JP5399151B2 - 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板等の基板にプラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及びプラズマ処理方法を誘導結合プラズマ処理装置に実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

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（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：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、被処理基板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基板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用のガラス基板が著しく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、各々に独立した高周波電流を流すようにしたプラズマ処理装置が開示されている。このような構成によれば、内側部分へ供給するパワーと外側部分へ供給するパワーとを調整することにより、プラズマ密度分布を制御することができる。

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、渦巻き形アンテナの内側部分用の高周波電源と外側部分用の高周波電源の２つの高周波電源を設けるか、または電力分配回路を設ける必要があり、装置が大がかりなものとなり、装置コストが高いものとなる。また、この場合は電力ロスが大きく電力コストが高くなり、かつ高精度のプラズマ密度分布制御を行うことが困難である。

そこで、特許文献２には、処理室内の主に外側部分に誘導電界を形成する外側アンテナ部と、主に内側部分に誘導電界を形成する内側アンテナ部とを有する高周波アンテナを配置し、外側アンテナ部と内側アンテナ部の一方に可変コンデンサを接続し、この可変コンデンサの容量を調節することにより、外側アンテナ部および内側アンテナ部の電流値を制御し、処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ電子密度分布を制御する誘導結合プラズマ処理装置が記載されている。

特許第３０７７００９号公報 特開２００７−３１１１８２号公報

特許文献２に記載された誘導結合プラズマ処理装置によれば、外側アンテナ部および内側アンテナ部の電流値を制御することで、アンテナを交換することなく、処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ電子密度分布を制御することができる。

しかし、特許文献２においては、プラズマ電子密度分布を制御することはできるものの、パワー効率は、例えば、特許文献１に記載された誘導結合プラズマとほとんど変わらない。このため、より高密度のプラズマを得ようとする場合には、従来通り、外側アンテナ部と内側アンテナ部とに供給する高周波電力の電力量を上げなければならなかった。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、よりパワー効率が良い誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及びこのプラズマ処理方法を誘導結合プラズマ処理装置に実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理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誘導電界を形成するアンテナ回路と、前記アンテナ回路に並列に接続された並列回路と、を具備し、前記アンテナ回路のインピーダンスと前記並列回路のインピーダンスとを逆位相にして、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するように構成され、前記並列回路が可変コンデンサを含み、該可変コンデンサが整合回路の一部をなし、前記処理室内に前記誘導結合プラズマを生成するに当たり、前記可変コンデンサの容量の値が、前記アンテナ回路と前記並列回路とが並列共振とならないような値に制御される。

また、この発明の第２の態様に係るプラズマ処理方法は、被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、前記処理室内で被処理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誘導電界を形成するアンテナ回路と、前記アンテナ回路に並列に接続された並列回路と、を具備し、前記並列回路が可変コンデンサを含み、該可変コンデンサが整合回路の一部をなす誘導結合プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記アンテナ回路のインピーダンスと前記並列回路のインピーダンスとを逆位相とし、かつ、前記アンテナ回路と前記並列回路とが並列共振する並列共振点を用いずに、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成する。

また、この発明の第３の態様に係る記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムが、実行時に、上記第２の態様に係るプラズマ処理方法が行われるように誘導結合プラズマ処理装置を制御させる。

この発明によれば、よりパワー効率が良い誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及びこのプラズマ処理方法を誘導結合プラズマ処理装置に実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供できる。

この発明の第１の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 第１の実施形態に係る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 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える高周波アンテナへの給電回路の一例を示す図 給電回路の一回路例を示す回路図 インピーダンスのコンデンサＣの容量依存性を示す図 外側電流及び内側電流のコンデンサＣの容量依存性を示す図 外側電流及び内側電流のコンデンサＣの容量依存性（絶対値表示）を示す図 第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える高周波アンテナに流れる電流を示す図 参考例に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える高周波アンテナに流れる電流を示す図 処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を示す図 給電回路の他の回路例を示す回路図 インピーダンスのコンデンサＣの容量依存性を示す図 図１３Ａ乃至図１３Ｄは高周波アンテナ１３の第１の回路例乃至第４の回路例を示す回路図 外側電流及び内側電流の向きと外側磁場及び内側磁場との関係を示す斜視図 外側電流及び内側電流の向きと外側磁場及び内側磁場との関係を示す斜視図 第２の実施形態に係る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への給電回路の一例を示す回路図 第２の実施形態に係る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一例を概略的に示す斜視図 第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が備える高周波アンテナに流れる電流を示す図 図１６に示した高周波アンテナへの給電回路の一回路例を示す回路図 図１９に示した並列可変コンデンサのＶＣポジションとインピーダンスとの関係を示す図 図１９に示した並列可変コンデンサのＶＣポジションとマッチング用可変コンデンサに流れる電流、チューニング用可変コンデンサに流れる電流、並列可変コンデンサに流れる電流、及び終端コンデンサに流れる電流との関係を示す図 処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を示す図 第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によるアッシングレートを示す図 第３の実施形態を説明する回路図 第３の実施形態に係る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への給電回路の一例を示す回路図 処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を示す図 第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によるアッシングレートを示す図

以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の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、その下面のガス吐出孔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。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とを有している。これら外側アンテナ部１３ａおよび内側アンテナ部１３ｂは、図２に示すように渦巻状の多重（四重）アンテナを構成している。なお、多重アンテナの構成は、内側外側とも二重の構成、あるいは内側二重外側四重の構成でもよい。

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、各アンテナ線へは中央の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。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。そして、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および内側アンテナ部１３ｂに給電する４本の第２給電部材１６ｂ（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に接続されている。これら第１および第２給電部材１６ａおよび１６ｂには整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。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と１９ｂ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に接続されている。給電線１９ａには可変コンデンサＶＣが介装されている。したがって、この可変コンデンサＶＣ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。そして、可変コンデンサＶＣの容量を調節することにより、後述するように、外側アンテナ回路のインピーダンスが制御され、外側アンテナ回路と内側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ＶＣによる外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂのインピーダンスを制御することにより制御させる。

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。

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。

Ｈｅガス流路４１にはＨｅガスライン４２が接続されており、このＨｅガスライン４２には図示しないＨｅ源が接続されている。このＨｅガスライン４２には圧力制御バルブ４４が設けられており、その下流側にＨｅガスのタンク４７に繋がる配管４３が設けられている。Ｈｅガスライン４２の配管４３接続部の下流側には開閉バルブ４５が設けられ、さらにその下流側には開放ライン４８が接続されており、この開放ライン４８にはリリーフバルブ４９が設けられている。タンク４７には、基板Ｇの裏面側の冷却空間を設定圧力で満たした時と同等の圧力になるように、タンク４７の容量に対して最適な圧力のＨｅガスが充填されており、このタンク４７から速やかに冷却空間に熱伝達用のＨｅガスが供給可能となっている。なお、熱伝達用ガスはＨｅガスに限らず他方のガスであってもよい。

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、工程管理者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。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他方の装置から、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。

図３は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置が備える高周波アンテナ１３への給電回路の一例を示す図である。

図３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を経て高周波アンテナ１３に供給される。高周波アンテナ１３が、互いに並列接続されたアンテナ回路を有する並列アンテナ部を含む。本例の並列アンテナ部は、外側アンテナ回路１３ａと、この外側アンテナ回路１３ａに並列に接続された内側アンテナ回路１３ｂとを有する。

さらに、本例では、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとが、互いに逆位相となるように設定されている。例えば、本例では、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスが容量性に設定され、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスが誘導性に設定されている。もちろん、これは逆でも良く、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスを誘導性に、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスを容量性に設定しても良い。

外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとが、互いに逆位相となるように設定するには、例えば、外側アンテナ回路１３ａに接続される容量と、内側アンテナ回路１３ｂに接続される容量とを変えれば良い。このような回路の一例を図４に示す。

図４に示す一例においては、外側アンテナ回路１３ａ及び内側アンテナ回路１３ｂの双方がコイルＬａ、Ｌｂを備えている。さらに、外側アンテナ回路１３ａには、内側アンテナ回路１３ｂよりもコンデンサＣが一つ多く接続されている。図５に、インピーダンスのコンデンサＣ容量依存性を示す。

図５に示すように、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスは、コンデンサＣを変化させても変化しない。本例では、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスは誘導性のままである。

対して、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスは、コンデンサＣを変化させると変化する。具体的には、コンデンサＣの容量が大きい場合には、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスは内側アンテナ回路１３ｂと同じ誘導性を示すが（内側と外側のインピーダンスが同位相）、コンデンサＣの値を小さくしていくと、インピーダンスが“０”となる点Ａを境にして外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスが誘導性から容量性に変化する（内側と外側のインピーダンスが逆位相）。

このように、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを逆位相にすると、外側アンテナ回路１３ａに流れる電流（外側電流Ｉｏｕｔ）と、内側アンテナ回路１３ｂに流れる電流（内側電流Ｉｉｎ）とが逆位相となる。図６に外側電流Ｉｏｕｔ及び内側電流ＩｉｎのコンデンサＣ容量依存性を示す。

図６に示すように、コンデンサＣの容量を小さくしていくと、外側電流Ｉｏｕｔは増える傾向を示すが、内側電流Ｉｉｎは減る傾向を示す。内側電流Ｉｉｎは、図５にも示したインピーダンスが“０”となる点Ａ、即ち、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスが逆位相となる点を境にして極性が反対になる。即ち、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とが互いに逆位相となる。

外側電流Ｉｏｕｔは、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとが逆位相となった後、並列共振点Ｂに向かってその量を急激に増大させる。コンデンサＣがさらに小さくなり、並列共振点Ｂを過ぎると外側電流Ｉｏｕｔは極性が逆となった上で、その量を急激に減少させる。

内側電流Ｉｉｎは、外側電流Ｉｏｕｔと全く逆の挙動を示し、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとが逆位相となった後、並列共振点Ｂに向かって、外側電流Ｉｏｕｔとは逆極性であるが、その量を急激に増大させる。コンデンサＣがさらに小さくなり、並列共振点Ｂを過ぎると内側電流Ｉｉｎは極性が逆となった上で、その量を急激に減少させる。また、図７に、図６に示した外側電流Ｉｏｕｔの絶対値、及び内側電流Ｉｉｎの絶対値を示しておく。

外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とが逆位相になる、ということは、図８Ａ、又は図８Ｂに示すように、外側電流Ｉｏｕｔの向きと内側電流Ｉｉｎの向きとが反対になり、互いに並列接続された外側アンテナ回路１３ａと内側アンテナ回路１３ｂとの間に循環電流が発生する、ということである。このような状態は、図５に示した内側と外側のインピーダンスが逆位相である領域、及び図６に示した内側と外側の電流が逆位相である領域において発生する。

ちなみに、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とが同位相の場合には、図９Ａ、又は図９Ｂに示すように、外側電流Ｉｏｕｔの向きと内側電流Ｉｉｎの向きとが同じであるから、循環電流は発生しない。このような図９Ａ、又は図９Ｂに示す状態は、図５に示した内側と外側のインピーダンスが同位相である領域、及び図６に示した内側と外側の電流が同位相である領域において発生する。

このように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置は、処理室４内に誘導結合プラズマを生成する際に、並列接続されたアンテナ回路のうち、一方のアンテナ回路のインピーダンスと、他方のアンテナ回路のインピーダンスとを逆位相として、処理室４内に誘導結合プラズマを生成する。本例にあっては、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスを誘導性とし、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスを容量性として、処理室４内に誘導結合プラズマを生成する。

次に、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とが逆位相になった場合の利点を説明する。

図１０は、処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を示す図である。

図１０は、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とを逆位相した場合のプラズマ電子密度の分布を、黒丸（均一ポジション）、黒四角（内密ポジション）、黒三角（外密ポジション）で示している。また、図１０中には、参考例とし、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とを同位相した場合のプラズマ電子密度の分布を、白丸（均一ポジション）で示している。

図１０に示すように、外側電流Ｉｏｕｔの位相と内側電流Ｉｉｎの位相とを逆位相した場合には、同位相とする場合に比較してプラズマ電子密度が高まる、という結果が得られた。

つまり、高周波アンテナ１３を、互いに並列接続されたアンテナ回路を有する並列アンテナ部を含む高周波アンテナとし、かつ、並列接続されたアンテナ回路のうち、一方のアンテナ回路のインピーダンスと、他方のアンテナ回路のインピーダンスとを逆位相にして、並列接続されたアンテナ回路に循環電流を発生させた状態で処理室内に誘導結合プラズマを生成する。これにより、循環電流を発生させない場合、即ち、一方のアンテナ回路のインピーダンスと、他方のアンテナ回路のインピーダンスとを同位相とする場合に比較して、パワー効率が高まり、より高密度のプラズマ電子を得ることができる。よって、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、高周波電力の電力量を上げなくても、より高密度のプラズマを得ることが可能となる。

また、図１０に示すように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマ電子密度の分布を制御することもできる。

例えば、図１０中の黒四角で示されるように、プラズマ電子密度を、被処理基板内側（センター付近）で高めたい場合（内密）には、内側電流Ｉｉｎと外側電流Ｉｏｕｔとが互いに逆位相、かつ、内側電流Ｉｉｎの絶対値を外側電流Ｉｏｕｔの絶対値よりも大きくした状態（Ｉｉｎ＞Ｉｏｕｔ）で、処理室内に誘導結合プラズマを生成すれば良い。

“Ｉｉｎ＞Ｉｏｕｔ”となる状態は、例えば、図５においては、内側と外側のインピーダンスが逆位相の領域、かつ、コンデンサＣを小さくして並列共振点Ｂを通過した後の領域で見ることができる。領域は、内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンス（内側Ｚ）が、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンス（外側Ｚ）よりも小さい領域である。

図１０中の黒三角で示されるように、プラズマ電子密度を、反対に、被処理基板外側（エッジ付近）で高めたい場合（外密）には、内側電流Ｉｉｎと外側電流Ｉｏｕｔとが互いに逆位相、かつ、外側電流Ｉｏｕｔの絶対値を内側電流Ｉｉｎの絶対値よりも大きくした状態（Ｉｏｕｔ＞Ｉｉｎ）で、処理室内に誘導結合プラズマを生成すれば良い。

“Ｉｏｕｔ＞Ｉｉｎ”となる状態は、例えば、図５においては、内側と外側のインピーダンスが逆位相の領域、かつ、コンデンサＣを小さくして並列共振点Ｂまで領域で見ることができる。この領域は、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンス（外側Ｚ）が内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンス（内側Ｚ）よりも小さい領域である。

また、図１０中の黒丸で示されるように、プラズマ電子密度を、被処理基板内側（センター付近）から被処理基板外側（エッジ付近）にかけて均一にしたい場合（均一）には、内側電流Ｉｉｎと外側電流Ｉｏｕｔとが互いに逆位相、かつ、外側電流Ｉｏｕｔの絶対値と内側電流Ｉｉｎの絶対値とがほぼ等しい状態（Ｉｏｕｔ≒Ｉｉｎ）で、処理室内に誘導結合プラズマを生成すれば良い。

“Ｉｏｕｔ≒Ｉｉｎ”となる状態は、例えば、図５においては、内側と外側のインピーダンスが逆位相の領域、かつ、並列共振点Ｂ近傍、例えば、参照符号Ｃに示す領域に見ることができる。また、この領域Ｃにおいては、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンス（外側Ｚ）と内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンス（内側Ｚ）とがほぼ等しくなる。

このように、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、内側と外側のインピーダンスが逆位相の領域において、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスを制御することによって、処理室内のプラズマ電子密度の分布を制御することもできる。

さらに、例えば、コンデンサＣを、図１１に示すように、可変コンデンサＶＣとすれば、高周波アンテナ１３を交換しなくても、一つの誘導結合プラズマ処理装置において、プラズマ電子密度の分布を、内密、外密、均一それぞれに制御することができる。

また、処理に際しては、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ように、インピーダンス調節手段、例えば、可変コンデンサＶＣの容量を調節する調節パラメータを予め設定しておき、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させて、調節パラメータを予め設定した最適な値になるように、可変コンデンサＶＣの容量を制御する制御手段を、さらに設けることも可能である。

さらに、処理が、例えば、ＣＶＤのような成膜処理の場合には、成膜される膜の膜厚が均一となるように、成膜処理中に可変コンデンサＶＣの容量をスキャン、例えば、内密から外密へ、さらに、外密から均一へ、というように可変コンデンサＶＣの容量をスキャン制御することも可能である。

なお、並列共振点Ｂ及びその近傍の領域は、非常にインピーダンスが高くなる。このため、整合器１４を用いたインピーダンス整合が困難となる。

そこで、外側アンテナ回路１３ａと内側アンテナ回路１３ｂとが並列共振する並列共振点Ｂを用いずに、処理室内に誘導結合プラズマを生成するようにしても良い。

さらに、並列共振点Ｂに加え、並列共振点Ｂの近傍の領域を用いずに、処理室内に誘導結合プラズマを生成するようにしても良い。

並列共振点Ｂの近傍の領域の一例は、図１２に示すように、並列共振点Ｂから容量性領域における高周波アンテナ１３のインピーダンス（アンテナ合計：図中白四角）の最大値Ｄ１までの領域、及び並列共振点Ｂから誘導性領域における高周波アンテナ１３のインピーダンスの最大値Ｄ２までの領域である。容量性領域における最大値Ｄ１から誘導性領域における最大値Ｄ２までの区間Ｄは、高周波アンテナ１３のインピーダンスが非常に高くなる区間である。

このため、例えば、可変コンデンサＶＣの容量を制御する場合には、可変コンデンサＶＣの容量を、高周波アンテナ１３のインピーダンス（アンテナ合計）が区間Ｄの範囲になるように制御しない。

また、例えば、可変コンデンサＶＣの容量をスキャン制御する場合においては、スキャン中に区間Ｄはスキップするようにする。

このように、並列共振点Ｂを含むその近傍の領域Ｄにおいて、誘導結合プラズマを生成しない、又は処理をしないことで、整合器１４を用いたインピーダンス整合を容易にでき、よりパワー効率の高い処理が可能となる。

なお、並列共振点Ｂを含むその近傍の領域Ｄにおいては誘導結合プラズマを生成しない、又は処理をしないことは、可変コンデンサＶＣに限らず、容量が固定されたコンデンサＣを用いた場合にも適用できる。つまり、容量が固定されたコンデンサＣを用いる場合には、コンデンサＣの値を、高周波アンテナ１３のインピーダンス（アンテナ合計）が、上記領域Ｄの範囲にならないように設定すれば良い。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマエッチング装置を用いてＬＣＤガラス基板Ｇに対して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。

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ガスライン４２、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。この場合に、従来は、ガスボンベから直接Ｈｅガスライン４２にＨｅガスを供給し、圧力制御バルブにて圧力を制御していたが、基板の大型化にともなう装置の大型化によりガスラインの距離が長くなり、ガスで満たす空間容量が大きくなることで、ガス供給から調圧が完了するまでの時間が長くなってしまっていたが、ここでは圧力制御バルブ４４の下流側にＨｅガスのタンク４７を設け、そこに予めＨｅガスを充填しておくので、極めて短時間で調圧を行うことができる。即ち、基板Ｇの裏面に熱伝達用ガスであるＨｅガスを供給する際には、まず、タンク４７からＨｅガスを供給し、不足分を従来のガスボンベからのラインから補填することにより瞬時に設定圧力に近い圧力を得ることができ、また圧力制御バルブを介して補填されるガス量も微量であるので、極めて短時間のうちに調圧を完了することが可能となる。この場合に、タンク４７に充填するガスの圧力は、冷却空間を設定圧力で満たした時と同等となるように、タンク４７の容量に対して最適な圧力とすることが好ましい。なお、タンク４７にガスを充填させる動作は基板Ｇの搬送時等、基板処理時間に影響を与えない時に行うことが好ましい。

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回路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回路１３ｂとを有する構造とし、外側アンテナ回路１３ａに、例えば、図１に示すように、可変コンデンサＶＣを接続して、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスの調節を可能にする。可変コンデンサＶＣの調節は、上述した通りである。

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ＶＣ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ＶＣ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ＶＣ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ＶＣのポジション調節によりきめ細かな電流制御を行うとともに、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相とする。これにより、アプリケーションに応じて最適なプラズマ電子密度分布を得ることができるとともに、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを同位相とする場合に比較して、プラズマ電子を、より高密度にすることができる。

さらに、複数の高周波電源を用いたり、高周波電力のパワーを分配するものではなく、単に可変コンデンサＶＣによりインピーダンス調整を行って外側アンテナ回路１３ａと内側アンテナ回路１３ｂの電流制御、及び位相制御を行うだけであるから、装置が大がかりで高コストのものとなったり、電力コストが高くなる等の不都合は存在しないし、制御の精度も複数の高周波電源を用いたりパワーを分配する場合よりも高くすることができる。

次に、高周波アンテナ１３の回路例のいくつかを説明する。

図１３Ａ乃至図１３Ｄは、高周波アンテナ１３の第１の回路例乃至第４の回路例を示す回路図である。

図１３Ａに示すように、第１の回路例に係る高周波アンテナ１３−１は、互いに並列接続された外側アンテナ回路１３ａ及び内側アンテナ回路１３ｂの双方において、整合器１４と平面コイルＬａ及びＬｂの一端との間に、可変コンデンサＶＣａ及びＶＣｂを接続したものである。平面コイルＬａ及びＬｂの他端は共通に接続され、共通接地点ＧＮＤに接続される。

第１の回路例においては、可変コンデンサＶＣａ及びＶＣｂの容量を調節し、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相とする。これにより、パワー効率を上げることができる。

また、可変コンデンサＶＣａ及びＶＣｂが調節可能であるので、可変コンデンサＶＣａ及びＶＣｂの容量をアプリケーションに対応させて最適な値、例えば、内密、外密、均一というように、最適なプラズマ電子密度分布になるように、パワー効率良く制御することも可能である。さらに、処理が、例えば、ＣＶＤのような成膜処理の場合には、成膜処理中に可変コンデンサＶＣａ又はＶＣｂ、例えば、外側アンテナ回路１３ａに設けられた可変コンデンサＶＣａの容量を成膜処理中にスキャンし、成膜される膜の膜厚が均一となるように、成膜処理中にプラズマ電子密度分布を内密、外密、均一の間でスキャン制御することも可能である。この場合も、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相としておくことで、パワー効率良く、プラズマ電子密度分布を内密、外密、均一の間でスキャン制御することができる。

図１３Ｂに示すように、第２の回路例に係る高周波アンテナ１３−２は、第１の回路例に係る高周波アンテナ１３−１と比較して、可変コンデンサＶＣａ、又はＶＣｂを、共通接地点ＧＮＤと平面コイルＬａ及びＬｂの他端との間に接続し、平面コイルＬａ及びＬｂの一端を整合器１４に共通に接続したことが異なる。

第２の回路例においても、可変コンデンサＶＣａ及びＶＣｂの容量を調節し、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相とする。

このような第２の回路例においても、第１の回路例と同様の利点を得ることができる。

図１３Ｃに示すように、第３の回路例に係る高周波アンテナ１３−３は、第１の回路例に係る高周波アンテナ１３−１と比較して、可変コンデンサＶａを外側アンテナ回路１３ａのみに設けるようにしたものである。第３の回路例は、図１１に示した高周波アンテナと同様の回路である。

第３の回路例においては、可変コンデンサＶＣａの容量を調節することで、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相とする。

このような第３の回路例においても、第１及び第２の回路例と同様の利点を得ることができる。

図１３Ｄに示すように、第４の回路例に係る高周波アンテナ１３−４は、第３の回路例に係る高周波アンテナ１３−３と比較して、可変コンデンサＶＣａを、共通接地点ＧＮＤと平面コイルＬａの他端との間に接続し、平面コイルＬａ及び平面コイルＬｂの一端を整合器１４に共通に接続したことが異なる。

第４の回路例においても、可変コンデンサＶＣａの容量を調節することで、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを互いに逆位相とする。

このような第４の回路例においても、第１乃至第３の回路例と同様の利点を得ることができる。

また、第１乃至第４の回路例では、外側アンテナ回路１３ａ及び／又は内側アンテナ回路１３ｂに設けられるコンデンサを、容量を調節できる可変コンデンサとしたがが、容量が固定されているコンデンサとすることも可能である。この場合のコンデンサの容量は、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとが互いに逆位相となるように設定されれば良い。

このように容量が固定されたコンデンサを用いた場合においても、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを逆位相としない高周波アンテナに比較すれば、処理室内に生成されるプラズマ電子密度を向上させることができ、よりパワー効率の良い高周波アンテナを備えた誘導結合プラズマ処理装置を得ることができる。

また、ここまで説明してきたように、この発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置は、外側アンテナ回路１３ａのインピーダンスと内側アンテナ回路１３ｂのインピーダンスとを逆位相とする。このため、誘導結合プラズマを発生させている間、外側アンテナ回路１３ａに流れる電流の位相と内側アンテナ回路１３ｂに流れる電流の位相とが互いに逆位相となる。

電流の位相が互いに逆位相となると、外側アンテナ回路１３ａ及び内側アンテナ回路１３ｂの双方に平面コイルＬａ、Ｌｂを用いた場合、図１４に示すように、平面コイルＬａを流れる外側電流Ｉｏｕｔの向きと、平面コイルＬｂを流れる内側電流Ｉｉｎの向きとが反対になる。このため、外側電流Ｉｏｕｔによって作られる外側磁場の向きと、内側電流Ｉｉｎによって作られる内側磁場の向きとが逆向きとなり、外側磁場と内側磁場とが互いに打ち消し合って、処理室内に導入される磁場が弱まってしまう。

このような外側磁場及び内側磁場の打ち消し会いを防ぐためには、図１５に示すように、外側アンテナ回路１３ａの平面コイルＬａと、内側アンテナ回路１３ｂの平面コイルＬｂとを互いに逆巻きとする良い。平面コイルＬａとＬｂとを互いに逆巻きとすると、回路上は外側電流Ｉｏｕｔの向きと内側電流Ｉｉｎの向きとが反対ではあるが、見掛け上は外側電流Ｉｏｕｔの向きと内側電流Ｉｉｎの向きとを同じ方向に揃えることができる。よって、外側磁場の向きと内側磁場の向きとが同じになり、外側磁場及び内側磁場の打ち消し会いを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置では、互いに並列接続された外側アンテナ回路１３ａと内側アンテナ回路１３ｂにおいて、一方のアンテナ回路のインピーダンスと、他方のアンテナ回路のインピーダンスとを逆位相にして、並列接続された二つのアンテナ回路に循環電流を発生させる構成であった。つまり、誘導性の内側アンテナ回路１３ｂに対し、容量性の外側アンテナ回路１３ａを並列回路として接続する構成であり、少なくとも二つのアンテナ回路が必要であった。しかし、アンテナ回路が一つの場合であっても、アンテナ回路に循環電流を発生させることは可能である。

図１６はこの発明の第２の実施形態に係る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への給電回路の一例を示す回路図である。

図１６に示すように、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置が、第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置と異なるところは、一つの誘導性アンテナ回路に対して並列接続される回路に、アンテナが具備されていない点である。高周波アンテナ１３は、整合器１４と接地点との間に接続されたアンテナ回路１３ｃと、アンテナ回路１３ｃに並列に接続された並列可変コンデンサ７０により構成されている。

図１７は第２の実施形態に係る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一例を概略的に示す斜視図である。

第２の実施形態は、第１の実施形態のような外側アンテナ回路１３ａ、及び内側アンテナ回路１３ｂがないので、一つのアンテナ回路１３ｃのみで構成することができる。このため、高周波アンテナ１３は、図１７に示すように、例えば、一つの平面コイルＬｃで構成することができる。図１７には、平面コイルＬｃの一例として、一本の導電部材で構成した例を示しているが、平面コイルＬｃは、分岐した複数本の導電部材で構成しても良い。

第２の実施形態によれば、例えば、並列可変コンデンサ７０のインピーダンスがアンテナ回路１３ｃのインピーダンスと逆位相になるように、並列可変コンデンサ７０の容量を調節する。これにより、図１８Ａ、又は図１８Ｂに示すように、アンテナ回路１３ｃに流れるアンテナ電流Ｉａの向きと並列可変コンデンサ７０に流れるキャパシタ電流Ｉｃの向きとを反対にすることができ、第１の実施形態と同様な循環電流を発生させることができる。従って、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。

図１９Ａは、整合器１４に逆Ｌ型整合回路を使う場合の基本構成を示す図、図１９Ｂは、逆Ｌ型整合回路を使用したときの図１６に示した高周波アンテナへの給電回路の一回路例を示す回路図である。

図１９Ａに示すように、逆Ｌ型整合回路は、一端を高周波電源に接続し、他端を負荷に接続したマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０と、一端をマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０と高周波電源１５との相互接続点に接続し、他端を接地したチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１とで構成される。ここでリアクタンス素子とは、コイルまたはコンデンサ、あるいは、これらが複合した素子である。

図１９Ｂでは、図１９Ａにおける負荷１３が高周波アンテナとなり、この高周波アンテナが、一端をマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０に接続したコイルＬｃと、一方の電極をコイルＬｃの他端に接続し、他方の電極を接地した終端コンデンサＣとを含むアンテナ回路１３ｃと、一方の電極をマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０とコイルＬｃの一端との相互接続点に接続し、他方の電極を接地した並列可変コンデンサ７０とにより構成されている。

図２０に、図１９に示した並列可変コンデンサ７０のＶＣポジションとインピーダンスとの関係を、同じく図２１に並列可変コンデンサ７０のＶＣポジションとマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０に流れる電流（Ｍａｔｃｈ電流）、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１に流れる電流（Ｔｕｎｅ電流）、並列可変コンデンサ７０に流れる電流（並列ＶＣ電流）、及び終端コンデンサＣに流れる電流（終端Ｃ電流）との関係を示す。

図２０に示すように、図１９に示した一回路例においては、可変コンデンサ７０のＶＣポジションが約６０％のときに並列共振を起こすことが分かる。また、図２１に示すように、並列共振点、及び並列共振点近傍においては、マッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０に流れる電流（Ｍａｔｃｈ電流）、及びチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１に流れる電流（Ｔｕｎｅ電流）はほぼゼロとなる。

図２２に第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を、図２３に第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によるアッシングレートを示す。図２２、及び図２３には、参考例として並列可変コンデンサ７０を持たないタイプの誘導結合プラズマ処理装置の場合を併記する。

図２２に示すように、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、高周波電力ＲＦを同じとした場合、参考例に係る誘導結合プラズマ処理装置に比較して、より高いプラズマ電子密度を得ることができる。

また、図２３に示すように、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、高周波電力ＲＦを同じとした場合、参考例に係る誘導結合プラズマ処理装置に比較して、アッシングレート、及びアッシングの面内均一性も向上する。

ところで、高周波電力ＲＦが同じとした場合に、より高いプラズマ電子密度が得られる、ということは、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置は、参考例に比較してエネルギー効率が向上する、ということである。エネルギー効率の向上は、例えば、次のような利点が得られる。

近時、処理の効率化等のために、基板、例えば、ＦＰＤ用のガラス基板が著しく大型化し、一片が１ｍを超えるものが生産されている。このため、ガラス基板に処理を施すための誘導結合プラズマ処理装置も大型化し、アンテナ室と処理室とを区切る誘電体壁も大型化している。誘電体壁が大型化すると、処理室の内外の圧力差や自重等に耐えるだけの十分な強度を有するように、その厚さも厚くせざるを得ないが、誘電体壁が厚くなると、高周波アンテナが処理室から遠ざかることとなり、エネルギー効率が悪くなる。

これに対して、例えば、特開２００１−２８２９９号公報には、シャワーヘッドを構成する金属製のシャワー筐体に支持梁の機能を持たせ、この支持梁によって誘電体壁を支持することにより誘電体壁の撓みを防止し、これにより誘電体壁を薄くしてエネルギー効率を向上させること、及びシャワー筐体と高周波アンテナとが直交するようにして高周波アンテナからの誘導電界が支持梁によって妨げられることを極力防止してエネルギー効率の低下を防止することが開示されている。

しかしながら、誘導結合プラズマ処理装置がさらに大型化すると、上記特開２００１−２８２９９号公報に記載された技術のように、支持梁によって誘電体壁を支持することにより誘電体壁を薄くすることにも限界があり、さらなるエネルギー効率の向上が必要となってくる。

このような事情に対し、第２の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置は、図２２に示したようにエネルギー効率が向上するので、誘導結合プラズマ処理装置のさらなる大型化にも有利である。

なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態において説明したように、並列共振する並列共振点、又は並列共振点に加え、並列共振点の近傍の領域を用いずに、処理室内に誘導結合プラズマを生成するようにしても良い。並列共振点の近傍の領域の定義については、第１の実施形態で説明した通りである。

（第３の実施形態）
上記第２の実施形態において、図２１を参照して説明したように、並列共振点、及び並列共振点近傍においては、逆Ｌ型整合回路のチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１に流れる電流（Ｔｕｎｅ電流）はほぼゼロである。このため、並列共振点、及び並列共振点近傍を用いて誘導結合プラズマ処理装置を動作させる場合には、図２４Ａに示すようにチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１は必要ない。

ここで、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１を除いた図２４Ａの回路は、コイルＬｃと終端コンデンサＣの部分を負荷と考えると、図２４Ｂに示すように、並列可変コンデンサ７０をチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１としたＴ型整合回路を使う場合の基本構成図と同じになる。

Ｔ型整合回路は、一方を高周波電源に接続したマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０と、一方をマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０の他方に接続し、他方を接地したチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１とで構成される。

図２５は第３の実施形態に係る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への給電回路の一例を示す回路図である。

図２５に示すように、第３の実施形態に係る給電回路が、第２の実施形態に係る給電回路と異なるところは、整合器１４を逆Ｌ型整合回路からＴ型整合回路に置き換え、かつ、誘導結合プラズマ処理装置を動作させている際に、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１と、アンテナ回路１３ｃとの間に循環電流が流れるように、インピーダンス整合を行うようにしたことである。

高周波アンテナ１３は、一端をマッチング用可変リアクタンス素子（Ｘ_{Ｍａｔｃｈ}）８０とチューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１との相互接続点に接続したコイルＬｃと、一方の電極をコイルＬｃの他端に接続し、他方の電極を接地した終端コンデンサＣとを含むアンテナ回路１３ｃから構成されている。

プラズマ処理をする際には、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１とアンテナ回路１３ｃとの間に、循環電流が生じるように動作させる。具体的な一例は、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１のインピーダンスが、アンテナ回路１３ｃのインピーダンスと逆位相となるように、チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）８１を調節する。

図２６に第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の処理室内に載置した被処理基板上のプラズマ電子密度の分布を、図２７に第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によるアッシングレートを示す。図２６、及び図２７には、参考例として並列可変コンデンサ７０を有しないタイプの誘導結合プラズマ処理装置と第２の実施形態の場合とを併記する。

図２６に示すように、第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置においても、高周波電力ＲＦを同じとした場合、参考例に係る誘導結合プラズマ処理装置に比較して、より高く、かつ、第２の実施形態と同等以上のプラズマ電子密度を得ることができる。

また、図２７に示すように、第３の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、高周波電力ＲＦを同じとした場合、参考例に係る誘導結合プラズマ処理装置に比較して、アッシングレート、及びアッシングの面内均一性も向上する。しかも、アッシングレートは第２の実施形態とほぼ同等のレートが、また、面内均一性は、第２の実施形態と同等以上の均一性を得ることができる。

なお、第３の実施形態においても、第１の実施形態において説明したように、並列共振する並列共振点、又は並列共振点に加え、並列共振点の近傍の領域を用いずに、処理室内に誘導結合プラズマを生成するようにしても良い。並列共振点の近傍の領域の定義については、第１の実施形態で説明した通りである。

以上、この発明の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置によれば、よりパワー効率が良い誘導結合プラズマ処理装置および誘導結合プラズマ処理方法を提供できる。

なお、この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。

例えば高周波アンテナの構造は上記構造に限るものではなく、同様の機能を持つ構造であれば、種々の構造を採用することができる。

また、上記実施形態では、高周波アンテナを外側にプラズマを形成する外側アンテナ部と内側にプラズマを形成する内側アンテナ部に分けたが、必ずしも外側と内側に分ける必要はなく、種々の分け方を採用することが可能である。

さらに、プラズマを形成する位置が異なるアンテナ部に分ける場合に限らず、プラズマ分布特性の異なるアンテナ部に分けるようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、高周波アンテナを外側と内側の２つに分けた場合について示したが、３つ以上に分けるようにしてもよい。例えば、外側部分と中央部分とこれらの中間部分の３つに分けることを挙げることができる。

さらに、インピーダンスを調整するための手段として、コンデンサ、及び可変コンデンサを設けたが、コイル、可変コイル等他のインピーダンス調整手段を用いても良い。

さらにまた、上記実施系では誘導結合プラズマ処理装置の一例としてアッシング装置を例示したが、アッシング装置に限らず、エッチングや、ＣＶＤ成膜等の他方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、被処理基板としてＦＰＤ基板を用いたが、この発明はこれに限らず半導体ウエハ等他方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；外側アンテナ回路、１３ｂ；内側アンテナ回路、１４；整合器、１５；高周波電源、１６ａ，１６ｂ；給電部材、２０；処理ガス供給系、Ｃ；コンデンサ、ＶＣ、ＶＣａ、ＶＣｂ；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、Ｇ；基板、７０；並列可変コンデンサ、８０；マッチング用可変リアクタンス素子、８１；チューニング用可変リアクタンス素子（Ｘ_Ｔｕｎｅ）

Claims (8)

1. 被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
   前記処理室内で被処理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誘導電界を形成するアンテナ回路と、
   前記アンテナ回路に並列に接続された並列回路と、を具備し、
   前記アンテナ回路のインピーダンスと前記並列回路のインピーダンスとを逆位相にして、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成するように構成され、
   前記並列回路が可変コンデンサを含み、該可変コンデンサが整合回路の一部をなし、
   前記処理室内に前記誘導結合プラズマを生成するに当たり、前記可変コンデンサの容量の値が、前記アンテナ回路と前記並列回路とが並列共振とならないような値に制御されることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
2. 前記アンテナ回路と前記並列回路とが並列共振とならないような値は、前記アンテナ回路と前記並列回路との並列共振点から前記アンテナ回路および前記並列回路のインピーダンスが容量性領域において最大値となる値まで、及び前記並列共振点から前記アンテナ回路および前記並列回路のインピーダンスが誘導性領域において最大値となる値までを除いた値であ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。
3. 前記可変コンデンサを含む前記整合回路は、前記誘導結合プラズマ処理装置を動作させている際に、前記整合回路に含まれた前記可変コンデンサと前記アンテナ回路との間に循環電流が流れるように、インピーダンス整合を行う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。
4. 被処理基板を収容してプラズマ処理を施す処理室と、
   前記処理室内で被処理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誘導電界を形成するアンテナ回路と、前記アンテナ回路に並列に接続された並列回路と、を具備し、前記並列回路が可変コンデンサを含み、該可変コンデンサが整合回路の一部をなす誘導結合プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
   前記アンテナ回路のインピーダンスと前記並列回路のインピーダンスとを逆位相とし、かつ、前記アンテナ回路と前記並列回路とが並列共振する並列共振点を用いずに、前記処理室内に誘導結合プラズマを生成することを特徴とするプラズマ処理方法。
5. さらに、前記並列共振点から容量性領域における前記アンテナ回路および前記並列回路のインピーダンスの最大値までの領域、及び前記並列共振点から誘導性領域における前記アンテナ回路および前記並列回路のインピーダンスの最大値までの領域を用いずに、前記処理室内に前記誘導結合プラズマを生成することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記可変コンデンサを含む前記整合回路は、前記誘導結合プラズマ処理装置を動作させている際に、前記整合回路に含まれた前記可変コンデンサと前記アンテナ回路との間に循環電流が流れるように、インピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. 前記可変コンデンサの容量の値を制御して、前記並列回路の電流値を制御し、前記処理室内に形成される誘導結合プラズマのプラズマ電子密度分布を制御することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
8. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
   前記制御プログラムが、実行時に、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法が行われるように誘導結合プラズマ処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。

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