JP2013258409A

JP2013258409A - 誘導結合プラズマ処理装置

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Publication number: JP2013258409A
Application number: JP2013146049A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Saito; 均齊藤; Akira Sato; 亮佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: JP5674871B2

Abstract

【課題】大型基板に対しても、均一なプラズマ分布を得ることができる誘導結合プラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】矩形状基板をプラズマ処理する処理室４の上方に同心状に、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂと中間アンテナ部１３ｃとを有する高周波アンテナ１３を設け、外側アンテナ部１３ａおよび中間アンテナ部１３ｃにプラズマ密度分布を制御する可変コンデンサ２１ａ，２１ｃを接続する。各アンテナ部は、該アンテナ部自体が略矩形状になるように渦巻き状の多重アンテナを構成し、かつその配置領域において均一な電界が形成されるように巻き方が設定され、各アンテナ部の配置領域間で電界の均一化が可能なように、内側のアンテナ部から外側のアンテナ部に向かって巻き数が少なくなるように各アンテナの巻き数が設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用の基板等の被処理体にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造工程においては、ガラス基板に所定の処理を施すために、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。このような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（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

誘導結合プラズマ処理装置は、被処理体を収容する処理容器の誘電体窓の外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体に所定のプラズマ処理を施すものである。誘導結合プラズマ処理装置の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アンテナが多用されている。

このような、平面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比例して高プラズマ密度領域と低プラズマ領域の分布を持つことから、平面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いる。

ところで、一台の誘導結合プラズマ処理装置が対応すべきアプリケーションは一つとは限らず、複数のアプリケーションに対応する必要がある。その場合には、それぞれのアプリケーションにおいて均一な処理を行うためにプラズマ密度分布を変化させる必要があり、そのために高密度領域および低密度領域の位置を異ならせるように異なる形状のアンテナを複数準備してアプリケーションに応じてアンテナを取り替えることが行われている。

しかしながら、複数のアプリケーションに対応して複数のアンテナを準備し、異なるアプリケーションごとに交換することは非常に多くの労力を要し、また、近時、ＬＣＤ用のガラス基板が大型化していることからアンテナ製造費用も高価なものとなっている。また、このように複数のアンテナを用意したとしても、与えられたアプリケーションにおいて必ずしも最適条件とは限らず、プロセス条件の調整により対応せざるを得ない。

これに対して、特許文献１には、渦巻き形アンテナを内側部分と外側部分の２つに分割して設け、少なくとも一方のアンテナ部分に可変コンデンサ等のインピーダンス調節手段を設け、これによるインピーダンス調節により、上記２つのアンテナ部分の電流値を制御し、処理室内に形成される誘導結合プラズマの密度分布を制御する技術が開示されている。

特開２００７−３１１１８２号公報

上記特許文献１の技術では、渦巻き形アンテナの内側部分と外側部分の直下にアンテナによって形成される電界に対応した強度のプラズマが形成されるがプラズマが水平方向に拡散することにより、プラズマ密度分布を均一に制御可能である。しかしながら、基板の１辺の長さが１ｍを超えて大型化した場合には、このような拡散効果が十分に発揮されず、アンテナパターン密、疎の分布が反映されやすくなることからプラズマ分布が悪化する傾向となる。また、このように基板が大型化するとアンテナ配置領域において電界強度分布に差が生じてしまい、それによってもプラズマ分布が不均一となってしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大型基板に対しても、均一なプラズマ分布を得ることができる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。

上記課題を解決するため、本発明は、矩形状の被処理体を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理体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誘導電界を形成する同心状に設けられた３以上のアンテナ部を有する高周波アンテナと、前記各アンテナ部を含む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節し、これにより前記アンテナ部の電流値を制御するインピーダンス調節手段とを具備し、前記各アンテナ部は、該アンテナ部自体が略矩形状になるように複数のアンテナ線が渦巻き状に配置されてなる多重アンテナを構成し、かつその配置領域において均一な電界が形成されるようにその巻き方が設定され、各アンテナ部の配置領域間で電界の均一化が可能なように、内側のアンテナ部から外側のアンテナ部に向かって巻き数が少なくなるように各アンテナの巻き数が設定され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。

本発明において、前記インピーダンス調節手段は、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節する構成とすることができる。この場合に、前記インピーダンス調節手段は、可変コンデンサを有するものとすることができる。また、アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定された最適な値になるように前記インピーダンス調節手段を制御する制御手段をさらに有する構成とすることもできる。

本発明によれば、矩形基板をプラズマ処理する処理室内に誘導電界を形成する高周波アンテナとして、同心状に設けられた３以上のアンテナ部を有するものを用いたので、基板のサイズが大型のものの場合であっても、基板サイズの大型化にともなう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い。また、各アンテナ部は、アンテナ部自体が略矩形状になるように複数のアンテナ線が渦巻き状に配置されてなる多重アンテナを構成し、かつその配置領域において均一な電界が形成されるようにその巻き方の形態が設定され、各アンテナ部の配置領域間で電界の均一化が可能なように、内側のアンテナ部から外側のアンテナ部に向かって巻き数が少なくなるように各アンテナの巻き数が設定されるので、電界強度の不均一にともなうプラズマの不均一を生じ難くすることができる。

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を示す平面図。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。高周波アンテナの他の例を示す平面図。図４の高周波アンテナの給電回路を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の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高周波アンテナ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。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、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。

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。

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。

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、その下面のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。

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。

アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設されている。この高周波アンテナ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。

図２は、高周波アンテナ１３を模式的に示す平面図である。この図に示すように、高周波アンテナ１３は、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂと、これらの中間部分においてアンテナ線を密に配置してなる中間アンテナ部１３ｃとが同心的に配置されて構成されている。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、複数のアンテナ線を渦巻状に形成した多重アンテナを構成している。

外側アンテナ部１３ａは４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなり、その中央部は空間となっている。また、各アンテナ線へは４つの端子２２ａを介して給電されるようになっている。また、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ａを介してアンテナ室３の側壁に接続されて接地されている。ただし、コンデンサ１８ａを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ａの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ａにコンデンサを挿入してもよい。

また、内側アンテナ部１３ｂは外側アンテナ部１３ａの中央部の空間に４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなっている。また、各アンテナ線へは中央の４つの端子２２ｂを介して給電されるようになっている。さらに、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ｂを介してアンテナ室３の上壁に接続されて接地されている（図１参照）。ただし、コンデンサ１８ｂを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ｂの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ｂにコンデンサを挿入してもよい。

さらに、内側アンテナ部１３ｂの最外側のアンテナ線と外側アンテナ部１３ａの最内側のアンテナ線との間には大きな空間が形成されおり、その空間内に上記中間アンテナ部１３ｃが設けられている。中間アンテナ部１３ｃは４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように配置してなり、その中央部は空間となっている。また、各アンテナ線へは４つの端子２２ｃを介して給電されるようになっている。また、各アンテナ線の外端部はアンテナ線の電圧分布を変化させるためにコンデンサ１８ｃを介してアンテナ室３の上壁に接続されて接地されている（図１参照）。ただし、コンデンサ１８ｃを介さず直接接地することも可能であり、さらには端子２２ｃの部分やアンテナ線の途中、例えば屈曲部１００ｃにコンデンサを挿入してもよい。

これら外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、中間アンテナ部１３ｃの間には各アンテナ部のアンテナ線同士の間隔よりも広い所定の間隙が形成されている。

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、これらの配置領域において電界強度が均一になるように、配置形態が設定されている。具体的には、これらが構成する矩形の各辺の中央部において、他の部分よりも巻き数が少なくなっている。また、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、これらの配置領域間で電界強度の均一化が可能なように巻き数が設定されている。具体的には、渦巻き状にアンテナ線を配置する場合、一般的に外側に行くに従ってアンテナ線の長さが長くなり電界強度が大きくなるため、内側のアンテナ部から外側のアンテナ部に向かって巻き数が少なくなるように、例えば、各辺の中央部において、内側アンテナ部１３ｂが４巻き、中間アンテナ部１３ｃが３巻き、外側アンテナ部１３ａが２巻きとなっている。

アンテナ室３の中央部付近には、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。

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。

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。

プラズマ処理中、高周波電源１５からは、誘導電界形成用の例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ１３へ供給され、このように高周波電力が供給された高周波アンテナ１３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。この際のプラズマの密度分布は、可変コンデンサ２１ａ、２１ｂによって、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のインピーダンスを制御することにより制御される。

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、ＬＣＤガラス基板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ＬＣＤガラス基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

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。

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３．２ＭＨｚ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。

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。

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。

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。

このプラズマ処理装置の各構成部は、コンピュータからなる制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、オペレータがプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等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５１が接続されている。さらに、制御部５０には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部５０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レシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピは記憶部５２中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体はハードディスク等の固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ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５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０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。

次に、高周波アンテナ１３のインピーダンス制御について説明する。図３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６１ａ、内側アンテナ回路６１ｂ、および中間アンテナ回路６１ｃに供給される。ここで、外側アンテナ回路６１ａ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６１ｃ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６１ａのインピーダンスＺ_ｏｕｔ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６１ｃのインピーダンスＺ_{ｍｉｄｄｌｅ}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６１ｂは内側アンテナ部１３ｂのみからなり、そのインピーダンスＺ_ｉｎは固定である。このとき、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔはインピーダンスＺ_ｏｕｔ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６１ｃの電流Ｉ_{ｍｉｄｄｌｅ}はインピーダンスＺ_{ｍｉｄｄｌｅ}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６１ｂの電流Ｉ_ｉｎはＺ_ｏｕｔとＺ_{ｍｉｄｄｌｅ}とＺ_ｉｎ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Ｚ_ｏｕｔおよびＺ_{ｍｉｄｄｌｅ}を変化させることにより、外側アンテナ回路６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎと中間アンテナ回路６１ｃの電流Ｉ_{ｍｉｄｄｌｅ}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。

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ＬＣＤガラス基板Ｇに対してプラズマアッシング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態でそこから搬送機構（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。

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。

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、このプラズマにより例えばプラズマアッシング処理が進行する。

この場合に、高周波アンテナ１３は、上述のように、外側部分においてアンテナ線を密に配置してなる外側アンテナ部１３ａと、内側部分においてアンテナ線を密に配置してなる内側アンテナ部１３ｂと、これらの間に密に配置してなる中間アンテナ部１３ｃとを有する構造であるので、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。すなわち、上記特許文献１に記載されているような外側アンテナ部と内側アンテナ部のみで高周波アンテナ１３を構成する場合、１辺１ｍを超えるガラス基板Ｇに対応するように、高周波アンテナ１３をそのまま拡大すると、プラズマ密度を保つ要請から誘電体壁２と載置台２３のギャップは変化させないため、外側アンテナ部と内側アンテナ部との間隔が広がった分、プラズマの拡散による均一化効果が低下し、アンテナパターンの密・疎の分布が反映されやすくなってプラズマ密度の分布が悪化するが、本実施形態のように、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂとの間に中間アンテナ部１３ｃを設けることにより、このようなことを回避することができる。

また、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、アンテナ線を均一に配置した場合には、これら配置領域において電界強度が不均一になり、また、各アンテナ部の配置領域間で電界強度が不均一になるが、本実施形態では、これらによる電界強度の不均一が極力生じないような配置形態を採用しているので、電界強度の不均一にともなうプラズマの不均一が生じ難い。

具体的には、矩形状の外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、中間アンテナ部１３ｃは、その各辺の中央部において電界強度が高くなる傾向があるが、その部分において他の部分よりも巻き数が少なくなっているので、各アンテナ部の配置領域において、電界強度を均一にすることができる。また、渦巻き状のアンテナを構成する場合には、外側に行くに従ってアンテナ線の長さが長くなり電界強度が大きくなるが、内側から外側に向かって巻き数が少なくなるように、より具体的には、各辺の中央部において、内側アンテナ部１３ｂが４巻き、中間アンテナ部１３ｃが３巻き、外側アンテナ部１３ａが２巻きとなるように、外側アンテナ部１３ａ、内側アンテナ部１３ｂ、中間アンテナ部１３ｃが配置されているので、各アンテナ部の配置領域間での電界強度の均一化が可能となる。

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６１ａのインピーダンス調整を可能にし、中間アンテナ部１３に可変コンデンサ２１ｃを接続して、中間アンテナ回路６１ｃ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６１ａの電流Ｉ_ｏｕｔと内側アンテナ回路６１ｂの電流Ｉ_ｉｎと中間アンテナ回路６１ｃの電流Ｉ_{ｍｉｄｄｌｅ}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比例するため、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。

この場合に、アプリケーションごとに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５２に設定しておくことにより、制御部５０によりアプリケーション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。

このようにして可変コンデンサ２１ａ，２１ｃによるインピーダンス制御によりプラズマ密度分布を制御することができるので、アンテナを交換する必要がなく、アンテナ交換の労力やアプリケーションごとにアンテナを準備しておくコストが不要となる。また、可変コンデンサ２１のポジション調節によりきめ細かな電流制御を行うことができ、アプリケーションに応じて最適なプラズマ密度分布が得られるように制御することが可能となる。

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。４つのアンテナ部を設ける場合には、例えば図４に示すように構成することができる。すなわち、図２の外側アンテナ部１３ａのさらに外側に、最外側アンテナ部１３ｄを設けた構成とすることができる。この例では、最外側アンテナ部１３ｄは、４つのアンテナ線を９０°ずつ位置をずらして全体が略矩形状になるように、かつ辺の中央部が１重となるように配置されている。そして最外側アンテナ部１３ｄの各アンテナ線へは４つの端子２２ｄを介して給電されるようになっており、それらの外端部はコンデンサ１８ｄを介して接地されている。ただし、コンデンサ１８ｄは必須ではない。この場合の高周波アンテナ１３の給電回路は、図５に示すように、図３の給電回路に最外側アンテナ部１３ｄと可変コンデンサ２１ｄで構成された最外側アンテナ回路６１ｄが付加されたものとなる。最外側アンテナ回路６１ｄのインピーダンスＺ_{ｏｕｔｅｒｍｏｓｔ}は可変コンデンサ２１ｄ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、最外側アンテナ回路６１ｄの電流Ｉ_{ｏｕｔｅｒｍｏｓｔ}はインピーダンスＺ_{ｏｕｔｅｒｍｏｓｔ}の変化に対応して変化させることができる。

また、上記実施形態では、内側アンテナ部１３ｂの辺の中央部において４巻き、中間アンテナ部１３ｃの辺の中央部において３巻き、外側アンテナ部１３ａの辺の中央部において２巻きになるようにした例を示したが、このような構成に限るものではない。

さらに、上記実施形態では、可変コンデンサを外側アンテナ部１３ａと中間アンテナ部１３ｃに接続した例を示したが、これに限らず、外側アンテナ部１３ａ、中間アンテナ部１３ｃ、内側アンテナ部１３ｂのいずれか２つに設ければ同様の機能を得ることができるし、調整したい領域が限られている場合には、いずれか１つに設けるようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態ではインピーダンスを調整するために可変コンデンサを設けたが、可変コイル等他のインピーダンス調整手段であってもよい。

さらにまた、本発明をアッシング装置に適用した場合について示したが、アッシング装置に限らず、エッチングや、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、被処理体としてＦＰＤ基板を用いたが、本発明はこれに限らず半導体ウエハ等他の基板を処理する場合にも適用可能である。

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
２０；処理ガス供給系
２１ａ，２１ｃ；可変ンサコンデンサ
２３；載置台
３０；排気装置
５０；制御部
５１；ユーザーインターフェース
５２；記憶部
６１ａ；外側アンテナ回路
６１ｂ；内側アンテナ回路
６１ｃ；中間アンテナ回路
Ｇ；基板

Claims

矩形状の被処理体を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
前記処理室内で被処理体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誘導電界を形成する同心状に設けられた３以上のアンテナ部を有する高周波アンテナと、
前記各アンテナ部を含む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節し、これにより前記アンテナ部の電流値を制御するインピーダンス調節手段と
を具備し、
前記各アンテナ部は、該アンテナ部自体が略矩形状になるように複数のアンテナ線が渦巻き状に配置されてなる多重アンテナを構成し、かつその配置領域において均一な電界が形成されるようにその巻き方が設定され、
各アンテナ部の配置領域間で電界の均一化が可能なように、内側のアンテナ部から外側のアンテナ部に向かって巻き数が少なくなるように各アンテナの巻き数が設定されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
前記インピーダンス調節手段は、前記各アンテナ部を含むアンテナ回路のうち少なくとも一つに接続され、その接続されたアンテナ回路のインピーダンスを調節す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処理装置。
前記インピーダンス調節手段は、可変コンデンサを有することを特徴とする請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
アプリケーションごとに最適なプラズマ密度分布が得られる前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定され、所定のアプリケーションが選択された際にそのアプリケーションに対応する前記インピーダンス調節手段の調節パラメータが予め設定された最適な値になるように前記インピーダンス調節手段を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。