(57)【要約】【課題】給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】複数のプラズマ処理部３と、複数のプラズマ処理部３のプラズマ負荷と高周波電源部２との間でインピーダンス整合を行う整合器４と、整合器４においてインピーダンス整合された高周波電力を、複数のプラズマ処理部３に給電する給電部５と、を備え、給電部５は、複数のプラズマ処理部３の各々に対し、誘導結合を用いて高周波電力を給電する誘導結合部６を有し、誘導結合部６は、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒７と、１次側給電棒７の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を複数のプラズマ処理部各々に供給する複数の２次側コイル８と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を発生する高周波電源部と、
複数のプラズマ処理部と、
前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、
前記整合器においてインピーダンス整合された高周波電力を、前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、
前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、
前記誘導結合部は、
前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒と、
前記直線状の１次側給電棒の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部各々に供給する複数の２次側コイルと、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のプラズマ処理部および前記複数の２次側コイルは、並んで配置されており、
前記１次側給電棒は、並んで配置された複数の２次側コイル各々に誘導結合されるように直線状に延び、
前記高周波電力は、前記２次側コイル各々で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記２次側コイルは、矩形コイル又は円形コイルを矩形に近づけた形状のコイルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、互いに容量結合する平行平板型の電極対を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路に前記コンデンサを介さずに直接結線した場合と比較して前記閉回路のインピーダンスが小さくなるように調整することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路のインピーダンスが最小となるキャパシタンスの値よりも小さな値に調整することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を調整し、前記閉回路それぞれに同一方向の電流を流すことにより、前記２次側コイルの電流により発生する磁束と、前記１次側給電棒の電流により発生する磁束とを同じ方向を向かせることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を、負にすることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記コンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記平行平板型の電極対の、前記２次側コイルからの給電点に対して反対側どうしが、第２のコンデンサを介して接続されていることを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記第２のコンデンサは、前記平行平板型の電極対内部の電流分布が均等になるように調整するものであることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２のコンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
高周波電力を発生する高周波電源部と、
複数のプラズマ処理部と、
前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、
前記高周波電源部で発生された高周波電力を、前記整合器の出力を介して前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、
前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、
前記高周波電力は、前記誘導結合部で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、互いに容量結合する平行平板型の電極対を備えていることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記誘導結合部は、
前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記プラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと
を有することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記整合器の出力から前記１又は２以上の１次側給電コイルまで前記高周波電力を給電する給電線は、前記整合器の出力から前記１又は２以上の１次側給電コイルまでの距離が互いに等しくなるように、並列接続されていることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記誘導結合部は、
前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記プラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと、を含み、
前記複数の２次側コイルのそれぞれが、前記１又は２以上の１次側給電コイルの内側に並んで配置されていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記複数の２次側コイルから前記複数のプラズマ処理部までの２次側給電線の各々の長さが、互いに等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記１次側給電コイルが前記２次側コイルを覆うように、前記２次側コイルの外周に沿って形成されていることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記１次側給電コイルおよび前記２次側コイルが、矩形コイル若しくは略矩形コイルであることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させることを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路に前記コンデンサを介さずに直接結線した場合と比較して前記閉回路のインピーダンスが小さくなるように調整することを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
前記複数のプラズマ処理部はそれぞれ、前記平行平板型の電極対と、前記２次側コイルと、コンデンサとを含む閉回路として構成され、
前記閉回路それぞれに含まれた前記コンデンサのキャパシタンスの値を、前記閉回路のインピーダンスが最小となるキャパシタンスの値よりも小さな値に調整することを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】
前記閉回路それぞれに発生する誘導電流の各々の総和を、前記整合器からの出力電流よりも大きな値で発生させることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２７】
前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を調整し、前記閉回路それぞれに同一方向の電流を流すことにより、前記２次側コイルの電流により発生する磁束と、前記１次側給電コイルの電流により発生する磁束とを同じ方向を向かせることを特徴とする請求項２３から請求項２６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２８】
前記閉回路それぞれのリアクタンスの値を、負にすることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２９】
前記平行平板型の電極対の、前記２次側コイルからの給電点に対して反対側どうしが、第２のコンデンサを介して接続されていることを特徴とする請求項１７から請求項２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３０】
前記複数の２次側コイルと前記複数のプラズマ処理部との間の２次側給電線の各々にコンデンサが設けられ、
前記複数のプラズマ処理部各々への分配給電量を、前記コンデンサのキャパシタンスを調節して制御するように構成されていることを特徴とする請求項１９から請求項２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３１】
前記コンデンサは、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることを特徴とする請求項３０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３２】
前記１次側給電コイルに中間コンデンサを介在させることを特徴とする請求項１９から請求項３１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３３】
前記高周波電力の波長をλとしたとき、前記中間コンデンサを、前記１次側給電コイルの０〜λ／４の位置に設置して前記１次側給電コイルを分割し、前記分割された１次側給電コイル各々の長さを０〜λ／４の範囲に抑えたことを特徴とする請求項３２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３４】
前記誘導結合部は、
前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される１又は２以上の１次側給電コイルと、
前記１又は２以上の１次側給電コイルの周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部に供給する複数の２次側コイルと、を含み、
前記複数のプラズマ処理部各々への分配給電量を、前記複数の２次側コイルそれぞれの位置関係を変更し、前記１又は２以上の１次側給電コイルと前記複数の２次側コイルそれぞれとの結合度を調節して制御するように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３５】
前記位置関係の変更は、前記１又は２以上の１次側給電コイルと前記複数の２次側コイルとの角度を調節することにより行うことを特徴とする請求項３４に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、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のプラズマ処理部を持つプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部にプラズマ励起用の高周波電力を印加する場合、１つ又は複数の高周波電源に対して複数のプラズマ処理部を並列に接続をしている。例えば、１つの高周波電源に対して複数のプラズマ処理部を並列に接続したプラズマ処理装置は、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】登録実用新案第３０１０４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、複数のプラズマ処理部が、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続されるために、プラズマ処理部のインピーダンスが小さくなってしまう。例えば、プラズマ処理部一台当たりのインピーダンスＺを“Ｚ＝Ｒ＋ｉＸ”とすると、Ｎ台並列接続した場合の合成インピーダンスＺtotalは“Ｚtotal＝Ｒ／Ｎ＋ｉＸ／Ｎ”となる。
【０００５】
一方、高周波電源の高周波パワーＰは“Ｐ ＝ ＲＩ２”である。このため、高周波パワーＰが同じ場合には、抵抗成分Ｒが小さくなる分、電流Ｉは大きくなってしまう。
【０００６】
このように複数のプラズマ処理部を、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続する場合には、抵抗成分Ｒが小さくなるために電流Ｉが大きくなり、給電ラインや整合器でのパワー損失が増大する、という事情があった。
【０００７】
また、電流Ｉが大きくなるために、１つの高周波電源に対して並列接続可能なプラズマ処理部の数についても制限を受けてしまう。このため、プラズマ処理部の数を増やしたい場合には、高価な高周波電源を複数用意せざるを得ず、プラズマ処理装置の製造コスト削減の要求を妨げてしまう、という事情があった。
【０００８】
この発明は、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を提供する。
【０００９】
また、この発明は、給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部への効率的な分配給電を可能とするプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の第１の態様に係るプラズマ処理装置は、高周波電力を発生する高周波電源部と、複数のプラズマ処理部と、前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、前記整合器においてインピーダンス整合された高周波電力を、前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、前記誘導結合部は、前記高周波電源部から前記整合器の出力を介して前記高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒と、前記直線状の１次側給電棒の周囲に発生する高周波変動磁束により誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流を前記複数のプラズマ処理部各々に供給する複数の２次側コイルと、を含む。
【００１１】
この発明の第２の態様に係るプラズマ処理装置は、高周波電力を発生する高周波電源部と、複数のプラズマ処理部と、前記複数のプラズマ処理部のプラズマ負荷と前記高周波電源部との間でインピーダンス整合を行う整合器と、前記高周波電源部で発生された高周波電力を、前記整合器の出力を介して前記複数のプラズマ処理部に給電する給電部と、を備え、前記給電部は、前記複数のプラズマ処理部の各々に対し、誘導結合を用いて前記高周波電力を給電する誘導結合部を有し、前記高周波電力は、前記誘導結合部で分岐されて前記複数のプラズマ処理部各々に分配給電されるように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置を提供できる。また、この発明は、給電線や整合器でのパワー損失を小さくすることが可能なプラズマ処理装置において、複数のプラズマ処理部への効率的な分配給電を可能とするプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図
【図２】プラズマ処理部の等価回路図
【図３】一実施形態に係るプラズマ処理装置の第１変形例を概略的に示す断面図
【図４】プラズマ処理部の等価回路図
【図５】一実施形態に係るプラズマ処理装置の第２変形例を概略的に示す断面図
【図６】プラズマ処理部の等価回路図
【図７】一実施形態に係るプラズマ処理装置の第３変形例を概略的に示す断面図
【図８】（Ａ）図は第３変形例で使用可能な２重巻きコイルの一例を示す平面図、（Ｂ）図はその側面図
【図９】（Ａ）図〜（Ｄ）図は２重巻きコイルの接続例を示す側面図
【図１０】プラズマ処理部が奇数個である場合の一構成例を示す断面図
【図１１】並列接続および誘導結合分岐を複合させた場合の一構成例を示す断面図
【図１２】一実施形態に係るプラズマ処理装置の第４変形例を概略的に示す断面図
【図１３】第４変形例の変形例を概略的に示す断面図
【図１４】第４変形例の変形例を概略的に示す断面図
【図１５】第４変形例の変形例を概略的に示す断面図
【図１６】第４変形例の変形例を概略的に示す断面図
【図１７】（Ａ）図は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第５変形例を概略的に示す正面図、（Ｂ）図は第５変形例を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。
【００１５】
図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００は、処理モジュール１と、高周波電源部２とを備えている。処理モジュール１の内部にはプラズマ処理を行うための処理室１ａが設けられており、処理室１ａの内部には被処理体Ｇに対してプラズマ処理を行うプラズマ処理部３が複数収容されている。高周波電源部２は高周波電力を発生させる。高周波電力は整合器４に入力される。整合器４は、複数のプラズマ処理部３のプラズマ負荷と高周波電源部２との間でインピーダンス整合を行う。整合器４においてインピーダンス整合された高周波電力は、給電部５より複数のプラズマ処理部３に給電される。
【００１７】
本例の給電部５は、複数のプラズマ処理部３の各々に対し、誘導結合を用いて高周波電力を給電する誘導結合部６を有する。誘導結合部６は、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される直線状の１次側給電棒７と、複数の２次側コイル８と、を含んでいる。複数の２次側コイル８は、直線状の１次側給電棒７の周囲に発生する高周波変動磁束Φにより誘導起電力を発生させ、この誘導起電力によって発生する誘導電流Ｉを複数のプラズマ処理部３各々に供給する。
【００１８】
複数のプラズマ処理部３は水平方向に並列配置されている。同様に、複数の２次側コイル８も水平方向に並列配置されている。１次側給電棒７は、２次側コイル８各々に誘導結合されるように水平方向に一直線に延びている。１次側給電棒７に印加された高周波電力は、２次側コイル８各々で分岐され、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電される。２次側コイル８のコイル面の法線方向は、高周波変動磁束Φが２次側コイル８各々のループ内を貫くように、水平方向に対してずらされている。本例では、２次側コイル８のコイル面の法線方向は、水平方向に対して９０°ずらされている。２次側コイル８は、本例では、矩形コイルとされている。２次側コイル８は、矩形コイルではなく、円形コイルであっても良い。ただし、矩形コイルによれば、円形コイルに比較して、限られた空間の中において、コイル面の面積が最大限大きくなるように配置することができ、より効率良く大きな誘導起電力Ｖを発生できる、という利点を得ることができる。また、矩形コイルは完全な矩形であることが望ましいが、完全な矩形でなくとも、円形コイルを矩形に近づけた形状（以下略矩形という）にすることでも、大きな誘導起電力Ｖを効率良く得ることができる。また、誘導起電力Ｖは、コイルのターン数を増やすことでも大きくすることができる。
【００１９】
１次側給電棒７および複数の２次側コイル８は、処理モジュール１の処理室１ａの外に設けられている。処理モジュール１の外壁は接地されている。１次側給電棒７の一端は整合器４に接続されるが、他端は処理モジュール１に接続されて接地される。
【００２０】
複数のプラズマ処理部３はそれぞれ、互いに容量結合する上部電極１１及び下部電極１２からなる平行平板型の電極対を備えている。上部電極１１及び下部電極１２は、処理室１ａの内部に配置される。下部電極１２には、被処理体Ｇが載置される。被処理体Ｇの一例は、フラットパネルディスプレイや太陽電池の製造に利用されるガラス基板である。被処理体Ｇは、ガラス基板に限られるものではなく、半導体ウエハであっても良い。
【００２１】
二次側コイル８の一端は上部電極１１に接続され、他端は下部電極１２にコンデンサ１３を介して接続されている。下部電極１２は処理モジュール１に接続されて接地されている。１次側給電棒７および下部電極１２は、直接に接地しても良いし、コンデンサを介して接地しても良い。図２に、プラズマ処理部３の等価回路図を示す。
【００２２】
図２に示すように、複数のプラズマ処理部３はそれぞれ、上部電極１１及び下部電極１２からなる平行平板型の電極対と、２次側コイル８と、コンデンサ１３とを含む閉回路として構成されている。本例では、平行平板型の電極対、２次側コイル８、及びコンデンサ１３が互いに直列に接続されて、閉回路を構成している。図２に示す閉回路中には、コンデンサ１３は必ずしも存在しなくても良い。しかし、閉回路中にコンデンサ１３を存在させることで、コンデンサ１３を介さずに導電線で直接結線した場合と比較して、図２に示す閉回路のインピーダンスＺが小さくなるように調整できる、という利点を得ることができる。高周波変動磁束Φが２次側コイル８のコイル面を貫くと、２次側コイル８に誘導起電力Ｖが発生し、この誘導起電力Ｖによって２次側コイル８に誘導電流Ｉが流れる。誘導電流Ｉは、下記（１）式で表わすことができる。
【００２３】
Ｉ ＝   Ｖ／Ｚ      …（１）  
（１）式より、図２に示す閉回路のインピーダンスＺを小さくすれば、誘導電流Ｉが大きくなることが理解される。インピーダンスＺを小さくするには、例えば、コンデンサ１３のキャパシタンスを、２次側コイル８のインダクタンスＬと、電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣとが直列共振状態に近くなるように設定すれば良い。つまり、コンデンサ１３のキャパシタンスは、ωＬ−１／（ωＣ）＝０（ωは角周波数）に近くなるように設定されると良い。ただし、完全な直列共振状態（ωＬ−１／（ωＣ）＝０）は、動作が不安定になりやすいため除かれることが好ましい。
【００２４】
このようにコンデンサ１３を設け、コンデンサ１３のキャパシタンスを閉回路のインピーダンスが小さくなるように設定することで、整合器４からの出力電流よりも十分に大きな値で誘導電流Ｉを発生させることができる。大きな誘導電流Ｉを発生させることができることで、上部電極１１および下部電極１２からなる平行平板型の電極対間に、プラズマを効率良く発生させることができる。
【００２５】
また、インピーダンスの虚数成分であるリアクタンスＸの符号によって、誘導電流Ｉの向きを調整することができる。特に負のリアクタンスＸを持つ場合、２次側コイル８に励起される誘導電流Ｉのつくる磁界は１次側給電棒７のつくる磁界と同じ向きを持ち、お互いを強めあうことができるため、さらなる効率の向上が期待できる。リアクタンスＸの符号を負にするには、コンデンサ１３のキャパシタンスの値を、完全な直列共振状態のキャパシタンスの値よりも小さな値とすれば良い。さらにいうと、リアクタンスＸの符号を負にするためには、２次側コイル８のインダクタンスＬの値及び電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣの値の少なくともいずれか一方の値を小さく設定することにより実現できる。
【００２６】
また、コンデンサ１３は、キャパシタンスの値が固定のものであっても良いが、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることが好ましい。可変コンデンサとすれば、閉回路のインピーダンスを、より細やかに調節することができるためである。
【００２７】
さらに、コンデンサ１３を可変コンデンサとすることによって、プラズマ処理中に電流値・電圧値等の制御値をフィードバック制御により制御することもでき、また、メンテナンス時はメンテナンス後のプラズマ処理に適切なキャパシタンスの値に調整し、プラズマ処理中はキャパシタンスの値を変更しないといった運用もできる。
【００２８】
このような一実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、高周波電源部２と複数のプラズマ処理部３とを並列接続せず、高周波電源部２からの高周波電力を、誘導結合を用いて複数のプラズマ処理部３に分配給電する。誘導結合においては、前述のように誘導起電力と２次側閉回路のインピーダンスの比に応じて、入力電流よりも２次側出力電流の総和を大きくすることができる。大きな電流が流れるのは、２次側、即ち複数のプラズマ処理部３各々の閉回路の中だけであり、１次側、例えば、給電棒７や整合器４には小さな電流しか流さずに済む。このため、直接にプラズマ生成に寄与しない部位、例えば、給電棒７（給電ライン）や整合器４でのパワー損失が増大する、という事情を解消できる。
【００２９】
よって、一実施形態によれば、給電ラインや整合器でのパワー損失を小さくすることが可能な効率の良いプラズマ処理装置が得られる、という利点を得ることができる。
【００３０】
また、１次側には小さな電流しか流さずに済むことから、高周波電源部２からの出力電流を小さく抑えることができる。このため、１つの高周波電源部２に対して並列接続可能なプラズマ処理部３の数も増やすことが可能となる。例えば、高周波電源部２と複数のプラズマ処理部３とを並列接続した場合には、例えば、従来は高周波電源部２の出力に応じて、高価な高周波電源部２の数を増やさなければならなかった。
【００３１】
これに対して、一実施形態によれば、高周波電源部２からの出力電流を小さく抑えることができるので、１台の高周波電源部２で、プラズマ処理部を複数ユニット一括ドライブすることも可能となる。このため、プラズマ処理装置の製造コストを削減できる、という利点も得ることができる。
【００３２】
また、一実施形態によれば、給電部５と誘導結合部６とが一体化されている。このため、大きな電流が流れる箇所を、複数のプラズマ処理部３の近傍のみとすることができる。つまり、給電部５と誘導結合部６とを一体化し、大きな電流が流れる箇所を、複数のプラズマ処理部３の近傍のみとすることでも、パワー損失の増大が抑制される、という利点を促進させることができる。
【００３３】
次に、上記一実施形態の変形例のいくつかを説明する。
【００３４】
（第１変形例）
図３は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第１変形例を概略的に示す断面図、図４はプラズマ処理部の等価回路図である。
【００３５】
図３および図４に示すように、上部電極１１および下部電極１２に対して、一方からのみ給電すると、上部電極１１の抵抗成分Ｒ１および下部電極１２の抵抗成分Ｒ２により、上部電極１１と下部電極１２との間の処理空間面内において、プラズマが偏る可能性がある。このようなプラズマの偏りを防ぐには、第１変形例に係るプラズマ処理装置１００ａのように、上部電極１１および下部電極１２の、２次側コイル８からの給電点に対して反対側どうしを、コンデンサ１４を介して接続すると良い。コンデンサ１４は処理室１ａの外に配置され、そして、コンデンサ１４は上部電極１１内部の電流分布、および下部電極１２内部の電流分布が均等になるように調整する。
【００３６】
このようなコンデンサ１４においても、キャパシタンスの値が固定のものであっても良いし、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであっても良い。可変コンデンサとすると、上部電極１１内部の電流分布、および下部電極１２内部の電流分布を、より均等になるように細やかに調節できる、という利点を得ることができる。
【００３７】
（第２変形例）
図５は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第２変形例を概略的に示す断面図、図６はプラズマ処理部の等価回路図である。
【００３８】
図５および図６に示すように、第２変形例に係るプラズマ処理装置１００ｂが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、２つのプラズマ処理部３を合わせて１つの閉回路としたことである。複数のプラズマ処理部３は、一つ一つが閉回路になっていなくても、例えば、左右のプラズマ処理部３どうしで、誘導結合部６を共有し、１つの閉回路とされても良い。この場合、左右のプラズマ処理部３は、互いに給電される高周波電力の位相が逆位相となるが、逆位相になったとしても、プラズマ生成には支障はない。
【００３９】
（第３変形例）
図７は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第３変形例を概略的に示す断面図である。
【００４０】
図７に示すように、第３変形例に係るプラズマ処理装置１００ｃが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、１次側給電棒７の代わりに１次側給電コイル７ａを用いたこと、および高周波電力を、誘導結合部６において分岐し、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電するように構成したことである。本例では、１次側給電コイル７ａが複数あり、複数の１次側給電コイル７ａそれぞれに誘導結合部６が設定される。誘導結合部６それぞれには、１つの１次側給電コイル７ａと、２つ以上の２次側コイル８とが含まれている。これにより、高周波電力は、誘導結合部６において分岐され、複数のプラズマ処理部３各々に分配給電することができる。このような誘導結合部６における分岐を実現するためのコイルとしては、例えば、２重巻きコイルを挙げることができる。
【００４１】
図８Ａは第３変形例で使用可能な２重巻きコイルの一例を示す平面図、図８Ｂはその側面図である。
【００４２】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、２重巻きコイル１０１は、１次側給電コイル７ａを構成するための導電線と、２次側コイル８を構成するための導電線とを重ね合わせ、重ね合わせた状態のままコイル状に巻いていくことで形成することができる。
【００４３】
このような２重巻きコイル１０１を、図９Ａに示すように、水平方向に２つ並列配置し、１次側給電コイル７ａについては各々の一端を、導電線１５を用いて電気的に接続する。２次側コイル８については各々の一端、他端を、それぞれ別々のプラズマ処理部３に電気的に接続する。このようにすると、図７に示した誘導結合部６のように、１つの１次側給電コイル７ａから、２つの２次側コイル８を分岐させることができる。
【００４４】
また、分岐数は図９Ａに示したように“２”に限られるものではない。例えば、図９Ｂに示すように、２重巻きコイル１０１を水平方向に３つ並列配置し、１次側給電コイル７ａについては、導電線１５を用いて１本のコイルとなるように接続し、２次側コイル８については各々の一端、他端を、それぞれ別々のプラズマ処理部３に電気的に接続する。このようにすると、１つの１次側給電コイル７ａから、３つの２次側コイル８を分岐させることができる。
【００４５】
このように２重巻きコイル１０１の積層数を変えることによって、分岐数は“２以上の自然数”の任意の数に設定することができる。
【００４６】
さらに、図９Ａ及び図９Ｂに示した例においては、導電線１５を用いて、１次側給電コイル７ａ各々の一端を電気的に接続したが、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、１次側給電コイル７ａを１つとし、１つの１次側給電コイル７ａに、２以上の２次側コイル８を巻いていくことも可能である。このようにしても、１つの１次側給電コイル７ａから、２以上の２次側コイル８を分岐させることができる。
【００４７】
また、図１０の最も端にある誘導結合部６に示すように、どこか１箇所の誘導結合部６からの分岐数を“１”とすることも可能である。誘導結合部６の１箇所の分岐数を“１”とすると、例えば、プラズマ処理部３の数が奇数である場合であっても、一実施形態に係るプラズマ処理装置を適用できる、という利点を得ることができる。
【００４８】
また、図７に示したプラズマ処理装置１００ｃにおいては、複数の１次側給電コイル７ａを、整合器４と接地点との間に直列に接続した。しかし、図１１に示すように、整合器４から複数の１次側給電コイル７ａまで、並列接続された給電線１６によって接続することも可能である。整合器４から複数の１次側給電コイル７ａまで、トーナメント分岐された給電線１６によって接続すると、整合器４の出力から、各１次側給電コイル７ａまでの距離を互いに等しくできる。このため、整合器４の出力から各１次側給電コイル７ａまでに存在する抵抗成分が全て同じとなり、複数の１次側給電コイル７ａそれぞれに均一に高周波電力を給電でき、複数のプラズマ処理部３それぞれにおいて、より安定したプラズマ生成が可能となる、という利点を得ることができる。
【００４９】
（第４変形例）
図１２は一実施形態に係るプラズマ処理装置の第４変形例を概略的に示す断面図である。
【００５０】
図１２に示すように、第４変形例に係るプラズマ処理装置１００ｄが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、誘導結合部６が、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される一つの１次側給電コイル７ａと、複数の２次側コイル８と、を含み、複数の２次側コイル８のそれぞれが、一つの１次側給電コイル７ａの内側に水平方向に沿って配置されていることにある。本例の一つの１次側給電コイル７ａは矩形コイル若しくは略矩形コイルであり、２次側コイル８のそれぞれも、例えば、矩形コイル若しくは略矩形コイルとされている。
【００５１】
このように、一つの１次側給電コイル７ａを水平方向に長く形成し、その内側に複数の２次側コイル８を配置することも可能である。
【００５２】
このような第４変形例によれば、例えば、複数の２次側コイル８から、水平方向に沿って配置された複数のプラズマ処理部３までの２次側給電線１７の各々の長さを、互いにほぼ等しくなるように構成することができる、という利点を得ることができる。
【００５３】
また、本第４変形例においては、以下に示すさらなる変形も可能である。
例えば、図１３に示すように、一端を整合器４に接続した矩形コイル若しくは略矩形コイル１次側給電コイル７ａの他端は、コンデンサ１８を介して接地するようにしても良い。本例の接地点は処理モジュール１であり、本例においては、１次側給電コイル７ａの他端は、コンデンサ１８を介して処理モジュール１に接続されている。コンデンサ１８は、例えば、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整する。コンデンサ１８はキャパシタンスの値が固定されたものであっても良いが、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整する観点からは、図１３に示すように、キャパシタンスの値が可変の可変コンデンサが用いられることが好ましい。また、コンデンサ１３は、上記の例においては、例えば、下部電極１２を介して接地されるようにしていたが、直接に接地するようにしてもよい。図１３に示す例におけるコンデンサ１３は、例えば、処理モジュール１に直接に接続されて接地されている。
【００５４】
なお、１次側給電コイル７ａのインピーダンスを適切に調整するコンデンサ１８は、上記一実施形態、並びに第１〜第３変形例のいずれにおいても用いることができる。また、コンデンサ１３を直接に接地することについても、上記一実施形態、並びに第１〜第３変形例のいずれにも適用することができる。
【００５５】
また、図１４に示すように、１次側給電コイル７ａが、矩形若しくは略矩形の複数の２次側コイル８を覆うように、複数の２次側コイル８の外周部に沿って形成するようにしても良い。本例においては、１次側給電コイル７ａが、矩形若しくは略矩形の複数の２次側コイル８のそれぞれの外周部を覆うように、１次側給電コイル７ａを複数の２次側コイル８のそれぞれの外周部に沿って屈曲又はカーブさせて形成されている。本例のように、１次側給電コイル７ａを複数の２次側コイル８の外周に沿って、例えば、屈曲又はカーブさせて形成すると、１次側給電コイル７ａと２次側コイル８とが対向する領域が増え、屈曲又はカーブさせない場合に比較して、より高い結合度を得ることができる。このため、誘導起電力Ｖを、さらに効率良く発生させることが可能となる。
【００５６】
また、誘電起電力Ｖを大きくするために１次側給電コイル７ａのターン数を増やしていくと、１次側給電コイル７ａの長さが増加する。１次側給電コイル７ａの長さが、例えば、１ｍ以上になると、１次側給電コイル７ａの内部で電位差が発生してしまうという波長効果により、回路内で放電が起こり、２次側コイル８と効率良く結合ができない虞がある。そのような場合には、図１５に示すように、１次側給電コイル７ａ内に適切な間隔でコンデンサ（以下中間コンデンサという）１９を挿入し、１次側給電コイル７ａを中間コンデンサ１９によって分割すると良い。分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さは、分割前の長さに比較して短くなる。このように１次側給電コイル７ａを、中間コンデンサ１９を用いて分割し、１次側給電コイル７ａ各々の長さを短くすることで上記波長効果を低減でき、分割前の１次側給電コイル７ａの長さが、例えば、１ｍ以上になるような場合であっても、２次側コイル８との結合効率を向上させることができる、という利点を得ることができる。
【００５７】
また、１次側給電コイル７ａを分割するための適切な間隔（分割された１次側給電コイル７ａに許容し得る最大の長さ）の具体例としては、高周波電力の波長をλとすると、高周波電圧Ｖｐｐはλ／４の位置で最も大きく変化するため、１次側給電コイル７ａの０〜λ／４の位置に中間コンデンサを設置すれば上記波長効果の低減が期待できるが、実用上はλ／３２〜λ／４の位置に中間コンデンサ１９を設置することが好ましい。これにより、分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さは、０〜λ／４（ｍ）の範囲、実用的にはλ／３２〜λ／４（ｍ）の範囲に抑えることができ、上記波長効果を低減することができる。また、図１６に示すように、１次側給電コイル７ａは、整合器４から出力された後、給電部５の内部を水平方向に沿って延び、給電部５の、例えば、端部で１回だけ折り返す構成とすることも可能である。この場合には、１次側給電コイル７ａの長さを短くできる、という利点を得ることができるが、当然、中間コンデンサ１９を用いて、分割された１次側給電コイル７ａ各々の長さを、０〜λ／４（ｍ）の範囲、実用的にはλ／３２〜λ／４（ｍ）の範囲に抑えるようにしてもよい。
【００５８】
また、図１２〜図１６に示した第４変形例のいずれにおいても、上述したように、インピーダンスの虚数成分であるリアクタンスＸの符号によって、誘導電流Ｉの向きを調整することができる。特に、リアクタンスＸの符号を負とすると、２次側コイル８に励起される誘導電流Ｉのつくる磁界が、１次側給電コイル７ａがつくる磁界と同じ向きとなり、お互いの磁界を強めあう。このため、さらなる効率の向上が期待できる。リアクタンスＸの符号を負にするには、コンデンサ１３のキャパシタンスの値を、完全な直列共振状態のキャパシタンスの値よりも小さな値とすれば良い。さらにいうと、リアクタンスＸの符号を負にするためには、２次側コイル８のインダクタンスＬの値及び電極対およびコンデンサ１３の合成キャパシタンスＣの値の少なくともいずれか一方の値を小さく設定することで実現できる。
【００５９】
また、２次側コイル８とプラズマ処理部３との間に設けられた２次側給電線１７の各々にコンデンサ１３を設け、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量を、コンデンサ１３のキャパシタンスを調節して制御するように構成されても良い。
【００６０】
この場合、コンデンサ１３は、キャパシタンスの値が可変である可変コンデンサであることがよい。コンデンサ１３を可変コンデンサとすると、分配給電量のより細やかな制御を実現できる、という利点を得ることができる。
【００６１】
さらに、コンデンサ１３を可変コンデンサとすることによって、プラズマ処理中に電流値・電圧値等の制御値をフィードバック制御により制御することもでき、また、メンテナンス時はメンテナンス後のプラズマ処理に適切なキャパシタンスの値に調整し、プラズマ処理中はキャパシタンスの値を変更しないといった運用もできる。
【００６２】
なお、第４変形例において、複数の２次側コイル８は矩形コイル若しくは略矩形コイルとしたが、円形コイルを用いることも可能であるし、第４変形例および第４変形例のさらなる変形例のそれぞれは、様々に組み合わせて実施することが可能である。さらに、第４変形例および第４変形例のさらなる変形例のそれぞれにおいては、１次側給電コイル７ａを一つとしているが、例えば、矩形コイル若しくは略矩形コイルである１次側給電コイル７ａを二以上設け、二以上設けられた１次側給電コイル７ａの、例えば、それぞれの内側に、複数の２次側コイル８を配置、例えば、並んで配置することも可能である。
【００６３】
（第５変形例）
図１７Ａは一実施形態に係るプラズマ処理装置の第５変形例を概略的に示す正面図、図１７Ｂは第５変形例を概略的に示す断面図である。
【００６４】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、第５変形例に係るプラズマ処理装置１００ｅが、図１に示したプラズマ処理装置１００と異なるところは、誘導結合部６が、高周波電源部２から整合器４の出力を介して高周波電力が供給される一つの１次側給電コイル７ａと、複数の２次側コイル８と、を含み、複数の２次側コイル８それぞれの位置、例えば角度θを変え、一つの１次側給電コイル７ａと複数の２次側コイル８それぞれとの結合度を調節することで、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量を制御するように構成したことにある。
【００６５】
このように、複数のプラズマ処理部３各々への分配給電量は、一つの１次側給電コイル７ａと複数の２次側コイル８それぞれとの結合度を調節することでも制御することが可能である。本例の場合には結合度の調節が、例えば、第４変形例のコンデンサ１３のキャパシタンスの調節と同じ役割を果たす。このため、２次側コイル８とプラズマ処理部３との間に設けられた２次側給電線１７の各々から、第４変形例で説明したコンデンサ１３を省略することも可能となる。コンデンサ１３が省略されることで、大きな誘導電流が流れる２次側給電線の配線長を短くでき、パワー損失の増大を、より抑制することができる、という利点を得ることができる。
【００６６】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く種々変形可能である。また、この発明の実施形態は上記一実施形態が唯一の実施形態でもないし、変形例もまた上記第１〜第５変形例に限られるものでもない。
【００６７】
例えば、上記一実施形態では、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８を水平方向に並列配置した。しかしながら、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８は、並んで配置されていればよく、例えば、複数のプラズマ処理部３および複数の２次側コイル８を高さ方向に順次積層することも可能である。
【００６８】
また、上記一実施形態は、半導体ウエハよりも大型となるガラス基板に対するプラズマ処理に用いられることが好ましい。ガラス基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、プラズマ処理部のサイズがメートルオーダーとなり大型である。ガラス基板を扱う大型のプラズマ処理部は、半導体ウエハを扱うプラズマ処理部に比較して、１つ又は複数の高周波電源に対して並列接続した場合の給電部５や整合器４でのパワー損失が増大しやすい。このことから、上記一実施形態は、サイズがメートルオーダーとなるような大型のプラズマ処理部を持つプラズマ処理装置に適用されることが好ましい。
【符号の説明】
【００６９】
Ｇ…被処理体、１…処理モジュール、２…高周波電源部、３…プラズマ処理部、４…整合器、５…給電部、６…誘導結合部、７…１次側給電棒、７ａ…１次側給電コイル、８…２次側コイル、１１…上部電極、１２…下部電極、１３…コンデンサ、１４…コンデンサ、１５…導電線、１７…２次側給電線、１８…コンデンサ、１９…中間コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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