(57)【要約】【課題】３つ以上の環状アンテナ部を同心状に設けた高周波アンテナを用いた場合であっても、環状アンテナ部の電流の独立制御性が高い誘導結合プラズマ用アンテナユニットを提供すること。【解決手段】アンテナユニット５０において、アンテナ１３は、高周波電力が供給されることにより処理室内に誘導電界を形成する同心状に設けられた少なくとも３つのアンテナ部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有し、各アンテナ部は、アンテナ線６１，６２，６３，６４等が渦巻き状に巻回されて構成され、アンテナ部１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち隣接するものどうしは、アンテナ線が互いに逆巻となるように巻回されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をプラズマ処理する誘導結合プラズマをプラズマ処理装置の処理室内に生成するための誘導電界を形成する平面型のアンテナを有する誘導結合プラズマ用アンテナユニットであって、
前記アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する同心状に設けられた少なくとも３つのアンテナ部を有し、
前記アンテナ部は、アンテナ線が渦巻き状に巻回されて構成され、
前記アンテナ部のうち隣接するものどうしは、アンテナ線が互いに逆巻となるように巻回されていることを特徴とする誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項２】
前記アンテナ部は、複数のアンテナ線が渦巻き状に巻回されてなる多重アンテナを構成し、前記複数のアンテナ線が、周方向に所定角度ずつずらすようにして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項３】
前記基板は矩形状をなし、前記アンテナ部は、矩形状の基板に対応する額縁状をなすことを特徴とする請求項２に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項４】
前記アンテナ部の少なくとも一つは、複数のアンテナ線を、同一平面内において、辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項５】
前記辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されたアンテナ部は、その外郭線および内郭線で囲まれた額縁領域が前記アンテナ部の対向する２辺を貫く中心線について線対称となるように各アンテナ線に屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項６】
前記アンテナ部の少なくとも一つは、基板の互いに異なる部分に対応する複数の領域を有し、これら複数の領域に独立して高周波電力が供給されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項７】
前記各アンテナ部に給電するための高周波電源に接続された整合器から前記各アンテナ線に至る給電経路を有する給電部を有し、前記各アンテナ部と各給電部を含む複数のアンテナ回路が形成され、前記アンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調整し、もって前記各アンテナ部の電流値を制御するインピーダンス制御手段とをさらに有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項８】
前記インピーダンス制御手段は、前記給電経路に設けられた可変コンデンサを有することを特徴とする請求項７に記載の誘導結合プラズマ用アンテナユニット。
【請求項９】
矩形基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
前記処理室内で矩形基板が載置される載置台と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に基板をプラズマ処理するための誘導結合プラズマを生成する誘導電界を形成する平面型のアンテナと、
前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段と
を具備し、
前記アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する同心状に設けられた少なくとも３つのアンテナ部を有し、
前記アンテナ部は、アンテナ線が渦巻き状に巻回されて構成され、
前記アンテナ部のうち隣接するものどうしは、アンテナ線が互いに逆巻となるように巻回されていることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記アンテナ部は、複数のアンテナ線が渦巻き状に巻回されてなる多重アンテナを構成し、前記複数のアンテナ線が、周方向に所定角度ずつずらすようにして配置されていることを特徴とする請求項９に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記基板は矩形状をなし、前記アンテナ部は、矩形状の基板に対応する額縁状をなすことを特徴とする請求項１０に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記アンテナ部の少なくとも一つは、複数のアンテナ線を、同一平面内において、辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されたアンテナ部は、その外郭線および内郭線で囲まれた額縁領域が前記アンテナ部の対向する２辺を貫く中心線について線対称となるように各アンテナ線に屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記アンテナ部の少なくとも一つは、基板の互いに異なる部分に対応する複数の領域を有し、これら複数の領域に独立して高周波電力が供給されることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記高周波電力供給手段は、各アンテナ部に給電するための高周波電源と、前記高周波電源に接続されインピーダンス整合を行う整合器と、前記整合器から前記各アンテナ線に至る給電経路を有する給電部と、前記各アンテナ部と各給電部を含む複数のアンテナ回路と、前記アンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調整し、もって前記各アンテナ部の電流値を制御するインピーダンス制御手段とを有することを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス制御手段は、前記給電経路に設けられた可変コンデンサを有することを特徴とする請求項１５に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の被処理基板に誘導結合プラズマ処理を施す際に用いられる誘導結合プラズマ用アンテナユニットおよびそれを用いた誘導結合プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造工程においては、ガラス製の基板にプラズマエッチングや成膜処理等のプラズマ処理を行う工程が存在し、このようなプラズマ処理を行うためにプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては従来、容量結合プラズマ処理装置が多用されていたが、近時、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。
【０００３】
誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理容器の天壁を構成する誘電体窓の上側に高周波アンテナを配置し、処理容器内に処理ガスを供給するとともにこの高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、処理容器内に誘導結合プラズマを生じさせ、この誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施すものである。高周波アンテナとしては、平面状の所定パターンをなす平面環状アンテナが多用されている。
【０００４】
平面環状アンテナを用いた誘導結合プラズマ処理装置では、処理容器内の平面アンテナ直下の空間にプラズマが生成されるが、その際に、アンテナ直下の各位置での電界強度に応じて高プラズマ密度領域と低プラズマ密度領域の分布を持つことから、平面環状アンテナのパターン形状がプラズマ密度分布を決める重要なファクターとなっており、平面環状アンテナの疎密を調整することにより、誘導電界を均一化し、均一なプラズマを生成している。
【０００５】
そのため、径方向に間隔をおいて内側部分と外側部分の２つの環状アンテナ部を有するアンテナユニットを設け、これらのインピーダンスを調整してこれら２つの環状アンテナ部の電流値を独立して制御し、それぞれの環状アンテナ部により発生するプラズマが拡散により形成する密度分布の重ね合わさり方を制御することにより、誘導結合プラズマの全体としての密度分布を制御する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、基板の一辺の長さが１ｍを超えて大型化した場合には、内側部分と外側部分の２つの環状アンテナ部だけでは、２つの環状アンテナの中間部分でプラズマの拡散効果が十分でないため密度分布制御が難しくなる。
【０００７】
そこで、３つ以上の環状アンテナ部を同心状に設け、これらの電流値を独立に制御することにより、基板のサイズが大型のものの場合であっても、均一なプラズマを形成することができる技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２００７−３１１１８２号公報
【特許文献２】特開平２００９−２７７８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、３つ以上の環状アンテナ部を同心状に設けた場合には、アンテナの周囲に磁場の重ね合わせが生じ、環状アンテナ部間で干渉しあって、各環状アンテナ部の誘導電界の独立制御性を損なってしまう。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、３つ以上の環状アンテナ部を同心状に設けた高周波アンテナを用いた場合であっても、環状アンテナ部の誘導電界の独立制御性が高い誘導結合プラズマ用アンテナユニットおよびそれを用いた誘導結合プラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板をプラズマ処理する誘導結合プラズマをプラズマ処理装置の処理室内に生成するための誘導電界を形成する平面型のアンテナを有する誘導結合プラズマ用アンテナユニットであって、前記アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する同心状に設けられた少なくとも３つのアンテナ部を有し、前記アンテナ部は、アンテナ線が渦巻き状に巻回されて構成され、前記アンテナ部のうち隣接するものどうしは、アンテナ線が互いに逆巻となるように巻回されていることを特徴とする誘導結合プラズマ用アンテナユニットを提供する。
【００１２】
また、本発明の第２の観点は、矩形基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で矩形基板が載置される載置台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記処理室の外部に誘電体部材を介して配置され、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に基板をプラズマ処理するための誘導結合プラズマを生成する誘導電界を形成する平面型のアンテナと、前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給手段とを具備し、前記アンテナは、高周波電力が供給されることにより前記処理室内に誘導電界を形成する同心状に設けられた少なくとも３つのアンテナ部を有し、前記アンテナ部は、アンテナ線が渦巻き状に巻回されて構成され、前記アンテナ部のうち隣接するものどうしは、アンテナ線が互いに逆巻となるように巻回されていることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
上記いずれの実施形態でも、前記アンテナ部は、複数のアンテナ線が渦巻き状に巻回されてなる多重アンテナを構成し、前記複数のアンテナ線が、周方向に所定角度ずつずらすようにして配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、前記基板は矩形状をなし、前記アンテナ部は、矩形状の基板に対応する額縁状をなすような適用に好適である。この場合に、前記アンテナ部の少なくとも一つは、複数のアンテナ線を、同一平面内において、辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成することができる。また、前記辺の中央部の巻数よりも角部の巻数が多くなるように巻回して全体が渦巻状になるように構成されたアンテナ部は、その外郭線および内郭線で囲まれた額縁領域が前記アンテナ部の対向する２辺を貫く中心線について線対称となるように各アンテナ線に屈曲部が形成されていることが好ましい。
【００１５】
前記アンテナ部の少なくとも一つは、基板の互いに異なる部分に対応する複数の領域を有し、これら複数の領域に独立して高周波電力が供給されるようにすることもできる。
【００１６】
前記各アンテナ部に給電するための高周波電源に接続された整合器から前記各アンテナ線に至る給電経路を有する給電部を有し、前記各アンテナ部と各給電部を含む複数のアンテナ回路が形成され、前記アンテナ回路のうち少なくとも一つのインピーダンスを調整し、もって前記各アンテナ部の電流値を制御するインピーダンス制御手段とをさらに有することが好ましい。この場合に、前記インピーダンス制御手段として、前記給電経路に設けられた可変コンデンサを好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アンテナ部は、アンテナ線が渦巻き状に巻回されて構成され、アンテナ部のうち隣接するものどうしは、これらアンテナ部が互いに逆巻となるようにアンテナ線が巻回されているので、例えば３つのアンテナ部を有する場合では、中間のアンテナ部が外側アンテナ部および内側アンテナ部とは逆巻となるため、中間アンテナ部に逆向きの誘導電界が生じ、これにより、外側アンテナ部、内側アンテナ部、中間アンテナ部により形成される誘導電界を分離してこれらの干渉を排除し、これらの独立制御性を高めることができる。このため、各種プロセスに応じてプラズマ密度分布を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる誘導結合プラズマ用アンテナユニットの一例を示す平面図である。
【図３】図２の高周波アンテナの外郭線、内郭線およびそれらに囲まれた額縁領域、アンテナ線の屈曲部を説明するための平面図である。
【図４】図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの給電回路を示す図である。
【図５】従来の三環状アンテナに電流を流したときの磁場と誘導磁界とプラズマの状態（ａ）と、本実施形態のアンテナに電流を流したときの磁場と誘導磁界とプラズマの状態（ｂ）とを比較して説明するための模式図である。
【図６】高周波アンテナの他の実施形態を示す平面図である。
【図７】図６の高周波アンテナのアンテナ部に用いられる第１部分を示す平面図である。
【図８】図６の高周波アンテナのアンテナ部に用いられる第２部分を示す平面図である。
【図９】アンテナ部のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を示す断面図、図２はこの誘導結合プラズマ処理装置に用いられるアンテナユニットを示す平面図である。この装置は、例えばＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスターを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理に用いられる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
【００２０】
このプラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより接地されている。本体容器１は、誘電体壁２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。したがって、誘電体壁２は処理室４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックス、石英等で構成されている。
【００２１】
誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する構造となっている。なお、上記誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。
【００２２】
このシャワー筐体１１は導電性材料、望ましくは金属、例えば汚染物が発生しないようにその内面または外面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。このシャワー筐体１１には水平に伸びるガス流路１２が形成されており、このガス流路１２には、下方に向かって延びる複数のガス吐出孔１２ａが連通している。一方、誘電体壁２の上面中央には、このガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、本体容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、その下面のガス吐出孔１２ａから処理室４内へ吐出される。
【００２３】
本体容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、この支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。
【００２４】
アンテナ室３内には、高周波（ＲＦ）アンテナ１３を含むアンテナユニット５０が配設されている。高周波アンテナ１３は整合器１４を介して高周波電源１５に接続されている。また、高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により誘電体壁２から離間している。そして、高周波アンテナ１３に、高周波電源１５から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることにより、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワー筐体１１から供給された処理ガスがプラズマ化される。なお、アンテナユニット５０については後述する。
【００２５】
処理室４内の下方には、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、矩形状のＦＰＤ用ガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇを載置するための載置台２３が設けられている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。
【００２６】
載置台２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、中空の支柱２５に支持される。支柱２５は本体容器１の底部を気密状態を維持しつつ貫通し、本体容器１外に配設された昇降機構（図示せず）に支持され、基板Ｇの搬入出時に昇降機構により載置台２３が上下方向に駆動される。なお、載置台２３を収納する絶縁体枠２４と本体容器１の底部との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されており、これにより、載置台２３の上下動によっても処理容器４内の気密性が保証される。また処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。
【００２７】
載置台２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が６ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。
【００２８】
さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、セラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して本体容器１外に導出される。
【００２９】
処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。
【００３０】
載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避することができるようになっている。
【００３１】
このプラズマ処理装置の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータによるプラズマ処理装置を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。
【００３２】
次に、上記アンテナユニット５０について詳細に説明する。
アンテナユニット５０は、上述したように高周波アンテナ１３を有しており、さらに、整合器１４を経た高周波電力を高周波アンテナ１３に給電する給電部５１を有する。
【００３３】
図２に示すように、高周波アンテナ１３は、外側部分に配置された環状アンテナ部である外側アンテナ部１３ａと、内側部分に配置された環状アンテナである内側アンテナ部１３ｂと、これらの中間部分に配置された環状アンテナ部である中間アンテナ部１３ｃとが同心的に間隔をおいて配置されて構成された三環状アンテナである。外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、中間アンテナ部１３ｃは、いずれも輪郭が矩形状をなす平面型のものであり、基板に対向して配置されるアンテナ線の配置領域が額縁状をなしている。
【００３４】
これら外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、および中間アンテナ部１３ｃは、４本のアンテナ線を巻回して全体が渦巻状になるようにした多重（四重）アンテナを構成しており、アンテナ線の巻方向が外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂが同じであり、中間アンテナ部１３ｃはこれらと逆となっている。つまり、アンテナ線の巻方向が隣接するアンテナ部間で逆向きになるように構成されている。
【００３５】
外側アンテナ部１３ａは、４本のアンテナ線６１，６２，６３，６４を有し、これらアンテナ線６１，６２，６３，６４は９０°ずつ位置をずらして巻回され、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなし、プラズマが弱くなる傾向にある角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くなるようにしている。図示の例では角部の巻数が３、辺の中央部の巻数が２となっている。また、図３に示すように、外側アンテナ部１３ａの外郭線６５および内郭線６６で囲まれた、斜線で示すアンテナ線の配置領域である額縁領域６７を矩形状の基板Ｇに正対させるために、外側アンテナ１３ａの対向する２辺を貫く中心線について線対称（鏡面対称）となるように、各アンテナ線にクランク部（屈曲部）６８が形成されている。プラズマはアンテナ線の配置領域に対応して発生するため、上記のように額縁領域６７を基板Ｇに正対させることにより外側アンテナ部１３ａにより発生させられるプラズマも基板Ｇに正対させることができる。
【００３６】
内側アンテナ部１３ｂは、４本のアンテナ線７１，７２，７３，７４を有し、これらアンテナ線７１，７２，７３，７４は９０°ずつ位置をずらして、外側アンテナ部１３ａのアンテナ線と同方向に巻回され、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなし、プラズマが弱くなる傾向にある角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くなるようにしている。図示の例では角部の巻数が３、辺の中央部の巻数が２となっている。また、図３に示すように、内側アンテナ部１３ｂの外郭線７５および内郭線７６で囲まれる斜線で示す額縁領域７７を矩形状の基板Ｇに正対させるために、対向する２辺を貫く中心線について線対称（鏡面対称）となるように、各アンテナ線にクランク部（屈曲部）７８が形成されている。これにより内側アンテナ部１３ｂにより発生させられるプラズマも基板Ｇに正対させることができる。
【００３７】
中間アンテナ部１３ｃは、４本のアンテナ線８１，８２，８３，８４を有し、これらアンテナ線８１，８２，８３，８４は９０°ずつ位置をずらして外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂのアンテナ線とは逆方向に巻回され、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなし、プラズマが弱くなる傾向にある角部の巻数を辺の中央部の巻数よりも多くなるようにしている。図示の例では角部の巻数が２、辺の中央部の巻数が１となっている。また、図３に示すように、中間アンテナ部１３ｃの外郭線８５および内郭線８６で囲まれる斜線で示す額縁領域８７を矩形状の基板Ｇに正対させるために、対向する２辺を貫く中心線について線対称（鏡面対称）となるように、各アンテナ線にクランク部（屈曲部）８８が形成されている。これにより中間アンテナ部１３ｃにより発生させられるプラズマも基板Ｇに正対させることができる。
【００３８】
アンテナ室３には、外側アンテナ部１３ａに給電する４本の第１給電部材１６ａ、内側アンテナ部１３ｂに給電する４本の第２給電部材１６ｂ、および中間アンテナ部１３ｃに給電する４本の第３給電部材１６ｃ（図１ではいずれも１本のみ図示）が設けられており、各第１給電部材１６ａの下端は外側アンテナ部１３ａの端子２２ａに接続され、各第２給電部材１６ｂの下端は内側アンテナ部１３ｂの端子２２ｂに接続され、各第３給電部材１６ｃの下端は中間アンテナ部１３ｃの端子２２ｃに接続されている。これら第１給電部材１６ａ、第２給電部材１６ｂ、および第３給電部材１６ｃは、整合器１４を介して高周波電源１５に並列に接続されている。高周波電源１５および整合器１４は給電線１９に接続されており、給電線１９は整合器１４の下流側で給電線１９ａ、１９ｂおよび１９ｃに分岐し、給電線１９ａが４本の第１給電部材１６ａに接続され、給電線１９ｂが４本の第２給電部材１６ｂに接続され、給電線１９ｃが４本の第３給電部材１６ｃに接続されている。
【００３９】
給電線１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、給電部材１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、端子２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、アンテナユニット５０の給電部５１を構成している。
【００４０】
給電線１９ａには可変コンデンサ２１ａが介装され、給電線１９ｃには可変コンデンサ２１ｃが介装され、給電線１９ｂには可変コンデンサが介装されていない。そして、可変コンデンサ２１ａと外側アンテナ部１３ａによって外側アンテナ回路が構成され、可変コンデンサ２１ｃと中間アンテナ部１３ｃによって中間アンテナ回路が構成される。一方、内側アンテナ回路は内側アンテナ部１３ｂのみで構成される。
【００４１】
後述するように、可変コンデンサ２１ａの容量を調節することにより、外側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、可変コンデンサ２１ｃの容量を調節することにより、中間アンテナ回路のインピーダンスが制御され、これらの制御により、外側アンテナ回路、内側アンテナ回路、および中間アンテナ回路に流れる電流の大小関係を調整することができる。可変コンデンサ２１ａ、２１ｃは外側アンテナ回路および中間アンテナ回路の電流制御部として機能する。
【００４２】
高周波アンテナ１３のインピーダンス制御について図４を参照して説明する。図４は、高周波アンテナ１３の給電回路を示す図である。この図に示すように、高周波電源１５からの高周波電力は整合器１４を経て外側アンテナ回路９１ａ、内側アンテナ回路９１ｂ、および中間アンテナ回路９１ｃに供給される。ここで、外側アンテナ回路９１ａは、外側アンテナ部１３ａと可変コンデンサ２１ａで構成され、中間アンテナ回路９１ｃは中間アンテナ回路１３ｃと可変コンデンサ２１ｃで構成されているから、外側アンテナ回路９１ａのインピーダンスＺｏｕｔは可変コンデンサ２１ａのポジションを調節してその容量を変化させることにより変化させることができ、中間アンテナ回路９１ｃのインピーダンスＺｍｉｄｄｌｅは可変コンデンサ２１ｃのポジションを調節してその容量を変化させることにより変化させることができる。一方、内側アンテナ回路９１ｂは内側アンテナ部１３ｂのみからなり、そのインピーダンスＺｉｎは固定である。このとき、外側アンテナ回路９１ａの電流ＩｏｕｔはインピーダンスＺｏｕｔの変化に対応して変化させることができ、中間アンテナ回路９１ｃの電流ＩｍｉｄｄｌｅはインピーダンスＺｍｉｄｄｌｅの変化に対応して変化させることができる。そして、内側アンテナ回路９１ｂの電流ＩｉｎはＺｏｕｔとＺｍｉｄｄｌｅとＺｉｎの比率に応じて変化する。したがって、可変コンデンサ２１ａ，２１ｃの容量調節によってＺｏｕｔおよびＺｍｉｄｄｌｅを変化させることにより、外側アンテナ回路９１ａの電流Ｉｏｕｔと内側アンテナ回路９１ｂの電流Ｉｉｎと中間アンテナ回路９１ｃの電流Ｉｍｉｄｄｌｅを自在に変化させることができる。そして、このように外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流と中間アンテナ部１３ｃに流れる電流を制御することによってプラズマ密度分布を制御することができる。
【００４３】
次に、以上のように構成される誘導結合プラズマ処理装置を用いて基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。
【００４４】
まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で搬入出口２７ａから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理室４内に処理ガス供給系２０から供給される処理ガスをシャワー筐体１１のガス吐出孔１２ａから処理室４内に吐出させるとともに、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気することにより、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。
【００４５】
また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。
【００４６】
次いで、高周波電源１５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより誘電体壁２を介して処理室４内に均一な誘導電界を形成する。このようにして形成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理が行われる。
【００４７】
この場合に、高周波アンテナ１３は、上述のように、外側部分に配置された環状アンテナ部である外側アンテナ部１３ａと、内側部分に配置された環状アンテナ部である内側アンテナ部１３ｂと、これらの中間部分に配置された環状アンテナ部である中間アンテナ部１３ｃとが同心的に間隔をおいて配置されて構成された三環状アンテナであるので、ガラス基板Ｇのサイズが１辺１ｍを超える大型のものの場合であっても、各アンテナ部の間でのプラズマ密度の低下によるプラズマの不均一が生じ難くなる。
【００４８】
また、高周波アンテナ１３は、外側アンテナ部１３ａに可変コンデンサ２１ａを接続して、外側アンテナ回路９１ａのインピーダンス調整を可能にし、中間アンテナ部１３ｃに可変コンデンサ２１ｃを接続して、中間アンテナ回路９１ｃのインピーダンス調節を可能にしたので、外側アンテナ回路９１ａの電流Ｉｏｕｔと内側アンテナ回路９１ｂの電流Ｉｉｎと中間アンテナ回路９１ｃの電流Ｉｍｉｄｄｌｅを自在に変化させることができる。すなわち、可変コンデンサ２１ａ、２１ｃのポジションを調節することにより、外側アンテナ部１３ａに流れる電流と、内側アンテナ部１３ｂに流れる電流と、中間アンテナ部１３ｃに流れる電流とを制御することができる。誘導結合プラズマは、高周波アンテナ１３直下の空間でプラズマを生成させるが、その際の各位置でのプラズマ密度は、各位置での電界強度に対応するため、このように外側アンテナ部１３ａに流れる電流と内側アンテナ部１３ｂに流れる電流と中間アンテナ部１３ｃに流れる電流を制御して電界強度分布を制御することによりプラズマ密度分布を制御することが可能となる。
【００４９】
種々あるプロセスによっては、必ずしも均一な密度分布を有するプラズマがそのプロセスに最適であるとは限らない。それゆえ、プロセスに応じて最適なプラズマ密度分布を把握し、予めそのプラズマ密度分布が得られる可変コンデンサ２１ａ，２１ｃのポジションを記憶部１０２に設定しておくことにより、制御部１００によりプロセスごとに最適な可変コンデンサ２１ａ，２１ｃのポジションを選択してプラズマ処理を行えるようにすることができる。
【００５０】
ところで、従来、このような三環状アンテナにおいては、アンテナ線の巻方向を３つのアンテナ部とも同方向にしていた。このため、図５（ａ）に示すように、アンテナ線に流れる電流によって生じる磁場が各アンテナ部で同方向であり、これらの磁場の重ね合わせにより、３つのアンテナ部間で干渉が生じ、これらアンテナ部における誘導電界の独立制御性が悪いことが判明した。このため、プラズマ密度分布の制御性が悪くなってしまう。
【００５１】
これに対して本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、アンテナ線の巻方向が外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂが同じであり、中間アンテナ部１３ｃはこれらと逆となっている。つまり、アンテナ線の巻方向が隣接するアンテナ部どうしで逆向きになるように構成されている。このように中間アンテナ部１３ｃの巻方向を逆向きとすることにより、中間アンテナ部１３ｃに逆向きの誘導電界が生じ、これにより、外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、および中間アンテナ部１３ｃにより形成される誘導電界を分離してこれらの干渉を排除し、これらの独立制御性を高めることができる。このため、各種プロセスに応じてプラズマ密度分布を制御することができる。
【００５２】
なお、図５において、アンテナ線の×は電界が紙面に垂直に表から裏へ向かう方向であることを示し、●は電界が紙面に垂直に裏から表へ向かう方向であることを示している。
【００５３】
また、高周波アンテナ１３は、全体形状が基板Ｇに対応する矩形状をなしているので、矩形状の基板Ｇ全体に対してプラズマを供給することができる。さらに、各アンテナ部を略額縁状とし、かつプラズマが弱くなる傾向にある角部においてアンテナ線の巻き数を増やしたので、比較的高いプラズマ密度分布の均一性を得ることができる。ただし、各アンテナ部において角部のアンテナ線の巻数を多くすると、特許文献１、２に示すように、最外周と最内周においてアンテナ線が辺の中央部よりもそれぞれ外側および内側にはみ出た状態となるため、その外郭線および内郭線が斜めとなって、これらで囲まれたプラズマ生成領域は、矩形状の基板Ｇの中心に対して所定角度回転した傾いた状態となってしまい、基板Ｇに対するプラズマの均一性が不十分となるおそれがある。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、中間アンテナ部１３ｃのアンテナ線に、それぞれクランク部（屈曲部）６８、７８、８８を形成して、角部の巻数を増加させたことにともなう外側および内側へのはみ出しを解消し、各アンテナ部の額縁領域６７、７７、８７を矩形状の基板Ｇに正対させることができ、矩形状の基板Ｇに正対した状態のプラズマを生成することができ、より均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、３つのアンテナ部を設けた場合について示したが、これに限らず、アンテナ線の巻方向が隣接するアンテナ部間で逆向きになるようにすれば、基板の大きさに対応して４つ以上のアンテナ部を設けてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、各アンテナ部を４本のアンテナ線を９０°ずつずらして巻回して全体が渦巻状になるようにした四重アンテナとしたが、アンテナ線の数は４本に限るものではなく、任意の数の多重アンテナであってよく、また、ずらす角度も９０°に限るものではない。さらに、各アンテナ部において、額縁領域を矩形基板に正対させるためにクランク部（屈曲部）を形成したが、クランク部を形成せずに額縁領域を矩形基板に正対させた多重アンテナであってもよい。
【００５７】
さらに、上記実施形態では、各アンテナ部を環状に構成して一体的に高周波電力が供給されるようにしたが、アンテナ部をそれぞれ基板の互いに異なる部分に対応する複数の領域を有するものとし、これら複数の領域に独立して高周波電力が供給されるようにしてもよい。これにより、よりきめの細かいプラズマ分布制御を行うことができる。例えば、矩形基板に対応する矩形状平面を構成し、複数のアンテナ線を渦巻状に巻回してなる第１部分および第２部分を有し、第１部分は複数のアンテナ線が、矩形状平面の４つの角部を形成するとともに、矩形状平面とは異なる位置において４つの角部を結合するように設けられ、第２部分は複数のアンテナ線が、矩形状平面の４つの辺の中央部を形成するとともに、矩形状平面とは異なる位置において４つの辺の中央部を結合するように設けられて、第１部分と第２部分にそれぞれ独立して高周波電力が供給されるようにすることができる。
【００５８】
具体的な構成を図６〜８を参照して説明する。
例えば、外側アンテナ部１３ａが、図６に示すように、プラズマ生成に寄与する誘導電界を形成する誘電体壁２に面した部分が全体として矩形基板Ｇに対応する矩形状（額縁状）平面を構成し、かつ、複数のアンテナ線を渦巻状に巻回してなる第１部分１１３ａと第２部分１１３ｂとを有している。第１部分１１３ａのアンテナ線は、矩形状平面の４つの角部を形成し、矩形状平面とは異なる位置において、４つの角部を結合するように設けられている。また、第２部分１１３ｂのアンテナ線は、矩形状平面の４つの辺の中央部を形成するとともに、矩形状平面とは異なる位置において、これら４つの辺の中央部を結合するように設けられている。第１部分１１３ａへの給電は、４つの端子１２２ａおよび給電線１６９を介して行われ、第２部分１１３ｂへの給電は、４つの端子１２２ｂおよび給電線１７９を介して行われ、これら端子１２２ａ、１２２ｂにはそれぞれ独立して高周波電力が供給される。
【００５９】
図７に示すように、第１部分１１３ａは、４本のアンテナ線１６１，１６２，１６３，１６４を９０°ずつ位置をずらして巻回した四重アンテナを構成し、誘電体壁２に面した矩形状平面の４つの角部を形成する部分は平面部１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ、１６４ａとなっており、これら平面部１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ、１６４ａの間の部分は、矩形状平面とは異なる位置になるように上方のプラズマの生成に寄与しない位置に退避した状態の立体部１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂ、１６４ｂとなっている。図８に示すように、第２部分１１３ｂも、４本のアンテナ線１７１，１７２，１７３，１７４を９０°ずつ位置をずらして巻回した四重アンテナを構成し、誘電体壁２に面した上記矩形状平面の４つの辺の中央部を形成する部分は平面部１７１ａ、１７２ａ、１７３ａ、１７４ａとなっており、これら平面部１７１ａ、１７２ａ、１７３ａ、１７４ａの間の部分は、矩形状平面とは異なる位置になるように上方のプラズマの生成に寄与しない位置に退避した状態の立体部１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂ、１７４ｂとなっている。
【００６０】
このような構成により、上記実施形態と同様の４本のアンテナ線を一定の方向に巻回した比較的簡易な多重アンテナの構成をとりながら、角部と辺中央部との独立したプラズマ分布制御を実現することができる。また、このような構成においても、アンテナ線の巻方向を変えることにより逆向きの誘導電界を形成することができる。
【００６１】
さらにまた、上記実施形態では、各アンテナ部を複数のアンテナ線を巻回した多重アンテナで構成したが、図９に示すように１本のアンテナ線１８１を渦巻き状に巻回したものであってもよい。
【００６２】
さらにまた、各アンテナ部の形態は必ずしも同一でなくてもよい。例えば、外側アンテナ部のみ上記図６〜８で説明したような構成をとり、他は通常の多重アンテナであってもよく、クランク部を一部のアンテナ部に設けるようにしてもよく、また多重アンテナと１本のアンテナを巻回したものとを混在させてもよい。
【００６３】
さらにまた、上記実施形態では、一つの高周波電源から各アンテナ部に高周波電力を分配して供給したが、アンテナ部毎に高周波電源を設けてもよい。
【００６４】
さらにまた、上記実施形態では、各アンテナ部の電流を制御するために、外側アンテナ回路および中間アンテナ回路に可変コンデンサを設け、内側アンテナ回路は可変コンデンサを設けないインピーダンス調整回路を用いたが、外側アンテナ回路、内側アンテナ回路、中間アンテナ回路のいずれか２つに可変コンデンサを設ければ上記実施形態と同等の電流制御を行なうことができ、また、上記実施形態と同等の電流の制御性でなくても、必要とされる電流の制御性に応じて可変コンデンサを設けるようにしてもよい。例えば、全てのアンテナ回路に可変コンデンサを設けるようにしてもよいし、また、いずれかのアンテナ回路のみに可変コンデンサを設けてもよい。さらに、インピーダンスを調整するために可変コンデンサを用いたが、可変コイル等の他のインピーダンス調整手段であってもよい。
【００６５】
さらにまた、上記実施形態では処理室の天井部を誘電体壁で構成し、アンテナが処理室の外である天井部の誘電体壁の上面に配置された構成について説明したが、アンテナとプラズマ生成領域との間を誘電体壁で隔絶することが可能であればアンテナが処理室内に配置される構造であってもよい。
【００６６】
さらにまた、上記実施形態では本発明をエッチング装置に適用した場合について示したが、ＣＶＤ成膜等の他のプラズマ処理装置に適用することができる。さらにまた、基板としてＦＰＤ用の矩形基板を用いた例を示したが、太陽電池等の他の矩形基板を処理する場合にも適用可能であるし、矩形に限らず例えば半導体ウエハ等の円形の基板にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１；本体容器
２；誘電体壁（誘電体部材）
３；アンテナ室
４；処理室
１３；高周波アンテナ
１３ａ；外側アンテナ部
１３ｂ；内側アンテナ部
１３ｃ；中間アンテナ部
１４；整合器
１５；高周波電源
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ；給電部材
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ；給電線
２０；処理ガス供給系
２１ａ，２１ｃ；可変ンサコンデンサ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ；端子
２３；載置台
３０；排気装置
５０；アンテナユニット
５１；給電部
６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，８１，８２，８３，８４；アンテナ線
６７，７７，８７；額縁領域
６８，７８，８８；クランク部（屈曲部）
９１ａ；外側アンテナ回路
９１ｂ；内側アンテナ回路
９１ｃ；中間アンテナ回路
１００；制御部
１０１；ユーザーインターフェース
１０２；記憶部
Ｇ；基板
【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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