JP2017174526A - プラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的な機構で高周波電極上の定在波の腹の位置を連続的に調整することができ、最適な電圧分布を簡便に得ることができるプラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】複数の給電点を有する電極、電極の主面に対面して配置される対向電極、電極に高周波電力を供給し電極と対向電極との間にプラズマを励起する高周波電源、高周波電源から電極の複数の給電点に接続されている複数の導線、導線を覆って配置される、接地された接地導体、および、少なくとも１つの導線と接地導体との間の少なくとも一部に配置される誘電体、を有し、誘電体が、導線と、導体に近接する接地導体と、の間の空間に占める誘電体の割合を変更可能に配置されている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、プラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法に関する。

電極対に高電圧を印加して処理ガスをプラズマ化し、プラズマを被処理部材に接触させて、エッチング処理、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）処理、表面処理等の各種のプラズマ処理を行うことが知られている。

このようなプラズマ処理を被処理部材に対して行う場合、処理を均一化するために、生成されるプラズマの強度を均一化する必要がある。しかしながら、特に、大面積の被処理部材に対してプラズマ処理を行うために幅広の電極対を用いてプラズマを生成する場合に、電極対の幅方向においてプラズマ強度の分布が不均一になってしまうという問題があった。電極上を伝搬する進行波に対して逆方向に進行する後退波も存在しており、それらの波が合成されることにより、場所によって振幅の大小がある定在波が発生するからである。

これに対して、幅広の電極対を用いる場合に、電極への給電点を増やして電極の各位置における電圧分布を平均化することが行われている。
さらに、特許文献１では、高周波電源に対して、各々共通のＲＦ電源に接続された複数個のＲＦ供給端子を設け、各ＲＦ供給端子におけるバイアス電圧を検出して各ＲＦ供給端子の電圧が等しくなるように設定する設定装置を設けることで、プラズマ強度の分布を均一化することが記載されており、設定装置が中心電位となるＲＦ供給端子以外の各ＲＦ供給端子と共通のＲＦ電源との間に挿入された可変容量からなることが記載されている。

また、特許文献２には、基板中央部の隣接する放電電極部分では給電点同士の位相差が同位相となるようにケーブルの電気的特性を調整し、基板端部近傍の放電電極部分ではケーブルの電気的特性を調整して給電点の位相差を変化させ、高周波電力の給電点における位相を調整することで、複数の給電点に給電される高周波電力間の位相差の発生を抑えてプラズマ強度の分布を均一にすることが記載されている。

特開昭５８−１４５１００号公報 特開２００７−６７４４１号公報

しかしながら、ＲＦ供給端子と共通のＲＦ電源との間に可変容量を挿入して各ＲＦ供給端子の電圧が等しくなるように設定する設定装置とする構成は、可変容量そのものでコストがかかる。また、可変容量を取り付けるスペース確保のために装置が大型化し、装置全体としてもコストが上がるという問題があった。
一方、ケーブルの電気的特性を調整して高周波電力の給電点における位相を調整する構成は、最適な給電構成とするためにプラズマを止めて装置を開けたあと、逐次ケーブルを取り替える必要があるので実用性が低いという問題があった。また、最適値を得られるまでに検討すべきケーブルの種類が多くなってしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、簡易的な機構で高周波電極の複数の給電点における波の位相を変化させることで定在波の腹の位置を調節できるので、電圧分布が最適になるような最適な給電状態を簡便に得ることができるプラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、複数の給電点を有する電極、電極の主面に対面して配置される対向電極、電極に高周波電力を供給し電極と対向電極との間にプラズマを励起する高周波電源、高周波電源から電極の複数の給電点に接続されている複数の導線、導線を覆って配置される、接地された接地導体、および、少なくとも１つの導線と接地導体との間の少なくとも一部に配置される誘電体、を有し、誘電体が、導線と、導体に近接する接地導体と、の間の空間に占める誘電体の割合を変更可能に配置されていることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、以下の構成により上記目的を達成することができることを見出した。

［１］ 複数の給電点を有する電極、
電極の主面に対面して配置される対向電極、
電極に高周波電力を供給し電極と対向電極との間にプラズマを励起する高周波電源、
高周波電源から電極の複数の給電点に接続されている複数の導線、
導線を覆って配置される、接地された接地導体、および、
少なくとも１つの導線と接地導体との間の少なくとも一部に配置される誘電体、を有し、
誘電体が、導線と、導線に近接する接地導体と、の間の空間に占める誘電体の割合を変更可能に配置されているプラズマ生成装置。
［２］ 接地導体がシールド部材である［１］に記載のプラズマ生成装置。
［３］ 誘電体が、導線および導線に近接する接地導体の配列方向と直交する方向に移動可能に配置されている［１］または［２］に記載のプラズマ生成装置。
［４］ 誘電体が、導線の幅方向に移動可能に配置されている［３］に記載のプラズマ生成装置。
［５］ 誘電体が、導線の長手方向に移動可能に配置されている［３］に記載のプラズマ生成装置。
［６］ 接地導体が、導線および導線に近接する接地導体の配列方向に移動可能に配置されている［１］または［２］に記載のプラズマ生成装置。
［７］ 複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、電極と電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起するプラズマ生成方法であって、
導線と少なくとも１つの導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、導線と導線に近接する接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、導線のキャパシタンスを変更するプラズマ生成方法。
［８］ 接地導体がシールド部材である［７］に記載のプラズマ生成方法。
［９］ 誘電体を、導線および導線に近接する接地導体の配列方向と直交する方向に移動することで、導線と接地導体との間の空間に占める誘電体の割合を変更する［７］または８に記載のプラズマ生成方法。
［１０］ 誘電体を、導線の幅方向に移動する［９］に記載のプラズマ生成方法。
［１１］ 誘電体を、導線の長手方向に移動する［９］に記載のプラズマ生成方法。
［１２］ 接地導体を、導線および導線に近接する接地導体の配列方向に移動することで、導線と接地導体との間の空間に占める誘電体の割合を変更する［７］または［８］に記載のプラズマ生成方法。
［１３］ 複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、電極と電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起して、電極と対向電極との間に配置された被処理部材にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
導線と少なくとも１つの導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、導線と導線に近接する接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、導線のキャパシタンスを変更するプラズマ処理方法。
［１４］ 接地導体がシールド部材である［１３］に記載のプラズマ処理方法。
［１５］ 誘電体を、導線および導線に近接する接地導体の配列方向と直交する方向に移動することで、導線と接地導体との間の空間に占める誘電体の割合を変更する［１３］または［１４］に記載のプラズマ処理方法。
［１６］ 誘電体を、導線の幅方向に移動する［１５］に記載のプラズマ処理方法。
［１７］ 誘電体を、導線の長手方向に移動する［１５］に記載のプラズマ処理方法。
［１８］ 接地導体を、導線および導線に近接する接地導体の配列方向に移動することで、導線と接地導体との間の空間に占める誘電体の割合を変更する［１３］または［１４］に記載のプラズマ処理方法。

本発明によれば、簡易的な機構で高周波電極内にて電極内の定在波の腹の位置を連続的に調整することができ、最適な電圧分布を簡便に得ることができるプラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法を提供することができる。

本発明のプラズマ生成装置の一例を模式的に示す正面図である。 図１Ａをｂ方向から見た側面図である。 図１ＡのＣ−Ｃ線断面図である。 図１Ａの電気配線図である。 本発明の作用を説明するための回路図である。 本発明のプラズマ生成装置の他の一例を模式的に示す正面図である。 本発明のプラズマ生成装置における誘電体の他の一例を示す概略断面図である。 本発明のプラズマ生成装置における誘電体の移動方法の他の一例を説明するための概略上面図である。 図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明のプラズマ生成装置における誘電体の移動方法の他の一例を説明するための概略断面図である。 本発明の作用を説明するための回路図である。

以下に、本発明に係るプラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法を添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、例えば、「４５°」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に記載がなければ、厳密な角度との差異が５度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、４度未満であることが好ましく、３度未満であることがより好ましい。
本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、または９０％以上である場合を含むものとする。

本発明のプラズマ生成装置は、
複数の給電点を有する電極、
電極の主面に対面して配置される対向電極、
電極に高周波電力を供給し電極と対向電極との間にプラズマを励起する高周波電源、
高周波電源から電極の複数の給電点に接続されている複数の導線、
導線を覆って配置される、接地された接地導体、および、
少なくとも１つの導線と接地導体との間の少なくとも一部に配置される誘電体、を有し、
誘電体が、導線と、導体に近接する接地導体と、の間の空間に占める誘電体の割合を変更可能に配置されているプラズマ生成装置である。

図１Ａに、本発明のプラズマ生成装置の一例を模式的に表す正面図を示し、図１Ｂに、図１Ａをｂ方向から見た側面図を示し、図１Ｃに、図１ＡのＣ−Ｃ線断面図を示す。また、図２には、図１Ａの電気配線図を示す。
図１Ａ〜図１Ｃに示すプラズマ生成装置１０は、電極１２と対向電極１４とからなる電極対に高周波電圧を印加して電極対間にプラズマＰを生成する装置であり、電極対間に被処理部材Ｚを配置して各種のプラズマ処理を行うことができる。プラズマ生成装置１０は、電極１２と、対向電極１４と、電極格納ケース１６と、接地導体１８と、内部導体２２と、誘電体２４と、高周波電源３０と、整合器３２と、分配器３４とを有する。

なお、本発明において、被処理部材Ｚには限定はなく、実施するプラズマ処理に応じて各種の部材が適宜利用可能である。
例えば、被処理部材Ｚに、プラズマＣＶＤ等の気相堆積法（真空成膜法）による成膜を行う場合には、被処理部材Ｚとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの樹脂フィルムが挙げられる。また、被処理部材Ｚは、樹脂フィルム等を基材として、平坦化層、保護層、密着層、反射層、反射防止層、バリア層等の各種の機能を発現するための層（膜）を成膜してなるフィルム状物であってもよい。

また、プラズマ生成装置１０は、長尺な被処理部材Ｚを、電極対間を通過する所定の搬送経路で長手方向に搬送しつつプラズマ処理を行う、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll 以下、「ＲｔｏＲ」ともいう)による処理を行うものであってもよいし、カットシート状の被処理部材Ｚを用いて、いわゆる枚葉式でプラズマ処理を行うものであってもよい。

また、例えば、プラズマ生成装置１０が、プラズマＣＶＤ等の真空成膜法による成膜を行う装置である場合には、少なくとも、電極１２および対向電極１４は、真空チャンバ内に配置されて、プラズマ処理を行う際に、電極対の間の空間を所定の真空度にしてプラズマ処理を行うものであってもよい。

電極１２は、プラズマ生成装置１０において、対向電極１４と共に電極対を構成するものである。電極１２は、プラズマＣＶＤ等のプラズマ生成装置に用いられる公知の電極である。例えば、電極１２として、いわゆる、シャワー電極が用いられる。シャワー電極は、中空の略直方体状であり、１つの最大面である放電面を対向電極１４に対面して配置され、対向電極１４との対向面である放電面には、多数の貫通穴が全面的に形成されるものである。
電極１２は、その放電面と、電極対を構成する対向電極１４との間で、プラズマＰを生成する。

ここで、図１Ａに示すように、電極１２には、放電面とは反対側の面に、複数の給電点ｑを有し、後述する高周波電源３０から供給される高周波電圧が、後述する内部導体２２を介して各給電点ｑに印加される。
図に示す例では、電極１２の幅方向の中央に接続される給電点ｑと、幅方向の両端部側に接続される２つの給電点ｑとの計３つの給電点ｑを有する。
なお、給電点ｑの数および配置位置には限定はなく、電極１２の幅方向に均一に電圧を印加するために、給電点ｑの数および配置位置を適宜設定すればよい。

対向電極１４は、電極１２と共に電極対を構成するものであり、プラズマＣＶＤ等のプラズマ生成装置に用いられる公知の対向電極である。

電極１２および対向電極１４の形成材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、チタン、ステンレス等の金属を用いることができる。また、電極１２の形成材料と対向電極１４の形成材料とは同じであっても異なっていてもよい。また、電極１２および対向電極１４の表面には、誘電体の層を形成していてもよい。

また、プラズマ生成装置１０は、ＲｔｏＲにより長尺な被処理部材Ｚを長手方向に搬送しつつプラズマ処理を行うものである場合には、対向電極１４は、中心軸周りに回転可能な円筒状の部材（ドラム）であってもよい。この場合には、円筒状の対向電極１４の周面の所定領域に、所定の経路で案内された被処理部材Ｚを掛け回して、所定位置に保持しつつ長手方向に搬送する。

なお、図示例においては、対向電極１４は、アースに接続されているが、これに限定はされず、必要に応じて、対向電極１４にバイアスを印加するためのバイアス電源を接続してもよい。あるいは、アースとバイアス電源とを切り替え可能に接続してもよい。
バイアス電源は、各種のプラズマ生成装置で利用されている、バイアスを印加するための高周波電源やパルス電源等の公知の電源が、全て利用可能である。
また、対向電極１４および電極１２の向かい合う面にはそれぞれ、放電の安定性を高めるために誘電体が取り付けられていてもよい。

電極格納ケース１６は、電極１２の放電面以外の面を囲うように配置された、一面が開放された箱型形状の部材である。電極格納ケース１６は、接地された導電性の材料からなり、電源に戻っていく電流路としての役目がある。また、電極１２からの異常放電を抑制するアース板として機能させることも可能である。
電極格納ケース１６の材料としては限定はなく、アルミニウム等の金属などの、従来のプラズマ生成装置で用いられる公知の材料を用いることができる。

また、電極格納ケース１６の電極１２と対面する面には、後述する内部導体２２を電極１２の各給電点ｑに接続される配線と電気的に接続するための高電圧用レセプタクル２０が配置されている。これにより、内部導体２２と電極格納ケース１６とは絶縁されている。

内部導体２２は、本発明における導線であり、後述する高周波電源３０から印加される高周波電力を電極１２に供給するための配線である。図示例においては、プラズマ生成装置１０は、高周波電源３０からの高周波電圧を分配する分配器３４と３つの給電点ｑそれぞれとを接続する３つの内部導体２２を有する。
図示例においては、内部導体２２の断面形状は扁平形状である。

接地導体１８は、３つの内部導体２２の周囲を囲って、内側の空間に内部導体２２を内包する箱型形状の部材である。図示例においては、一面が電極格納ケース１６と一体化している。接地導体１８は、電極格納ケース１６と同様に接地された導電性の材料からなり、シールド部材として機能する。

また、接地導体１８には、後述する誘電体２４を移動するための位置調整用ハンドル２６の案内となる長円形状の位置調整用孔２８が、所定の位置に形成されている。図１Ｃに示す例では、位置調整用孔２８は、その幅方向（長軸方向）を、対応する位置における内部導体２２の幅方向と平行にして形成されている。

誘電体２４は、内部導体２２と接地導体１８との間の少なくとも一部に、移動可能に配置されるものである。
図１Ａに示す例では、３つの内部導体２２それぞれに対応して、内部導体２２と接地導体１８との間の少なくとも一部に誘電体２４が配置されている。

また、図１Ｃに示すように、誘電体２４は板状の部材であり、接地導体１８側の面に位置調整用ハンドル２６が設けられている。この位置調整用ハンドル２６は、接地導体１８に形成された位置調整用孔２８に挿通されて先端部が接地導体１８の外側に突出している。また、位置調整用ハンドル２６の軸部の直径は、位置調整用孔２８の径（短軸の長さ）と略同じである。この位置調整用ハンドル２６を操作することで、位置調整用ハンドル２６および誘電体２４を位置調整用孔２８の形状に沿って移動することができる。
図示例においては、位置調整用孔２８が、その幅方向（長軸方向）を対応する位置における内部導体２２の幅方向と平行にして形成されているので、位置調整用ハンドル２６を操作することで、誘電体２４は、内部導体２２と接地導体１８との間で、内部導体２２および接地導体１８の配列方向と直交する方向あって、内部導体２２の幅方向に移動される。
従って、図１Ａにおいては、中央に配置される内部導体２２に対応して配置される誘電体２４は図中左右方向に移動可能であり、左右に配置される内部導体２２の図中左右方向に延在する領域に対応して配置される誘電体２４は図中上下方向に移動可能である。

なお、位置調整用ハンドル２６は、操作者が手動で操作可能な構成であってもよいし、電動モータ等の駆動源により操作されるものであってもよい。

本発明のプラズマ生成装置１０は、誘電体２４を内部導体２２の幅方向に移動することで、内部導体２２と接地導体１８の内部導体２２に近接する部位との間の空間に占める誘電体２４の割合を変更可能に構成されている。
このような構成とすることで、図２に示すように、内部導体２２に可変容量を接続したものと等価な回路構成となる。

この内部導体２２と接地導体１８との間に生じる可変容量について、簡略化したモデルである図３を用いて説明する。
定在波の位相を制御するには、それぞれの給電点での電圧の位相を変化させることが必要なので、給電点にいたるまでの内部導体にて位相の遅れをつくる必要がある。ｖ＝１／√（ＬＣ）で与えられる電磁波の速度を遅らせることでその位相の遅れを形成できる。なお、Ｌは、自己インダクタンスである。しかし、内部導体と接地導体間の距離を単純に変えてＣを変化させても、同時にＬがキャンセルしてしまい、電磁波の速度を遅らせることはできない。よって、キャパシタンスに誘電体を挿入し、その誘電率によってＣを変化させることで、Ｌによってキャンセルされることなく速度を遅らせることが可能となる。
具体的には、まず、誘電体２４を有さない場合には、高周波電圧が印加される内部導体２２と、接地されている接地導体１８とが隣接して配置されることで、これらの間には、いわゆる寄生容量が生じる。内部導体２２と接地導体１８との対面する面の面積をＳとし、内部導体２２と接地導体１８との距離をｄとし、内部導体２２と接地導体１８との間の空間の誘電率をε₀とすると、このコンデンサ容量はＣ＝ε₀×Ｓ／ｄで表される。

次に、内部導体２２と接地導体１８との間に、誘電体２４を配置した場合には、内部導体２２と誘電体２４とが対面する面の面積をＳ₁とし、誘電体２４の誘電率をε_ｒとすると、内部導体２２と接地導体１８との間に生じるコンデンサ容量はＣ₁＝ε₀×ε_ｒ×Ｓ₁／ｄ＋ε₀×（Ｓ−Ｓ₁）／ｄとなる。
ここで、前述のとおり、誘電体２４は内部導体２２の幅方向に移動可能な構成を有する。そのため、誘電体２４を移動することで、誘電体の占める割合が変化（Ｓ₁が変化）し、コンデンサ容量Ｃ₁が変化する。
したがって、内部導体２２とアース（接地導体１８）とを可変容量で接続したのと等価な回路構成となる。

前述のとおり、各種のプラズマ処理を行う際に、プラズマの強度分布を均一にするために、電極への給電点を増やすことが行われている。
このように電極に複数の給電点を設ける構成において、さらに、プラズマの強度分布を均一化するために、給電点（ＲＦ供給端子）と高周波電源との間に可変容量を挿入し、各給電点における電圧を検出して各給電点における電圧が等しくなるように設定する設定装置を設ける構成は、可変容量そのものでコストがかかり、また、可変容量を取り付けるスペース確保のために装置が大型化したり、可変容量のつまみを回す機構が必要となり、装置全体としてもコストが上がるという問題があった。また、可変容量は長期間、高電圧下においた使用では可変容量にてスパークが発生しやすく、定期的に取り替える必要がでてくるなどの問題もある。
また、多点給電のためには、大気側から真空側の電流導入端子を増やさなければならず、大気側に可変容量を取り付ける必要があるため、整合器から電極への長さが冗長になりやすい。そのため、なんらかの原因で反射波が増えたとき、それが定常値に戻るまでの時間がかかってしまい、電源に対して負担が大きいという問題があった。

また、高周波電源と各給電点とを接続するケーブルの電気的特性を調整して、各給電点における位相を調整してプラズマ強度の分布を均一にする構成では、最適な給電構成とするためにプラズマを止めて装置を開けたあと、逐次ケーブルを取り替える必要があるので実用性が低いという問題があった。また、最適値を得られるまでに検討すべきケーブルの種類が多くなってしまうという問題があった。

これに対して、本発明のプラズマ生成装置１０は、内部導体２２と接地導体１８との間に誘電体２４を配置し、この誘電体２４を内部導体２２の幅方向に移動可能な構成とし、内部導体２２と接地導体１８の内部導体２２に近接する部位との間の空間に占める誘電体２４の割合を変更することで、内部導体２２と接地導体１８との間に生じる可変容量の容量を調整して、入射波の位相を連続的にずらし、電極１２上の定在波による電圧の位置依存性を低減してプラズマの強度分布を均一にすることができ最適な給電状態を簡便に得ることが出来る。

また、装置に可変容量などのコストの掛かる機構を取り付ける必要がなく、スペースも大きくならないため装置を小型化することができる。
また、装置の設計段階で、各内部導体２２が見える適切な位置を選んで位置調整用孔２８を設けておき、必要になった段階で、内部導体２２と接地導体１８の間に誘電体２４を移動可能に配置するだけで、プラズマの強度分布を調整可能な構成とすることができる。
また、すでに組み立てられている装置に対しても、位置調整機構のための孔すら設けられない状況であっても、位置をずらせるように誘電体２４を取り付ければよい。

また、プラズマが点火している状態であっても、誘電体２４を移動して誘電率を連続的に変化させて、各給電点における入射波の位相を連続的にずらすことができるので、プラズマの状態、もしくは成膜後の膜厚やエッチングレートをみながら、幅方向で均一にプラズマの強度が保たれるように調整して、容易に最適状態を得ることができる。

なお、誘電体２４の形成材料としては限定はなく、ＰＴＦＥ等の高分子材料、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）等の絶縁物であればよい。幅広い位相の調節幅を確保するためには、高い比誘電率を持つものがよく、アルミナなどが好適に用いられるが、コストの関係でガラスなどを代替品として使用してもよい。

高周波電源３０は、電極１２に、プラズマ励起電力を供給する電源である。高周波電源３０は、各種のプラズマ生成装置で利用されている、公知の電源が、全て利用可能である。特に、高周波電源（ＲＦ電源）を用いることが好ましく、その周波数は、１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚであるのが好ましく、１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚであるのがより好ましい。

整合器３２は、高周波電源３０と同軸ケーブル３６で接続され、高周波電源３０のインピーダンスと、高周波電源３０の接続負荷のインピーダンスの整合をとるものである。整合器３２は、各種のプラズマ生成装置で利用されている、公知の整合器が、全て利用可能である。

分配器３４は、整合器３２と同軸ケーブル３６で接続され、整合器３２を介して高周波電源３０から供給される高周波電力を電極１２の給電点ｑに対応して複数の内部導体２２に分配するものである。分配器３４は、各種のプラズマ生成装置で利用されている、公知の分配器が、全て利用可能である。なお、より単純な構成として、この分配器を用いずに、単に内部導体を分割する方法でもよい。

また、図示は省略するが、プラズマ生成装置１０は、電極１２と対向電極１４との間にプラズマを生成するための処理ガスを供給するガス供給部を有していてもよい。
ガス供給部は、各種のプラズマ生成装置に用いられる、公知のガス供給手段が全て利用可能である。
また、処理ガスは、各種のプラズマ生成装置に用いられる、公知の処理ガスが全て利用可能である。例えば、プラズマ生成装置が、プラズマＣＶＤにより、窒化シリコン膜を成膜するものである場合には、窒化シリコン膜の原料として、シランガス、アンモニアガスを含み、必要に応じて、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスなどの不活性ガス等の各種のガス、窒素ガス、水素ガス等を含むものを処理ガスとして用いることができる。

ここで、図１Ａに示す例では、内部導体２２を３つ有する構成としたが、これに限定はされず、内部導体２２を２つ有する構成であっても良いし、４以上有する構成であってもよい。
また、３つの内部導体２２それぞれに対応して各１つの誘電体２４、計３つを有する構成としたが、これに限定はされず、少なくとも１つの内部導体２２に対応する少なくとも１つの誘電体２４を有する構成であればよい。あるいは、１つの内部導体２２に対して２以上の誘電体２４が配置される構成であってもよい。

例えば、図４に示すプラズマ生成装置のように、電極１２背面の略中央に設けられる給電点ｑに接続される内部導体２２と接地導体１８との間に配置される１つの誘電体２４を有する構成であってもよい。
また、誘電体２４を１つ有する構成とする場合には、電極１２の略中央の給電点ｑに接続される内部導体２２に対応して配置されるのが好ましい。

なお、内部導体２２の数および誘電体２４の数には限定はなく、電極１２の大きさ、プラズマ生成装置１０に求められる性等に応じて適宜設定すればよい。

また、図１Ｃに示すように、接地導体１８の、位置調整用孔２８の近傍には、誘電体２４の位置調整のための目盛りが設けられていてもよい。

また、図１Ｃに示す例では、内部導体２２と、この内部導体２２に近接する一方の接地導体１８との間に誘電体２４を配置する構成としたが、これに限定はされず、内部導体２２と、この内部導体２２の一方の側に近接する接地導体１８との間、および、他方の側に近接する接地導体１８との間それぞれに誘電体２４を配置する構成としてもよい。すなわち、内部導体２２と接地導体１８との配列方向に見た際に、接地導体１８、第１の誘電体２４、内部導体２２、第２の誘電体２４および接地導体１８の順に配列し、第１の誘電体２４および第２の誘電体２４をそれぞれ移動可能に支持する構成としてもよい。

また、図５に示すように、内部導体２２の長手方向に垂直な断面において、誘電体４４の断面形状を略Ｃ形状とし、誘電体４４の略Ｃ形状の開口部が内部導体２２を挟むように配置する構成としてもよい。
すなわち、誘電体４４は、上述した内部導体２２の一方の側と他方の側とのそれぞれに配置される誘電体を一体化したものであるということもできる。
このような場合には、誘電体４４は、断面における略Ｃ形状の開口方向に移動可能に支持される。

また、図１Ｃに示す例では、誘電体２４の位置調整を行う位置調整用ハンドル２６を、誘電体２４の、誘電体２４の移動方向に平行な面に設けて、接地導体１８に設けられた長円形状である位置調整用孔２８の幅方向（長軸方向）に沿って、位置調整用ハンドル２６を平行移動することで、誘電体２４の位置調整を行う構成としたが、これに限定はされない。例えば、図５に示すように、誘電体４４の位置調整を行う位置調整用ハンドル２６を、誘電体４４の、誘電体４４の移動方向に垂直な面に設けて、接地導体１８に設けられた貫通孔の軸方向に沿って、位置調整用ハンドル２６を垂直移動することで誘電体４４の位置調整を行う構成としてもよい。

また、図１Ｃに示す例では、誘電体２４は、内部導体２２と接地導体１８との間で、内部導体２２および接地導体１８の内部導体２２に近接する部分の配列方向と直交する方向であって、内部導体２２の幅方向に移動される構成としたが、これに限定はされない。
図６Ａおよび図６Ｂに、本発明のプラズマ生成装置における誘電体の移動方法の他の一例を説明するための概略図を示す。図６Ａは、誘電体の移動方法の他の一例を説明する概略上面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図６Ａにおいては説明のため、接地導体１８の図示を省略している。

図６Ａに示すように、内部導体２２は、所定の形状で配線されている。この内部導体２２の一部である、図中上下方向に延在する部位に対応して、この部位を覆う大きさの誘電体４６が配置されている。
接地導体１８は、図中上下方向に幅方向（長軸方向）を有する長円形状の位置調整用孔（図示せず）が設けられている。すなわち、位置調整用孔は、内部導体２２の長手方向に幅方向（長軸方向）を有する長円形状である。
また、誘電体４６の紙面に垂直な方向の上面には、位置調整用ハンドル２６が設けられており、位置調整用孔に挿通されている。

したがって、位置調整用ハンドル２６を操作することで、誘電体４６は、内部導体２２と接地導体１８との間で、内部導体２２および接地導体１８の内部導体２２に近接する部分の配列方向と直交する方向であって、内部導体２２の長手方向に移動される。
このように、誘電体４６を内部導体２２の長手方向に移動して、誘電体４６が内部導体を覆う領域の大きさを変更することで、内部導体２２と接地導体１８との間に生じる容量を調整することができる。

なお、このように誘電体４６を内部導体２２の長手方向に移動する構成は、内部導体として、断面が円形の導体を用いる場合に好適である。

また、図１Ｃに示す例、および、図６Ａでは、誘電体２４は、内部導体２２と接地導体１８との間で、内部導体２２および接地導体１８の内部導体２２に近接する部分の配列方向と直交する方向に移動される構成としたが、これに限定はされない。
図７に、本発明のプラズマ生成装置における誘電体の移動方法の他の一例を説明するための概略断面図を示す。

図７に示すプラズマ生成装置は、内部導体２２と、内部導体２２を内包する箱型の接地導体１８と、内部導体２２の近傍に配置される誘電体２４と、誘電体２４の内部導体２２側とは反対側の面に配置される可動接地導体５０と、可動接地導体５０に設けられ、接地導体１８に形成された位置調整用孔２８に挿通される位置調整用ハンドル２６と、位置調整用ハンドル２６の移動を規制するストッパ５２とを有する。
なお、図７に示すプラズマ生成装置は、可動接地導体５０およびストッパ５２を有し、誘電体２４の移動方向が異なる以外は、図１Ｃに示すプラズマ生成装置１０と同じ構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。

可動接地導体５０は、誘電体２４の、内部導体２２側とは反対側の面に配置される、接地された導体であり、接地導体１８と同様の導電性の材料からなるものである。
本実施形態は、この可動接地導体５０と内部導体２２との間に生じる寄生容量を利用するものである。

可動接地導体５０の誘電体２４とは反対側の面には、位置調整用ハンドル２６が設けられている。位置調整用ハンドル２６は、接地導体１８に形成された、貫通孔である位置調整用孔２８に挿通されて先端部が接地導体１８の外側に突出している。
ストッパ５２は、調整した位置調整用ハンドル２６の位置、すなわち、調整した誘電体２４および可動接地導体５０の位置を固定するものである。
位置調整用ハンドル２６の先端部は、位置調整用孔２８の大きさよりも大きく形成されており、すなわち、位置調整用ハンドル２６の先端部は、その軸部よりも大きく形成されており、位置調整用ハンドル２６の先端部と接地導体１８との間にストッパ５２を設置することで、調整した位置調整用ハンドル２６の位置、すなわち、調整した誘電体２４および可動接地導体５０の位置を固定する。

図７に示すプラズマ生成装置においては、位置調整用ハンドル２６を操作することで、誘電体２４および可動接地導体５０とが、内部導体２２および接地導体１８の内部導体２２に近接する部分の配列方向（以下、単に「配列方向」ともいう）と平行な方向に移動される。これにより、内部導体２２と可動接地導体５０との間の空間に占める誘電体２４の割合を変更可能に構成されている。
この内部導体２２と可動接地導体５０との間に生じる可変容量について、簡略化したモデルである図８を用いて説明する。

内部導体２２と誘電体２４とが対面する面の面積をＳとし、可動接地導体５０と内部導体２２との間の距離をｄ₁とし、誘電体２４の、可動接地導体５０、誘電体２４および内部導体２２の配列方向の厚さをｄ₂とし、空間の誘電率をε₀とし、誘電体２４の誘電率をε_ｒとすると、内部導体２２と可動接地導体５０との間に生じるコンデンサ容量はＣ₂＝ε₀×ε_ｒ×Ｓ／（ε_ｒ×（ｄ₁−ｄ₂）＋ｄ₂）となる。
ここで、前述のとおり、誘電体２４および可動接地導体５０は、内部導体２２および可動接地導体５０の配列方向に移動可能な構成を有する。そのため、
内部導体２２と可動接地導体５０との間の距離ｄ₁を小さくすることで、誘電体の比率が増したことによるコンデンサ容量Ｃ₂を増加させることができる。これにより、内部導体２２内の電磁波の速度ｖ＝１／√（ＬＣ）を小さくし、位相を遅らせることができる。なお、Ｌは、自己インダクタンスである。

次に、本発明のプラズマ生成方法およびプラズマ処理方法について説明する。
本発明のプラズマ生成方法は、
複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、電極と電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起するプラズマ生成方法であって、
導線と少なくとも１つの導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、導線と導線に近接する接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、導線のキャパシタンスを変更するプラズマ生成方法である。

また、本発明のプラズマ処理方法は、
複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、電極と電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起して、電極と対向電極との間に配置された被処理部材にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
導線と少なくとも１つの導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、導線と導線に近接する接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、導線のキャパシタンスを変更するプラズマ処理方法である。

以下、図１Ａに示すプラズマ生成装置１０の作用を説明することで、本発明のプラズマ生成方法およびプラズマ処理方法を説明する。

前述のとおり、プラズマ生成装置１０は、電極１２の複数の給電点ｑに接続される内部導体２２と、接地導体１８との間に、移動可能な誘電体２４を配置した構成を有する。
まず、電極１２と対向電極１４との間に、被処理部材Ｚを配置する。
なお、長尺な被処理部材Ｚを搬送しつつ、ＲｔｏＲにより処理を行う装置の場合には、ロールから被処理部材Ｚが引き出され、電極１２と対向電極１４との間を通過して巻取り軸に至る所定の搬送経路を挿通される。

被処理部材Ｚが電極１２と対向電極１４との間に配置されたら、必要に応じて、電極１２および対向電極１４を内包する真空チャンバ内を真空排気手段で所定の真空度以下にする。
次いで、電極１２と対向電極１４との間に処理ガスを供給し、さらに、真空排気手段を駆動して所定圧力（真空度）に調節する。

次に、ＲｔｏＲの場合には、被処理部材Ｚの搬送を開始し、さらに、高周波電源３０を駆動して、整合器３２および分配器３４を介して、電極１２の各給電点ｑに高周波電力を供給し、電極１２と対向電極１４との間にプラズマＰを生成する。これにより、電極１２と対向電極１４との間に配置された被処理部材ＺにプラズマＰを接触させて、各種のプラズマ処理を実行する。

ここで、前述のとおり、本発明においては、電極１２の複数の給電点ｑに接続される内部導体２２と、接地導体１８との間に、移動可能な誘電体２４を配置した構成を有する。誘電体２４の位置を調整して、内部導体２２と接地導体１８の内部導体２２に近接する部位との間の空間に占める誘電体２４の割合を変更することで、内部導体２２と接地導体１８との間に生じる可変容量の容量を調整して、入射波の位相を連続的にずらし、電極１２上の定在波の発生を低減してプラズマの強度分布を均一にすることができ最適な給電状態を簡便に得ることが出来る。

以上、本発明のプラズマ生成装置、プラズマ生成方法およびプラズマ処理方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。

［実施例１］
図１Ａに示すようなプラズマ生成装置を用いて、評価を行った。
電極１２および対向電極１４はそれぞれ、大きさ１１００ｍｍ×３０ｍｍ、材質：ステンレスの平板状の電極を用いた。電極１２と対向電極１４との間の距離は、１．５ｍｍとした。また、対向電極１４は接地した。
電極１２の給電点ｑは３点とし、各給電点ｑと分配器３４との間に接続される内部導体２２として幅３０ｍｍの導線を用いた。
接地導体１８としては、材質：ステンレスの箱型の部材を用い、内部導体２２と接地導体１８との間の距離は、２０ｍｍとした。また、接地導体１８は接地した。また、接地導体１８には、内部導体２２に対応する位置に、内部導体２２の幅方向に長軸を有する長円形状の位置調整用孔２８を設けた。

内部導体２２と接地導体１８との間にはそれぞれ、厚さ１９ｍｍ、大きさ２００ｍｍ×４０ｍｍ、材質：アルミナ（比誘電率９．５）の誘電体２４を移動可能に配置した。誘電体２４に設けられた位置調整用ハンドル２６を、位置調整用孔２８に挿通し、誘電体２４を内部導体２２の幅方向に移動可能な構成とした。

誘電体２４の位置調整は、誘電体２４の位置を適宜変更して、電極１２の幅方向における電圧分布を測定し、電圧分布の変動が最も小さくなる誘電体２４の位置を求めた。
具体的には、電圧分布は、プラズマを点火させている状態で高電圧プローブ(Tektronix社製 P6015A)とオシロスコープを用いて、電極１２の各位置で電圧の振幅を計測し、電極の幅方向における電圧分布を得られる。
プラズマを励起する際に高周波電源３０が印加する高周波電力は、周波数２７．１２ＭＨｚ、電力１５００Ｗとした。また、処理ガスは、アルゴンガスを用い、レート５０Ｌ／ｍｉｎで電極１２と対向電極１４との間に導入した。また、大気圧下で行った。
誘電体２４が内部導体２２からもっとも離れた位置にて高周波電源３０を入れ、プラズマが点火している状態にて電圧の振幅の違いの位置依存性を計測し、変動比を記録する。誘電体２４と内部導体２２の重なり量を、各内部導体２２において増加/減少させながら最適点を探索する。これにより、電圧の幅方向分布が最小になる誘電体の位置を確認した。
測定した電圧分布の変動比（＝（最大電圧−最小電圧）×１００／最大電圧）を求めた。まず、誘電体２４が内部導体から最も離れた位置にある状態での変動比は１５％であった。また、電圧の幅方向分布が最小になるように誘電体の位置調整を行った状態での変動比は６％であった。

［比較例１］
誘電体を配置せず、分配器と給電点との間に可変容量を直列に配置する構成とした以外は実施例１と同様の構成のプラズマ生成装置として、電圧分布の変動比を測定した。
可変容量としては、５０ｐＦ〜１０００ｐＦで調整できるものを用いた。
なお、実施例１と同じ接地導体１８では、可変容量が入りきれないので、接地導体を拡張してより大きな空間をもつようにし、可変容量を調節できる回転式ハンドルを接地導体の外側に取り付けた。
測定の結果、可変容量を挿入する前の変動比は１５％、可変容量を挿入し、調整した後の変動比は６％であった。

［実施例２］
接地導体１８に形成される位置調整用孔を、内部導体２２の長手方向に長軸を有する長円形状の孔とし、誘電体２４を内部導体２２の長手方向に移動可能な構成とした以外は実施例１と同様の構成のプラズマ生成装置として、電圧分布の変動比を測定した。
測定の結果、誘電体２４の位置調整をする前の変動比は１５％、誘電体２４の位置調整をした後の変動比は６％であった。

［実施例３］
誘電体２４の内部導体２２とは反対側の面に可動接地導体５０を配置し、誘電体２４および可動接地導体５０を配列方向に移動可能な構成とした以外は実施例１と同様の構成のプラズマ生成装置として、電圧分布の変動比を測定した。
測定の結果、誘電体２４の位置調整をする前の変動比は１５％、誘電体２４の位置調整をした後の変動比は６％であった。
以上より本発明のいずれの実施例も比較例より簡易な機構で同等の効果を有していることは明らかである。

１０ プラズマ生成装置
１２ 電極
１４ 対向電極
１６ 電極格納ケース
１８、５０ 接地導体
２０ 高電圧用レセプタクル
２２ 内部導体
２４、４４、４６ 誘電体
２６ 位置調整用ハンドル
２８ 位置調整用孔
３０ 高周波電源
３２ 整合器
３４ 分配器
３６ 同軸ケーブル
４０ 目盛り
５２ ストッパ

Claims (18)

1. 複数の給電点を有する電極、
   前記電極の主面に対面して配置される対向電極、
   前記電極に高周波電力を供給し前記電極と前記対向電極との間にプラズマを励起する高周波電源、
   前記高周波電源から前記電極の複数の前記給電点に接続されている複数の導線、
   前記導線を覆って配置される、接地された接地導体、および、
   少なくとも１つの前記導線と前記接地導体との間の少なくとも一部に配置される誘電体、を有し、
   前記誘電体が、前記導線と、前記導線に近接する前記接地導体との間の空間に占める前記誘電体の割合を変更可能に配置されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
2. 前記接地導体がシールド部材である請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 前記誘電体が、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向と直交する方向に移動可能に配置されている請求項１または２に記載のプラズマ生成装置。
4. 前記誘電体が、前記導線の幅方向に移動可能に配置されている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
5. 前記誘電体が、前記導線の長手方向に移動可能に配置されている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
6. 前記接地導体が、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向に移動可能に配置されている請求項１または２に記載のプラズマ生成装置。
7. 複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、前記電極と前記電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起するプラズマ生成方法であって、
   前記導線と少なくとも１つの前記導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、前記導線と前記導線に近接する前記接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、前記導線のキャパシタンスを変更することを特徴とするプラズマ生成方法。
8. 前記接地導体がシールド部材である請求項７に記載のプラズマ生成方法。
9. 前記誘電体を、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向と直交する方向に移動することで、前記導線と前記接地導体との間の空間に占める前記誘電体の割合を変更する請求項７または８に記載のプラズマ生成方法。
10. 前記誘電体を、前記導線の幅方向に移動する請求項９に記載のプラズマ生成方法。
11. 前記誘電体を、前記導線の長手方向に移動する請求項９に記載のプラズマ生成方法。
12. 前記接地導体を、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向に移動することで、前記導線と前記接地導体との間の空間に占める前記誘電体の割合を変更する請求項７または８に記載のプラズマ生成方法。
13. 複数の給電点を有する電極に複数の導線を介して高周波電力を供給し、前記電極と前記電極の主面に対面して配置される対向電極との間にプラズマを励起して、前記電極と前記対向電極との間に配置された被処理部材にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
    前記導線と少なくとも１つの前記導線を覆って配置される、接地された接地導体との間の少なくとも一部に配置されている誘電体の、前記導線と前記導線に近接する前記接地導体との間の空間に占める割合を変更することで、前記導線のキャパシタンスを変更することを特徴とするプラズマ処理方法。
14. 前記接地導体がシールド部材である請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
15. 前記誘電体を、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向と直交する方向に移動することで、前記導線と前記接地導体との間の空間に占める前記誘電体の割合を変更する請求項１３または１４に記載のプラズマ処理方法。
16. 前記誘電体を、前記導線の幅方向に移動する請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
17. 前記誘電体を、前記導線の長手方向に移動する請求項１５に記載のプラズマ処理方法。
18. 前記接地導体を、前記導線および前記導線に近接する前記接地導体の配列方向に移動することで、前記導線と前記接地導体との間の空間に占める前記誘電体の割合を変更する請求項１３または１４に記載のプラズマ処理方法。