特許 7448769 可変コンデンサ及びプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-05

(45)【発行日】2024-03-13

(54)【発明の名称】可変コンデンサ及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01G 5/013 20060101AFI20240306BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240306BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

H01G5/013 352

H05H1/46 L

H05H1/46

H01G5/013 380

H01G5/013 381

C23C16/505

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019113170

(22)【出願日】2019-06-18

(65)【公開番号】P2020205383

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2022-06-06

(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】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】茨木 満雄

(72)【発明者】

【氏名】久保田 清

(72)【発明者】

【氏名】岸田 茂明

【審査官】木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２３３３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１０７５４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開平０６－０５２１３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５４－０９６７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３５８８６４１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ５／０１３

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定電極と、前記固定電極との間でコンデンサを形成する可動電極とを有し、前記可動電極が移動することで前記固定電極との対向面積が変化して、静電容量が変化する可変コンデンサであって、
前記対向面積が最小となる状態から、前記可動電極の移動度を増大させた場合に、前記対向面積の変化特性が上に凸となるように、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方が構成されており、前記移動度に対して、前記対向面積の逆数が比例する、可変コンデンサ。

【請求項2】

前記対向面積の最小値が０より大きい、請求項１記載の可変コンデンサ。

【請求項3】

固定電極と、前記固定電極との間でコンデンサを形成する可動電極とを有し、前記可動電極が移動することで前記固定電極との対向面積が変化して、静電容量が変化する可変コンデンサであって、
前記対向面積が最小となる状態から、前記可動電極の移動度を増大させた場合に、前記対向面積の変化特性が上に凸となるように、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方が構成されており、
前記可動電極が回転移動するものであり、
前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方の外径及び／又は内径が、前記可動電極の回転角度をパラメータとした関数で表される、可変コンデンサ。

【請求項4】

アンテナ導体に高周波電流を流して真空容器内にプラズマを発生させ、当該プラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理装置であって、
請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の可変コンデンサが、前記アンテナ導体に電気的に接続されている、プラズマ処理装置。

【請求項5】

前記アンテナ導体は、内部に冷却液が流れる流路を有しており、
前記可変コンデンサの誘電体が前記冷却液により構成されている、請求項４記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変コンデンサ及びこの可変コンデンサを備えるプラズマ処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のプラズマ処理装置としては、特許文献１に示すように、プラズマ生成チャンバ内に複数のアンテナ導体を配置するとともに、互いに隣り合うアンテナ導体の間に可変コンデンサを接続したものがある。

【0003】

かかる構成によれば、可変コンデンサの静電容量を変化させることで、アンテナ導体の上での高周波電圧分布を変化させることができ、このアンテナ導体とプラズマとの静電的結合を制御することができる。

【0004】

ところが、可変コンデンサのリアクタンスが静電容量の逆数に比例することから、静電容量をゼロから増やそうとした場合に、静電容量の僅かな変化がリアクタンスを大きく変動させてしまい、高周波電圧分布の微調整が難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１１－３１７２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、リアクタンスの微調整が可能な可変コンデンサを提供することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明に係る可変コンデンサは、固定電極と、前記固定電極との間でコンデンサを形成する可動電極とを有し、前記可動電極が移動することで前記固定電極との対向面積が変化して、静電容量が変化するものであって、前記対向面積が最小となる状態から、前記可動電極の移動度を増大させた場合に、前記対向面積の変化特性が上に凸となるように、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方が構成されていることを特徴とするものである。

【0008】

このような構成であれば、可動電極の移動度に対する対向面積の変化特性が上に凸となるように構成されているので、対向面積に対して可変コンデンサの静電容量が比例し、可変コンデンサの静電容量に対してインピーダンスが反比例することに鑑みれば、可動電極の移動度に対する可変コンデンサのインピーダンスの変化特性が、線形或いは線形に近い変化となり、インピーダンスの微調整が可能となる。

【0009】

前記移動度に対して、前記対向面積の逆数が比例することが好ましい。
このような構成であれば、可動電極の移動度に対してインピーダンスを比例させることができるので、インピーダンスをより精度良く調整することができる。

【0010】

静電容量をゼロから増やそうとした場合、すなわち対向面積をゼロから増やそうとした場合、僅かに重なり合った固定電極及び可動電極の間に電流が集中して流れるため、その部分が過度に発熱する。その結果、例えば可変コンデンサに大電流を流す場合には、固定電極や可動電極の変質や融解の恐れが生じる。
そこで、前記対向面積の最小値が０より大きいことが好ましい。
これならば、可動電極の回転角度に関わらず、固定電極及び可動電極が重なり合っている状態を維持できるので、電流の集中を防ぐことができ、大電流を流す場合であっても、固定電極や可動電極の変質や融解を抑制することができる。

【0011】

可動電極が回転移動するものである場合、可変コンデンサの静電容量は、固定電極や可動電極の枚数や可動電極の回転角度に依ることから、回転角度に対するインピーダンスの変化特性を所望の変化特性にするためには、前記固定電極又は前記可動電極の少なくとも一方の外径及び／又は内径が、前記可動電極の回転角度をパラメータとした関数で表されることが好ましい。

【0012】

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、アンテナ導体に高周波電流を流して真空容器内にプラズマを発生させ、当該プラズマを用いて基板を処理するものであって、上述した可変コンデンサが、前記アンテナ導体に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
かかるプラズマ処理装置によれば、上述したように可変コンデンサのインピーダンスを適切に制御することができるので、アンテナ導体の上での高周波電圧分布を微調整することができ、プラズマ密度の均一化を図れる。

【0013】

このように可変コンデンサを用いた場合、プラズマ生成時に生じる熱により、可変コンデンサの誘電率が変化して静電容量が不意に変動してしまい、可変コンデンサのリアクタンスを安定して制御することが難しい。
そこで、前記アンテナ導体は、内部に冷却液が流れる流路を有しており、前記可変コンデンサの誘電体が前記冷却液により構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、アンテナ導体を流れる冷却液を、可変コンデンサの誘電体として用いることで、その冷却液により可変コンデンサを冷却することができ、静電容量の不意の変動を抑えることができる。

【発明の効果】

【0014】

このように構成した本発明によれば、可変コンデンサのリアクタンスを微調整することができ、ひいてはプラズマ処理装置におけるプラズマ密度の均一化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図である。

【図2】同実施形態のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す横断面図である。

【図3】同実施形態の接続導体を模式的に示す横断面図である。

【図4】同実施形態の接続導体を模式的に示す縦断面図である。

【図5】同実施形態の可変コンデンサを導入ポート側から見た側面図である。

【図6】同実施形態の可動電極の回転角度しθが０°の状態を示す模式図である。

【図7】同実施形態の可動電極の回転角度しθが９０°の状態を示す模式図である。

【図8】同実施形態の可変コンデンサの回転角度θと対向面積Ａとの相関を示すグラフである。

【図9】同実施形態の可変コンデンサの回転角度θと静電容量の逆数との相関を示すグラフである。

【図10】その他の実施形態の可変コンデンサの回転角度θと静電容量の逆数との相関を示すグラフである。

【図11】その他の実施形態における可動金属板の形状を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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

【0017】

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

【0018】

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

【0019】

具体的にプラズマ処理装置１００は、図１及び図２に示すように、真空排気され且つガスＧが導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された直線状のアンテナ導体３と、真空容器２内に誘導結合型のプラズマＰを生成するための高周波をアンテナ導体３に印加する高周波電源４とを備えている。なお、アンテナ導体３に高周波電源４から高周波を印加することによりアンテナ導体３には高周波電流ＩＲが流れて、真空容器２内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマＰが生成される。

【0020】

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５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。

【0021】

真空容器２内に、例えば流量調整器（図示省略）及びアンテナ導体３に沿う方向に配置された複数のガス導入口２１を経由して、ガスＧが導入される。ガスＧは、基板Ｗに施す処理内容に応じたものにすれば良い。

【0022】

また、真空容器２内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ６が設けられている。この例のように、基板ホルダ６にバイアス電源７からバイアス電圧を印加するようにしても良い。バイアス電圧は、例えば負の直流電圧、負のバイアス電圧等であるが、これに限られるものではない。このようなバイアス電圧によって、例えば、プラズマＰ中の正イオンが基板Ｗに入射する時のエネルギーを制御して、基板Ｗの表面に形成される膜の結晶化度の制御等を行うことができる。基板ホルダ６内に、基板Ｗを加熱するヒータ６１を設けておいても良い。

【0023】

アンテナ導体３は、真空容器２内における基板Ｗの上方に、基板Ｗの表面に沿うように（例えば、基板Ｗの表面と実質的に平行に）複数配置されている。

【0024】

アンテナ導体３の両端部付近は、真空容器２の相対向する側壁をそれぞれ貫通している。アンテナ導体３の両端部を真空容器２外へ貫通させる部分には、絶縁部材８がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材８を、アンテナ導体３の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン９１によって真空シールされている。各絶縁部材８と真空容器２との間も、例えばパッキン９２によって真空シールされている。なお、絶縁部材８の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、又はポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等である。

【0025】

さらに、アンテナ導体３において、真空容器２内に位置する部分は、直管状の絶縁カバー１０により覆われている。この絶縁カバー１０の両端部は絶縁部材８によって支持されている。なお、絶縁カバー１０の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等である。

【0026】

そして、複数のアンテナ導体３は、内部に冷却液ＣＬが流通する流路３Ｓを有する中空構造のものである。本実施形態では、直管状をなす金属パイプである。金属パイプ３１の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等である。

【0027】

なお、冷却液ＣＬは、真空容器２の外部に設けられた循環流路１１によりアンテナ導体３を流通するものであり、前記循環流路１１には、冷却液ＣＬを一定温度に調整するための熱交換器などの温調機構１１１と、循環流路１１において冷却液ＣＬを循環させるためのポンプなどの循環機構１１２とが設けられている。冷却液ＣＬとしては、電気絶縁の観点から、高抵抗の水が好ましく、例えば純水またはそれに近い水が好ましい。その他、例えばフッ素系不活性液体などの水以外の液冷媒を用いても良い。

【0028】

また、複数のアンテナ導体３は、図２に示すように、接続導体１２によって接続されて１本のアンテナ構造となるように構成されている。つまり、互いに隣接するアンテナ導体３における真空容器２の外部に延出した端部同士を接続導体１２によって電気的に接続している。具体的には、互いに隣接するアンテナ導体３において一方のアンテナ導体３の端部と他方のアンテナ導体３の端部とを接続導体１２により電気的に接続している。

【0029】

ここで、接続導体１２により接続される２つのアンテナ導体３の端部は同じ側壁側に位置する端部である。これにより、複数のアンテナ導体３は、互いに隣接するアンテナ導体３に互いに逆向きの高周波電流が流れるように構成される。

【0030】

そして、接続導体１２は内部に流路を有しており、その流路に冷却液ＣＬが流れように構成されている。具体的には、接続導体１２の一端部は、一方のアンテナ導体３の流路と連通しており、接続導体１２の他端部は、他方のアンテナ導体３の流路と連通している。これにより、互いに隣接するアンテナ導体３において一方のアンテナ導体３を流れた冷却液ＣＬが接続導体１２の流路を介して他方のアンテナ導体３に流れる。これにより、共通の冷却液ＣＬにより複数のアンテナ導体３を冷却することができる。また、１本の流路によって複数のアンテナ導体３を冷却することができるので、循環流路１１の構成を簡略化することができる。

【0031】

複数のアンテナ導体３のうち接続導体１２で接続されていない一方の端部が給電端部３ａとなり、当該給電端部３ａには、整合回路４１を介して高周波電源４が接続される。また、他方の端部である終端部３ｂは直接接地されている。なお、終端部３ｂは、コンデンサ又はコイル等を介して接地しても良い。

【0032】

上記構成によって、高周波電源４から、整合回路４１を介して、アンテナ導体３に高周波電流ＩＲを流すことができる。高周波の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

【0033】

＜接続導体１２の構成＞
次に接続導体１２について、図３～図７を参照して詳細に説明する。なお、図３及び図４などにおいて一部のシール部材などは記載を省略している。

【0034】

接続導体１２は、図３及び図４に示すように、アンテナ導体３に電気的に接続される可変コンデンサ１３と、当該可変コンデンサ１３と一方のアンテナ導体３の端部とを接続する第１の接続部１４と、可変コンデンサ１３と他方のアンテナ導体３の端部とを接続する第２の接続部１５とを有している。

【0035】

第１の接続部１４及び第２の接続部１５は、アンテナ導体３の端部を取り囲むことによって、アンテナ導体３に電気的に接触するとともに、アンテナ導体３の端部に形成された開口部３Ｈから冷却液ＣＬを可変コンデンサ１３に導くものである。これら接続部１４、１５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。

【0036】

本実施形態の各接続部１４、１５は、アンテナ導体３の端部において、開口部３Ｈよりも真空容器２側でＯリングなどのシール部材Ｓ１を介して液密に装着されるものであり、開口部３Ｈよりも外側は拘束しないように構成されている（図３参照）。これにより、接続部１４、１５に対するアンテナ導体３の若干の傾きを許容する構成としている。

【0037】

可変コンデンサ１３は、一方のアンテナ導体３に電気的に接続される第１の固定電極１６と、他方のアンテナ導体３に電気的に接続される第２の固定電極１７と、第１の固定電極１６との間で第１のコンデンサを形成するとともに、第２の固定電極１７との間で第２のコンデンサを形成する可動電極１８とを有している。

【0038】

本実施形態の可変コンデンサ１３は、可動電極１８が所定の回転軸Ｃ周りに回転することによって、その静電容量を変更できるように構成されている。そして、可変コンデンサ１３は、第１の固定電極１６、第２の固定電極１７及び可動電極１８を収容する絶縁性を有する収容容器１９を備えている。

【0039】

収容容器１９は、一方のアンテナ導体３からの冷却液ＣＬを導入する導入ポートＰ１と、冷却液Ｃｌを他方のアンテナ導体３に導出する導出ポートＰ２とを有している。導入ポートＰ１は、収容容器１９の一方の側壁（図３では左側壁１９ａ）に形成され、導出ポートＰ２は収容容器１９の他方の側壁（図３では右側壁１９ｂ）に形成されており、導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２は互いに対向した位置に設けられている。なお、本実施形態の収容容器１９は、内部に中空部を有する概略直方体形状をなすものであるが、その他の形状であってもよい。

【0040】

第１の固定電極１６及び第２の固定電極１７は、可動電極１８の回転軸Ｃ周りに互いに異なる位置に設けられている。本実施形態では、第１の固定電極１６は、収容容器１９の導入ポートＰ１から収容容器１９の内部に挿入して設けられている。また、第２の固定電極１７は、収容容器１９の導出ポートＰ２から収容容器１９の内部に挿入して設けられている。これにより、第１の固定電極１６及び第２の固定電極１７は、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられている。

【0041】

第１の固定電極１６は、互いに対向するように設けられた複数の第１の固定金属板１６１を有している。また、第２の固定電極１７は、互いに対向するように設けられた複数の第２の固定金属板１７１を有している。これら固定金属板１６１、１７１はそれぞれ、回転軸Ｃに沿って互いに略等間隔に設けられている。

【0042】

そして、複数の第１の固定金属板１６１は、互いに同一形状をなすものであり、第１のフランジ部材１６２に支持されている。第１のフランジ部材１６２は、収容容器１９の導入ポートＰ１が形成された左側壁１９ａに固定される。ここで、第１のフランジ部材１６２には、導入ポートＰ１に連通する貫通孔１６２Ｈが形成されている（図５参照）。また、複数の第２の固定金属板１７１は、互いに同一形状をなすものであり、第２のフランジ部材１７２に支持されている。第２のフランジ部材１７２は、収容容器１９の導出ポートＰ２が形成された右側壁１９ｂに固定される。ここで、第２のフランジ部材１７２には、導出ポートＰ２に連通する貫通孔１７２Ｈが形成されている。これら複数の第１の固定金属板１６１及び複数の第２の固定金属板１７１は、収容容器１９に固定された状態で、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられる。

【0043】

また、第１の固定金属板１６１及び第２の固定金属板１７１は平板状をなすものであり、図６に示すように、平面視において、回転軸Ｃに向かうに従って幅が縮小する形状をなしている。そして、各固定金属板１６１、１７１において、幅が縮小する端辺１６１ａ、１７１ａは回転軸Ｃの径方向に沿って形成されている。なお、互いに対向する端辺１６１ａ、１７１ａのなす角度は、９０度である。また、各固定金属板１６１、１７１の回転軸Ｃ側の先端辺１６１ｂ、１７１ｂは円弧状をなしている。

【0044】

可動電極１８は、図３に示すように、収容容器１９の側壁（図３では前側壁１９ｃ）に回転軸Ｃ周りに回転可能に軸支される回転軸体１８１と、当該回転軸体１８１に支持された可動金属板１８２とを有している。

【0045】

回転軸体１８１は、回転軸Ｃに沿って延びる直線状をなすものである。この回転軸体１８１は、その一端部が収容容器１９の前側壁１９ｃから外部に延出するように構成されている。そして、この収容容器１９の前側壁１９ｃにおいてＯリングなどのシール部材Ｓ２により回転可能に支持される。ここでは、前側壁において２つのＯリングにより２点支持されている。また、回転軸体１８１の他端部は、収容容器１９の内面に設けられた位置決め凹部１９１に回転可能に接触している。

【0046】

また、回転軸体１８１は、可動金属板１８２を支持する部分１８１ｘが金属製などの導電材料から形成され、収容容器１９から外部に延出した部分１８１ｙが樹脂製などの絶縁材料から形成されている。

【0047】

可動金属板１８２は、各固定金属板１６１、１７１の間に配置されており、図３では、固定金属板１６１、１７１をそれぞれ６枚とし、可動金属板１８２を５枚としているが、これに限られない。なお、可動金属板１８２と固定金属板１６１、１７１とのギャップは例えば１ｍｍである。

【0048】

具体的に可動金属板１８２は、図６及び図７に示すように、第１の固定電極１６に対向する第１要素１８３と、回転軸体１８１に支持されて第２の固定電極１７に対向する第２要素１８４とを有している。

【0049】

第１要素１８３は、第１の固定金属板１６１に対応して複数設けられている。なお、第１要素１８３はそれぞれ同一形状をなすものである。また、第２要素１８４は、第２の固定金属板１７１に対応して複数設けられている。なお、第２要素１８４はそれぞれ同一形状をなすものである。これら第１要素１８３及び第２要素１８４はそれぞれ、回転軸Ｃに沿って互いに略等間隔に設けられており、回転軸Ｃに関して対称となる位置に設けられるとともに、互いに同一形状をなすものである。

【0050】

このように構成された可変コンデンサ１３において可動電極１８を回転させることによって、図７に示すように、第１の固定金属板１６１及び第１要素１８３の対向面積（第１の対向面積Ａ１）が変化し、第２の固定金属板１７１及び第２要素１８４の対向面積（第２の対向面積Ａ２）が変化する。

【0051】

然して、本実施形態の可変コンデンサ１３は、図８に示すように、対向面積Ａが最小となる状態から、可動電極の移動度たる回転角度θを増大させた場合に、対向面積Ａの変化特性が上に凸となるように構成されている。なお、ここでいう対向面積Ａは、第１の固定金属板１６１と可動金属板１８２との対向面積と、第２の固定金属板１７１と可動金属板１８２との対向面積とを合わせた総面積である。ただし、上述した第１の対向面積Ａ１や第２の対向面積Ａ２の変化特性に関しても、最小となる状態から、可動電極の回転角度θを増大させた場合に上に凸となる。

【0052】

より詳細には、対向面積Ａが最小となる状態を回転角度θが０°であるとした場合、本実施形態の可変コンデンサ１３は、回転角度θが０°から９０°に到るまで対向面積Ａが増大し続けるように構成されている。すなわち、この可変コンデンサ１３は、回転角度θが０°から９０°に到るまで静電容量が増大し続け、静電容量の逆数に比例するインピーダンスは減少し続ける。

【0053】

そこで、まず図９に示すように、回転角度θの増大に対して、静電容量の逆数を所望の変化特性で減少させること、すなわち回転角度θを増大させた場合に、静電容量の逆数を予め定めた特性線分Ｘに沿って減少させることを考える。なお、回転角度θに対して静電容量が比例して変化する従来の可変コンデンサでは、回転角度θに対する静電容量の逆数が反比例するので、その特性線分は図９の点線で示すものとなる。

【0054】

本実施形態の可変コンデンサ１３の特性線分Ｘは、直線であっても良いし、曲線であっても良く、例えば回転角度θをパラメータとした関数で表されるものとしても良い。ここでは、特性線分Ｘを、図９に示す直線で表されるものとした場合、すなわち回転角度θに対して静電容量の逆数を比例して減少させる場合を考える。なお、直線の傾きは適宜変更して構わない。

【0055】

この場合、静電容量は対向面積Ａに比例することから、本実施形態の可変コンデンサ１３は、回転角度θに対して、対向面積Ａの逆数が比例するように構成されていることになり、言い換えれば、図８に示すように、回転角度θに対する対向面積Ａの変化特性が上に凸となる。

【0056】

より具体的に説明すると、図６及び図７に示すように、可動金属板１８２の第１要素１８３及び第２要素１８４は、径方向に延びる第１端辺１８３ａ、１８４ａ及び第２端辺１８３ｂ、１８４ｂと、これらの第１端辺１８３ａ、１８４ａの及び第２端辺１８３ｂ、１８４ｂの外端を結ぶ外周辺１８３ｃ、１８４ｃとを有している。第１端辺１８３ａ、１８４ａは、回転角度θを０°から増大させた場合に、最初に固定金属板１６１、１７１の端辺１６１ａ、１７１ａを横切る辺であり、第２端辺１８３ｂ、１８４ｂは、最後に固定金属板１６１、１７１の端辺１６１ａ、１７１ａを横切る辺である。そして、外周辺１８３ｃ、１８４ｃが、第１端辺１８３ａ、１８４ａから第２端辺１８３ｂ、１８４ｂに向かうに連れて徐々に長くなるように構成されている。

【0057】

言い換えれば、図７に示すように、回転中心から外周辺１８３ｃ、１８４ｃまでの距離を外径ｒ１、回転中心から固定金属板１６１、１７１の内周辺までの距離を内径ｒ２とした場合に、外径ｒ１から内径ｒ２を差し引いた距離Ｌが、第１端辺１８３ａ、１８４ａから第２端辺１８３ｂ、１８４ｂに向かうに連れて徐々に長くなるように構成されている。なお、上述した特性線分Ｘが回転角度θをパラメータとした関数で表されるものであっても良いように、この距離Ｌも回転角度θをパラメータとした関数で表されるものであっても良い。

【0058】

この実施形態では、各固定金属板１６１、１７１の先端辺１６１ｂ、１７１ｂは円弧状であり、内径ｒ２は回転角度θに関わらず一定であることから、外径ｒ１が第１端辺１８３ａ、１８４ａから第２端辺１８３ｂ、１８４ｂに向かうに連れて徐々に長くなるように構成されている。

【0059】

かかる構成により、本実施形態の可動金属板１８２は、可動電極１８の回転角度θに対して対向面積Ａの逆数が比例する形状、換言すれば、可動電極１８の回転角度θに対して静電容量の逆数が比例する形状をなすものとなる。

【0060】

さらに、可動金属板１８２は、図６及び図７に示すように、可動電極１８の回転角度θに関わらず、固定電極１６、１７との間で可変コンデンサ１３の静電容量を一定以上に保つ容量保持要素１８５をさらに有している。

【0061】

この容量保持要素１８５は、第１要素１８３及び第２要素１８４の間に亘って形成されたものであり、可動金属板１８２と各固定金属板１６１、１７１との対向面積Ａの最小値を、回転角度θに関わらず０よりも大きく保持するものである。すなわち、容量保持要素１８５は、可動電極１８の回転角度θが０°の状態で、固定金属板１６１、１７１と対向するように構成されたものである。

【0062】

この容量保持要素１８５の形状は適宜変更して構わないが、ここでは固定金属板１６１、１７１の先端辺１６１ｂ、１７１ｂと同心の円弧状をなすものであり、その外径を、先端辺１６１ｂ、１７１ｂの内径よりも大きく設定したものである。これにより、容量保持要素１８５と各固定金属板１６１、１７１との対向面積Ａは、可動電極１８の回転角度θに比例して変化する。

【0063】

上記の構成において、収容容器１９の導入ポートＰ１から冷却液ＣＬが流入すると、収容容器１９の内部が冷却液ＣＬにより満たされる。このとき、第１の固定金属板１６１及び第１要素１８３の間や、第２の固定金属板１７１及び第２要素１８４の間や、第１の固定金属板１６１や第２の固定金属板１７１と容量保持要素１８５との間が冷却液ＣＬで満たされる。これにより、冷却液ＣＬが第１のコンデンサの誘電体及び第２のコンデンサの誘電体となる。本実施形態では、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量とは同じである。また、このように構成される第１のコンデンサ及び第２のコンデンサは直列に接続されており、可変コンデンサ１３の静電容量は、第１のコンデンサ（又は第２のコンデンサ）の静電容量の半分となる。

【0064】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、可動電極１８の回転角度θに対する対向面積Ａの変化特性が上に凸となるように構成されているので、対向面積Ａに対して可変コンデンサ１３の静電容量が比例し、可変コンデンサ１３の静電容量に対してインピーダンスが反比例することに鑑みれば、可動電極１８の回転角度θに対する可変コンデンサ１３のインピーダンスの変化特性が、線形或いは線形に近い変化となり、インピーダンスの微調整が可能となる。
その結果、可変コンデンサ１３のインピーダンスを適切に制御することができるので、アンテナ導体３の上での高周波電圧分布を微調整することができ、プラズマ密度の均一化を図れる。

【0065】

より詳細には、可動電極１８の回転角度θに対して、対向面積Ａの逆数が比例するようにしてあるので、可動電極１８の回転角度θに対してインピーダンスを比例して変化させることができ、インピーダンスをより精度良く調整することができる。

【0066】

ところで、静電容量をゼロから増やそうとした場合、すなわち対向面積をゼロから増やそうとした場合、僅かに重なり合った固定金属板１６１、１７１及び可動金属板１８２の間に電流が集中して流れるため、その部分が過度に発熱する。その結果、例えば可変コンデンサ１３に大電流を流す場合には、固定金属板１６１、１７１や可動金属板１８２の変質や融解の恐れが生じる。
これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００であれば、可動金属板１８２が、可動電極１８の回転角度θが０°の状態で固定金属板１６１、１７１と重なり合う容量保持要素１８５を有しているので、上述した電流の集中を防ぐことができ、大電流を流す場合であっても、固定金属板１６１、１７１や可動金属板１８２の変質や融解を抑制することができる。

【0067】

加えて、アンテナ導体３の内部を流れる冷却液ＣＬを可変コンデンサ１３の誘電体として用いているので、その冷却液ＣＬにより可変コンデンサ１３を冷却することができ、静電容量の不意の変動を抑えることができる。

【0068】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0069】

前記実施形態では、回転角度θに対する静電容量の逆数の変化特性を示す特性線分Ｘが直線である場合について説明したが、この特性線分Ｘは、反比例曲線でなければ、例えば図１０に示すように、上に凸又は下に凸な曲線であっても良い。

【0070】

また、可動金属板の形状は、前記実施形態のものに限らず、図１１に示すように、適宜変更して構わない。
さらには、可動金属板における第１要素及び第２要素の厚みを、第１端辺から第２端辺に向かうに連れて徐々に薄くなるようにすることで、可動電極の回転角度対して静電容量の逆数が比例するようにしても良いし、同様に、固定金属板の厚みを適宜変更させても良い。

【0071】

また、前記実施形態では、可動金属板の形状を、可動電極の回転角度に対して静電容量の逆数が比例するような形状にしていたが、固定金属板の形状を、可動電極の回転角度に対して静電容量の逆数が比例するような形状にしても良い。このような構成の一例としては、固定金属板の内径を、一方の端辺から他方の端辺に向かって徐々に短くする構成を挙げることができる。

【0072】

加えて、前記実施形態では、可変コンデンサが互いに隣接するアンテナ導体の間に設けられているが、アンテナ導体と接地との間に設けられるものであってもよい。この場合、第１の固定電極はアンテナ導体に電気的に接続され、第２の固定電極は接地される。

【0073】

さらに加えて、前記実施形態では、アンテナ導体は直線状をなすものであったが、湾曲又は屈曲した形状であっても良い。この場合、金属パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良いし、絶縁パイプが湾曲又は屈曲した形状であっても良い。

【0074】

そのうえ、前記実施形態では、可動電極が回転軸周りに回転するものであったが、可動電極が固定電極に対してスライド移動（並進移動）するものであってもよい。このように可動電極がスライドする構成としては、可動電極が固定電極との対向方向に直交する方向にスライドして対向面積が変化する構成を挙げることができる。

【0075】

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

【符号の説明】

【0076】

１００・・・プラズマ処理装置
Ｗ・・・基板
Ｐ・・・誘導結合プラズマ
２・・・真空容器
３・・・アンテナ導体
３Ｓ・・・流路
ＣＬ・・・冷却液
１３・・・可変コンデンサ
１６・・・第１の固定電極
１６１・・・固定金属板
１７・・・第２の固定電極
１７１・・・固定金属板
１６１ａ、１７１ａ・・・縮小する端辺
１６１ｂ、１７１ｂ・・・先端辺
１８・・・可動電極
１８２・・・可動金属板
１８３・・・第１要素
１８４・・・第２要素
１８５・・・容量保持要素
１９・・・収容容器
Ｐ１・・・導入ポート
Ｐ２・・・導出ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】