(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  高周波プラズマ処理装置は、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器５と、反応容器５の内部に配置された放電電極２と、反応容器５の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段とを備える。電磁界制御手段は、反応容器５の外側に配置され、電磁的に反応容器５と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間室６を含み、閉空間室６の内部の可動電磁シールド材２６を移動することによって、高周波電界分布が変動するように形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、
前記反応容器の内部に配置された放電電極と、
前記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段と
を備え、前記電磁界制御手段は、
前記反応容器の外側に配置され、電磁的に前記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間手段を含み、
前記閉空間手段の構成および前記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、前記高周波電界分布が変動するように形成された、高周波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段によって形成される電磁的な閉空間の空間形状が変更可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の体積が変更可能に形成された、請求項２に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成された、請求項２に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室の内部に移動可能な電磁シールド材が形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室に出し入れが可能な電磁シールドシャッタが形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の内部における平均的な比誘電率が変更可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい液体を注入または排出できるように形成された、請求項７に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、
前記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい固体誘電体が配置され、
前記固体誘電体は、前記閉空間室の内部で移動可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を含み、
前記電磁的に連通する部分は、電気的な絶縁性を有する透過窓を有する、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記透過窓の前記反応容器の内部の側に、前記放電電極が配置され、
前記透過窓の前記反応容器の外部の側に、前記高周波電源と電気的に接続された伝播電極が配置され、
前記放電電極と前記伝播電極とが、前記透過窓を挟むように配置された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記伝播電極は、平面視したときに前記放電電極よりも小さくなるように形成され、
前記伝播電極は、前記透過窓の表面に沿って移動可能に形成された、請求項１１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１３】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、
前記反応容器の内部に配置された放電電極と、
前記放電電極と高周波電源との間のインピーダンス整合を行なうための共振器および前記放電電極に接続された複数の予備電極と、
前記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段と
を備え、前記電磁界制御手段は、
前記共振器と前記予備電極との間の複数の高周波電気経路のうち、少なくとも１つ以上の経路に、前記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成された、高周波プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記放電電極と前記共振器との間の高周波電気経路に、前記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記インピーダンス可変手段は、容量可変のコンデンサを含む、請求項１３または１４に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス可変手段は、実質的に前記高周波電気経路を切断する機能を有する請求項１３または１４に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１７】
自動的に前記電磁界制御手段が駆動した後に、自動的にプラズマ処理動作を実施する機能を有する、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記電磁界制御手段は、プラズマ処理を行なっているときに、前記高周波電界分布を変更できるように形成された、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布を連続的に変更できるように形成された、請求項１８に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布の変化の速度を制御できるように形成された、請求項１９に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布を繰り返して周期的に変動させることができるように形成された、請求項１８に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記電磁界制御手段は、プラズマ処理が行なわれる時間が、半周期の整数倍になるように、前記高周波電界分布を変動するように形成された、請求項２１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２３】
前記放電電極は、放電面の最大寸法が、前記反応容器内に導入される高周波の半波長よりも大きくなるように形成された、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２４】
複数回のプラズマ処理工程を含み、
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器の内部に放電電極を配置して、高周波プラズマを発生させて処理を行なう高周波プラズマ処理方法において、
電磁的に前記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を前記反応容器の外側に形成して、
前記複数回の前記プラズマ処理工程は、それぞれの前記プラズマ処理工程において、前記閉空間手段の構成および前記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、前記反応容器の内部の高周波電界分布を調整して、それぞれの前記高周波電界分布のプラズマによって処理を行なう工程を含む、高周波プラズマ処理方法。
【請求項２５】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器の内部に放電電極を配置して、高周波プラズマを発生させて処理を行なう高周波プラズマ処理方法において、
電磁的に前記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を前記反応容器の外側に形成して、
前記閉空間手段の構成および前記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、前記反応容器の内部の高周波電界分布を変動させながら処理を行なう工程を含む、高周波プラズマ処理方法。
【請求項２６】
前記高周波電界分布を連続的に変動させながら処理を行なう工程を含む、請求項２５に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２７】
前記高周波電界分布の変動の速度を制御しながら処理を行なう工程を含む、請求項２５に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２８】
前記高周波電界分布を周期的に変動させながら処理を行なう工程を含む、請求項２５に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２９】
前記高周波電界分布の変動を、変動周期の半周期の時間が、プラズマ処理に要する時間を１以上の整数で除した時間になるように行なう、請求項２８に記載の高周波プラズマ方法。
【請求項３０】
前記反応容器内に導入する高周波の半波長が、前記放電電極の放電面の最大寸法よりも小さくなるようにして処理を行なう、請求項２４または２５に記載の高周波プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、表示装置の大型化に伴って、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の大型化が進んでいる。フラットパネルディスプレイの大型化に伴って、製造工程において使用される基板についても大型化が進んでいる。たとえば、液晶表示装置においては、使用される液晶表示装置用のガラス基板は第６世代と呼ばれ、基板の大きさが横１．８ｍ×縦１．５ｍまでに至っている。基板の大型化の傾向は、近年の技術動向を鑑みれば、さらに継続して進むことが予測される状況にある。
【０００３】
半導体装置や表示装置の製造において用いられる処理方法の中に、高周波プラズマを基板などの被処理物に照射して、被処理物の表面に薄膜を形成したり、被処理物の表面に対してエッチングなどの加工を行なったり、被処理物の表面処理を行なったりする高周波プラズマ処理がある。高周波プラズマ処理においては、たとえば、プラズマ処理の高速化やプラズマ処理の高品質化などの、さらなるプラズマ処理能力の向上が要求されている。
【０００４】
プラズマ処理能力を向上させる方法の１つに、高周波の周波数を現状よりもさらに高くする高周波化が提案されている。具体的には、従来において汎用的に使用されている１３．５６ＭＨｚの高周波よりもさらに高い周波数の高周波が用いられることが提案されている。たとえば、３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高い周波数を有する高周波を用いることが提案されている。高周波化が進むと、プラズマ処理に用いられる高周波の波長は短くなる傾向にある。
【０００５】
このように、基板が大きくなる一方で、用いられる高周波の周波数が高くなることにより、基板の大きさと高周波の波長とが近づいてきている。たとえば、周波数が１３．５６ＭＨｚであれば波長は約２２ｍになり、１ｍ以下程度の大きさを有する基板に対しては、波長は十分に長い一方で、周波数が１００ＭＨｚであれば、高周波の波長は３ｍ程度になるため、基板の大きさと高周波の波長とが近くなる。
【０００６】
また、処理を行なうプラズマを発生させるための放電電極の寸法は、概ね基板の大きさに対応させて形成するため、放電電極自体も大きくなって、高周波の波長と近くなっている状況にある。従来においては、放電電極の大きさは、処理に用いられる高周波の波長に比べて十分に小さい。このため、放電電極が平板状に形成され、電極の主表面同士が互いに平行になるように配置された高周波プラズマ処理装置においては、電極同士の間に発生する電界は、基板の表面全体に対してほぼ均一になるため、ほぼ均一のプラズマ処理を行なうことが可能であった。
【０００７】
これに対し、上記のように高周波の波長と放電電極との大きさとが近づく近年の状況においては、たとえば上記の高周波プラズマ処理装置で、電極同士の間の電界は、基板の表面に対して不均一になる。このため、この電界に依存して発生するプラズマも不均一になり、プラズマ処理の均一性も悪化するという問題が生じている。
【０００８】
特開２００２−３２７２７６号公報においては、プラズマ発生装置の放電電極に対して、２箇所の給電部を形成して、それぞれに同一の周波数の高周波を給電するサイクルと、異なる周波数の高周波を給電するサイクルとを交互に行なうことによって、時間平均的に被処理物に対して均一に処理を行なうプラズマ化学蒸着装置が開示されている。また、特開平５−２９２７３号公報においては、互いに対向する２つの電極のうち一方の電極を回転することによって、プラズマ処理の処理量の平均化を図るプラズマ処理装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７２７６号公報
【特許文献２】特開平５−２９２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特開２００２−３２７２７６号公報に開示されたプラズマ処理装置においては、互いに異なる２つの周波数の高周波を給電する必要があるため、少なくとも２台の電源が必要であるという問題があった。また、一方の電源には、周波数を変化させる機能を有するものを用いらなければならず、高周波プラズマ処理装置が高価になるという問題があった。
【００１０】
また、一般的に、異なる複数の電源を用いる場合には、互いの高周波が干渉し合うという問題が生じる。たとえば、高周波電源から出力された高周波を効率よく放電電極へ投入するための共振器に対して、十分なインピーダンス整合をとることができず、電力反射が大きくなってしまうという問題があった。
【００１１】
この問題に対しては、高周波の位相を調整する手段を形成して、それぞれの高周波の位相を制御して、互いの干渉を抑制する方法が用いられる。しかしながら、高周波同士の干渉を抑制するための条件は明確でなく、それぞれの装置ごとに、最適な互いの位相関係を模索しなければならないという問題があった。
【００１２】
さらには、同じ構造を有する装置であっても、それぞれの装置には機体差があるため、高周波同士の干渉を抑制する条件が、画一的に見出すことができないという問題があった。特に、上記の特開２００２−３２７２７６号公報に開示されたプラズマ処理装置においては、一方の電源の周波数を変化させるため、高周波同士の干渉を抑制することがさらに難しくなるという問題があった。
【００１３】
上記の特開平５−２９２７３号公報に開示されたプラズマ処理装置においては、高周波を供給する電源は１つでよく、複数の高周波同士が干渉するという問題は生じない。しかしながら、特開平５−２９２７３号公報におけるプラズマ処理装置においては、反応容器の内部において、構成物を回転させるなどの運動が行なわれるため、反応容器の内部にパーティクルが発生して、プラズマ処理に悪影響を及ぼすという問題があった。
【００１４】
たとえば、反応容器の内部の構成物が運動することに伴って、反応容器の内部に充填されたガスが乱流の状態になりやすく、プラズマ処理を行なう処理量が不均一になるという問題があった。
【００１５】
この処理の不均一の問題を回避するためには、反応容器の内部に充填されたガスの流れを調整できるように、反応容器の内部の構成物を設計する必要がある。このため、装置を設計する上での制約が増えるという問題が生じる。このように、反応容器の内部の構成物を動かすなどの動的にプラズマ処理の均一化を図る高周波プラズマ処理装置においては、動的な手段の副作用として、新たな別の問題が生じていた。
【００１６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明に基づく高周波プラズマ処理装置は、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、上記反応容器の内部に配置された放電電極と、上記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段とを備える。上記電磁界制御手段は、上記反応容器の外側に配置され、電磁的に上記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間手段を含み、上記閉空間手段の構成および上記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、上記高周波電界分布が変動するように形成されている。この構成を採用することにより、構成が簡単で、大型の被処理物に対して、均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供することができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記閉空間手段によって形成される電磁的な閉空間の空間形状が変更可能に形成されている。この構成を採用することにより、容易に上記閉空間手段の構成を変更することができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記閉空間手段の体積が変更可能に形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間手段の体積が一定で、上記閉空間手段の空間形状を変化させる場合に比べて、上記閉空間手段の機構や駆動における制約を少なくすることができ、上記高周波プラズマ処理装置の設計が容易になるとともに、上記高周波プラズマ処理装置の構成が簡単になる。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成されている。この構成を採用することにより、容易な構造で、上記閉空間手段の空間形状を変化させることができる。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、上記閉空間室の内部に移動可能な電磁シールド材が形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間手段において、電磁波の漏洩を上記閉空間室で完全に防止することができる。すなわち、電磁界の遮蔽を完全に行なうことができる。
【００２２】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、上記閉空間室に出し入れが可能な電磁シールドシャッタが形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間手段の構成を迅速に変化させることができる。また、上記電磁シールドシャッタは、大きな移動ストロークを必要とせず、上記閉空間手段の体積を大きく変化させることができるため、上記高周波プラズマ処理装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記閉空間手段の内部における平均的な比誘電率が変更可能に形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間手段の内部の構成を容易に変更することができる。
【００２４】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、上記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい液体を注入または排出できるように形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間室の内部の平均的な比透電率を容易に変更することができる。
【００２５】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、上記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい固体誘電体が配置されている。上記固体誘電体は、上記閉空間室の内部で移動可能に形成されている。この構成を採用することにより、上記閉空間室の内部の平均の比透電率を大きく変化させることができ、上記反応容器の内部の上記高周波電界分布を大きく変動させることができる。また、上記閉空間手段の平均的な比透電率を速く変化させることができ、上記高周波電界分布を迅速に変動させることができる。
【００２６】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を含み、上記電磁的に連通する部分は、電気的な絶縁性を有する透過窓を有する。この構成を採用することにより、上記反応容器の内部を上記ガス雰囲気を形成するための十分な気密性を容易に確保することができるとともに、電磁的に連通する部分を有する上記閉空間手段を容易に形成することができる。
【００２７】
上記発明において好ましくは、上記透過窓の上記反応容器の内部の側に、上記放電電極が配置され、上記透過窓の上記反応容器の外部の側に、上記高周波電源と電気的に接続された伝播電極が配置され、上記放電電極と上記伝播電極とが、上記透過窓を挟むように配置されている。この構成を採用することにより、上記透過窓を介してコンデンサの機能を有する容量結合部を形成することができ、上記反応容器を貫通する給電ポートなどを形成する必要がなく、構成を簡単にすることができる。また、上記放電電極の任意の位置に、給電を行なうことができる。
【００２８】
上記発明において好ましくは、上記伝播電極は、平面視したときに上記放電電極よりも小さくなるように形成され、上記伝播電極は、上記透過窓の表面に沿って移動可能に形成されている。この構成を採用することにより、プラズマを発生させるための上記放電電極への給電位置を移動させることができ、上記伝播電極を移動させることにより、上記反応容器の内部の上記高周波電界分布を変動させることができる。
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、上記反応容器の内部に配置された放電電極と、上記放電電極と高周波電源との間のインピーダンス整合を行なうための共振器および上記放電電極に接続された複数の予備電極と、上記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段とを備える。上記電磁界制御手段は、上記共振器と上記予備電極との間の複数の高周波電気経路のうち、少なくとも１つ以上の経路に、上記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成されている。この構成を採用することにより、簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供することができる。
【００３０】
上記発明において好ましくは、上記放電電極と上記共振器との間の高周波電気経路に、上記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成されている。この構成を採用することにより、上記放電電極に対する高周波を変化させることができ、さらに容易に上記高周波電界分布を変動させることができる。また、複雑な上記高周波電界分布の変動を行なうことができる。
【００３１】
上記発明において好ましくは、上記インピーダンス可変手段は、容量可変のコンデンサを含む。この構成を採用することにより、容易に上記インピーダンス可変手段を形成することができる。
【００３２】
上記発明において好ましくは、上記インピーダンス可変手段は、実質的に上記高周波電気経路を切断する機能を有する。この構成を採用することにより、上記高周波電気経路を切断して、上記反応容器の内部の上記高周波電界分布を大きく変動させることができる。特に、上記高周波電気経路が複数形成されていた場合に、一部の上記高周波電気経路を切断することにより、上記高周波電界分布を大きく変動させることができる。また、上記高周波電界分布の制御性が向上する。
【００３３】
上記発明において好ましくは、自動的に上記電磁界制御手段が駆動した後に、自動的にプラズマ処理動作を実施する機能を有する。この構成を採用することにより、プラズマを形成するプラズマ処理を複数の工程に分割して、処理を行なう高周波電界分布の状態を変更して繰り返し行なうプラズマ処理を自動的に行なうことができる。
【００３４】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、プラズマ処理を行なっているときに、上記高周波電界分布を変更できるように形成されている。この構成を採用することにより、上記高周波電界分布を変動させるために、上記プラズマ処理を中断する必要がなく、上記プラズマ処理を行ないながら、上記高周波電界分布を変動させることができる。
【００３５】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記高周波電界分布を連続的に変更できるように形成されている。この構成を採用することにより、不連続的に段階的に上記高周波電界分布を変動させる場合に比べて、所定時間における処理量が均一になる。すなわち、上記高周波電界分布の時間積分の制御性が向上して、所定時間におけるプラズマ処理量の平均化が容易になる。
【００３６】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記高周波電界分布の変化の速度を制御できるように形成されている。この構成を採用することにより、それぞれの高周波電界分布におけるプラズマ処理時間をより高精度に制御することができ、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３７】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、上記高周波電界分布を繰り返して周期的に変動させることができるように形成されている。この構成を採用することにより、所定の時間におけるプラズマ処理量を均一にすることができる。すなわち、プラズマ処理量の時間平均化を容易に行なうことができる。
【００３８】
上記発明において好ましくは、上記電磁界制御手段は、プラズマ処理が行なわれる時間が半周期の整数倍になるように、上記高周波電界分布を変動させることができるように形成されている。この構成を採用することにより、上記プラズマ処理が周期的に繰返して行なわれ、かつ、半周期の途中で上記プラズマ処理が終了することがないため、均一な上記プラズマ処理を行なうことができる。
【００３９】
上記発明において好ましくは、上記放電電極は、放電面の最大寸法が、上記反応容器内に導入される高周波の半波長よりも大きくなるように形成されている。この構成の上記高周波プラズマ処理装置においては、上記放電電極の放電面に形成される上記高周波電界分布は正負が反転し得る。このため、上記プラズマ処理の均一性を飛躍的に向上させることができる。
【００４０】
上記目的を達成するため、本発明に基づく高周波プラズマ処理方法は、複数回のプラズマ処理工程を含み、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器の内部に放電電極を配置して、高周波プラズマを発生させて処理を行なう高周波プラズマ処理方法において、電磁的に上記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を上記反応容器の外側に形成して、上記複数回の上記プラズマ処理工程は、それぞれの上記プラズマ処理工程において、上記閉空間手段の構成および上記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、上記反応容器の内部の高周波電界分布を調整して、それぞれの上記高周波電界分布のプラズマによって処理を行なう工程を含む。この方法を採用することにより、それぞれの上記プラズマ処理工程において、異なる上記高周波電界分布を有するプラズマで、被処理物の処理を行なうことができ、高周波電界分布を平均化させることができる。この結果、簡単な構成で、大型の上記被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理方法を提供することができる。
【００４１】
上記目的を達成するため、本発明に基づく高周波プラズマ処理方法は、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器の内部に放電電極を配置して、高周波プラズマを発生させて処理を行なう高周波プラズマ処理方法において、電磁的に上記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を上記反応容器の外側に形成して、上記閉空間手段の構成および上記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、上記反応容器の内部の高周波電界分布を変動させながら処理を行なう工程を含む。この方法を採用することにより、上記高周波電界分布の変動に伴って生じるプラズマ処理の分布を変動させることができ、均一なプラズマ処理を行なうことができる。すなわち、時間平均化されたプラズマ処理を行なうことができる。このように、簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理方法を提供することができる。また、上記プラズマ処理を中断して、上記高周波電界分布を変化させるための構成の変更を行なう必要がなく、全体のプラズマ処理時間を短縮することができる。
【００４２】
上記発明において好ましくは、上記高周波電界分布を連続的に変動させながら処理を行なう工程を含む。この方法を採用することにより、不連続的に上記高周波電界分布を変動させる場合に比べて、上記高周波電界分布の時間平均化を容易に行なうことができる。たとえば、一定の速度で連続的に上記高周波電界分布を変動させることにより、容易に均一なプラズマ処理を行なうことができる。また、共振器によるインピーダンス整合を容易に行なうことができ、高周波プラズマに投入する電力を一定に維持して、安定した上記プラズマ処理を行なうことができる。
【００４３】
上記発明において好ましくは、上記高周波電界分布の変動の速度を制御しながら処理を行なう工程を含む。この方法を採用することにより、被処理物のそれぞれの位置における電界強度の時間積分値が均一になるように、上記速度を制御することができ、より均一な上記プラズマ処理を行なうことができる。
【００４４】
上記発明において好ましくは、上記高周波電界分布を周期的に変動させながら処理を行なう工程を含む。この方法を採用することにより、一時的な外乱が生じて、一時的に上記高周波電界分布が乱れたとしても、この乱れを平均化することができ、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００４５】
上記発明において好ましくは、上記高周波電界分布の変動を、変動周期の半周期の時間が、プラズマ処理に要する時間を１以上の整数で除した時間になるように行なう。この方法を採用することにより、上記半周期の途中で、上記プラズマ処理が終了することがなく、均一な上記プラズマ処理を行なうことができる。
【００４６】
上記発明において好ましくは、上記反応容器内に導入する高周波の半波長が、上記放電電極の放電面の最大寸法よりも小さくなるようにして処理を行なう。この方法においては、被処理物の上面に形成される電界分布に正負の反転が生じる。上記高周波電界分布を一定にして静的なプラズマ処理を行なう場合に比べて、上記高周波電界分布を変化させながらプラズマ処理を行なうことによって、プラズマ処理を均一に行なえる効果が顕著になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（実施の形態１）
（構成）
図１から図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法について説明する。
【００４９】
図１は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略断面図である。本実施の形態におけるプラズマ処理装置は、プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器５を備える。反応容器５は、直方体状の箱型に形成され、導電性を有する材料から形成されている部分を含む。
【００５０】
反応容器５には、プラズマを発生させるための反応ガスを供給するガス供給装置と、反応容器の内部を排気したり、減圧したりするためのガス排気装置とが接続されている。反応容器５には、反応ガスを導入する給気管と、ガスを排気する排気管とが接続されている。給気管および排気管には、反応容器５の内部を気密するための弁が配置されている（図示せず）。
【００５１】
反応容器５は、側面に形成され、電気的な絶縁性を有する透過窓１６を含む。本実施の形態においては、透過窓１６は、反応容器５の側面のうち互いに対向する２つの側面に形成されている。透過窓１６は、平面形状が長方形になるように平板状に形成されている。透過窓１６は、反応容器５の内部と外部とを、電磁的に連通するように形成されている。透過窓１６は、反応容器５の内部の気密性を保てるように形成されている。すなわち、透過窓１６は、電磁界を透過して、反応容器５の内部に充填される反応ガスなどのガスを通さないように形成されている。このように、反応容器５は、気密可能に形成されている。
【００５２】
反応容器５の内部には、プラズマを発生させるための放電電極２および対向電極３が形成されている。放電電極２および対向電極３は、それぞれが平板状に形成され、互いの主表面がほぼ平行になるように配置されている。放電電極２と対向電極３とは、互いに離れて配置されている。放電電極２および対向電極３は、導電性を有する材料から形成されている。本実施の形態においては、放電電極２および対向電極３は、平面形状がほぼ同じになるように形成されている。対向電極３は、接地されている。放電電極２および対向電極３は、反応容器５の幅方向の略中央に配置されている。
【００５３】
放電電極２には、給電棒７を介して、共振器４が接続されている。共振器４は、高周波電源１に接続されている。本実施の形態においては、反応容器５の上面に、貫通孔が形成され、貫通孔を通して、導電性を有する給電棒７が配置されている。この貫通孔の内部には、絶縁体１５が給電棒７を取囲むように配置されている。貫通孔は、貫通孔と給電棒７との間からの高周波漏洩を低減するように小さく形成されている。
【００５４】
ただし、給電棒７と反応容器５との間隔が狭すぎる場合には、コンデンサの機能を有して高周波電気経路が形成されうる。この部分のコンデンサ容量は、高周波電気経路として無視できる程度に小さいことが好ましく、特に、放電電極２と対向電極３とによって定まるコンデンサ容量よりも十分に小さくなるように形成されることが好ましい。
【００５５】
本実施の形態においては、反応容器５に形成された貫通孔から僅かな高周波が漏洩した場合においても、電磁シールド材３４および共振器４の導電性筐体によって形成された電磁シールドで覆われているため、外部に電磁波が漏洩することは無い。
【００５６】
絶縁体１５は、反応容器５の内部の気密性を保持して、さらに、給電棒７と反応容器５との絶縁性を保つことができるように形成されている。反応容器５の上面には、電磁シールド材３４を介して、共振器４が配置されている。
【００５７】
本実施の形態において、プラズマ処理装置は、反応容器５の外側に配置され、反応容器５の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段を備える。電磁界制御手段は、閉空間室６、可動電磁シールド材２６および支持棒２７を含む。電磁界制御手段は、電磁的に反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間手段を含む。本実施の形態においては、閉空間手段は、閉空間室６を含む。
【００５８】
閉空間室６は、反応容器５の外側において、透過窓１６が配置された側面に、外側に突出するように形成されている。閉空間室６は、高周波を遮断する材料で形成されている。本実施の形態においては、閉空間室６は、導電性を有する材料で形成され、外部への高周波の漏洩を防ぐように、直方体状の箱型に形成されている。
【００５９】
閉空間室６は、透過窓１６を覆うように配置されている。閉空間室６は、透過窓１６が外部から見えないように、透過窓１６の平面形状よりも大きく形成されている。閉空間室６の内部は、反応容器の内部と透過窓１６を介して電磁的に連通している。このように、閉空間室６は、透過窓１６の部分を除いて、電磁的に密閉されている。
【００６０】
閉空間室６の内部には、可動電磁シールド材２６が配置されている。可動電磁シールド材２６は、平板状に形成され、主表面が透過窓１６の主表面とほぼ平行になるように配置されている。可動電磁シールド材２６には、可動電磁シールド材２６の主表面に対して、軸方向が垂直になるように支持棒２７が固定されている。可動電磁シールド材２６は、支持棒２７を動かすことによって、矢印５１に示す方向に移動可能に形成されている。
【００６１】
支持棒２７は、閉空間室６を貫通するように形成され、この貫通部は、高周波が実質的に漏れないように形成されている。たとえば、閉空間室６と、支持棒２７とが摺動するように形成され、隙間から高周波が漏れないように形成されている。可動電磁シールド材２６は、反応容器５の側面に形成されたそれぞれの２つの閉空間室６の内部に配置されている。それぞれの可動電磁シールド材２６は、それぞれが独立して移動可能なように形成されている。
【００６２】
このように、本実施の形態においては、閉空間手段の内部の構成が変更できるように形成されている。また、電磁界制御手段が反応容器の側面に２つ形成され、それぞれの電磁界制御手段は、電極中心を対称軸としたときに、左右対称の構成になるように形成されている。
【００６３】
また、本実施の形態においては、プラズマ処理を行なっているときに、２つの可動電磁シールド材２６が独立して移動するように形成されている。また、２つの可動電磁シールド材２６は、それぞれが連続的に移動するように形成されている。また、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、２つの可動電磁シールド材２６の移動速度を個別に制御することができる可動電磁シールド材制御手段を備え、それぞれの可動電磁シールド材２６の速度を個別に連続的に制御できるように形成されている。
【００６４】
また、本実施の形態においては、可動電磁シールド材制御手段は、２つの可動電磁シールド材２６を周期的に移動させることができるように形成されている。すなわち、同じ移動を繰り返し行なえるように形成されている。本実施の形態においては、図１において、可動電磁シールド材２６が、矢印５１の方向の往復運動を繰り返して行なえるように形成されている。
【００６５】
さらに、可動電磁シールド材制御手段は、プラズマ処理が行なわれる時間が、この周期の半周期の整数倍になるように、２つの可動電磁シールド材２６を移動させることができるように形成されている。すなわち、高周波電界分布が変動する周期の半分の周期（半周期）の時間が、プラズマ処理に要する時間を１以上の整数で除した時間になるようにプラズマ処理を行なうことができるように形成されている。
【００６６】
本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、自動的に上記の電磁界制御手段が駆動した後に、自動的にプラズマ処理動作を行なう自動処理制御手段を備える（図示せず）。すなわち、プラズマ処理を停止しているときに、次のプラズマ処理を行なうために、可動電磁シールド材が最適な位置に移動して、移動が完了した後に自動的にプラズマ処理が開始する自動処理制御手段を備える。
【００６７】
本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、放電電極に投入される高周波の半波長よりも放電電極の最大寸法が大きくなるように形成されている。ここで、放電電極の最大寸法とは、放電電極を平面的に見たときの取り得る端から端の直線的な長さのうち、最大の長さをいう。たとえば、放電電極の平面形状が長方形である場合には、対角の長さが最大寸法になる。
【００６８】
図２に、本実施の形態における共振器の内部の電気回路の説明図を示す。共振器は、導電性筐体１２を備え、導電性筐体１２の内部に電気回路が形成されている。共振器の電気回路は、インピーダンス整合用コイル１３と、２つのインピーダンス整合用コンデンサ１４ａ，１４ｂとを含む。インピーダンス整合用コンデンサ１４ａ，１４ｂは、容量を調整できる容量可変コンデンサである。共振器は、インピーダンス整合用コンデンサ１４ａ，１４ｂの静電容量を調整することによって、インピーダンスを整合できるように形成されている。
【００６９】
導電性筐体１２は、アース３９に接続され、電気的に接地されている。導電性筐体１２は、外部への電磁界の漏洩を防ぐ電磁シールドの機能も有している。共振器の電力入力端は高周波電源に接続され、電力出力端は放電電極に接続されている。図２に示す共振器の回路構成は、一例を示すものであり、共振器としてはインピーダンス整合が行なえるものであればよい。または、高周波電源の内部に、共振器の機能が備えられていても構わない。
【００７０】
（作用・効果、高周波プラズマ処理方法）
図３に、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置の第１の状態の断面図を示す。第１の状態においては、可動電磁シールド材２６が、移動可能な範囲におけるほぼ中央に配置されている。図３においては、閉空間室６の奥行の方向におけるほぼ中央の部分に配置されている。２つの可動電磁シールド材２６は、放電電極２の幅方向の中点となる位置（電極中心）からそれぞれが同じ距離のみ離れるように配置されている。すなわち、放電電極２の幅方向の中央を原点として、閉空間手段の内部の構成が左右対称になるように配置されている。
【００７１】
初めに、反応容器５の内部の対向電極３の主表面に、処理を行なう被処理物としての基板８を配置する。基板８は、処理を行なう主表面が、放電電極２に向かうように配置される。次に、図示しないガス排気装置を用いて反応容器５の内部を排気する。この後に、図示しないガス供給装置を用いて、反応容器５の内部に、プラズマ処理を行なうための反応ガスを導入する。
【００７２】
導入する反応ガスは、プラズマ処理に応じて、適宜選定される。たとえば、基板などの表面の有機物を除去するのであれば、有機物を酸化または灰化するために反応ガスとして酸素を用いればよい。また、Ｓｉまたは酸化Ｓｉのエッチング処理を行なうのであれば、ＣＦ4、ＳＦ6などのハロゲンガスを含むガスを反応ガスとして選択する。また、Ｓｉなどの成膜を行なうのであれば、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6などのシラン系特殊材料ガス類を反応ガスとして用いてもよい。これらの反応ガスに対して、酸素、水、水素、またはその他のガスを添加してもよく、プラズマ処理を行なうためのガスを適宜導入する。
【００７３】
反応容器５の内部に反応性ガスを導入して、プラズマを形成するガス雰囲気を形成した後に、高周波電源１から共振器４を通して高周波電圧を放電電極２に印加する。放電電極２と対向電極３との間には、導入された反応ガスのプラズマが発生する。このプラズマにより、対向電極３の表面に配置された基板８の表面が、プラズマによって処理される。
【００７４】
高周波電源１から、共振器４を通して放電電極２に高周波が導入されると、電磁界の隔壁となる反応容器、閉空間室などの金属物を境界として電界分布が形成される。本実施の形態においては、反応容器５の導電性を有する部分と、閉空間室６および可動電磁シールド材２６とに囲まれた部分とが電磁界の境界となって、電磁界の閉空間が形成される。
【００７５】
本実施の形態においては、プラズマ処理を行なっている途中に、電磁界制御手段を用いて、反応容器の内部の高周波電界分布を変化させる。すなわち、プラズマが形成されている状態で、電磁界制御手段を駆動させる。
【００７６】
図４に、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置の第２の状態の断面図を示す。第２の状態においては、矢印５２に示すように、可動電磁シールド材２６が、図４における左側に移動している。第２の状態においては、一方の可動電磁シールド材２６が透過窓１６に近づいている。他方の可動電磁シールド材２６が、透過窓１６から遠ざかっている。２つの可動電磁シールド材２６は、同じ長さのみ平行移動している。すなわち、本実施の形態においては、電磁界の閉空間の体積は変わらずに、空間形状が変化している。
【００７７】
図５に、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置の第３の状態の断面図を示す。第３の状態においては、矢印５３に示すように、２つの可動電磁シールド材２６が、図５の向かって右側に移動している。第３の状態においては、一方の可動電磁シールド材２６が透過窓１６から離れるように移動している。また、他方の可動電磁シールド材２６が透過窓１６に近づくように移動している。２つの可動電磁シールド材２６は、それぞれが同じ長さのみ平行移動している。すなわち、電磁的な閉空間の体積は変わらずに、空間形状が変化している。
【００７８】
本実施の形態においては、プラズマ処理を行ないながら、上記の第１の状態から第３の状態まで、連続的に変化させている。また、上記の可動電磁シールド材の移動を周期的に繰り返し行なっている。すなわち、支持棒を周期的に出し入れすることにより、２つの可動電磁シールド材を周期的に移動している。
【００７９】
図６に、図３に示す第１の状態における反応容器の内部および閉空間室の内部の高周波電界分布のグラフを示す。グラフは、電極中心を通って、放電電極の主表面に垂直な断面における電界強度を示す。電極中心は、図３における放電電極の幅方向の中心である。反応容器の幅方向におけるほぼ中央部分に放電電極および対向電極が配置され、それぞれの可動電磁シールド材が透過窓から等距離を開けて配置された場合には、高周波電界分布は、図６に示すように、電極中心を最大値として電極中心に対して左右対称になるような形状を有する。また、電極中心から遠ざかるに従って、電界強度が弱くなる分布になる。
【００８０】
図７に、図４に示す第２の状態における反応容器の内部および閉空間室の内部の高周波電界分布のグラフを示す。矢印５２に示すように、高周波電界分布は、電極中心にピークがある状態から可動電磁シールド材が動いた向きに移動する。
【００８１】
図８に、図５に示す第３の状態における反応容器の内部および閉空間室の内部の高周波電界分布のグラフを示す。矢印５３に示すように、高周波電界分布は、電極中心にピークがある状態から可動電磁シールド材が動いた向きに移動する。本実施の形態においては、プラズマ処理を行ないながら、第１の状態から第３の状態までを連続的に繰り返している。すなわち、連続的に高周波電界分布を変化させている。
【００８２】
基板などの被処理物に対するプラズマ処理においては、プラズマの電界強度が強いほど、多くの処理が行なわれる。すなわち、プラズマ処理速度も電界分布に対応した分布を有する。図３および図６に示す第１の状態においては、基板の表面における電極中心の位置に対して、最も多くのプラズマ処理が行なわれる。図４および図７に示す第２の状態、または、図５および図８に示す第３の状態においては、それぞれ、電極中心から離れた高周波電界分布のピークに対応する位置に対して、最も多くのプラズマ処理が行なわれる。
【００８３】
たとえば、電磁界制御手段が上記の第１の状態に固定され、反応容器内部の電界強度が一定であれば、基板に対する処理量に高周波電界分布に対応する分布が生じる。しかし、本実施の形態においては、プラズマ処理を行なっているときに、連続的に高周波電界分布を変更している。したがって、プラズマ処理量を基板の表面全体にわたって均一化することができ、大型の基板に対しても一様なプラズマ処理を行なうことができる。
【００８４】
本実施の形態においては、反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段を備え、電磁界制御手段は、反応容器の外側に配置され、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間手段を含み、閉空間手段の内部の構成を変更することによって、反応容器の内部の高周波電界分布が変動するように形成されている。この構成を採用することにより、簡単な構成で、大型の被処理物に対して均一なプラズマ処理を行なうことができる。すなわち、高周波電界分布を変動させることにより、被処理物のそれぞれの位置におけるプラズマ処理量を平均化させることができる。
【００８５】
また、閉空間手段の内部の構成を変更するように形成されていることによって、反応容器の内部の構成物を移動したり回転したりせずに、反応容器の内部の高周波電界分布を変動させることができる。したがって、反応容器の内部の構成物の運動に起因するパーティクルの発生や、ガスの流れの乱れなどを防止することができ、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００８６】
また、本実施の形態においては、反応容器の外側に配置された閉空間手段の内部の構成が変更可能に形成されている。反応容器は、気密性が必要なものが多く、反応容器の形状を変更することが困難であったり、複雑な機構が必要であったりするのに対して、反応容器の外部の閉空間手段は、気密性を必要としない。閉空間手段は、電磁界を遮断する電磁シールド効果が得られる程度に、電磁界が密閉できればよい。このため、閉空間手段の内部の構成を変化させることを、容易に実現することができ、容易に電磁界制御手段を形成することができる。
【００８７】
また、本実施の形態においては、閉空間手段は、反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、閉空間室の内部に移動可能な電磁シールド材が形成されている。この構成を採用することにより、反応容器の外部の閉空間手段において、電磁波の漏洩を閉空間室で完全に防止することができる。すなわち、電磁界の遮蔽を完全に行なうことができる。したがって、電磁界の隔壁の強度を強くすることができる。さらに、電磁シールド材を移動させることによって容易に閉空間の内部の構成を変更することができ、高周波電界分布を変動させる機能と電磁界を遮蔽する機能とを分離することができる。このため、電磁界制御手段の駆動を、安全にかつ制御性よく行なうことができる。
【００８８】
さらに、本実施の形態においては、反応容器と、閉空間室の電磁的に連通する部分には、電気的な絶縁性を有する透過窓が配置されている。この構成を採用することにより、反応容器の内部をガス雰囲気を形成するための十分な気密性を容易に確保できるとともに、電磁的に連通する部分を有する閉空間手段を容易に形成することができる。
【００８９】
また、本実施の形態における電磁界制御手段は、プラズマ処理を行なっているときに、反応容器の内部の高周波電界分布を変更できるように形成されている。すなわち、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、プラズマ処理を行なっているときに、可動電磁シールド材を移動できるように形成されている。この構成を採用することにより、高周波電界分布を変動させるために、プラズマ処理を中断する必要がなく、プラズマ処理を行ないながら、高周波電界分布を変化させることができる。言い換えれば、プラズマ処理を行ないながら、高周波電界分布を動的に変動させることができる。この結果、プラズマ処理とは別に高周波電界分布を変化させるための時間を別途かける必要がなく、一連のプラズマ処理の時間短縮を図ることができる。
【００９０】
また、電磁界制御手段は、高周波電界分布を連続的に変更できるように形成されている。本実施の形態においては、プラズマ処理を行なっているときに、連続的に可動電磁シールド材を移動できるように形成されている。この構成を採用することにより、不連続的に段階的に高周波電界分布を変動させる場合に比べて、高周波電界分布の所定時間における処理量が均一になる。すなわち、プラズマ処理量の所定時間における平均化が容易になって、高周波電界分布の時間積分の制御性が向上する。
【００９１】
また、共振器から放電電極までのインピーダンスが不連続的に変動する場合には、瞬間的にインピーダンス整合を行なうことが困難であるため、プラズマ処理中に、インピーダンスの不整合が生じて、安定したプラズマ処理を行なうことができずに、不均一なプラズマ処理になる可能性がある。しかし、高周波電界分布を連続的に変化させることによって、高周波電源に接続された共振器から放電電極までのインピーダンスが連続的に変化するため、共振器におけるインピーダンス整合を容易に行なうことができ、安定したプラズマ処理を行なうことができる。
【００９２】
また、電磁界制御手段は、高周波電界分布の変化の速度を制御できるように形成されている。本実施の形態においては、可動電磁シールド材の移動速度を制御できるように形成されている。この構成を採用することにより、それぞれの時点での高周波電界分布に関する情報を基に、高周波電界分布を変動させる速度を最適化することができ、高周波電界分布の変動を最適な割合で加速または減速することができる。このため、それぞれの高周波電界分布におけるプラズマ処理時間をより高精度に制御することができ、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００９３】
また、電磁界制御手段は、高周波電界分布を繰返して、周期的に変動させることができるように形成されている。本実施の形態においては、２つの可動電磁シールド材２６を、周期的に移動させることができるように形成されている。すなわち、第１の状態、第２の状態および第３の状態を、周期的に繰返すことができるように形成されている。この構成を採用することにより、所定の時間におけるプラズマ処理量を均一にすることができる。すなわち、プラズマ処理量の時間平均化を容易に行なうことができる。たとえば、一時的に高周波電界分布の変化の速度が速くなっていたとしても、時間平均化を行なうことによって、プラズマ処理量の均一化を図ることができる。
【００９４】
さらに、電磁界制御手段は、プラズマ処理が行なわれている間に、半周期の整数倍になるように、反応容器の内部の高周波電界分布を変動させることができるように形成されている。本実施の形態においては、プラズマ処理が行なわれる時間が、２つの可動電磁シールド材が、往復運動において往路または復路にかかる時間の整数倍になるように形成されている。
【００９５】
たとえば、プラズマ処理が可動電磁シールド材が第２の状態から始まった場合に、プラズマ処理の終了時には、可動電磁シールド材が第２の状態または第３の状態の位置になるように移動が行なわれる。この構成を採用することにより、プラズマ処理が周期的に繰返して行なわれ、かつ、半周期の途中でプラズマ処理が終了することがないため、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００９６】
本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、自動的に可動電磁シールド材が移動した後、自動的にプラズマ処理動作を実施する機能を有する。本実施の形態においては、プラズマ処理を行ないながら電磁界制御手段を駆動しているが、後述するように、プラズマ処理を一時停止した状態で電磁界制御手段を駆動して、形成される高周波電界分布が異なる状態にして、プラズマ処理を再開してもよい。上記の構成を採用することにより、所望のプラズマ処理を複数の工程に分割して処理を行なうときに、高周波電界分布を変化させて繰り返し行なうプラズマ処理を自動的に行なうことができる。
【００９７】
また、本実施の形態においては、放電電極は、放電面の最大寸法が、反応容器の内部に導入される高周波の半波長よりも大きくなるように形成されている。本実施の形態においては、放電電極の平面形状の長方形の対角の長さが、導入される高周波の半波長よりも長くなるように形成されている。この構成の高周波プラズマ処理装置においては、放電電極の放電面領域に形成される高周波電界分布は正負が反転し得る。このため、被処理物の表面における高周波電界分布の電界強度の変化は大きくなり、プラズマ処理中に高周波電界分布を変動させることによって、極めて均一性の高いプラズマ処理を行なうことができる。すなわち、プラズマ処理中に高周波電界分布を変動させない静的なプラズマ処理に比べて、高周波電界分布を変動させる動的なプラズマ処理を行なうことによって、プラズマ処理の均一性を飛躍的に向上させることができる。
【００９８】
本実施の形態においては、電磁的に反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を反応容器の外側に形成して、閉空間手段の構成を変更することによって、反応容器の内部の高周波電界分布を変動させながら処理を行なっている。すなわち、プラズマ処理を行なうと同時に、高周波電界分布を変動させている。プラズマ処理方法としては、特にこの形態に限られず、複数回のプラズマ処理工程を含み、それぞれのプラズマ処理工程において、閉空間手段の構成を変更することによって、それぞれの高周波電界分布のプラズマによって処理を行なっても構わない。
【００９９】
たとえば、本実施の形態においては、プラズマ処理中に可動電磁シールド材が移動しているが、１つのプラズマ処理を行なった後に、プラズマを一度消滅させ、電磁シールド材を移動させた後に、再度同じ反応ガスのプラズマを形成して、プラズマ処理を継続しても構わない。たとえば、１つのプラズマ処理を３つの工程に分割して、それぞれの工程において、本実施の形態における第１の状態から第３の状態のプラズマ処理を順次行なってもよい。この方法を採用することによっても、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【０１００】
または、本実施の形態においては、基板の表面を均一に処理する場合を例に挙げて説明したが、電磁界制御手段を駆動する速度を不規則にしたり、特定の高周波電界分布のみの処理を行なったりして、必要に応じて特定の位置におけるプラズマ処理を多く行なうことができる。すなわち、分布を有するプラズマ処理を行なうことができる。
【０１０１】
本実施の形態においては、反応容器の両側の側方に配置された可動電磁シールド材を、同じ速度で移動させたが、特にこの形態に限られず、互いに異なる速度で可動電磁シールド材を移動させても構わない。または、一方の可動電磁シールド材のみを移動させても構わない。また、移動している途中に一方の可動電磁シールド材を一時停止させるなどの不規則な動きを含んでいても構わない。
【０１０２】
さらには、本実施の形態においては、電極中心に対して、対称になるように２つの電磁界制御手段が形成されているが、特にこの形態に限られず、電極中心に対して非対称に電磁界制御手段が形成されていても構わない。または、電磁界制御手段は、１つのみであっても、３個以上形成されていても構わない。
【０１０３】
また、反応容器と電磁界制御手段とが電磁的に連通する部分に形成された透過窓としては、反応容器の内側から外側に向けて電磁界を遮断することがないように形成されていることが好ましい。高周波電磁界を効率よく透過させるため、透過窓の最大寸法は、高周波の周波数に対応する波長に対して、少なくとも０．１倍以上であることが好ましい。さらに好ましくは、０．３倍以上である。この構成を採用することにより、透過窓を透過する際の電磁界の遮断を抑制することができる。たとえば、反応容器の内部を観察するためのビューポートは、絶縁材料であるサファイアなどによって形成されるが、これらは使用する高周波の波長に対して、十分に小さくなるように形成されている。透過窓としては、このような電磁界の遮断を行なうことがなく、電磁界を透過できるように十分大きく形成されていることが好ましい。
【０１０４】
また、本実施の形態においては、透過窓や可動電磁シールド材は、平板状に形成されているが、特にこの形態に限られず、任意の形状を採用することができる。
【０１０５】
また、本実施の形態においては、プラズマ処理方法として、１つの同じ反応性ガスを導入して、複数回のプラズマ処理を行なったが、特にこの形態に限られず、それぞれのプラズマ処理の工程において、異なる反応性ガスを導入してもよい。すなわち、１つのプラズマ処理を終了した後に、排気装置によって排気して、異なる反応性ガスを反応容器の内部に導入して、同一の基板に対して異なるプラズマ処理を行なっても構わない。
【０１０６】
また、複数にプラズマ処理を分割した場合、プラズマ処理の処理時間は、それぞれの工程において、同じである必要はなく、所望とするプラズマ処理分布（たとえば均一化を行なう処理）に応じて、変更しても構わない。または、それぞれの工程において、放電電極に印加する高周波の電圧を変化させても構わない。
【０１０７】
（実施の形態２）
（構成）
図９から図１３を参照して、本発明に基づく実施の形態２における高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法について説明する。
【０１０８】
高周波プラズマ処理装置が、反応容器、放電電極、対向電極を含むことは、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置と同様である。本実施の形態においては、電磁界制御手段に含まれる閉空間手段の構成が、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置と異なる。本実施の形態においては、反応容器の側面のうち、互いに対向する側面に、２つの閉空間手段が形成されている。
【０１０９】
図９は、本実施の形態における第１の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。第１の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段が、蛇腹型電磁シールド材２８および可動電磁シールド材２６を含む。閉空間手段は、反応容器５に形成された透過窓１６を覆うように配置されている。蛇腹型電磁シールド材２８は、伸縮可能なように形成され、透過窓１６の主表面と垂直な方向に伸縮するように形成されている。蛇腹型電磁シールド材２８は、印加される高周波を遮断できる導電性の材料で形成されている。
【０１１０】
蛇腹型電磁シールド材２８の一方の端部は、反応容器５および透過窓１６に接続されている。蛇腹型電磁シールド材２８の他方の端部には、可動電磁シールド材２６が形成されている。可動電磁シールド材２６は、平板状に形成され、蛇腹型電磁シールド材２８の他方の端部の開口を完全に塞ぐように形成されている。可動電磁シールド材２６は、平板状に形成され、可動電磁シールド材２６の主表面に、該主表面に垂直な向きに支持棒２７が接続されている。
【０１１１】
閉空間手段は、支持棒２７を矢印５４の方向に移動することによって、閉空間手段の構成が変更できるように形成されている。閉空間手段は、支持棒２７を移動することにより、空間形状が変化するように形成されている。すなわち、蛇腹型電磁シールド材２８が伸縮することにより、閉空間手段の空間形状が変化するように形成されている。また、第１の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段の空間形状が変化することにより、閉空間手段の体積が変化するように形成されている。また、閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成されている。反応容器の側面に形成された２つの閉空間手段は、それぞれが独立に制御されるように形成されている。
【０１１２】
図１０に、本実施の形態における第２の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第２の高周波プラズマ処理装置における閉空間手段は、電磁シールド管２１および可動電磁シールド材２９を含む。
【０１１３】
反応容器５の透過窓１６のまわりには、一方の端部が開口した電磁シールド管２１が形成されている。電磁シールド管２１は、透過窓１６の外縁に沿って形成されている。電磁シールド管２１は、環状に形成され、内部には電磁シールド管２１の断面形状に沿う形状を有する可動電磁シールド材２９が形成されている。可動電磁シールド材２９は、平板状の部分と、電磁シールド管２１の内面に沿って平板状の部分から突出するように形成された突出部とを含む。可動電磁シールド材２９と電磁シールド管２１との間には、わずかな隙間が形成されている。この隙間は、印加される高周波が外部に実質的に漏れないように十分に小さく形成されている。
【０１１４】
可動電磁シールド材２９の平板状の部分には、平板状の部分の主表面に垂直に延在するように、支持棒２７が接続されている。可動電磁シールド材２９は、支持棒２７が、矢印５５に示す方向に移動することによって、矢印５５に示す方向に移動するように形成されている。このように、第２の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成されている。また、閉空間手段の空間形状および、閉空間手段の体積が変更するように形成されている。２つの閉空間手段は、それぞれが独立して制御されるように形成されている。すなわち、２つの可動電磁シールド材２９が互いに独立して移動するように形成されている。
【０１１５】
このように、本実施の形態における第１の高周波プラズマ処理装置および第２の高周波プラズマ処理装置は、閉空間手段によって形成される電磁的な閉空間の空間形状が変更可能に形成されている。
【０１１６】
図１１に、本実施の形態における第３の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第３の高周波プラズマ処理装置における閉空間手段は、透過窓１６の外側に透過窓１６を塞ぐように形成された閉空間室２２と、閉空間室２２に出し入れが可能な電磁シールドシャッタとを含む。
【０１１７】
第３の高周波プラズマ処理装置においては、電磁シールドシャッタとして可動電磁シールド材３０および支持棒３１が形成されている。また、閉空間室２２の内部に可動電磁シールド材３０の出し入れが可能なように、閉空間室２２に挿入口３５が形成されている。可動電磁シールド材３０は、支持棒３１を矢印５６に示す方向に移動することによって、閉空間室２２への出し入れができるように形成されている。
【０１１８】
可動電磁シールド材３０は、導電性を有する材料で形成されている。可動電磁シールド材３０は、板状に形成され、平面形状が透過窓１６の平面形状に沿うように形成されている。さらに、可動電磁シールド材３０は、平面形状が閉空間室２２の断面形状に沿うように形成されている。挿入口３５は、可動電磁シールド材３０の形状に沿うように形成されている。可動電磁シールド材３０は、透過窓１６の近傍に配置されている。
【０１１９】
可動電磁シールド材３０および挿入口３５は、可動電磁シールド材３０がいずれの位置にあっても高周波が外部に漏れないように形成されている。本実施の形態においては、可動電磁シールド材３０が完全に閉空間室２２に挿入されたとき、可動電磁シールド材３０の出し入れを行なっているとき、および可動電磁シールド材３０を閉空間室２２の内部から取出したときのいずれにおいても、可動電磁シールド材３０と挿入口３５との隙間が高周波の波長よりも十分に小さくなるように形成されている。
【０１２０】
図１２に、本実施の形態における第４の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第４の高周波プラズマ処理装置の閉空間手段は、透過窓１６の電磁的に反応容器５に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室２３および閉空間室２４を含む。閉空間室２３および閉空間室２４は、それぞれが導電性を有する材料で形成されている。閉空間室２３および閉空間室２４は、それぞれがシリコンオイルタンク１０に接続されている。シリコンオイルタンク１０の内部には、シリコンオイル９が充填されている。
【０１２１】
閉空間室２３，２４は、それぞれの透過窓１６を塞ぐように形成されている。閉空間室２３，２４は、透過窓１６を覆うように形成され、投入される高周波が外部に漏れないように形成されている。閉空間室２３，２４の底部には、貫通口３６，３７が形成され、貫通口３６，３７には、シリコンオイルタンク１０が接続されている。貫通口３６，３７は、高周波が外部に漏れないように、投入される高周波の波長に対して、十分に小さくなるように形成されている。
【０１２２】
閉空間室２３は、内部の空間がほぼ直方体状に形成されている。シリコンオイルタンク１０のシリコンオイル９は、図示しないポンプなどのシリコンオイル供給手段によって、閉空間室２３の内部に供給される。すなわち、本実施の形態における閉空間手段には、矢印５７に示すように、閉空間室２３の内部にシリコンオイルが充填されるように形成されている。シリコンオイル供給手段は、閉空間室２３の任意の高さまでシリコンオイルを充填でき、または排出できるように形成されている。
【０１２３】
反応容器５の側面において、閉空間室２３が形成されている側と反対側には、透過窓１６を塞ぐように閉空間室２４が形成されている。閉空間室２４は、側方に向かって直方体状に延在する部分と、該直方体状の部分から下側に向かって延びるように形成された部分とを含む。シリコンオイル９は、図示しないポンプなどのシリコンオイル供給手段によって、矢印５７に示すように閉空間室２４の内部に供給され、または排出される。
【０１２４】
閉空間室２３および閉空間室２４に注入されるシリコンオイルの量は、それぞれが独立して制御可能なように形成されている。また、上記のシリコンオイル供給手段は、閉空間室２３，２４へのシリコンオイルの出し入れを連続的に徐々に行なうことができるように形成されている。また、シリコンオイル供給手段は、液体の注入の速度および排出の速度を制御できるように形成されている。
【０１２５】
このように、第４の高周波プラズマ処理装置においては、シリコンオイルを閉空間室の内部に充填することによって、閉空間手段の内部の平均的な比透電率が変更できるように形成されている。また、第４の高周波プラズマ処理装置においては、反応容器５の両側にそれぞれ形成された閉空間手段の構成が異なる。すなわち、電極中心を通る対称軸に対して、閉空間手段が非対称になるように形成されている。
【０１２６】
図１３に、本実施の形態における第５の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第５の高周波プラズマ処理装置における閉空間手段は、閉空間室２５および可動電磁シールド材５０を含む。閉空間手段は、電極中心に対して対称になるように形成されている。
【０１２７】
閉空間室２５は、透過窓１６を塞ぐように形成され、反応容器５の上下方向に延在するように形成されている。閉空間室２５の内部には、可動電磁シールド材５０が形成されている。可動電磁シールド材５０は、一方の側が開口した箱型になるように形成されている。可動電磁シールド材５０は、開口した側が反応容器５に向くように、配置されている。
【０１２８】
可動電磁シールド材５０は、長手方向のほぼ中央部分が仕切り電磁シールド材３８で仕切られている。仕切り電磁シールド材３８は、板状に形成され、可動電磁シールド材５０で囲まれる空間を２つの空間に分割するように形成されている。可動電磁シールド材５０および仕切り電磁シールド材３８は、導電性を有する材料で形成されている。
【０１２９】
可動電磁シールド材５０において、仕切り電磁シールド材３８で区切られた一方の空間には、固体誘電体１１が配置されている。固体誘電体１１は、比透電率が１よりも大きな部材である。仕切り電磁シールド材３８で区切られた他方の空間には、何も充填されておらず、比透電率は１である。可動電磁シールド材５０は、閉空間室２５の内部を矢印５８に示す方向に移動可能に形成されている。
【０１３０】
固体誘電体１１は、閉空間室２５の内部において、移動可能なように形成されている。本実施の形態においては、可動電磁シールド材５０が固体誘電体１１とともに、矢印５８に示す方向に移動するように移動手段が形成されている（図示せず）。移動手段は、反応容器の両側に配置された可動電磁シールド材５０が、それぞれ独立して制御可能なように形成されている。
【０１３１】
可動電磁シールド材５０は、図１３において、矢印５８に示す方向のうち、可動電磁シールド材５０が上側に向かって移動することにより、透過窓１６の主表面全体に対して、固体誘電体１１が対向するように配置される。また、可動電磁シールド材５０は、図１３において、矢印５８に示す方向のうち、下側に向かって移動することにより、透過窓１６の主表面に対して、固体誘電体１１が対向せずに仕切り電磁シールド材３８で仕切られた空間が対向するように形成されている。
【０１３２】
上記以外の構成については、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【０１３３】
（作用・効果、高周波プラズマ処理方法）
本実施の形態において、図９に示す第１の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段に蛇腹型電磁シールド材が含まれる。また、図１０に示す第２の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段に電磁シールド管および可動電磁シールド材が含まれる。また、図１１に示す第３の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段に電磁シールドシャッタが含まれる。これらのうち、いずれかの閉空間手段を含むことによって、実施の形態１と同様に、反応容器の内部における高周波電界分布を変動させることができ、簡単な構成で大型の被処理物に対して均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供することができる。
【０１３４】
図９に示す第１の高周波プラズマ処理装置においては、矢印５４に示す方向に、可動電磁シールド材２６を動かすことによって、蛇腹型電磁シールド材２８が伸縮する。蛇腹型電磁シールド材２８が伸縮することにより、閉空間手段の空間形状および体積が変化して、反応容器の内部の高周波電界分布が変動する。
【０１３５】
図１０に示す第２の高周波プラズマ処理装置においては、矢印５５に示す方向に、可動電磁シールド材２９を移動することによって、可動電磁シールド材２９および電磁シールド管２１によって囲まれる閉空間手段の空間形状および体積が変化して、反応容器の内部の高周波電界分布が変動する。
【０１３６】
第１の高周波プラズマ処理装置および第２の高周波プラズマ処理装置においては、電磁界制御手段は、閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成されている。この構成を採用することにより、容易な構造で、閉空間手段の空間形状を変化させることができる。電磁的な隔壁は、反応容器や共振器の筐体などと比べて、可動機能を付与することが容易であるため、容易にプラズマ処理装置の設計を行なえるとともに、構成が簡単になる。
【０１３７】
さらに、電磁的な隔壁には、閉空間手段の内側となる表面部に高周波電流が流れるものの、外側の表面部に電流が流れることがなく、接地状態にすることができる。したがって、電磁的な隔壁を移動させるために電磁的な隔壁の支持手段を取付ける場合に、電気的な絶縁性などを配慮する必要がない。このように、電磁的な隔壁を移動させるための移動手段には、高周波電流が流れることを容易に排除することができ、容易な構成で閉空間手段を形成することができる。
【０１３８】
第２の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段を形成するための部品の点数を少なくすることができ、構成をより簡単にすることができる。一方で、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置や本実施の形態における第３のプラズマ処理装置のように、反応容器の側面に閉空間手段として閉空間室が形成されることにより、外部への高周波の漏れを確実に遮断することができる。たとえば、閉空間室が形成されることにより、可動電磁シールド材の不具合などによって可動電磁シールド材と閉空間室との間に隙間が生じても、高周波が外部に漏洩することを防止できる。
【０１３９】
図１１に示す第３の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間室２２に出し入れが可能な電磁シールドシャッタが形成されている。電磁シールドシャッタを移動させることにより、閉空間手段の内部の体積を急激に変化させることができ、反応容器の内部に形成される高周波電界分布を急激に変動させることができる。
【０１４０】
本実施の形態においては、電磁シールドシャッタが透過窓の近傍に配置されている。この構成を採用することにより、電磁的な閉空間を大きく変化させることができ、大きく高周波電界分布を変化させることができる。また、本実施の形態においては、１つの閉空間室に対して１つの電磁シールドシャッタが形成されているが、特にこの形態に限られず、１つの閉空間室に対して、複数の電磁シールドシャッタが形成されていてもよい。この構成を採用することにより、高周波電界分布を変化させる大きさを、必要に応じて適宜変更することができる。
【０１４１】
第３の高周波プラズマ処理装置において、本実施の形態においては、電磁シールドシャッタの挿入口を十分に小さくすることにより、外部に高周波が漏洩することを防止しているが、特にこの形態に限られず、たとえば、メタルシールのゲートバルブが配置されていてもよい。
【０１４２】
図１２に示す第４の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段が閉空間室２３，２４を含み、閉空間室２３，２４にシリコンオイルタンク１０が接続され、シリコンオイルを閉空間室の内部に注入および排出できるように形成されている。すなわち、電磁界制御手段は、閉空間手段の内部における平均的な比透電率が変更可能に形成されている。図１３に示す第５の高周波プラズマ処理装置においては、液体の代わりに固体誘電体が配置され、固体誘電体が閉空間室２５の内部を移動できるように形成されている。これらのうちいずれかの構成を採用することによっても、構成が簡単で大型の被処理物に対して均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【０１４３】
第４の高周波プラズマ処理装置において、シリコンオイルは、一般的に比透電率が２以上の値を有する。このシリコンオイル９を、閉空間室２３および閉空間室２４のうち少なくとも一方に注入することによって、閉空間室の内部の平均的な比透電率を上昇させることができる。また、注入したシリコンオイル９を閉空間室から排出することによって、上記の閉空間室の平均的な比誘電率を低下させることができる。
【０１４４】
一般的に、比透電率が高い領域においては、高周波の波長が短くなる。このため、比透電率を上昇させることにより、実質的に電磁的な閉空間の体積を減少させることと同等の効果がある。また、逆に、電磁的な閉空間の比透電率を下げることは、電磁的な閉空間の体積を大きくすることと同様の効果がある。したがって、閉空間室２３および閉空間室２４のうち少なくとも一方の内部にシリコンオイルを注入または排出することによって、反応容器の内部の高周波電界分布を変動させることができる。シリコンオイルの注入または排出においては、それぞれのプラズマ処理の前に行なうほか、プラズマ処理を行なっているときに、注入または排出を行なってもよい。
【０１４５】
第４の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段および閉空間手段の内部において、機械的に駆動される部分がないために、駆動系の動作不良による高周波の漏洩を防止することができる。本実施の形態においては、閉空間室に注入する液体としてシリコンオイルを用いたが、特にシリコンオイルに限られず、比誘電率が１よりも大きい特性を有する液体であればよい。または、閉空間室の内部に注入することによって、閉空間室の内部の平均的な比透電率が変化する液体であればよい。
【０１４６】
また、閉空間室に液体を連続的に注入または排出することによって、反応容器の内部の高周波電界分布を連続的に変化させることができる。さらに、液体の注入の速度または排出の速度を制御することによって、高周波電界分布の変動の速度を容易に制御することができる。
【０１４７】
図１３に示す第５の高周波プラズマ処理装置においては、液体を閉空間室に注入または排出する代わりに、閉空間室２５の内部に移動可能な固体誘電体１１が配置されている。第５の高周波プラズマ処理装置においては、矢印５８に示すように可動電磁シールド材５０を移動させることによって、透過窓１６の外側に形成される電磁界の閉空間の平均的な比透電率を変化させることができる。
【０１４８】
図１３の向かって左側の閉空間手段に示すように、固体誘電体１１と透過窓１６とが対向するように、可動電磁シールド材５０が配置された場合には、反応容器５の外部における電磁的な閉空間の平均的な比透電率を高くすることができる。また、図１３の向かって右側の閉空間手段のように、固体誘電体１１と透過窓１６とが対向しないように、可動電磁シールド材５０が配置されることによって、反応容器の外部の電磁的な閉空間の平均的な比透電率を１程度にすることができる。すなわち、仕切り電磁シール材で区切られた空間のうち、固体誘電体が配置されていない空間が透過窓と対向するように可動電磁シールド材を配置することにより、平均的な比透電率をほぼ１にすることができる。
【０１４９】
このように、閉空間室の内部に移動可能な固体誘電体を配置することによって、閉空間室の内部の平均の比透電率を大きく変化させることができ、反応容器の内部の高周波電界分布を大きく変動させることができる。また、閉空間手段の平均的な比透電率を速く変化させることができ、高周波電界分布を迅速に変動させることができる。
【０１５０】
また、閉空間室の内部に移動可能な固体誘電体を配置することによって、液体に比べて誘電損失の小さい材料、または耐熱性の高い材料を電磁界制御手段に用いることができる。この結果、電磁界制御手段における誘電損失を低減することができる。または、高周波プラズマによる加熱に対して耐性を有する電磁界制御手段を形成することができる。固体誘電体としては、たとえば、アルミナ、窒化アルミニウムなどを用いることができる。
【０１５１】
第５の高周波プラズマ処理装置おいては、透過窓１６全体に対して固体誘電体１１が対向する場合と、全く対向しない場合との例を挙げて説明したが、特にこの形態に限られず、たとえば、プラズマ処理を行なっているときに、徐々に可動電磁シールド材２６を移動させて、反応容器５の内部の高周波電界分布を変動させても構わない。
【０１５２】
また、図１３に示す第５の高周波プラズマ処理装置においては、２つの閉空間手段が、電極中心を対称軸として左右対称に形成されているが、特にこの形態に限られず、閉空間手段が１つであってもよいし、電極中心を軸として非対称に形成されていても構わないことは実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様である。
【０１５３】
その他の作用、効果およびプラズマ処理方法については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【０１５４】
（実施の形態３）
（構成）
図１４から図１７を参照して、本発明に基づく実施の形態３における高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法について説明する。本実施の形態における高周波プラズマ処理装置は、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置と閉空間手段の構成が異なる。
【０１５５】
図１４に、本実施の形態における第１の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。反応容器４５は、導電性の材料で形成され、一の面が開口した箱型の部分を含む。反応容器４５は、対向電極が配置されている側の側壁に形成され、電気的に絶縁性を有する透過窓１７を含む。本実施の形態においては、反応容器４５の上部に透過窓１７が形成されている。透過窓１７は、反応容器４５の導電性の部分に接合され、反応容器４５の内部の気密性が確保されるように形成されている。
【０１５６】
反応容器４５の内部には、平板状の放電電極３２と平板状の対向電極３が配置されている。放電電極３２は、主表面が透過窓１７の主表面に接するように、透過窓１７に接合されている。
【０１５７】
透過窓１７の主表面のうち、放電電極３２が配置されている側と反対側の主表面には、高周波電源と電気的に接続された伝播電極として、可動電気経路部材１９が配置されている。可動電気経路部材１９は、図示しない移動手段によって、矢印５９に示す方向に移動できるように形成されている。可動電気経路部材１９は、透過窓１７の主表面に沿って移動可能なように形成されている。
【０１５８】
可動電気経路部材１９は、平板状に形成された接触部４１を含む。接触部４１の主表面は、透過窓１７の主表面と接触している。透過窓１７を挟むように、接触部４１および放電電極３２が配置されていることによって、接触部４１と放電電極３２とに挟まれる部分がコンデンサの機能を有して、高周波の電気経路が形成されている。すなわち、放電電極３２には、コンデンサを介して、可動電気経路部材１９から高周波が導入されている。
【０１５９】
可動電気経路部材１９は、平面視したときに、放電電極３２よりも小さくなるように形成されている。すなわち、図１４においては、高周波プラズマ処理装置を上側から透視したときに、放電電極３２よりも可動電気経路部材１９の接触部４１の方が小さくなるように形成されている。
【０１６０】
透過窓１７の上方には、可動電気経路部材１９に対向するように、固定電気経路部材１８が形成されている。固定電気経路部材１８は、平板状に形成され、延在方向が、可動電気経路部材１９の移動方向とほぼ平行になるように配置されている。
【０１６１】
図１５に、可動電気経路部材１９および固定電気経路部材１８を側方から見たときの側面図を示す。可動電気経路部材１９は、平板状に形成された対向部４２を含む。固定電気経路部材１８は、主表面が対向部４２の主表面とほぼ平行になるように配置されている。対向部４２は、固定電気経路部材１８と離間するように配置されている。また、対向部４２と固定電気経路部材１８との間の隙間は、可動電気経路部材１９が移動しても一定に保たれるように形成されている。このように、可動電気経路部材１９と、固定電気経路部材１８とは、容量が一定のコンデンサの機能を有するように形成されている。
【０１６２】
図１４を参照して、可動電気経路部材１９と、固定電気経路部材１８の周りには、外部への高周波の漏洩を防ぐように、電磁シールド材３４が形成されている。電磁シールド材３４の上部には、放電電極に高周波を印加するための共振器４が配置されている。共振器４は、導電性の筐体を含み、この筐体の一部が電磁シールド材３４に接合されている。共振器４は、高周波電源１に接続されている。
【０１６３】
本実施の形態において、電磁的な閉空間を形成するための閉空間手段は、電磁シールド材３４および共振器４を含む。本実施の形態においては、閉空間手段の内部の構成が変化するように形成されている。
【０１６４】
図１６に、本実施の形態における第２の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第２の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材１９が透過窓１７の主表面に２つ形成されている。それぞれの可動電気経路部材１９は、矢印６０に示すように固定電気経路部材１８の主表面に平行な方向に、独立して移動可能なように形成されている。それぞれの可動電気経路部材１９は、固定電気経路部材１８に対して一定の間隔をあけて移動するように形成されている。その他の構成については、本実施の形態における第１の高周波プラズマ処理装置と同様である。
【０１６５】
図１７に、本実施の形態における第３の高周波プラズマ処理装置の概略断面図を示す。第３の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材２０が２つ配置され、それぞれの可動電気経路部材２０に、接触部４１が形成されていることは、本実施の形態における第２の高周波プラズマ処理装置と同様である。それぞれの可動電気経路部材２０が、矢印６０に示すように、固定電気経路部材１８の主表面とほぼ平行な方向に移動可能に形成されていることも、第２の高周波プラズマ処理装置と同様である。
【０１６６】
第３の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材２０が、可変コンデンサ部４３を含む。可変コンデンサ部４３は、平板状の２枚の電極が、互いに離れて配置されている。この２枚の電極は、電気的に絶縁性を有する絶縁部材で連結され、互いの主表面がほぼ平行な状態で、２枚の電極同士の間隔を変更できるように形成されている。
【０１６７】
接触部４１は、透過窓１７の主表面と接触している。可動電気経路部材２０は、矢印６１に示すように、対向部４４が上下方向に移動可能に形成されている。対向部４４が上下方向に移動することによって、可変コンデンサ部４３の２枚の電極同士の間隔が調整され、可変コンデンサ部４３の静電容量を調整できるように形成されている。対向部４４が矢印６１に示す方向に移動する際に、対向部４４の主表面と固定電気経路部材１８の主表面とは、ほぼ平行になるように形成されている。
【０１６８】
その他の構成については、実施の形態１における高周波プラズマ処理装置と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【０１６９】
（作用・効果、高周波プラズマ処理方法）
高周波電源１からの高周波は、共振器４、固定電気経路部材１８および可動電気経路部材１９を通って、放電電極３２に導入される。
【０１７０】
図１４に示す本実施の形態における第１の高周波プラズマ処理装置においては、閉空間手段の内部の伝播電極としての可動電気経路部材１９が、矢印５９に示すように移動可能に形成されている。この構成を採用することにより、可動電気経路部材１９の移動に伴って、放電電極３２に対する高周波の導入経路を変更することができる。この結果、反応容器の内部の高周波電界分布を変動させることができ、容易な構成で均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供することができる。
【０１７１】
また、可動電気経路部材１９は、反応容器の外部に配置されているため、反応容器の内部の構成物は動かずに、安定したプラズマを形成することができる。また、可動電気経路部材を透過窓の表面に沿って連続的に移動させることにより、高周波電界分布の変動を連続的に行なうことができる。また、可動電気経路部材の移動速度を変更することにより、高周波電界分布の変動の速度を容易に変更することができる。このように、制御性に優れ、均一なプラズマ処理を行なうことができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【０１７２】
可動電気経路部材１９と放電電極３２とは、絶縁性を有する透過窓１７を挟むように配置されている。この構成を採用することにより、可動電気経路部材１９と放電電極３２との間に、コンデンサの機能を有する、いわゆる容量結合部を形成することができる。容量結合部で高周波電気経路を形成することにより、気密された反応容器の隔壁を貫通して、さらに移動可能な電極を形成する必要がなく、容易に放電電極に対する高周波の導入位置を変更することができる。
【０１７３】
また、本実施の形態においては、可動電気経路部材１９は、平面視したときに放電電極３２よりも小さくなるように形成されている。特に、平面視したときに、接触部４１が放電電極３２よりも小さくなるように形成されている。この構成を採用することにより、伝播電極と放電電極との相対的な位置を容易に変更することができ、反応容器の内部の高周波電界分布を容易に変動させることができる。
【０１７４】
なお、本出願人らは、電磁界シミュレーションにより、反応容器の内部の高周波電界分布は、放電電極における給電位置に依存して、大きく変化し得ることを確認している。このシミュレーション結果によれば、放電電極の放電面と反対側の面から給電を行なった場合、放電電極に対する給電位置を移動させたときに、放電電極と対向電極との間に生じる高周波電界分布のピークは、給電位置を移動した向きに移動することが分かっている。このシミュレーションの結果は、実施の形態４において詳しく説明する。
【０１７５】
透過窓１７の材質としては、高い比透電率を有する材料を用いることが好ましい。たとえば、アルミナなどの材料によって形成されることが好ましい。この構成を採用することによって、電気的に絶縁性を有する透過窓１７を挟んで構成される容量結合部の静電容量を大きくすることができ、十分に小さなインピーダンスで可動電気経路部材１９と放電電極３２とを接続させることができる。
【０１７６】
本実施の形態においては、固定電気経路部材と可動電気経路部材とは、所定の間隔を空けて離れていた。すなわち、コンデンサの機能を有する容量結合部が形成されていたが、特にこの形態に限られず、固定電気経路部材と可動電気経路部材とが接触していても構わない。
【０１７７】
図１６に示す第２の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材１９が、２つ形成されている。この構成を採用することにより、放電電極３２に対する給電経路を２つにすることができ、反応容器４５の内部の高周波電界分布を多様に変化させることができる。第２の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材１９が２つ形成されているが、特にこの形態に限られず、３つ以上の可動電気経路部材１９が形成されていても構わない。
【０１７８】
または、本実施の形態においては、固定電気経路部材１８が１つ形成されているが、特にこの形態に限られず、たとえば、互いの主表面がほぼ平行になるように、板状の固定電気経路部材が複数形成され、それぞれの固定電気経路部材に対して、複数の可動電気経路部材が形成されていても構わない。
【０１７９】
図１７に示す第３の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材２０に可変コンデンサ部４３が形成されている。この構成を採用することにより、放電電極３２に対するそれぞれの可動電気経路部材からの給電割合を制御することができる。すなわち、それぞれの可動電気経路部材の可変コンデンサ部の容量を変更することによって、放電電極３２に対する給電の割合を変更することができる。したがって、反応容器５の内部の高周波電界分布の形状をさらに多様に変化させることができる。
【０１８０】
本実施の形態においては、高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変部として、可変コンデンサ部が形成されている。この構成を採用することにより、２枚の電極間同士の距離を幾何学的に変化させるのみで、可変コンデンサ部の容量が大きく変化する。このため、容易に高周波電気経路のインピーダンスを調整することができる。
【０１８１】
また、容量を調整できるコンデンサ部の電極同士の距離を十分に離せば、実質的に電気経路を切断することができ、急激に反応容器の内部の高周波電界分布を変化させることができる。または、必要に応じて、複数の可動電気経路部材のうち、特定の可動電気経路部材のみを電気的に接続して、他の可動電気経路部材は切断することができる。すなわち、複数の可動電気経路部材のうち、任意のものを容易に選択することができる。
【０１８２】
第３の高周波プラズマ処理装置においては、可動電気経路部材２０に、可変コンデンサ部４３が形成されているが、特にこの形態に限られず、高周波電気経路のインピーダンスを調整できる機能を有していればよい。たとえば、可動電気経路部材において、コンデンサ部の代わりに、インダクタンスが可変のコイルが接続されていてもよい。
【０１８３】
その他の作用、効果およびプラズマ処理方法については実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１８４】
（実施の形態４）
（構成）
図１８から図２３を参照して、本発明に基づく実施の形態４における高周波プラズマ処理装置および高周波プラズマ処理方法について説明する。
【０１８５】
図１８は、本実施の形態における高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。本実施の形態において、反応容器４６は、導電性を有する材料から形成され、箱型になるように形成されている。反応容器４６の内部には、互いの主表面がほぼ平行になるように、平板状の放電電極４０および平板状の対向電極３が配置されている。
【０１８６】
反応容器４６の一の面には、反応容器４６を貫通するように、予備電極としての給電棒７が複数配置されている。給電棒７は、棒状に形成され、絶縁体４８を介して反応容器４６に固定されている。絶縁体４８は、電気的に絶縁性を有する材料で形成されている。
【０１８７】
本実施の形態においては、３本の給電棒７が放電電極４０の電極中心を中心にして対称に配置されている。給電棒７は、一直線上に配置されている。
【０１８８】
給電棒７の一方の端部は、放電電極４０に接合固定されている。放電電極４０は、給電棒７を介して反応容器４６に固定されている。給電棒７の他方の端部は、高周波電気経路のインピーダンスを変化させるためのインピーダンス可変手段としての可変コンデンサ３３に接続されている。可変コンデンサ３３は、それぞれの給電棒７に対して１つずつ配置されている。複数の可変コンデンサ３３は、それぞれが独立して容量を変更できるように形成されている。それぞれの可変コンデンサ３３は、共振器に接続されている。すなわち、本実施の形態においては、共振器と予備電極との間に、インピーダンス可変手段が配置されている。
【０１８９】
給電棒７および可変コンデンサ３３のまわりには、電磁シールド材４７が形成されている。電磁シールド材４７は、板状に形成され、複数の可変コンデンサ３３を取囲むように形成されている。電磁シールド材４７の上部には、共振器４が配置されている。本実施の形態においては、絶縁体４８は非常に薄く形成され、反応容器４６の内部からの高周波の漏洩を抑制している。
【０１９０】
その他の構成については実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【０１９１】
（作用・効果、高周波プラズマ処理方法）
本実施の形態における電磁界制御手段は、共振器と給電棒との間の複数の高周波電気経路に、高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成されている。インピーダンス可変手段としての可変コンデンサの容量を変更することによって、放電電極に対するそれぞれの給電棒の給電割合を調整することができる。すなわち、給電棒が接続された放電電極のそれぞれの位置に対する給電の大きさを変更することができる。この結果、反応容器の内部に形成される高周波電界分布を変動させることができ、簡単な構成で、大型の被処理物に対しても均一なプラズマ処理を行なうことができる高周波プラズマ処理装置を提供することができる。
【０１９２】
また、インピーダンス可変手段によって、連続的にインピーダンスを変化させることにより、予備電極に対する高周波の給電の大きさを変化させることができ、連続的に反応容器の内部の高周波電界分布を変動させることができる。または、インピーダンス可変手段を調整することにより、高周波電界分布の分布形状を制御することができる。この結果、プラズマ処理において、高周波電界分布を変動させながら被処理物の処理を行なうことができ、均一なプラズマ処理を行なうことができる。このように、本実施の形態においては、容易に高周波電界分布を制御することができる。
【０１９３】
本実施の形態においては、予備電極としての給電棒が３本形成されているが、特にこの形態に限られず、給電棒は複数形成されていれば構わない。また、本実施の形態においては、給電棒が一直線上に配置されているが、特にこの形態に限られず、任意の位置に給電棒が配置されても構わない。給電棒が、規則的に配置されていることによって、高周波電界分布の制御を容易に行なうことができる。
【０１９４】
また、本実施の形態においては、すべての予備電極に対応して、インピーダンス可変手段が接続されているが、特にこの形態に限られず、少なくとも１つ以上の予備電極に対して、インピーダンス可変手段が接続されていれば構わない。
【０１９５】
また、本実施の形態においてはインピーダンス可変手段として、容量を変更することができる可変コンデンサが配置されているが、特にこの形態に限られず、高周波電気経路のインピーダンスを調整することができればよい。たとえば、可変コンデンサの代わりに、インダクタンスが可変の可変コイルが配置されていても構わない。
【０１９６】
以下に、電磁界シミュレーションにより得られた、放電電極に対する給電位置を変化させることによって変化する反応容器の内部の高周波電界分布について説明する。このシミュレーションは、実施の形態３における高周波プラズマ処理装置および実施の形態４における高周波プラズマ処理装置に対応する。
【０１９７】
行なった電磁界シミュレーションの条件は次の通りである。シミュレータとしては、高周波３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High-Frequency Structure Simulator、ver.8.5.04、アンソフト・ジャパン株式会社製）を用いた。図１９に、電磁界シミュレータにおける電極のモデル形状の斜視図を示す。放電電極４０と対向電極３とは、それぞれの主表面の平面形状が、正方形になるように形成されている。放電電極４０と対向電極３とは、互いの主表面同士がほぼ平行になるように配置された平行平板型電極である。それぞれの電極の大きさは、１２００×１２００×５０ｍｍとしている。放電電極４０と対向電極３との電極間の距離は、３０ｍｍとしている。高周波の周波数は、１０８．５ＭＨｚである。
【０１９８】
放電電極４０の主表面には、一定の間隔をあけて給電棒７が９個形成されている。給電棒７は、棒状に形成され、給電棒７の軸方向に沿って高周波が給電されるように形成されている。給電棒７は、断面の円形の直径が５０ｍｍになるような円柱状に形成されている。給電棒７は、放電電極４０の平面形状である正方形の重心位置（すなわち電極中心）を中心点７０としたときに、中心点７０を原点（０，０）として等間隔に配置されている。
【０１９９】
図１９においては、Ｘ方向およびＹ方向を放電電極４０の１辺と平行な方向になるように形成した座標系において、Ｘ方向に３００ｍｍおよびＹ方向に３００ｍｍの間隔をあけて、給電棒７が等間隔に配置されている。給電棒７は、放電電極４０の主表面のうち、対向電極３に向かう側と反対側の面に接続されている。
【０２００】
実施の形態４におけるインピーダンス可変手段は、放電電極４０からほぼ１００ｍｍ離れた位置に配置されるように設定した。また、給電棒７、放電電極４０および対向電極３は、電気的に導電性を有する導体に設定して、シミュレーションを行なっている。
【０２０１】
図２０に、給電位置を、Ａ点（Ｘ＝３００ｍｍ，Ｙ＝０ｍｍ）、Ｂ点（Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝０ｍｍ）、Ｃ点（Ｘ＝−３００ｍｍ、Ｙ＝０ｍｍ）と設定した場合に、それぞれの一点に対して給電を行なった場合の、Ｘ方向の高周波電界分布を示す。この高周波電界分布は、中心点（原点）を通って、Ｘ方向に平行な断面におけるそれぞれの分布である。それぞれの高周波電界分布は、最高値が１となるように規格化されている。
【０２０２】
横軸が、中心点（原点）からのＸ方向の距離であり、縦軸は電界強度である。図２０に示すように、給電位置が中心点であるＢ点である場合には、電界は、中心点を境界にして、左右対称になるように形成されている。これに対して、給電位置を原点からずらすと、Ａ点またはＣ点のグラフに示すように、ずらす位置に対応して高周波電界分布のピークも移動することがわかる。すなわち、放電電極における給電位置を移動すると、高周波電界分布のピークも給電位置の移動に追従して移動することがわかる。
【０２０３】
このように、放電電極への給電位置を変化させることによって、電界分布を変動させることができる。すなわち、実施の形態３においては、可動電気経路部材を移動させることにより、高周波電界分布を変化させることができ、実施の形態４においては、可変コンデンサ部の容量を変化させたり、可変コンデンサ部において一部の電気経路を切断したりすることにより、高周波電界分布を変化させることができる。
【０２０４】
図２１に、本シミュレータのモデルにおいて、９点の給電位置から、同位相で同時に均一に給電を行なった場合（ケース１）と、９点のそれぞれの位置から個別に順に給電を行なって電界強度の総和を計算した場合（ケース２）との高周波電界分布を示す。
【０２０５】
図２１に示すように、ケース１に比べてケース２の方が、高周波電界分布の均一性が高いことがわかる。すなわち、ケース１よりもケース２の方が、直線に近い形状を有していることが分かる。したがって、放電電極に対する給電位置を複数箇所形成した場合、たとえば、高周波電気経路を分岐させて複数の給電位置に対して同時に給電を行なう（ケース１）よりも、給電を行なう位置を順に変更して給電を行なった方（ケース２）が、全体の高周波電界分布を均一化できることが分かる。
【０２０６】
電界強度の時間積分値は、概ねプラズマ処理量に対応するため、給電位置を順次変更して、高周波電界分布を変動させてプラズマ処理を行なうと、プラズマ処理量が平均化されて、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【０２０７】
前述のように、プラズマ処理を行なっている際に、連続的に高周波電界分布を変動させながらプラズマ処理を行なうことによって生じるプラズマ処理の均一化の効果は、放電電極の放電面の最大寸法が、反応容器の内部に導入される高周波の半波長よりも大きい場合において特に顕著になる。これは、放電電極と対向電極との間に形成される高周波電界分布が、反転することに起因すると考えられる。次に、考えられる理由について高周波電界分布を仮想的に形成したグラフを用いて説明する。
【０２０８】
図２２は、放電電極における一方向に等間隔をあけて、Ａ点からＦ点まで給電位置を変化させて順次プラズマ処理を行なった場合の高周波電界分布の断面図である。この高周波は、高周波の半波長よりも電極の大きさの方が大きくなっている。高周波の半波長よりも電極の大きさが大きいため、放電電極と対向電極の間においては、電界が正になる領域と、電界が負になる領域とを有している。
【０２０９】
Ａ点からＦ点までの全ての点に対して、同時に給電を行なった場合には、正の電界の成分と負の電界の成分とが、互いに打消し合うことになる。たとえば、図２２の向かって右方において、Ａ点における給電の電界成分は負の値を有するが、Ｆ点における給電の電界成分は正の値を有するため、互いに打消される。これらの打消しの効果を考慮した総和が、すべての位置から給電を行なった場合の高周波電界分布になる。この高周波電界分布を図２２に、実線で示してある。
【０２１０】
図２２の実線に示すように、足し合わせた高周波電界分布は、電極中心を中心軸としてほぼ山型の形状を有する。Ａ点およびＦ点などは、電極の両端において強い電界強度を有するが、互いに打消されて電極の両端における電界強度は小さくなる。なお、高周波電界分布の非対称性が強調され、高周波電界分布は大きいままである。図２２の実線に示す高周波電界分布で、プラズマ処理を行なえば、足し合わせた高周波電界分布に応じてプラズマ処理分布が生じることになる。すなわち電極中心付近のプラズマ処理量が多くなり、電極の両端に向かうにつれて、プラズマ処理量が少なくなる。
【０２１１】
次に、それぞれの給電位置に対して、順次給電を行なった場合におけるプラズマ処理について検討する。プラズマ処理の処理量は、ある瞬間における電界の正または負に依存せずに、絶対値である電界強度に依存する。
【０２１２】
図２３に、Ａ点からＦ点までのそれぞれの給電位置に対して、個別に給電を行なっていた場合の電界強度の分布を示す。さらに、Ａ点からＦ点まで行なった給電を足し合わせて規格化した高周波電界強度分布を実線にて示している。この高周波電界強度分布は、たとえば、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点…と、順次給電位置をずらしながら、プラズマ処理を行なった場合のプラズマ処理分布に対応する。図２２における足し合わせた高周波電界分布と比較すると、図２３における足し合わせた高周波電界強度分布は、放電電極の位置にあまり依存せず、均一なプラズマ処理を行なえることがわかる。
【０２１３】
すなわち、ある瞬間における電界分布が正負反転する程度、換言すれば、高周波の半波長よりも電極の大きさが大きくなる程度であれば、特に顕著に高周波電界分布の影響が大きくなり、プラズマ処理の均一化を行なう際に、高周波電界分布を変動させる動的な処理を行なうことが有用になる。
【０２１４】
なお、本シミュレーションにおいては、放電電極に対する給電位置を変動させて、高周波電界分布を変動させたが、特にこの形態に限られず、実施の形態１から実施の形態３に示したように、高周波電界分布を変動させても構わない。または、それぞれの実施の形態における電磁界制御手段を組合せても構わない。
【０２１５】
その他の作用、効果、およびプラズマ処理方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０２１６】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【０２１７】
本発明は、高周波プラズマの反応を利用して、大型基板などの大型の被処理物のプラズマ処理を行なう高周波プラズマ処理装置または高周波プラズマ処理装置に有利に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【０２１８】
【図１】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】共振器における回路図である。
【図３】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第１の状態図である。
【図４】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第２の状態図である。
【図５】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第３の状態図である。
【図６】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第１の状態の高周波電界分布である。
【図７】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第２の状態の高周波電界分布である。
【図８】実施の形態１における高周波プラズマ処理装置の第３の状態の高周波電界分布である。
【図９】実施の形態２における第１の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１０】実施の形態２における第２の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１１】実施の形態２における第３の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１２】実施の形態２における第４の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１３】実施の形態２における第５の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１４】実施の形態３における第１の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１５】実施の形態３における第１の高周波プラズマ処理装置の可動電気経路部材の部分の拡大側面図である。
【図１６】実施の形態３における第２の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１７】実施の形態３における第３の高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１８】実施の形態４における高周波プラズマ処理装置の概略断面図である。
【図１９】実施の形態４におけるシミュレーションのモデル形状図である。
【図２０】実施の形態４におけるシミュレーションの第１の結果を示すグラフである。
【図２１】実施の形態４におけるシミュレーションの第２の結果を示すグラフである。
【図２２】実施の形態４におけるシミュレーションの第３の結果を示すグラフである。
【図２３】実施の形態４におけるシミュレーションの第４の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２１９】
１  高周波電源、２，３２，４０  放電電極、３  対向電極、４  共振器、５，４５，４６  反応容器、６，２２〜２５  閉空間室、７  給電棒、８  基板（被処理物）、９  シリコンオイル、１０  シリコンオイルタンク、１１  固体誘電体、１２  導電性筐体、１３  インピーダンス整合用コイル、１４ａ，１４ｂ  インピーダンス整合用コンデンサ、１５，４８  絶縁体、１６，１７  透過窓、１８  固定電気経路部材、１９，２０  可動電気経路部材、２１  電磁シールド管、２６，２９，３０，５０  可動電磁シールド材、２７，３１  支持棒、２８  蛇腹型電磁シールド材、３３  可変コンデンサ、３４，４７  電磁シールド材、３５  挿入口、３６，３７  貫通口、３８  仕切り電磁シールド材、３９  アース、４１  接触部、４２，４４  対向部、４３  可変コンデンサ部、５１〜６１  矢印、７０  中心点。
【図１】
2006040810.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年11月29日(2005.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、
前記反応容器の内部に配置された放電電極と、
前記放電電極と対向するように配置された対向電極と、
前記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段と
を備え、
前記電磁界制御手段は、前記反応容器の外側に配置され、電磁的に前記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐように形成された閉空間手段を含み、
前記電磁界制御手段は、プラズマ処理が行なわれているときに前記閉空間手段の構成および前記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方が変化するように形成され、
前記電磁界制御手段は、前記一方が変化することにより、前記高周波電界分布のピーク位置が、前記放電電極と前記対向電極とが向かい合う方向に垂直な方向に移動するように形成された、高周波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段によって形成される電磁的な閉空間の空間形状が変更可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の体積が変更可能に形成された、請求項２に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の電磁的な隔壁の少なくとも一部が移動するように形成された、請求項２に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室の内部に移動可能な電磁シールド材が形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室に出し入れが可能な電磁シールドシャッタが形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電磁界制御手段は、前記閉空間手段の内部における平均的な比誘電率が変更可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、前記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい液体を注入または排出できるように形成された、請求項７に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を有し、
前記閉空間室の内部に、比誘電率が１より大きい固体誘電体が配置され、
前記固体誘電体は、前記閉空間室の内部で移動可能に形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記電磁界制御手段は、前記反応容器に電磁的に連通する部分を除いて、電磁的に密閉された閉空間室を含み、
前記電磁的に連通する部分は、電気的な絶縁性を有する透過窓を有する、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記透過窓の前記反応容器の内部の側に、前記放電電極が配置され、
前記透過窓の前記反応容器の外部の側に、前記高周波電源と電気的に接続された伝播電極が配置され、
前記放電電極と前記伝播電極とが、前記透過窓を挟むように配置された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記伝播電極は、平面視したときに前記放電電極よりも小さくなるように形成され、
前記伝播電極は、前記透過窓の表面に沿って移動可能に形成された、請求項１１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１３】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器と、
前記反応容器の内部に配置された放電電極と、
前記放電電極と対向するように配置された対向電極と、
前記放電電極と高周波電源との間のインピーダンス整合を行なうための共振器および前記放電電極に接続された複数の予備電極と、
前記反応容器の内部の高周波電界分布を制御するための電磁界制御手段と
を備え、
前記電磁界制御手段は、前記共振器と前記予備電極との間の複数の高周波電気経路のうち、少なくとも１つ以上の経路に、前記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段を含み、
前記インピーダンス可変手段は、プラズマ処理が行なわれているときに、前記高周波電界分布のピーク位置が、前記放電電極と前記対向電極とが向かい合う方向に垂直な方向に移動するように形成された、高周波プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記放電電極と前記共振器との間の高周波電気経路に、前記高周波電気経路のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段が形成された、請求項１に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記インピーダンス可変手段は、容量可変のコンデンサを含む、請求項１３または１４に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス可変手段は、実質的に前記高周波電気経路を切断する機能を有する請求項１３または１４に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布を連続的に変更できるように形成された、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布の変化の速度を制御できるように形成された、請求項１７に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記電磁界制御手段は、前記高周波電界分布を繰り返して周期的に変動させることができるように形成された、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記電磁界制御手段は、プラズマ処理が行なわれる時間が、半周期の整数倍になるように、前記高周波電界分布を変動するように形成された、請求項１９に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記放電電極は、放電面の最大寸法が、前記反応容器内に導入される高周波の半波長よりも大きくなるように形成された、請求項１または１３に記載の高周波プラズマ処理装置。
【請求項２２】
プラズマを形成するガス雰囲気を形成するための反応容器の内部に放電電極を配置して、さらに、前記放電電極に対向する対向電極を配置して、高周波プラズマを発生させて処理を行なう高周波プラズマ処理方法において、
電磁的に前記反応容器と連通して、外部への高周波の漏洩を実質的に防ぐ機能を有する閉空間手段を前記反応容器の外側に形成して、
プラズマ処理が行なわれているときに、前記閉空間手段の構成および前記閉空間手段の内部の構成のうち少なくとも一方を変更することによって、前記反応容器の内部の高周波電界分布のピーク位置が、前記放電電極と前記対向電極とが向かい合う方向に垂直な方向に移動させながら処理を行なう工程を含む、高周波プラズマ処理方法。
【請求項２３】
前記高周波電界分布を連続的に変動させながら処理を行なう工程を含む、請求項２２に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２４】
前記高周波電界分布の変動の速度を制御しながら処理を行なう工程を含む、請求項２２に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２５】
前記高周波電界分布を周期的に変動させながら処理を行なう工程を含む、請求項２２に記載の高周波プラズマ処理方法。
【請求項２６】
前記高周波電界分布の変動を、変動周期の半周期の時間が、プラズマ処理に要する時間を１以上の整数で除した時間になるように行なう、請求項２５に記載の高周波プラズマ方法。
【請求項２７】
前記反応容器内に導入する高周波の半波長が、前記放電電極の放電面の最大寸法よりも小さくなるようにして処理を行なう、請求項２２に記載の高周波プラズマ処理方法。