置しても良い。ガス８は、基板１０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１０に膜形成を行う場合は、ガス８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、ＳiＦ₄ ＋Ｎ₂ 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１０の表面に形成することができる。

【0040】

真空容器２内に、基板１０を保持する基板ホルダ１２が設けられている。この例のように、基板ホルダ１２にバイアス電源１４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、負のパルス電圧等であるが、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１６中の正イオンが基板１０に入射するときのエネルギーを制御して、基板１０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、基板ホルダ１２内に、基板１０を加熱するヒータ１３を設けておいても良い。

【0041】

アンテナ２０は、この例では直線状のアンテナであり、真空容器２内の上部付近に、基板１０の表面に沿うように（例えば、基板１０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２０は、一つでも良いし、複数でも良い。複数にする場合の一例を、後で図８等を参照して説明する。

【0042】

アンテナ２０は、絶縁パイプ２２と、その中に配置されていて内部に冷却水４４が流される中空のアンテナ本体２４とを備えている。アンテナ本体２４は、この例では、絶縁パイプ２２内に空間２３を介して配置されている。その理由は後述する。

【0043】

絶縁パイプ２２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、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。

【0044】

絶縁パイプ２２を設ける理由は次のとおりである。即ち、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、上記のような絶縁パイプ２２を設けておくと、絶縁パイプ２２によって、プラズマ１６中の荷電粒子がアンテナ本体２４を構成する金属パイプ２６に入射するのを抑制することができるので、金属パイプ２６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２６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１６および基板１０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。

【0045】

アンテナ本体２４は、複数の金属パイプ２６を、隣り合う金属パイプ２６間に中空絶縁体２８を介在させて直列接続した構造をしていて、各接続部は真空および冷却水４４に対するシール機能を有している。このシール機能は、公知のシール手段で実現することができる。例えば、パッキンを用いても良いし、図４に示すような管用テーパねじ構造を用いても良い。これについては後述する。

【0046】

この例では金属パイプ２６の数は二つであり、従って中空絶縁体２８（ひいては当該中空絶縁体２８の部分に設けられたコンデンサ３０）の数は一つであるが、金属パイプ２６の数は三つ以上でも良く、いずれにしても中空絶縁体２８（ひいては当該中空絶縁体２８の部分に設けられたコンデンサ３０）の数は金属パイプ２６の数よりも一つ少ないものになる。

【0047】

アンテナ本体２４は、中空絶縁体２８の部分に設けられたコンデンサ３０を有していて、中空絶縁体２８の左右両側の金属パイプ２６と当該コンデンサ３０とを電気的に直列接続した構造をしている（図５の等価回路参照）。中空絶縁体２８およびコンデンサ３０は真空容器２内に配置されている。

【0048】

コンデンサ３０は、この実施形態では、中空絶縁体２８の外周部に配置された層状のコンデンサである。このコンデンサ３０は、主に図２を参照して、（ａ）中空絶縁体２８の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体２８の一方側に接続された金属パイプ２６に電気的に接続された第１の電極３２と、（ｂ）中空絶縁体２８の外周部に、第１の電極３２と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体２８の他方側に接続された金属パイプ２６に電気的に接続された第２の電極３４と、（ｃ）第１の電極３２および第２の電極３４間に配置された誘電体３６とを有している。電極３２、３４のリード部と金属パイプ２６とは、例えば、半田付け等による接合、熱収縮チューブを用いての圧接等によって電気的に接続しても良い。

【0049】

金属パイプ２６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が、これらに限られるものではない。

【0050】

中空絶縁体２８は、図２に示す例では絶縁パイプである。中空絶縁体２８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）等であるが、これらに限られるものではない。

【0051】

電極３２、３４は、例えば金属の膜、箔、フィルム、シート等である。電極３２、３４の材質は、例えば、アルミニウム、銅、これらの合金等であるが、これらに限られるものではない。

【0052】

コンデンサ３０は、第１の電極３２、第２の電極３４および誘電体３６を、それぞれ１層ずつ有していても良いし（図２はこの場合の例を示す）、それぞれ複数層ずつ有していても良い。

【0053】

第１の電極３２、第２の電極３４および誘電体３６は、中空絶縁体２８の外周部にそれぞれ個別に配置しても良いし、例えば図３に示す例のようなフィルム状（シート状とも言える。以下同様）の誘電体および電極を中空絶縁体２８の外周部に巻き付けること等によって一括して配置しても良い。

【0054】

図３の例は、フィルム状の誘電体３６の一方の主面に第１の電極３２を例えば金属蒸着等によって形成し、他方の主面（紙面の裏側）であって電極３２と重なる位置に第２の電極３４を例えば金属蒸着等によって形成し、両電極３２、３４の取り出し部に接続導体３８、４０をそれぞれ接続した構造をしている。

【0055】

このようなフィルム状の誘電体および電極を、上記中空絶縁体２８の外周部に所望回数（例えば１回または複数回）巻き付けて、接続導体３８、４０を左右の金属パイプ２６にそれぞれ接続すれば良い。複数回巻き付ける場合は、間にもう１枚の誘電体フィルムを挟めば良い。複数回巻き付けることによって、簡単な方法で、第１の電極３２、第２の電極３４および誘電体３６をそれぞれ複数層配置することができる。フィルム状の誘電体３６の片面に電極（これは電極３２または電極３４に相当する）を設けたものを２枚重ねて中空絶縁体２８の外周部に所望回数巻き付けても良い。電極３２、３４として、金属箔を用いても良い。コンデンサ３０を構成する上記要素の固定・接続は、例えば、熱収縮チューブ等を用いて行っても良い。

【0056】

コンデンサ３０の静電容量Ｃは、周知の次式で表すことができる。Ｓは対向している電極３２、３４の面積、ｄは両電極３２、３４間の距離、εは誘電体３６の誘電率である。従って、これらＳ、ｄ、εの内の一つ以上を変えることによって、静電容量Ｃを調整することができる。上述した電極３２、３４および誘電体３６をそれぞれ複数層配置すると、上記面積Ｓが大きくなるので静電容量Ｃが大きくなる。

【0057】

［数１］
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ

【0058】

左右の金属パイプ２６と中空絶縁体２８との各接続部には、図４に示す例のような管用テーパねじ構造を用いても良い。即ちこの例では、左右の金属パイプ２６の端部に、金属製で雌ねじのテーパねじ部４２をそれぞれ接合しており、そこに、両端部に雄ねじのテーパねじ部２９を有する中空絶縁体２８をねじ込んでいる。この中空絶縁体２８の材質は、前述した材質の内でもより硬いもの（例えばエンジニアリングプラスチック）が好ましい。各テーパねじ部４２とテーパねじ部２９との間には、シールテープを挟んでも良い。このような管用テーパねじ構造によっても、上記各接続部に真空および冷却水４４に対するシール機能を持たせることができる。この中空絶縁体２８の外周部に、前述したコンデンサ３０を配置すれば良い。

【0059】

再び図１を参照して、アンテナ２０の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部４６がそれぞれ設けられている。この各絶縁部４６を、アンテナ本体２４の両端部の金属パイプ２６が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン４８によって真空シールされている。各絶縁部４６と真空容器２との間も、例えばパッキン５０によって真空シールされている。絶縁パイプ２２は真空容器２内にあり、その両端部は絶縁部４６によって支持されている。この例のように、真空領域から大気領域へのアンテナ２０の取り出しは、金属パイプ２６の部分で行う方が、加工が容易である。なお、絶縁パイプ２２の両端部と絶縁部４６間はシールしなくても良い。絶縁パイプ２２内の空間２３にガス８が入っても、当該空間２３は小さくて電子の移動距離が短いので、通常は空間２３にプラズマは発生しないからである。

【0060】

アンテナ本体２４の内部、即ち金属パイプ２６および中空絶縁体２８の内部に流す冷却水４４は、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましい。例えば純水またはそれに近い水が好ましい。金属パイプ２６に高周波電流Ｉ_R を流すと、金属パイプ２６は抵抗を有しているために発熱する（即ち、ジュール熱を発生する）。この熱は中空絶縁体２８およびコンデンサ３０にも伝わるけれども、これらの要素２６、２８、３０は、上記冷却水４４によって冷却して温度を下げることができる。コンデンサ３０も、主として中空絶縁体２８との間の熱伝導によって、冷却水４４によって冷却することができる。

【0061】

コンデンサ３０は、上記のような層状のコンデンサが好ましいけれども、アンテナ２０のインピーダンスの増大を抑える作用の観点からは、それ以外のコンデンサでも良い。例えば、上記特許文献３の図２等に記載のような電子部品（パーツ）としてのコンデンサ（即ち、それ自身で電子部品として完成していて、独立して電子部品として取り扱うことのできるコンデンサ）を中空絶縁体２８の部分に設けても良い。例えば、電子部品としてのコンデンサを、中空絶縁体２８の外部（但し絶縁パイプ２２の内側）に取り付けても良いし、中空絶縁体２８の内部に埋め込む等しても良い。層状のコンデンサが好ましい理由は後で詳述する。

【0062】

アンテナ２０（より具体的にはそのアンテナ本体２４）の一方端部である給電端部５１には、整合回路５８を介して、アンテナ２０（より具体的にはそのアンテナ本体２４）に高周波電流Ｉ_R を供給する高周波電源５６が接続されており、他方端部である終端部５２は、コイル６６を介して接地している。

【0063】

高周波電源５６から出力する高周波電力、高周波電流Ｉ_R 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。

【0064】

アンテナ２０に高周波電流Ｉ_R を流すことによって、アンテナ２０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流Ｉ_R と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器２内において、電子が加速されてアンテナ２０の近傍のガス８を電離させてアンテナ２０の近傍にプラズマ（即ち誘導結合型のプラズマ）１６が発生する。このプラズマ１６は基板１０の近傍まで拡散し、このプラズマ１６によって基板１０に前述した処理を施すことができる。

【0065】

上記アンテナ２０は、真空容器２内に配置された内部アンテナであり、当該アンテナ２０を流れる高周波電流Ｉ_R によって作られる高周波磁場を近くからプラズマ１６の生成に効果的に使うことができるので、外部アンテナに比べてプラズマ生成の効率が高い。

【0066】

しかも、アンテナ２０を構成するアンテナ本体２４は、複数の金属パイプ２６を、中空絶縁体２８の部分に設けられたコンデンサ３０で電気的に直列接続した構造をしていて、アンテナ本体２４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２０のインピーダンスを低減させることができる。

【0067】

これを詳述すると、図１に示すアンテナ２０（より具体的にはそのアンテナ本体２４）の等価回路を図５（Ａ）に示す。ここでは、各金属パイプ２６のインダクタンスをＬ、抵抗をＲ、コンデンサ３０の静電容量をＣとしている。各金属パイプ２６のインダクタンスＬと抵抗Ｒは、各金属パイプ２６を互いに実質的に同じ長さにすれば、実質的に同じ値にすることができる。このアンテナ２０のインピーダンスＺ_A は次式で表すことができる。ωは高周波電流Ｉ_R の角周波数、ｊは虚数単位である。

【0068】

［数２］
Ｚ_A ＝２Ｒ＋ｊ（２ωＬ−１／ωＣ）

【0069】

上記式の虚数部がアンテナ本体２４の合成リアクタンスであり、誘導性リアクタンス２ωＬから容量性リアクタンス１／ωＣを引いた形となっているので、コンデンサ３０を直列接続することによって、アンテナ２０のインピーダンスＺ_A を低減させることができる。換言すれば、このアンテナ２０によれば、そのアンテナ本体２４を構成する金属パイプ２６およびコンデンサ３０の個数等を適宜選定することができるので、それによって、アンテナ２０の長さに関わらず、アンテナ２０のインピーダンスＺ_A を適当な値に設計することができる。

【0070】

その結果、基板１０の大型化に対応する等のためにアンテナ２０を長くする場合でもそのインピーダンスＺ_A の増大を抑えることができる。従って、当該アンテナ２０の両端間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。それによって均一性の良いプラズマ１６を発生させることが可能になる。ひいては、基板１０の処理の均一性を高めることができる。

【0071】

また、アンテナ２０を長くする場合でもそのインピーダンスＺ_A の増大を抑えることができるので、アンテナ２０に高周波電流Ｉ_R が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマ１６を効率良く発生させることが可能になる。ひいては、基板１０の処理の効率を高めることができる。

【0072】

上記説明からも分るように、コンデンサ３０の静電容量Ｃは、アンテナ本体２４のインピーダンスの虚数部（例えば上記数２の虚数部）が、より厳密に言えばプラズマ１６の生成時における当該虚数部が、できるだけ小さくなるように設定しておくのが好ましい。「プラズマ１６の生成時」と言っているのは、プラズマ生成時に上記インダクタンスＬが低下することが経験上分っており、この低下分を見込んで設計しておくのが好ましいからである。上記虚数部が０になるときが直列共振条件を満たしている場合であり、そのようにするのが好ましいけれども、必ずしも直列共振条件を満たしている必要はない。通常は誘導性リアクタンスの方が大きい場合が多く、従ってアンテナ２０のインピーダンスＺ_A は通常は誘導性の場合が多いが、それでも構わない。

【0073】

図５（Ａ）の回路において、アンテナ２０に高周波電流Ｉ_R を流したとき、上記直列共振条件を満たしている場合のアンテナ２０の電位分布の一例を図５（Ｂ）中に実線Ａで示す。この図５（Ｂ）では、説明の簡略化のために、抵抗Ｒを無視している。傾斜部Ｓ₁ は誘導性リアクタンスωＬによる電位上昇分、傾斜部Ｓ₂ は容量性リアクタンス１／ωＣによる電位降下分である。なお、アンテナ２０の給電端部５１の電圧Ｖ₁ および終端部５２の電圧Ｖ₂ については後述する。

【0074】

図５（Ｂ）中の二点鎖線Ｂは、アンテナが上記コンデンサ３０に相当するものを有していない従来の単なる導体の場合の電位分布である。

【0075】

この図５（Ｂ）から分るように、上記アンテナ２０の場合は、その両端部５１、５２間の電位差を小さく抑えることができる。従って、均一性の良いプラズマ１６を生成することができ、ひいては基板処理の均一性を高めることができる。

【0076】

上述した直列共振条件を満たしていない場合は、例えば、図５（Ｂ）中の点ｂの電位が幾らか正側（誘導性の場合）または負側（容量性の場合）にシフトし、それに応じて他の部分の電位もシフトすることになる。それでも、二点鎖線Ｂで示す従来の単なる導体の場合に比べれば、アンテナの両端部間の電位差を小さく抑えることができる。

【0077】

また、このプラズマ処理装置は、アンテナ本体２４の終端部５２をコイル６６を介して接地しているので、当該コイル６６の両端に発生する電圧Ｖ₂ によってアンテナ２０全体の電位を持ち上げることができる。即ち、アンテナ２０に流れる高周波電流をＩ_R 、コイル６６が有する抵抗をＲ₁ 、インダクタンスをＬ₁ とすると、コイル６６の両端に発生する電圧Ｖ₂ は次式で表され、これが終端部５２の電圧になり、この電圧Ｖ₂ ぶん、終端部５２を直接接地（即ち、コイルやコンデンサを介さずに接地。以下同様）している場合に比べて、アンテナ２０全体の電位が持ち上げられる。その様子の例を図５（Ｂ）に示す。Ｖ₁ は給電端部５１の電圧を示す。

【0078】

［数３］
Ｖ₂ ＝（Ｒ₁ ＋ｊωＬ₁ ）Ｉ_R

【0079】

その結果、前述したようにアンテナ２０に高周波電流Ｉ_R 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１６を生成する、いわゆる誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、アンテナ２０と真空容器２の内壁等との間に発生する高周波電界によってプラズマ１６を生成する、いわゆる容量結合モードによるプラズマ生成を利用することができるので、プラズマ生成の効率をより向上させることができ、それによって基板処理の効率をより向上させることができる。例えば、基板１０に膜形成を行う場合は、成膜速度が増加する。基板１０にエッチングを施す場合は、エッチング速度が増加する。

【0080】

ちなみに、前述したように複数の金属パイプ２６をコンデンサ３０で電気的に直列接続した構成を採用することによって、アンテナ２０の両端部間の電位差を小さくすることができるけれども、アンテナ２０の終端部５２を直接接地した場合は、当該終端部５２が接地電位になるために、アンテナ２０全体の電位も低くなり、上記の容量結合モードによるプラズマ生成を期待することはできない。従って、終端部５２をコイル６６を介して接地する場合に比べて、プラズマの生成効率は低い。例えば、プラズマＣＶＤ法によって基板１０上に膜形成を行う場合は、成膜速度が小さい（後述する図１３およびその説明も参照）。

【0081】

また、アンテナ２０の終端部５２をコンデンサを介して接地することが考えられるけれども、それよりもコイル６６を介して接地する方が有利である。これを以下に説明する。

【0082】

アンテナ２０のインピーダンスＺ_A は前述したように通常は誘導性の場合が多く、アンテナ２０が誘導性の場合に、アンテナ２０の終端部５２をコイル６６を介して接地した場合のアンテナ２０の電位分布の例を簡略化して図６に示す。アンテナ２０の電位は、コンデンサ３０を直列挿入しているために、細かく見れば例えば図５（Ｂ）中に実線Ａで示したように波打っているけれども、ここではその説明は重要ではないので、簡略化して直線で示している（図７においても同様）。即ちこの図６は、図５（Ｂ）中の実線Ａの場合を簡略化したものに相当する。

【0083】

アンテナ２０の給電端部５１と終端部５２間の電圧をＶ_A （＝Ｚ_A ・Ｉ_R ）とすると、アンテナ２０のインピーダンスＺ_A が誘導性であるので、終端部５２を同じ誘導性リアクタンスを有するコイル６６を介して接地した場合は、簡単に言えば、アンテナ２０の上記電圧Ｖ_A と、終端部５２の電圧Ｖ₂ とは互いに位相が近くなり、アンテナ２０全体の電位は電圧Ｖ₂ によって持ち上げられるので、前述したようにアンテナ２０全体の電位はかなり高くなる。それによって、前述したように、誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、容量結合モードによるプラズマ生成を利用することができるので、プラズマ生成の効率を向上させることができる。なお、アンテナ２０に流すのは高周波電流Ｉ_R であるため、その周波数で、アンテナ２０、給電端部５１および終端部５２の電圧は、図６中に実線で示す状態と破線で示す状態との間で反転して振動する。

【0084】

一方、アンテナ２０の終端部５２を容量性リアクタンスを有するコンデンサを介して接地した場合は、簡単に言えば、終端部５２の電圧は、位相の観点からは、コイル６６を介して接地している図６の場合とは逆向きの−Ｖ₂ となり、図７に示す例のように、アンテナ２０全体の電位は当該電圧−Ｖ₂ によって引き下げられるので、アンテナ２０全体の電位はかなり低くなる。この場合も、アンテナ２０に流す高周波電流Ｉ_R の周波数で、アンテナ２０、給電端部５１および終端部５２の電圧は、図７中に実線で示す状態と破線で示す状態との間で反転して振動する。

【0085】

従って、終端部５２をコンデンサを介して接地した場合は、アンテナ２０全体の電位はかなり低くなるので、前述した容量結合モードによるプラズマ生成を利用することが難しくなる。従って、コイル６６を介して接地する場合に比べて、プラズマ生成の効率は低下する。

【0086】

また、コンデンサ接地の場合は、高周波電流Ｉ_R を流しても、図７に示す例のように、アンテナ２０の電位分布に、電位が殆ど変化しない節５３が生じる。このような節５３が生じると、それに対応する位置における基板１０の処理状況が他の部分と異なったものになる可能性が生じる。例えば、基板１０上に膜を形成する場合、節５３に対応する位置の膜質が他とは変化する可能性が生じる。これは好ましくない。コイル６６を介して接地する場合は、このような不都合の発生を防止することができる（図６参照）。

【0087】

更に、終端部５２に入れるのがコイル６６の場合は、コンデンサに比べて、構造が簡単であるので部材コストおよび製作コストが安くて済み、かつ中空のコイル内に通水すれば冷却も容易であるので、コストおよび冷却の点でコンデンサに比べて有利である。

【0088】

ところで、前述したように、アンテナ本体２４の中空絶縁体２８の部分に設けるコンデンサ３０は、前述したような層状のコンデンサにするのが好ましい。そのようにすると、金属パイプ２６とその外側の絶縁パイプ２２との間の距離をあまり増大させずに済み、かつ内部に流される冷却水４４の流れに対する抵抗をあまり増大させずに済む。

【0089】

これを詳述すると、層状のコンデンサ３０の代わりに、前述した電子部品（パーツ）としてのコンデンサを例えば中空絶縁体２８の外側に取り付けると、当該コンデンサのぶん、絶縁パイプ２２を太くしなければならなくなる。そのようにすると、（ａ）当該絶縁パイプ２２の内側の金属パイプ２６と外側のプラズマ１６との間の距離が大きくなるので、プラズマ１６の生成効率低下の要因になる、（ｂ）太くした絶縁パイプ２２内で不要なプラズマが発生する可能性が生じる、等の不都合が生じる可能性がある。層状のコンデンサ３０によれば、このような不都合発生を防止することができる。

【0090】

また、電子部品（パーツ）としてのコンデンサを中空絶縁体２８の内側に取り付けると、（ａ）当該コンデンサが冷却水４４の流れを阻害してアンテナの冷却性能が低下する可能性が生じる、（ｂ）これを改善するために金属パイプ２６および中空絶縁体２８をかなり太くすると、上記特許文献３の課題の所でも説明したように、金属パイプ２６の面積が大きくなってその電位分布が基板表面の膜に転写されやすくなり膜厚分布が乱れる可能性が生じる、等の不都合が生じる可能性がある。層状のコンデンサ３０によれば、このような不都合発生をも防止することができる。

【0091】

次に、アンテナ２０の構造等の他の例を説明する。

【0092】

前述したように、アンテナ２０のアンテナ本体２４を構成する金属パイプ２６を三つ以上にし、その各金属パイプ２６間に上記中空絶縁体２８およびコンデンサ３０をそれぞれ設けても良い。そのようにすると、アンテナ２０の電位分布を、図５に示したものよりも小分けにして、アンテナ２０の両端間の電位差をより小さくすることができる。

【0093】

コンデンサ３０は、層状の場合、前述したように、第１の電極３２、第２の電極３４および誘電体３６をそれぞれ複数層有していても良い。そのようにすると、コンデンサ３０の静電容量Ｃを大きくすることが容易になり、それによって、アンテナ本体２４の前記合成リアクタンスをより小さくしてアンテナ２０のインピーダンスＺ_A を低減させることがより容易になる。

【0094】

アンテナ２０を構成するアンテナ本体２４は、図１等に示す例のように、絶縁パイプ２２内に空間２３を介して配置しておくのが好ましい。そのようにすると、当該空間２３の存在によって絶縁パイプ２２の表面の電位上昇を抑えることができ、それによってプラズマ電位の上昇を抑えることができる。

【0095】

これを詳述すると、前述したように、高周波電流Ｉ_R を流すことによってアンテナ本体２４の電位は上昇する（例えば図５参照）。その場合、アンテナ本体２４と絶縁パイプ２２間に空間２３が存在していると、アンテナ本体２４と絶縁パイプ２２の表面との間には、当該空間２３に存在する小さな静電容量Ｃ₃ と、絶縁パイプ２２の厚さ内に存在する比較的大きな静電容量Ｃ₄ とが直列接続された形になるので、この直列合成静電容量は小さい。従って、絶縁パイプ２２の表面はアンテナ本体２４の電位上昇の影響を受けにくくなるので、絶縁パイプ２２の表面の電位上昇を抑えることができる。それによって、プラズマ１６の電位上昇を抑えることができる。これに対して、上記空間２３を介さずにアンテナ本体２４（具体的にはその金属パイプ２６）が絶縁パイプ２２の内壁に接していると、上記直列の静電容量Ｃ₃ が存在しなくなるので、絶縁パイプ２２の表面はアンテナ本体２４の電位上昇の影響を受けやすくなり、絶縁パイプ２２の表面の電位上昇も大きくなる。それによって、プラズマ１６の電位上昇も大きくなる。

【0096】

アンテナ２０は、上述した直線状のものに限定されるものではなく、曲がっていても良い。その場合でも前述した作用効果を奏することができる。例えば、アンテナ２０は、基板１０の平面形状に沿うように曲がっていても良い。また、アンテナ２０は、中間部で折り返した形状（例えば細長いＵ字状）等でも良い。

【0097】

次に、直線状のアンテナ２０を複数有しているプラズマ処理装置の実施形態を幾つか説明する。以下においては、図１等を参照して先に説明した実施形態との相違点、および以下の各実施形態間の相違点を主に説明する。

【0098】

図８は、直線状のアンテナ２０を複数有しているプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略横断面図である。この実施形態のように、真空容器２内に、直線状の前述したアンテナ２０を複数、基板１０の表面に沿う方向に（例えば基板１０の表面と実質的に平行に）並列に配置しても良い。そのようにすると、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。

【0099】

この実施形態では、複数のアンテナ２０のアンテナ本体２４の給電端部５１はそれぞれ同じ側（図中の左側）にあり、複数のアンテナ本体２４の終端部５２はそれぞれ給電端部５１とは反対側の同じ側（図中の右側）にある。後述する他の実施形態においても同様である。そして、複数のアンテナ２０のアンテナ本体２４の給電端部５１を、一つの高周波電源５６に、一つの整合回路５８を介して接続している。但し整合回路５８は、各アンテナ２０ごとに設けても良い。複数のアンテナ２０のアンテナ本体２４の終端部５２は、この実施形態のように個々にコイル６６を介して接地しても良いし、複数の終端部５２を一括して一つのコイル６６を介して接地しても良い。後者のようにするとコイル６６の数が少なくて済む。

【0100】

なお、並列配置するアンテナ２０の数は、図示例の４本に限られるものではなく、２本以上で任意である。偶数本でも奇数本でも良い。後述する他の実施形態においても同様である。

【0101】

図９に示す実施形態は、簡単に言えば、図８に示す実施形態とは、各アンテナ２０への高周波電流Ｉ_R の供給の仕方が異なる。即ちこの実施形態では、複数のアンテナ２０を、隣り合うアンテナ２０が異なるグループに属するように（換言すれば、一つ飛びに）第１および第２のグループに分けていて、各グループに属するアンテナ本体２４の給電端部５１をそれぞれ電気的に並列接続している。更にこの実施形態では、第１のグループに属するアンテナ２０のアンテナ本体２４に（より具体的にはその給電端部５１に。以下同様）高周波電流Ｉ_R を供給する第１の高周波電源５６ａと、第２のグループに属するアンテナ２０のアンテナ本体２４に高周波電流Ｉ_R を供給する第２の高周波電源５６ｂと、第１の高周波電源５６ａから出力する高周波電流Ｉ_R と第２の高周波電源５６ｂから出力する高周波電流Ｉ_R との間の位相差を制御する位相制御器６８とを備えている。

【0102】

両グループに属するアンテナ２０のアンテナ本体２４の終端部５２は、この実施形態では個々にコイル６６を介して接地している。

【0103】

この実施形態によれば、両グループに属するアンテナ２０に流す高周波電流Ｉ_R に位相差を付けることができるので、隣り合うアンテナ２０間に電位差を生じさせることができる。この電位差によって、隣り合うアンテナ２０間にいわゆる容量結合モードによってプラズマを生成することができるので、プラズマ生成の効率をより向上させることができると共に、複数のアンテナ２０の並び方向（この実施形態ではＹ方向）におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることができる。

【0104】

例えば、上記位相差をφとすると、隣り合うアンテナ２０間の電位差ΔＶは次式で表される。Ｖ₀ は振幅（最大値）、ωは前述した高周波電流Ｉ_R の角周波数、ｔは時間である。従って、隣り合うアンテナ２０間でこの電位差ΔＶを有効に使うことができる。

【0105】

［数４］
ΔＶ＝Ｖ₀ ｓｉｎ（ωｔ）−Ｖ₀ ｓｉｎ（ωｔ＋φ）

【0106】

上述した複数のアンテナ２０の並び方向（Ｙ方向）におけるプラズマ密度分布の均一性向上について、図１１を参照して更に説明する。図１１は、図９中のアンテナを線Ｄ−Ｄに沿って簡略化して示す概略断面図（Ａ）およびその場合の基板付近におけるプラズマ密度分布の概略例（Ｂ）を示す図である。

【0107】

アンテナ２０の周りには、前述した高周波電流Ｉ_R を流すことによって高周波磁界が発生し、それによって前述した誘導結合モードによってプラズマ１６ａが生成される。プラズマ１６ａは、この図では、複数のアンテナ２０によるプラズマを包括して示している。このプラズマ１６ａは、高周波磁界の広がりが大きいためにプラズマ生成領域が広くなり、その結果、複数のアンテナ２０の並び方向（Ｙ方向）の周辺部では比較的プラズマ密度の低下が起こりやすく、この誘導結合モードによって生成されるプラズマ１６ａの基板１０付近における密度分布は、例えば図１１（Ｂ）中に破線Ｆで示すように、山形分布を示す傾向がある。

【0108】

一方、上記位相差φによって隣り合うアンテナ２０間に電位差ΔＶを生じさせると、当該電位差ΔＶによって、隣り合うアンテナ２０間に前述した容量結合モードによってプラズマ１６ｂをそれぞれ生成することができる。上記電位差ΔＶは隣り合うアンテナ２０間の狭い領域に発生し易く、隣り合うアンテナ２０間の狭い領域が上記プラズマ１６ｂの主な生成領域になり、各プラズマ１６ｂの広がりは狭くなる。

【0109】

基板１０付近に達する前述したプラズマ１６は、上記プラズマ１６ａとプラズマ１６ｂとを合成したものとなり、それによって、基板１０付近におけるプラズマ密度分布は、例えば図１１（Ｂ）中に実線Ｇで示すように、複数のアンテナ２０の並び方向（Ｙ方向）の周辺部における密度低下が小さくなり、均一性が向上する。

【0110】

位相制御器６８は、上記位相差φを実質的に１８０度（即ち、１８０度または約１８０度）に制御するものが好ましい。位相差φが１８０度の場合、上記電位差ΔＶは次式で表される。即ち、単一アンテナの場合の２倍の電位差ΔＶを得ることができる。

【0111】

［数５］
ΔＶ＝２Ｖ₀ ｓｉｎ（ωｔ）

【0112】

このように、上記位相差φを実質的に１８０度にすることによって、隣り合うアンテナ２０間の電位差ΔＶを最大にすることができるので、容量結合モードによって隣り合うアンテナ２０間に効率良くプラズマを生成することができる。その結果、プラズマ生成の効率を更に向上させることができると共に、複数のアンテナ２０の並び方向におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることがより容易になる。

【0113】

図９に示した実施形態のコイル６６側の変形例として、図１０に示す実施形態のように、第１のグループに属するアンテナ２０のアンテナ本体２４の終端部５２を一括して第１のコイル６６ａを介して接地し、第２のグループに属するアンテナ２０のアンテナ本体２４の終端部５２を一括して第２のコイル６６ｂを介して接地しても良い。

【0114】

そのようにすると、図９の実施形態に比べて、コイル６６の数が少なくて済む。即ち、半分または約半分になる。

【0115】

なお、上記のように複数のアンテナ２０を２グループに分けて高周波電力を供給する場合は、両グループのアンテナ２０の終端部５２を一括して一つのコイルを介して接地するのは好ましくない。仮にそのように一括すると、一方のグループに属するアンテナ２０の終端部５２から他方のグループに属するアンテナ２０の終端部５２を経由して高周波電力が他方の高周波電源５６ａまたは５６ｂに戻って干渉を起こす等の不具合が発生するからである。

【0116】

これに対して、図１０に示す実施形態のように、アンテナ２０のグループごとにコイル６６ａ、６６ｂを設けると、一方のグループに属するアンテナ２０の終端部５２から他方のグループに属するアンテナ２０の終端部５２を経由して高周波電力が他方の高周波電源５６ａまたは５６ｂに戻って（例えば、図１０中に２点鎖線Ｈで示すルートで高周波電流が流れて）干渉を起こす等の不具合が発生することを防止することができる。

【0117】

次に、実験結果の幾つかを説明する。

【0118】

図１２に、終端部コイル６６の有り無しの場合について、アンテナ２０の端部（給電端部５１および終端部５２）の電圧を測定した実験結果の一例を示す。終端部コイル６６有りとは、アンテナ２０の終端部５２を上記コイル６６を介して接地した場合のことであり、終端部コイル６６無しとは、終端部５２をコイル６６を介さずに直接接地した場合のことである（以下同様）。

【0119】

この場合の主な実験条件は次のとおりである。
装置構成：図９に示す実施形態のもので、アンテナ２０は６本
各アンテナ２０が有するコンデンサ３０の数：３個（従って金属パイプ２６の数は４個）
絶縁パイプ２２の材質：石英
２台の高周波電源５６ａ、５６ｂ間の位相差：１８０度
各アンテナ２０への供給高周波電力：５００Ｗ／アンテナ
真空容器２内へのガス供給、プラズマ点灯：無し
各コイル６６のインダクタンス：１８０ｎＨ

【0120】

この図から分るように、終端部コイル６６有りの場合は、終端部コイル６６無しの場合に比べて、給電端部５１および終端部５２、ひいてはアンテナ２０全体の電圧（電位）が大きく持ち上げられている。従って、前述した誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、前述した容量結合モードによるプラズマ生成を効果的に利用することができる。

【0121】

図１３に、終端部コイル６６の有り無しの場合について、プラズマＣＶＤ法による基板１０への成膜速度を測定した実験結果の一例を示す。基板１０上に形成した膜はＳiＮ：Ｆ膜（フッ素化シリコン窒化膜）である。

【0122】

この場合の主な実験条件は次のとおりである。
装置構成：図９に示す実施形態のもので、アンテナ２０は６本
各アンテナ２０が有するコンデンサ３０の数：３個（従って金属パイプ２６の数は４個）
絶縁パイプ２２の材質：石英
２台の高周波電源５６ａ、５６ｂ間の位相差：１８０度
各アンテナ２０への供給高周波電力：１．５ｋＷ／アンテナ
真空容器２内へのガス種と流量：ＳiＦ₄ ／Ｎ₂ ／Ｈ₂ ＝５００／５００／５００ｃｃｍ
真空容器２内の圧力：２．７Ｐａ
各コイル６６のインダクタンス：１８０ｎＨ

【0123】

この図から分るように、終端部コイル６６有りの場合は、終端部コイル６６無しの場合に比べて、どの基板温度においても、大きな成膜速度が得られている。これは、前述した誘導結合モードによるプラズマ生成に加えて、前述した容量結合モードによるプラズマ生成を効果的に利用することができたからであると考えられる。

【符号の説明】

【0124】

２ 真空容器
８ ガス
１０ 基板
１６ プラズマ
２０ アンテナ
２２ 絶縁パイプ
２４ アンテナ本体
２６ 金属パイプ
２８ 中空絶縁体
３０ コンデンサ
４４ 冷却水
５１ 給電端部
５２ 終端部
５６、５６ａ、５６ｂ 高周波電源
６６、６６ａ、６６ｂ コイル
６８ 位相制御器

【要約】

【課題】 真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって誘導結合型のプラズマを生成する装置であって、アンテナ導体に金属パイプを用いており、しかも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る装置を提供する。
【解決手段】 このプラズマ処理装置を構成するアンテナ２０は、絶縁パイプ２２とその中に配置された中空のアンテナ本体２４とを備えている。アンテナ本体２４は、複数の金属パイプ２６を中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、かつ中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサ３０を有していて、金属パイプ２６とコンデンサ３０とを電気的に直列接続した構造をしている。アンテナ本体２４の給電端部５１に高周波電源５６が接続されており、終端部５２はコイル６６を介して接地している。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】