(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内でプラズマを発生させるプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室内に非接地で互いに間隔を有して並んで配置され、半固定抵抗素子を介して電力供給側に対する遠端端末で並列接続によって終点結合されて両者間への電力供給によってプラズマが発生する対の線状アンテナと、
前記対の線状アンテナに接続され、前記線状アンテナに高周波電力供給する非接地式配線と、を有しており、
前記非接地式配線に設けられ、電源側のインピーダンスと前記線状アンテナ側のインピーダンスとを整合させる供給側可変インピーダンス整合器と、前記線状アンテナの終端側に設けられ、前記線状アンテナ側のインピーダンスと前記終端結合側のインピーダンスとを整合させる終端側可変インピーダンス整合器と、
前記非接地式配線に接続され、該非接地式配線における進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な供給側方向性結合器と、前記線状アンテナの終端側に接続され、前記線状アンテナの終端側の進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な終端側方向性結合器と、
前記供給側方向性結合器から取り出された前記進行波電力および前記反射波電力に関する情報信号に基づき、前記供給側方向性結合器の反射波電力が最小となるように、前記供給側可変インピーダンス整合器を調整し、かつ前記終端側方向性結合器から取り出された前記進行波電力および前記反射波電力に関する情報信号に基づき、前記終端側方向性結合器の反射波電力が最小となるように、前記終端側可変インピーダンス整合器のインピーダンス整合を調整する制御部と、を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記制御部は、進行波電力が所定値を超えないように前記供給側可変インピーダンス整合器および前記終端側可変インピーダンス整合器のインピーダンス整合をそれぞれ調整することを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記対の線状アンテナは、前記プラズマ発生室の室内横断面に亘って折り返されつつ配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記対の線状アンテナは、少なくとも真っ直ぐに伸長する領域では、平行に並んで配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記対の線状アンテナは、線径と、対となる線状アンテナ同士の間隔との比が、長さ方向で一定となるように、前記線径および間隔が設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記対の線状アンテナは、対の棒または対の板形状を有し、長手方向に一定の特性インピーダンスとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナでの誘導電界によってプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜の成膜やエッチングなどの表面処理に利用されるプラズマ発生装置の一種として、アンテナでの誘導電界を利用した誘導結合型の装置が知られている。誘導結合型のプラズマ発生装置については、これまでに種々の構成を有するものが提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１には、小型のループアンテナを備えたプラズマ発生装置が示されている。
図５は、特許文献１に提案されているプラズマ発生装置１００を示す概略図である。
該プラズマ発生装置では、真空チャンバー１０１内に、複数本のアンテナ１０５が設けられている。各々のアンテナ１０５は、矩形状（又はコの字状あるいはＵ字状）であって、真空チャンバー１０１の内部を周回せず終端し、短い線状又は板状の導体からなる小型のループアンテナから構成されている。複数本のアンテナ１０５は複数のグループに分けられ、グループの各々に対応する高周波電源１０７が設けられている。各グループに属する複数のアンテナ１０５の各々には、そのグループに対応して設けられた高周波電源１０７からインピーダンス整合器１０６を介して高周波電力が並列に供給される。
【０００４】
特許文献２には、真空容器の内壁面に沿う複数個の線状の導体からなるアンテナを備えたプラズマ発生装置が示されている。
図６は、特許文献２に提案されているプラズマ発生装置２００を示す概略図である。
該プラズマ発生装置では、真空容器２０１の内壁面に沿ってコの字形または円弧形の形状をなすアンテナ２１０が配置され、アンテナ２１０の電源側端子の全てが整合器２１１を介して電源側に並列に接続され、接地側端子の全てがブロッキングコンデンサ２０７を介して対地に終端されている。
【０００５】
特許文献３には、マイクロストリップラインを備える従来のプラズマ発生装置が示されている。
マイクロストリップラインは、そのグラウンドを真空チャンバーの内壁としている。また、マイクロストリップラインは、高周波電源と電極との間におけるインピーダンスを整合するためのインピーダンス整合部と電極入力端との間に接続されるインピーダンス整合用のリアクタンス整合部を備えている。
【０００６】
特許文献４には、アレイアンテナを備えるプラズマ生成装置が示されている。
図７は、特許文献４に提案されているＣＶＤ装置３００を示す概略図である。このＣＶＤ装置はプラズマ生成装置の一形態である
該ＣＶＤ装置３００は、発生させるプラズマが均一となるようにインピーダンス整合を高精度に、さらに迅速かつ容易に行うことが可能になっている。
反応容器３０１内に設けられたモノポールである複数のアンテナ素子３０２はアレイアンテナを形成しており、アンテナ素子３０２の高周波電流供給端の側にインピーダンス整合器３０３が接続されている。
アンテナ素子３０２から放射される電磁波は、隣接するアンテナ素子３０２間で電磁波が相互に影響を及ぼし合うことなく、アンテナ素子毎に所定の電磁波を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３９７１９号公報
【特許文献２】特開２００１−３５６９７号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３２４４号公報
【特許文献４】特開２００７−２６６３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記した従来のプラズマ発生装置では、アンテナに沿ってプラズマを一様に発生させることが難しく、反応容器内空間でのプラズマ濃度がばらついてプラズマ処理が不均一になりやすい。また、プラズマ発生用に複数の電源を必要とする場合、装置コストが嵩むという問題がある。また、複数の電源を有する場合、各電源から各アンテナに電力をバランスよく供給することが難しく、プラズマ発生がさらに不均一になる要因となる。
【０００９】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、プラズマ密度の一様性を確保することができ、また、複数の電源を必要とすることなくプラズマ発生を可能にするプラズマ発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明のプラズマ発生装置のうち、第１の本発明は、室内でプラズマを発生させるプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室内に非接地で互いに間隔を有して並んで配置され、半固定抵抗素子を介して電力供給側に対する遠端端末で並列接続によって終点結合されて両者間への電力供給によってプラズマが発生する対の線状アンテナと、
前記対の線状アンテナに接続され、前記線状アンテナに高周波電力供給する非接地式配線と、を有しており、
前記非接地式配線に設けられ、電源側のインピーダンスと前記線状アンテナ側のインピーダンスとを整合させる供給側可変インピーダンス整合器と、前記線状アンテナの終端側に設けられ、前記線状アンテナ側のインピーダンスと前記終端結合側のインピーダンスとを整合させる終端側可変インピーダンス整合器と、前記非接地式配線に接続され、該非接地式配線における進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な供給側方向性結合器と、
前記線状アンテナの終端側に接続され、前記線状アンテナの終端側の進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な終端側方向性結合器と、
前記供給側方向性結合器から取り出された前記進行波電力および前記反射波電力に関する情報信号に基づき、前記供給側方向性結合器の反射波電力が最小となるように、前記供給側可変インピーダンス整合器を調整し、かつ前記終端側方向性結合器から取り出された前記進行波電力および前記反射波電力に関する情報信号に基づき、前記終端側方向性結合器の反射波電力が最小となるように、前記終端側可変インピーダンス整合器のインピーダンス整合を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。ここで言う非接地式配線とは、一般的には平衡回路における配線方式と同等である。
第２の本発明のプラズマ発生装置は、前記第１の本発明において、前記制御部は、さらに進行波電力が所定値を超えないように前記供給側可変インピーダンス整合器および前記終端側可変インピーダンス整合器のインピーダンス整合をそれぞれ調整することを特徴とする。
【００１２】
第３の本発明のプラズマ発生装置は、前記第１または第２の本発明において、前記対の線状アンテナは、前記プラズマ発生室の室内横断面に亘って折り返されつつ配置されていることを特徴とする。
【００１３】
第４の本発明のプラズマ発生装置は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記対の線状アンテナは、少なくとも真っ直ぐに伸長する領域では、平行に並んで配置されていることを特徴とする。
【００１６】
第５の本発明のプラズマ発生装置は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記対の線状アンテナは、線径と、対となる線状アンテナ同士の間隔との比が、長さ方向で一定となるように、前記線径および間隔が設定されていることを特徴とする。
【００１７】
第６の本発明のプラズマ発生装置は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記対の線状アンテナは、対の棒または対の板形状を有し、長手方向に一定の特性インピーダンスとすることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、プラズマ発生室内に互いに間隔を空けて並んで配置され、両者間の放電によってプラズマが発生する対の線状アンテナに、プラズマ放電のための電力を非接地式で供給するので、線状アンテナに沿ってプラズマを一様かつ効果的に発生させることができる。
すなわち、対の線状アンテナに供給される高周波電力によって対の線状アンテナの周囲に放射電界が発生する。非接地式でアンテナに高周波電力が供給されると、周波数に応じて時間的にアンテナを流れる電流が反転し、該アンテナ周辺でプラズマが持続的に発生する。進行波が対の線状アンテナを伝搬するため、上記放射電界は対の線状アンテナの周囲に一様に分布し、したがって、発生するプラズマ密度も一様となる。
【００１９】
線状アンテナは、棒または板形状を有するものとすることができ、間隔を有しつつ対になってプラズマ発生装置内に配置される。なお、線状アンテナの形状が棒または板形状に限定されるものではなく、対の線状アンテナの特性インピーダンスが長手方向で一定となるように配置するものが望ましい。対の線状アンテナは、プラズマ発生室内の室内横断面に亘って折り返しつつ配置することができ、その結果、プラズマ発生室において発生するプラズマ密度の一様性を高めることができる。折返しは、角度を有して方向を転換するものでもよく、また、湾曲させつつ方向を転換するものであってもよい。
【００２０】
また、対の線状アンテナは、少なくとも真っ直ぐに伸長する領域では、平行に並んで配置することができる。これにより、対の線状アンテナの特性インピーダンスを長手方向においてできるだけ一定にすることができる。
なお、対の線状アンテナが、線径と、対となる線状アンテナ同士の間隔との比が、長さ方向で一定となるように、前記線径および間隔を設定するのが望ましい。これにより、線状アンテナの長さ方向においてプラズマの発生をより均等にすることができる。なお、線径や線状アンテナ間の間隔は、線状アンテナの長さ方向に変化するものであってもよい。この場合、上記比を一定に維持することで、プラズマ発生の均一性を良好に維持できる。
【００２１】
上記線状アンテナによりプラズマを発生させるための電界の大きさは、基板への薄膜の成膜、エッチングなどの表面処理などのプラズマの使用目的などに応じて適宜設定することができる。なお、プラズマの発生のために必要とされる電界の大きさは、これまで多くの文献に示されている。例えば、太陽電池などに用いられるシリコン薄膜を成膜するための原料ガスとなるシラン（ＳｉＨ４）ガスを電離してプラズマを発生させるために要する電界の大きさは、ガス温度３００Ｋ、圧力１００Ｐａの条件において、約１，０００Ｖ／ｍで十分である。より低い圧力では、プラズマの発生に要する電界の大きさがさらに低下する。なお、本発明では、ガス温度、圧力、電界の大きさが特定の範囲に限定されるものではない。
【００２２】
上記対の線状アンテナは非接地とされ、非接地式配線が接続される。非接地式配線を通して線状アンテナに高周波電力が供給される。非接地式配線に、電源側のインピーダンスと線状アンテナ側のインピーダンスとを整合させる供給側可変インピーダンス整合器を設け、線状アンテナの終端側に終端側可変インピーダンス整合器を接続するのが望ましい。
供給側可変インピーダンス整合器により電源側のインピーダンスと線状アンテナ側のインピーダンスとを整合し、さらに、終端側インピーダンス可変整合器で線状アンテナ側のインピーダンスと終端結合側のインピーダンスとを整合させることができる。
インピーダンスの整合により、対の線状アンテナにおいて進行波が効率的に伝送されるとともに反射波の発生が極力小さくなり、線状アンテナで効率的にプラズマを発生させることができる。各インピーダンスの整合では、プラズマ発生に伴って線状アンテナでのインピーダンスが変化するため、供給側可変インピーダンス整合器および終端側可変インピーダンス整合器を制御部によってこれらを制御しつつ、それぞれのインピーダンス整合をプラズマ放電時に動的に行うのが望ましい。
【００２３】
供給側可変インピーダンス整合器によるインピーダンス整合および終端側可変インピーダンス整合器によるインピーダンス整合は制御部により制御されるが、非接地式配線に、非接地式配線における進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な供給側方向性結合器を接続し、線状アンテナ終端側に、線状アンテナ終端側における進行波電力および反射波電力に関する情報信号を取り出し可能な終端側方向性結合器を接続し、これらの取り出し信号の情報に従って、インピーダンスの整合を調整することができる。取り出し信号の情報は、進行波電力、反射波電力そのものであってもよく、またこれら電力に対応するデータからなるものであってもよい。
【００２４】
電源側のインピーダンスと線状アンテナ側のインピーダンスとを整合させ、さらに線状アンテナ側のインピーダンスと終端結合側のインピーダンスとを整合させることにより、対の線状アンテナには反射波が発生しにくくなるため、単一の電源によっても長尺な線状アンテナにプラズマ放電のための電力を供給することができ、プラズマ放電のための電力の供給に複数の電源を必要とすることがない。ただし、本発明としては、複数の電源を有するものを排除するものではない。
【発明の効果】
【００２５】
以上、説明したように本発明によれば、線状アンテナに沿ってプラズマを一様かつ効率的に発生させることができる。また、線状アンテナの配置制約が小さく、線状アンテナをプラズマ発生室内に亘り配置することができ、プラズマ発生室内での均等なプラズマ発生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ発生装置の回路構成を示す概略図である。
【図２】同じく、プラズマ発生装置におけるプラズマ発生室および対の線状アンテナを示す概略図である。
【図３】同じく、プラズマ発生装置における対の線状アンテナに高周波電力を供給して線状アンテナに進行波を伝送させた場合に生じる断面視の電界強度分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図４】同じく、平面視の電界強度分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図５】従来のプラズマ発生装置の一例を示す概略図である。
【図６】従来の他のプラズマ発生装置における高周波アンテナの一例を示す概略図である。
【図７】従来のＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図８】従来のループアンテナを備えるプラズマ発生装置の概略図である。
【図９】従来のプラズマ発生装置におけるループアンテナに高周波電力を供給した場合に生じる電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態のプラズマ発生装置を図１〜図３に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態のプラズマ発生装置１は、プラズマ発生室２と、該プラズマ発生室２内に配置された対の線状アンテナ３ａ、３ｂとを有している。
線状アンテナ３ａ、３ｂは、長尺な細棒状（例えば断面径５ｍｍ〜２５ｍｍ）の導電体からなり、上下に一定間隔をおいてプラズマ発生室２の横断面に亘って折り返されながらプラズマ発生室２内の空間上部側に配設されている。線状アンテナ３ａ、３ｂの配置は、できるだけプラズマ発生室２内の全体に亘るのが望ましい。
この実施形態では、線状アンテナ３ａ、３ｂの径は一定とされ、かつ両者間の間隔が一定（例えば間隔１５ｍｍ〜７５ｍｍ）とされており、径と間隔の比は一定になっている。なお、本発明としては、線状アンテナ３ａ、３ｂの径と、両者間の間隔の比を一定に保つことにより、線状アンテナ３ａ、３ｂの径と両者間の間隔が線状アンテナ３ａ、３ｂの長手方向で変化する場合にも良好な一様なプラズマ発生が得られる。また、線状アンテナ３ａ、３ｂは、上下の他、左右または斜め方向に間隔を有するように配置するものであってもよく、また、両者の位置関係が長手方向で変化するものであってもよい。
【００２８】
また、対の線状アンテナ３ａ、３ｂは、それぞれ板状にして板面を互いに面するように配置するものであってもよい。
対の線状アンテナ３ａ、３ｂは、絶縁体支持材などによりプラズマ発生室２内に支持固定することができる。
【００２９】
プラズマ発生室２は、内部を気密にして内部雰囲気を調整可能なものであり、例えば内部を真空雰囲気としたり、所定のガス雰囲気としたりすることができる。プラズマ発生室２には、プラズマ発生室２を減圧可能な排気系（不図示）や、プラズマ化するガスなどをプラズマ発生室２内に供給する給気系（不図示）を接続することができる。  
【００３０】
プラズマ発生室２は側壁が接地されており、一の側壁４の上部一端側に真空用導入端子６が設けられており、側壁４に対向する他の一の側壁５の上部他端側には真空用導入端子７が設けられている。真空用導入端子６、７には、プラズマ発生室２とは絶縁されたそれぞれ二つの独立した端子を有している。プラズマ発生室２内に配置された対の線状アンテナ３ａ、３ｂは、電力供給を受ける側の端部が真空用導入端子６の二つの端子の室内側にそれぞれ接続され、対の線状アンテナ３ａ、３ｂの終端側は真空用導入端子７の二つの端子の室内側にそれぞれ接続されている。
【００３１】
真空用導入端子６の二つの端子の室外側には、非接地式配線１０ａ、１０ｂの一端が接続され、真空用導入端子７の二つの端子の室外側には、終端側配線２０ａ、２０ｂの一端が接続されている。
非接地式配線１０ａ、１０ｂの他端には高周波電源部１１が接続されており、高周波電源部１１から真空用導入端子６に至る非接地式配線１０ａ、１０ｂには、供給側方向性結合器１２および供給側可変インピーダンス整合器１３がこの順で介設されている。
【００３２】
高周波電源部１１は、高周波電源１１ａを有し、抵抗素子１１ｂは、高周波電源部１１の出力インピーダンスを等価的に示すものである。高周波電源１１ａには、例えば、出力２００〜１００００Ｗ、出力周波数５〜１００ＭＨｚのものが使用される。
【００３３】
供給側方向性結合器１２は、非接地式配線１０ａに接続されており、非接地式配線１０ａ上の進行波電力に関する情報信号を取り出す端子Ｆ１と、反射波電力に関する情報信号を取り出す端子Ｒ１とを有している。
【００３４】
供給側可変インピーダンス整合器１３は、高周波電源部１１側のインピーダンスとプラズマ発生室２側のインピーダンスとをプラズマ放電時に動的に整合させるものであり、インダクタ１３ａ、１３ｂと、可変容量コンデンサ１３ｃ、１３ｄとを有している。インダクタ１３ａは非接地式配線１０ａに介設するように非接地式配線１０ａに接続され、インダクタ１３ｂは非接地式配線１０ｂに介設するように非接地式配線１０ｂに接続されている。可変容量コンデンサ１３ｃは、インダクタ１３ａ、１３ｂの電源側で非接地式配線１０ａ、非接地式配線１０ｂ間に接続されており、可変容量コンデンサ１３ｄは、インダクタ１３ａ、１３ｂのプラズマ発生室２側で非接地式配線１０ａ、非接地式配線１０ｂ間に接続されている。
【００３５】
また、終端側配線２０ａ、２０ｂの他端側には、終端半固定抵抗素子２３が接続されており、真空用導入端子７から終端半固定抵抗素子２３に至る終端側配線２０ａ、２０ｂには、終端側方向性結合器２１および終端側可変インピーダンス整合器２２がこの順で介設されている。半固定抵抗素子は抵抗値が、例えば５０Ω、１００Ω、１５０Ω、２００Ωのようにステップ状に設定できるものである。
【００３６】
終端側半固定抵抗素子２３は、線状アンテナ３ａ、３ｂの終端結合をするものであり、プラズマ発生室２側のプラズマ放電時のインピーダンスに出来るだけ近い値を選ぶ。プラズマ放電時のインピーダンスはプラズマ発生条件（ガス種、ガス温度、圧力、電界の大きさ）によって異なるため、抵抗を半固定的に設定にすることでインピーダンス調整が容易になっている。
【００３７】
終端側方向性結合器２１は、終端側配線２０ａに接続されており、終端側配線２０ａ上の進行波電力に関する情報信号を取り出す端子Ｆ２と、反射波電力に関する情報信号を取り出す端子Ｒ２とを有している。
【００３８】
終端側可変インピーダンス整合器２２は、プラズマ発生室２側のインピーダンスと終端結合側のインピーダンスとをプラズマ放電時に動的に整合させるものであり、インダクタ２２ａ、インダクタ２２ｂと、可変容量コンデンサ２２ｃ、２２ｄとを有している。インダクタ２２ａは終端側配線２０ａに介設するように終端側配線２０ａに接続され、インダクタ２２ｂは終端側配線２０ｂに介設するように終端側配線２０ｂに接続されている。可変容量コンデンサ２２ｃは、インダクタ２２ａ、インダクタ２２ｂのプラズマ発生室２側で終端側配線２０ａ、終端側配線２０ｂ間に接続されており、可変容量コンデンサ２２ｄは、インダクタ２２ａ、インダクタ２２ｂの終端結合側で終端側配線２０ａ、終端側配線２０ｂ間に接続されている。
【００３９】
供給側方向性結合器１２および終端側方向性結合器２１から取り出された進行波電力と反射波電力に関する情報信号が制御部３０に入力される。すなわち、供給側方向性結合器１２の端子Ｆ１、Ｒ１の出力信号、および終端側方向性結合器２１の端子Ｆ２、Ｒ２の出力信号が制御部３０に送信される。
制御部３０は、供給側可変インピーダンス整合器１３および終端側可変インピーダンス整合器２２のインピーダンス整合を調整するものである。具体的には、供給側可変インピーダンス整合器１３では、可変容量コンデンサ１３ａ、１３ｂの容量調整によってインピーダンス整合を調整する。終端側可変インピーダンス整合器２２では、可変容量コンデンサ１３ａ、１３ｂの容量調整によってインピーダンス整合を調整する。
【００４０】
次に、上記図１および図２に示すプラズマ発生装置の動作について説明する。
まず、排気系によりプラズマ発生室２内を排気して減圧し、プラズマ発生室２内を所定の真空度の真空状態とする。排気系では、以後、プラズマ発生室２内が所定の真空度に維持されるように排気を継続する。その後、プラズマ発生室２内には、プラズマ化する気体を給気系から供給する。
【００４１】
プラズマ発生室２内にプラズマ用の気体を導入しつつ、高周波電源部１１により、非接地式配線１０ａ、１０ｂを通して対の線状アンテナ３ａ、３ｂに高周波電力を供給する。プラズマ発生室２内では、高周波電力が供給された対の線状アンテナ３ａ、３ｂ間で放電が生じ室内の気体がプラズマ化される。
【００４２】
その際に供給側方向性結合器１２では、進行波電力に関する情報信号が端子Ｆ１から取り出され、反射波電力に関する情報信号が端子Ｒ１から取り出されて制御部３０に送信される。
【００４３】
また、終端側方向性結合器２１では、進行波電力に関する情報信号が端子Ｆ２から取り出され、反射波電力に関する情報信号が端子Ｒ２から取り出されて制御部３０に送信される。
【００４４】
制御部３０は、供給側方向性結合器１２による出力信号を受け、該出力信号に基づき、供給側方向性結合器１２における反射波電力が最小となり、供給側方向性結合器１２における進行波電力が所定の設定値を超えないように、供給側可変インピーダンス整合器１３の可変容量コンデンサ１３ｃ、１３ｄの容量値を制御する。なお、前記所定の設定値としては、プラズマ発生室２内の対の線状アンテナ３ａ、３ｂ間に所要の電界を発生させ、気体をプラズマ化するために必要となる全高周波電力を、予め決定して設定しておくことができる。
【００４５】
また、制御部３０は、終端側方向性結合器２１による出力信号を受け、該出力信号に基づき、終端側方向性結合器２１における反射波電力が最小となり、終端側方向性結合器２１における進行波電力が所定の設定値を超えないように、終端側可変インピーダンス整合器２２の可変容量コンデンサ２２ｃ、２２ｄの容量値を制御してインピーダンス整合の調整を行う。なお、前記所定の設定値としては、プラズマ発生室２内の対の線状アンテナ３ａ、３ｂ間に所要の電界を発生させ、気体をプラズマ化するために必要となる全高周波電力から、プラズマ発生室２内においてプラズマが発生し消費される高周波電力を差し引いた高周波電力（進行波電力に等しい）を、予め決定して設定しておくことができる。
【００４６】
対の線状アンテナ３ａ、３ｂ間の高周波放電によりプラズマが発生する間、制御部３０により、供給側可変インピーダンス整合器１３および終端側可変インピーダンス整合器２２によるインピーダンスの整合が調整される。具体的には、高周波電源部１１による電力供給側のインピーダンスと対の線状アンテナ３ａ、３ｂ側のインピーダンスとの整合状態が維持され、また、対の線状アンテナ３ａ、３ｂ側のインピーダンスと、終端結合側のインピーダンスの整合状態が維持される。この結果、一定振幅の電圧進行波が対の線状アンテナ３ａ、３ｂを効率よく伝搬し、対の線状アンテナ３ａ、３ｂの周囲に発生する放射電界が長手方向で一様に分布し、発生するプラズマ密度も大面積に亘って一様となる。
プラズマ発生装置１によって薄膜を成膜する場合、例えばＧ８以上の基板のような大面積の基板が成膜対象であっても、該基板の全面に亘って均一な膜厚分布で薄膜を成膜することができる。また、プラズマを用いてエッチングなどの表面処理を施す場合、同じく大面積の基板が処理対象であっても、該基板の全面に亘って均一に表面処理を施すことができる。
【００４７】
次に、上記実施形態におけるプラズマ発生装置と従来のプラズマ発生装置とによるプラズマの発生状態を対比して説明する。
【００４８】
ここで用いる従来のプラズマ発生装置は、図８に示すようにループ式の複数のアンテナ４０１をプラズマ発生室４００上部の天板４０２に配置したものである。各アンテナ４０１は一方端が接地され、他方端にプラズマ発生室４００の外部から高周波電力がそれぞれ供給される。その場合に生じる電界強度分布のシミュレーション結果を図９に示す。
なお、シミュレーションの条件は、アンテナ４０１の３本分に合計６００Ｗの高周波電力を投入することと等価な電流を、アンテナ４０１の３本に並列に流すことにより生じる３次元電磁界分布を解析するパラメータとする。
３本のアンテナ４０１に６００Ｗの高周波電力を供給した場合に生じる電界強度分布では、図９に示すように、アンテナ４０１の電力供給端と天板４０２との間に最も高い電界が発生し、該電界の大きさは最大１６，０００Ｖ／ｍに達している。しかし、プラズマ発生室４００内部側のアンテナ４０１近傍における電界は、最大４，０００Ｖ／ｍ程度であり、他方端に沿って電界強度が低下している。このように、図８に示す従来のプラズマ発生装置４００の場合、電界強度が各アンテナ４０１の部位によって顕著に不均一になっており、一様にはなっていない。
【００４９】
図３、４は、上記実施形態のプラズマ発生装置１における対の線状アンテナ３ａ、３ｂについて、高周波電力を供給した場合に生じる電界強度分布のシミュレーション結果を示している。なお、シミュレーション条件は、プラズマ発生室２内において対の線状アンテナに６００Ｗの高周波電力を投入することと等価な電圧・電流波を伝搬させたときに生じる３次元電磁界分布を解析するパラメータとする。
対の線状アンテナ３ａ、３ｂに６００Ｗの高周波電力を供給した場合に生じる電界強度分布では、図３に示すように、対の線状アンテナ間に強い電界が生じ、放射状に電界が分布している。
電界は、対の線状の長手方向間を中心として分布しており、中心位置で１３，５００Ｖ／ｍ程度となっており、この値は、プラズマ生成の多くの場合とって十分な値である。また、線状アンテナ３ａ、３ｂの長尺方向では、図４に示すように同様の電界強度分布を有しており、長尺方向で一様なプラズマ発生が得られている。
【００５０】
また、本実施形態では、線状アンテナの配置に制約がなく、プラズマ発生室２内の横断面に亘って折り返しつつ配置することによっても線状アンテナの長手方向における電界分布は一様であり、その配置にしたがって、プラズマ発生室２内におけるプラズマ密度の一様性をプラズマ発生室２内の横断面に亘って確保することができる。
【００５１】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲が上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１    プラズマ発生装置
２    プラズマ発生室
３ａ  線状アンテナ
３ｂ  線状アンテナ
１０ａ  非接地式配線
１０ｂ  非接地式配線
１１    高周波電源部
１１ａ  高周波電源
１１ｂ  電源出力インピーダンス等価抵抗
１２    供給側方向性結合器
１３    供給側可変インピーダンス整合器
１３ａ  インダクタ
１３ｂ  インダクタ
１３ｃ  可変容量コンデンサ
１３ｄ  可変容量コンデンサ
２０ａ  終端側配線
２０ｂ  終端側配線
２１    終端側方向性結合器
２２    終端側可変インピーダンス整合器
２２ａ  インダクタ
２２ｂ  インダクタ
２２ｃ  可変容量コンデンサ
２２ｄ  可変容量コンデンサ
２３    半固定抵抗素子
３０    制御部
【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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