JP6163373B2 - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

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。

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室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、処理室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、処理室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。このような誘導結合プラズマ処理装置としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

近時、被処理基板のサイズが大型化しており、例えばＬＣＤ用の矩形状ガラス基板では、短辺×長辺の長さが、約１５００ｍｍ×約１８００ｍｍのサイズから約２２００ｍｍ×約２４００ｍｍのサイズへ、さらには約２８００ｍｍ×約３０００ｍｍのサイズへと著しく大型化している。

このような被処理基板の大型化にともない、誘導結合プラズマ処理装置の天壁を構成する誘電体窓も大型化されるが、誘電体窓は一般的に石英あるいはセラミックスといった脆い材料が用いられているため大型化には不向きである。このため、例えば、特許文献２に記載されているように、石英ガラスを分割することで誘電体窓の大型化に対処している。

しかしながら、被処理基板のさらなる大型化が指向されており、特許文献２に記載されている誘電体窓を分割する手法においても大型化への対応が困難化してきている。

そこで、誘電体窓を金属窓に置き換えて強度を増すことで、被処理基板の大型化に対応する技術が提案されている（特許文献３）。この技術では、高周波アンテナに流れた電流により金属窓の上面に渦電流が発生し、その渦電流が、金属窓側面および下面を通って上面に戻るループ電流となり、金属窓の下面を流れる電流により処理室内に誘導電界を形成することによりプラズマを生成するといった、誘電体窓を用いた場合とは異なるメカニズムを有する。

特許第３０７７００９号公報 特許第３６０９９８５号公報 特開２０１１−２９５８４号公報

特許文献３の技術では、被処理基板の大型化に対応することができるものの、プラズマ発生のメカニズムが誘電体窓を用いた場合と異なるため、金属窓の大型化についてはまた別の問題が存在する。例えば、高周波アンテナが渦巻き状あるいは環状である場合には、このようなループする渦電流を形成するために、金属窓を複数の金属窓片に分割し、複数の金属窓片を互いに絶縁する必要があり、典型的には放射状に分割しているが、矩形状の金属窓を放射状に分割した場合には、長辺を含む金属窓片に対応する領域と短辺を含む金属窓片に対応する領域とで誘導電界の電界強度が異なり、プラズマの均一性が不十分となり、均一性の高いプラズマ処理を行うことが困難である。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、大型の被処理基板に対し、金属窓を用いて均一なプラズマ処理を行う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、矩形状の基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、基板を収容する処理室と、前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた矩形状をなす金属窓とを備え、前記金属窓は、長辺を含む第１の領域と、短辺を含む第２の領域とに電気的に絶縁されるように分割され、かつ前記第２の領域の径方向の幅ａと前記第１の領域の径方向の幅ｂとの比ａ／ｂが、０．８以上１．２以下の範囲となるように分割されており、前記金属窓は、その四隅から４５°±６°の方向に延びる４つの第１分割線と、前記第１分割線のうち、それぞれ前記短辺を挟む２つが交わる２つの交点を結ぶ、前記長辺に平行な第２分割線とを有し、これら第１分割線および第２分割線により、前記第１の領域と前記第２の領域に分割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。

上記誘導結合プラズマ処理装置において、前記４つの第１分割線はそれぞれ、前記金属窓の四隅から４５°の方向に延びることが好ましい。

前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で前記金属窓の周方向に沿って周回するように設けることができる。

前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方は、互いに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されている構成とすることができる。

また、前記金属窓は、さらに互いに電気的に絶縁されるように周方向に分割されている構成とすることができる。この場合に、前記周方向に分割された領域がさらに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されている構成とすることができる。前記周方向に分割された領域の周方向に交差する方向の分割数は、前記金属窓の周縁部分に向かうにつれて多くなっていることが好ましい。前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で、前記周方向に分割された領域各々に対応して周回するように設けられた複数のアンテナ部を有するものとすることができる。また、前記高周波アンテナには、１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波が印加されることが好ましい。

本発明によれば、矩形状をなす金属窓が、長辺を含む第１の領域と、短辺を含む第２の領域とに電気的に絶縁されるように分割され、かつ第２の領域の径方向の幅ａと第１の領域の径方向の幅ｂとの比ａ／ｂが、０．８以上１．２以下の範囲となるように分割されている。このため、第１の領域と第２の領域の電界強度が同等となり、大型の基板に対しても均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 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例を示す図である。 金属窓を用いた場合の誘導結合プラズマの第１の生成原理を示す図である。 金属窓を用いた場合の誘導結合プラズマの第２の生成原理を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置に用いられる金属窓を示す平面図である。 放射状に分割した金属窓を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓の分割状態を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓の他の例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓および高周波アンテナを示す模式図であり、周方向に２分割した場合を示す。 本発明の第２の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓を示す模式図であり、周方向に２分割し、外側周方向領域を周方向に直交する方向にさらに分割した場合の一例を示す。 本発明の第２の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓を示す模式図であり、周方向に２分割し、外側周方向領域および内側周方向領域を周方向に直交する方向にさらに分割した場合の一例を示す。 （Ａ）図は参考例に係る金属窓を示す平面図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）図は本発明の実施形態に用いられる金属窓の例を示す平面図である。 電界強度比および角度の窓幅比依存性を示す図である。

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。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示す誘導結合プラズマ処理装置は、矩形基板、例えば、ＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスタ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等のプラズマ処理に用いることができる。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。また、ＦＰＤ用ガラス基板に限らず、太陽電池パネル用ガラス基板に対する上記同様のプラズマ処理にも用いることができる。

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により電気的に接地されている。本体容器１は、本体容器１と絶縁されて形成された矩形状の金属窓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。金属窓２は、処理室４の天壁を構成する。金属窓２は、例えば、非磁性体で導電性の金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金で構成される。また、金属窓２の耐プラズマ性を向上させるために、金属窓２の処理室４側の表面に誘電体膜や誘電体カバーを設けてもよい。誘電体膜としては陽極酸化膜または溶射セラミックス膜を挙げることができる。また誘電体カバーとしては石英製またはセラミックス製のものを挙げることができる。

アンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には、本体容器１の内側に突出する支持棚５、および支持梁６が設けられている。支持棚５および支持梁６は導電性材料、望ましくはアルミニウム等の金属で構成される。金属窓２は後述するように絶縁部材７を介して分割されおり、金属窓２は分割された状態で絶縁部材７を介して支持棚５および支持梁６に支持される。支持梁６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。

支持梁６は、本例では処理ガス供給用のシャワー筐体を兼ねる。支持梁６がシャワー筐体を兼ねる場合には、支持梁６の内部に、被処理基板の被処理面に対して平行に延びるガス流路８が形成される。ガス流路８には、処理室４内に処理ガスを噴出する複数のガス吐出孔８ａが形成される。ガス流路８には、処理ガス供給系２０からガス供給管２０ａを介して処理ガスが供給され、ガス吐出孔８ａから処理室４の内部に、処理ガスが吐出される。なお、処理ガスは、支持梁６から供給される代わりに、またはそれに加えて、金属窓２にガス吐出孔を設けて処理ガスを吐出することもできる。

金属窓２の上のアンテナ室３内には、金属窓２に面するように高周波アンテナ１３が配置されている。高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１４により金属窓２から離間して配置されており、矩形状の金属窓２に対応する面内で金属窓２の周方向に沿って周回するように設けられ、例えば図２に示すように、渦巻き状に形成される。この例では、導電性材料、例えば銅などからなる４本のアンテナ線１３１，１３２，１３３，１３４を９０°ずつ位置をずらして巻回して全体が渦巻状となるようにした多重（四重）アンテナを構成し、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなしている。また、一本または複数のアンテナ線を環状にした環状アンテナであってもよい。

高周波アンテナ１３には、給電部材１５、給電線１６、整合器１７を介して第１の高周波電源１８が接続されている。そして、プラズマ処理の間、高周波アンテナ１３に第１の高周波電源１８から整合器１７、給電線１６および給電部材１５を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることで、後述の金属窓に誘起されるループ電流を介して、処理室４内のプラズマ生成領域に誘導電界が形成され、この誘導電界により複数のガス吐出孔８ａから供給された処理ガスが、処理室４内のプラズマ生成領域においてプラズマ化される。

処理室４内の下方には、金属窓２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板として、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。

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室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を介して第２の高周波電源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生成されたセルフバイアスによって、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、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。

次に、金属窓２について説明する。
金属窓２を用いて誘導結合プラズマが生成されるのは、以下の２つの原理に基づく。
図３は、金属窓を用いた場合の誘導結合プラズマの第１の生成原理を示す図である。図３に示すように、高周波アンテナ１３に流れる高周波電流Ｉ_ＲＦより、金属窓２の上面（高周波アンテナ側表面）に誘導電流が発生する。誘導電流は表皮効果により金属窓２の表面部分にしか流れないが、金属窓２は支持棚５、支持梁６、および本体容器１から絶縁されているため、高周波アンテナ１３の平面形状が直線状であれば、金属窓２の上面に流れた誘導電流は、金属窓２の側面に流れ、次いで、側面に流れた誘導電流は、金属窓２の下面（処理室側表面）に流れ、さらに、金属窓２の側面を介して、再度金属窓２の上面に戻り、渦電流Ｉ_ＥＤを生成する。このようにして、金属窓２には、その上面（高周波アンテナ側表面）から下面（処理室側表面）にループする渦電流Ｉ_ＥＤが生成される。このループする渦電流Ｉ_ＥＤのうち、金属窓２の下面を流れた電流が処理室４内に誘導電界Ｉ_Ｐを生成し、この誘導電界Ｉ_Ｐにより処理ガスのプラズマが生成される。

本実施形態のように、高周波アンテナ１３が金属窓２に対応する面内で周方向に沿って周回するように設けられている場合には、金属窓２として無垢の一枚板を用いると、高周波アンテナによって金属窓２の上面に生成される渦電流Ｉ_ＥＤは、金属窓２の上面をループするのみとなって、渦電流Ｉ_ＥＤは金属窓２の下面には流れずプラズマは生成されない。これに対して、金属窓２を複数に分割するとともに互いに絶縁して、渦電流Ｉ_ＥＤが金属窓２の下面に流れるようになる。すなわち、金属窓２を互いに絶縁した状態で複数に分割することにより、分割された金属窓の上面には側面に達する誘導電流が流れ、側面から下面に流れ、再度側面を流れた上面に戻るループ状の渦電流Ｉ_ＥＤを生成する。

図４は、金属窓を用いた場合の誘導結合プラズマの第２の生成原理を示す図である。
高周波アンテナ１３のアンテナ線１３０に電流が流れると、その回りに誘導磁界Ｍが発生する。誘導磁界Ｍの磁力線は金属を透過しないため、金属窓２に到達した磁力線は金属窓２の表面で渦電流Ｉ_Ｅを形成し、裏面側のそれによって形成される逆向きの磁界によって磁力線は外側に曲がる。渦電流Ｉ_Ｅが合成されて形成された合成渦電流Ｉ_ＥＣは金属窓２の表面から裏面に流れさらに表面に戻るループ電流として形成され、裏面側の合成渦電流Ｉ_ＥＣが処理室４内に第１の誘導電界Ｅ_Ｐ１を形成する。一方、誘導磁界Ｍの磁力線は、絶縁部材７を透過し、処理室４内では、基板Ｇの表面に沿って形成され、処理室４内の誘導磁界Ｍにより、処理室４内に第２の誘導電界Ｅ_Ｐ２が形成される。そしてこれらの誘導電界により、処理室４内に処理ガスのプラズマが生成される。なお、図４において、電流や磁力線の方向は説明のための便宜上のものであり、正確なものではない。例えば、第２の誘導電界Ｅ_Ｐ２の方向を誘導磁界Ｍの磁力線と同じ方向で表しているが、実際には誘導磁界Ｍの磁力線と直交する方向である。

このように本実施形態では矩形状の金属窓２を互いに絶縁した状態で分割することにより、上記２つの原理に基づいて処理室４内に誘導結合プラズマが生成される。そして、本実施形態では、後述するメカニズムに基づいて均一な誘導電界が形成されるように、典型的には図５に示すように分割される。すなわち、矩形状の金属窓２は、長辺２ａを含む２つの第１の領域２０１と、短辺２ｂを含む２つの第２の領域２０２とに絶縁部材７により電気的に絶縁されるように分割され、かつ第１の領域２０１と第２の領域２０２とは径方向の幅が等しくなるように分割されている。

具体的には、金属窓２は、その四隅から４５°の方向に延びる４つの第１分割線５１と、第１分割線５１のうち、それぞれ短辺２ｂを挟む２つが交わる２つの交点Ｐを結ぶ、長辺に平行な第２分割線５２とを有し、これら第１分割線５１および第２分割線５２により、第１の領域２０１と第２の領域２０２に分割されている。第１分割線５１および第２分割線５２を含む所定の幅の部分に絶縁部材７が存在している。これら第１分割線５１および第２分割線５２を含む絶縁部材７の一部または全部の内部には上述したように支持梁６が存在している。なお、図５では金属窓２の外周を支持棚５と絶縁するための絶縁部材７は図示を省略している。

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。

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を兼ねる支持梁６のガス吐出孔８ａ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１８から例えば１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより金属窓２を介して処理室４内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生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として、例えばプラズマエッチング処理が行われる。

この場合に、金属窓２は高周波アンテナ１３が金属窓２に対応する面内で周方向に沿って周回するように設けられているため、上述したように、処理室４内に誘導電界を形成するには金属窓２を互いに絶縁した状態で分割する必要があるが、そのとき、特許文献３に示すように、金属窓を放射状に分割すると、誘導電界の電界強度分布が不均一となってプラズマ処理の均一性が不十分になることが判明した。

この点について、図６を参照して説明する。図６は放射状に分割した金属窓を示す模式図である。図６では便宜上、高周波アンテナ１３を２巻の環状アンテナとして描いており、絶縁部材７は省略している。図６に示すように、矩形状の金属窓２を典型的な放射状分割である対角線分割した場合には、長辺２ａを含む第１の領域２０１′の径方向の幅（すなわち金属窓２の中心から長辺２ａまでの距離）は、短辺２ｂの長さをＢとするとＢ／２となる。一方、短辺２ｂを含む第２の領域２０２′の径方向の幅（すなわち金属窓２の中心から短辺２ｂまでの距離）は、長辺２ａの長さをＡとするとＡ／２となる。したがって、第１の領域２０１′の径方向の幅よりも第２の領域２０２′の径方向の幅のほうが大きくなる。ここで、高周波アンテナ１３の巻数は第１の領域２０１′および第２の領域２０２′で同じであるから、径方向の幅が小さい分、第１の領域２０１′のほうが誘導電界の電界強度が大きくなってしまう。このため、第１の領域２０１′のほうが電流密度が大きくなってプラズマが強くなるため、プラズマの均一性が低下する。

そこで、矩形状の金属窓２を、長辺２ａを含む２つの第１の領域２０１と、短辺２ｂを含む２つの第２の領域２０２とに電気的に絶縁されるように分割し、かつ第１の領域２０１と第２の領域２０２とが径方向の幅が等しくなるように分割する。具体的には、図５に示すように、金属窓２は、その四隅から４５°の方向に延びる４つの第１分割線５１と、第１分割線５１のうち、それぞれ短辺２ｂを挟む２つが交わる２つの交点Ｐを結ぶ、長辺に平行な第２分割線５２とを有し、これら第１分割線５１および第２分割線５２により、第１の領域２０１と第２の領域２０２に分割しているから、図７に示すように、第１の領域２０１の径方向の幅および第２の領域２０２の径方向の幅は、いずれもＢ／２となる。このため、第１の領域２０１および第２の領域２０２は、高周波アンテナ１３の巻数が同じで、径方向の幅も同じであるから、誘導電界の電界強度が同じになり、均一なプラズマを形成することができる。

本実施形態においては、第１の領域２０１および第２の領域２０２の少なくとも一方は、互いに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されていてもよい。その例を図８に示す。図８では第１の領域２０１および第２の領域２０２の両方について周方向に直交する方向に２分割した例を示す。すなわち、第１の領域２０１を径方向に領域２０１ａ，２０１ｂに分割し、第２の領域２０２を径方向に領域２０２ａ，２０２ｂに分割している。このように分割数を増やすことにより、金属窓２の分割された領域の大きさを小さくすることができ、縦電界Ｅ_Ｖの影響を低減することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態の誘導結合プラズマ処理装置に用いる金属窓および高周波アンテナの一例を示す模式図である。この図に示すように、本実施形態においては、金属窓２は、互いに電気的に絶縁されるように第１の領域２０１と第２の領域２０２とに分割され、さらに互いに電気的に絶縁されるように周方向に沿って外側周方向領域２０３と内側周方向領域２０４とに２分割されている。このように分割することにより、外側周方向領域２０３は分割領域２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄに４分割され、内側周方向領域は分割領域２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄに４分割される。そして分割領域２０３ａ，２０３ｃ，２０４ａ，２０４ｃが第１の領域２０１を構成し、分割領域２０３ｂ，２０３ｄ，２０４ｂ，２０４ｄが第２の領域２０２を構成している。

このように、金属窓２を外側周方向領域２０３と、内側周方向領域２０４とに、互いに絶縁されるように分割することにより、ループする渦電流Ｉ_ＥＤの拡散を抑制することができ、処理室４の内部に発生するプラズマの分布の制御性をより良好とすることができる。また、このようにループする渦電流Ｉ_ＥＤの拡散が抑制されることにより、ループする渦電流Ｉ_ＥＤをより強く金属窓２の表面に発生させることができ、処理室４の内部により強い誘導電界Ｅを発生させることができる。

また、本実施形態では、高周波アンテナ１３を、径方向に間隔をおいて、例えば渦巻き状または環状をなす、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの２つの周回するアンテナ部を有するものとし、外側アンテナ部１３ａを金属窓２の外側周方向領域２０３に対応して設け、内側アンテナ部１３ｂを金属窓２の内側周方向領域２０４に対応して設ける。

処理室４内おいては、高周波アンテナ１３の直下の空間にプラズマが生成されるが、その際に、高周波アンテナ１３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、高周波アンテナ１３を、径方向に間隔をおいて外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂの２つの周回するアンテナ部を有するものとし、これらのインピーダンスを調整して電流値を独立して制御し、誘導結合プラズマの全体としての密度分布を制御することができる。なお、図９では便宜上、外側アンテナ部１３ａと内側アンテナ部１３ｂを２巻の環状アンテナとして描いている。

また、上述のように、外側アンテナ部１３ａを外側周方向領域２０３に対応して設け、内側アンテナ部１３ｂを内側周方向領域２０４に対応して設けることにより、外側アンテナ部１３ａに対応する外側周方向領域２０３に発生するループする渦電流Ｉ_ＥＤと、内側アンテナ部１３ｂに対応する内側周方向領域２０４に発生するループする渦電流Ｉ_ＥＤとの干渉を抑制することができる。これにより、処理室４の内部に発生する誘導電界Ｅの強度のばらつきを抑制することができ、処理室４の内部のプラズマ分布の制御性を良好にすることができる。

本実施形態では、金属窓２を周方向に２分割する場合に限らず、３以上に分割してもよい。そして、高周波アンテナ１３を金属窓の分割数に対応する数の渦巻き状や環状等の周回するアンテナ部で構成し、これらアンテナ部を各周方向分割領域に対応するように間隔をあけて配置する構成とすることができる。このように金属窓２を３分割以上とすることによっても上記効果を奏することができ、さらに、高周波アンテナ１３を３つ以上の周回するアンテナ部として構成することにより、より大型の基板に対するプラズマ密度分布を制御することができる。

また、金属窓２において、周方向に分割された領域がさらに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されていてもよい。このようにすることにより、さらに金属窓２の分割数を増やして分割された領域のサイズ（面積）を小さくすることができ、縦電界Ｅ_Ｖをより小さくすることができる。このとき、周方向に分割された領域の周方向に交差する方向の分割数は、金属窓２の周縁部分に向かうにつれて多くなるようにすることが好ましい。このようにすることにより、金属窓２の外側のより面積の広い部分の分割数を多くすることができるので、分割数を一層増やすことができる。

その例について、図１０、図１１に示す。図１０は、金属窓２の周方向の分割数を外側周方向領域２０３と内側周方向領域２０４の２分割とし、外側周方向領域２０３の分割領域２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄをさらに周方向に直交する方向に２分割して分割領域２０３ａ１、２０３ａ２、２０３ｂ１、２０３ｂ２、２０３ｃ１、２０３ｃ２、２０３ｄ１、２０３ｄ２としたものである。また、図１１は、金属窓２の周方向の分割数を外側周方向領域２０３と内側周方向領域２０４の２分割とし、外側周方向領域２０３の分割領域２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄをさらに周方向に直交する方向に３分割して分割領域２０３ａ１、２０３ａ２、２０３ａ３、２０３ｂ１、２０３ｂ２、２０３ｂ３、２０３ｃ１、２０３ｃ２、２０３ｃ３、２０３ｄ１、２０３ｄ２、２０３ｄ３とし、内側周方向領域２０４の分割領域２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄをさらに周方向に直交する方向に２分割して分割領域２０４ａ１、２０４ａ２、２０４ｂ１、２０４ｂ２、２０４ｃ１、２０４ｃ２、２０４ｄ１、２０４ｄ２としたものである。

＜誘導電界の電界強度比＞
次に、短辺２ｂを含む第２の領域２０２と長辺２ａを含む第１の領域２０１との誘導電界の電界強度比について説明する。

誘導電界の電界強度Ｅは、下記（１）式に示すように、アンテナの電流量Ｉと巻き数ｎに比例し、窓幅（径方向の幅）ｄに反比例する。
Ｅ ∝ Ｉ×ｎ／ｄ …（１）

（１）式から、誘導電界の電界強度は窓幅ｄの幅に応じて変わる。窓幅ｄが径方向に沿って広くなると、窓幅ｄが狭い場合に比較して、より幅広くプラズマを生成しなければならなくなる。このため、誘導電界Ｅの電界強度が弱まり、プラズマが弱まる。反対に、窓幅ｄが径方向に狭まれば、誘導電界Ｅの電界強度が強まる。

例えば、図１２（Ａ）に示すように、第１分割線５１′が対角線状であった場合に、短辺２ｂを含む第２の領域２０２′の誘導電界Ｅの電界強度は最も弱くなる。図１２（Ａ）に示す例においては、第２の領域２０２′の窓幅ｄＢ（＝ａ）と第１の領域２０１′の窓幅ｄＡ（＝ｂ）との窓幅比ａ／ｂを仮に１．３とする。

以下、窓幅比ａ／ｂを、図１２（Ｂ）に示されるように１．１と小さくすると、第２の領域２０２の窓幅ｄＢ（＝ａ）は狭くなり、第２の領域２０２の電界強度は強まる。さらに、図１２（Ｃ）に示されるように窓幅比ａ／ｂが１になると、第２の領域２０２の電界強度はさらに強まって、第２の領域２０２および第１の領域２０１の双方の誘導電界Ｅの電界強度は等しくなる。さらに、図１２（Ｄ）に示されるように窓幅比ａ／ｂを１未満、例えば、０．９とすると、第２の領域２０２と第１の領域２０１とで誘導電界Ｅの電界強度は逆転する。

図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示す長辺２ａを含む第１の領域２０１′および２０１の電界強度ＥＡは、
ＥＡ ＝ Ｉ×ｎ／ｄＡ …（２）
である。

また、短辺２ｂを含む第２の領域２０２′および２０２の電界強度ＥＢは、
ＥＢ ＝ Ｉ×ｎ／ｄＢ …（３）
である。

第２の領域２０２′および２０２の電界強度ＥＢと、第１の領域２０１′および２０１の電界強度ＥＡとの比“ＥＢ／ＥＡ”は、
ＥＢ／ＥＡ ＝ （Ｉ×ｎ／ｄＢ）／（Ｉ×ｎ／ｄＡ） …（４）
である。

第１の領域２０１′および２０１と第２の領域２０２′および２０２とでは、アンテナの電流量Ｉと巻き数ｎとが同等であるから、
ＥＢ／ＥＡ ＝ （１／ｄＢ）／（１／ｄＡ）
＝ ｄＡ／ｄＢ …（５）
となる。

窓幅ｄＡは第１の領域２０１′および２０１の径方向の窓幅ｂであり、同じく窓幅ｄＢは第２の領域２０２′および２０２の径方向の窓幅ａであるから、
ＥＢ／ＥＡ ＝ ｂ／ａ …（６）
となる。

（６）式に示すように、誘導電界Ｅの電界強度比“ＥＢ／ＥＡ”は、第１の領域２０１′および２０１の径方向の窓幅ａと、第２の領域２０２′および２０２の径方向の窓幅ｂとの窓幅比“ａ／ｂ”に反比例する。

表１は、窓幅ａ、窓幅ｂ、窓幅比ａ／ｂ、電界強度比ＥＢ／ＥＡ、および第１分割線５１′又は５１と長辺２ａとが成す角度θを示す表である。

図１３は電界強度比および角度の窓幅比依存性を示す図である。
図１３に示すように、窓幅比ａ／ｂの値が“１”からずれていくにしたがって、誘導電界の電界強度比ＥＢ／ＥＡの値も“１”からずれていく。これは、窓幅比ａ／ｂが“１”からずれることで、第２の領域２０２′および２０２に生成される誘導電界ＥＢと第１の領域２０１′および２０１に生成される誘導電界ＥＡとのずれが大きくなっていくことを示している。

実際の処理に際しては、誘導電界ＥＢと誘導電界ＥＡとの差は小さい方、好ましくは誘導電界ＥＢと誘導電界ＥＡとの差はほとんどないことが、均一な処理に有効である。しかし、実際には、誘導電界ＥＢと誘導電界ＥＡとのずれには、ある程度の許容誤差を見込むことができる。許容誤差は、実用的な観点から考慮すれば、約±２０〜２５％の範囲である。例えば、誘導電界ＥＢと誘導電界ＥＡとのずれを約±２０〜２５％以内に抑えるには、誘導電界の電界強度比ＥＢ／ＥＡを約０．８以上約１．２以下の範囲に抑えればよい。このためには、図１３に示すように、窓幅比ａ／ｂを範囲Ｍ１に示すように、０．８以上１．２以下の範囲となるように設定し、第１の領域と第２の領域とを分割すればよい。

また、窓幅比ａ／ｂを０．８以上１．２以下の範囲に設定するということは、第１分割線５１と第１の領域２０１の長辺２ａとが成す角度θも４５°からずらす、ということである。例えば、図１３に示すように角度θを４５°から約±６°（約３９°以上約５１°以下）の範囲Ｍ２となるように角度θを設定することでも、誘導電界Ｅの電界強度比ＥＢ／ＥＡを約０．８以上１．２以下の範囲に抑えることができる。

また、４５°から約±６°（約３９°以上約５１°以下）の範囲となるように、角度θを設定すれば、窓幅比ａ／ｂを０．８以上１．２以下の範囲に設定できる、ということもできる。

このように、窓幅比ａ／ｂを０．８以上１．２以下の範囲とすること、および／または第１分割線５１と第１の領域２０１の長辺２ａとが成す角度θを４５°から約±６°（約３９°以上約５１°以下）の範囲とすることで、誘導電界の電界強度比ＥＢ／ＥＡを約０．８以上１．２以下の範囲に抑えることが可能な誘導結合プラズマ処理装置を得ることができる。

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、高周波アンテナとして渦巻き状のものや環状のものを例にとって説明したが、金属窓に対応する面内で金属窓の周方向に沿って周回するように設けられていれば構造は問わない。

また、上記実施形態では誘導結合プラズマ処理装置の一例としてエッチング装置を例示したが、エッチング装置に限らず、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基板を用いた例を示したが、矩形基板であれば太陽電池パネル用の基板等他の基板に対するプラズマ処理にも適用可能である。

１；本体容器
２；金属窓
３；アンテナ室
４；処理室
５；支持棚
６；支持梁
７；絶縁部材
１３；高周波アンテナ
５１；第１の分割線
５２；第２の分割線
２０１；第１の領域
２０２；第２の領域
Ｇ；基板（矩形基板）

Claims (9)

1. 矩形状の基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置であって、
   基板を収容する処理室と、
   前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、
   前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられた矩形状をなす金属窓とを備え、
   前記金属窓は、長辺を含む第１の領域と、短辺を含む第２の領域とに電気的に絶縁されるように分割され、かつ前記第２の領域の径方向の幅ａと前記第１の領域の径方向の幅ｂとの比ａ／ｂが、０．８以上１．２以下の範囲となるように分割されており、
   前記金属窓は、その四隅から４５°±６°の方向に延びる４つの第１分割線と、前記第１分割線のうち、それぞれ前記短辺を挟む２つが交わる２つの交点を結ぶ、前記長辺に平行な第２分割線とを有し、これら第１分割線および第２分割線により、前記第１の領域と前記第２の領域に分割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。
2. 前記４つの第１分割線はそれぞれ、前記金属窓の四隅から４５°の方向に延び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. 前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で前記金属窓の周方向に沿って周回するように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
4. 前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方は、互いに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されてい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。
5. 前記金属窓は、さらに互いに電気的に絶縁されるように周方向に分割されてい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。
6. 前記周方向に分割された領域がさらに電気的に絶縁されるように周方向に交差する方向に分割されていることを特徴とする請求項５に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
7. 前記周方向に分割された領域の周方向に交差する方向の分割数は、前記金属窓の周縁部分に向かうにつれて多くなっていることを特徴とする請求項６に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
8. 前記高周波アンテナは、前記金属窓に対応する面内で、前記周方向に分割された領域各々に対応して周回するように設けられた複数のアンテナ部を有することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
9. 前記高周波アンテナには、１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波が印加されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の誘導結合プラズマ処理装置。

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