JP2001223099A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2001223099A
JP2001223099A JP2000032023A JP2000032023A JP2001223099A JP 2001223099 A JP2001223099 A JP 2001223099A JP 2000032023 A JP2000032023 A JP 2000032023A JP 2000032023 A JP2000032023 A JP 2000032023A JP 2001223099 A JP2001223099 A JP 2001223099A
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JP
Japan
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antenna
high frequency
electric field
frequency
plasma
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JP2000032023A
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English (en)
Inventor
Nobuo Ishii
井 信 雄 石
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンテナから処理容器内に導入される高周波
の径方向の分布を均一化して、処理容器内で均一なプラ
ズマ処理を行えるようにする。 【解決手段】 プラズマ処理装置における処理容器1の
上面に、高周波を透過可能な透過窓10が設けられ、こ
の透過窓10上に高周波アンテナ2が取り付けられてい
る。高周波電源3からアンテナ2に高周波が供給される
ようになっている。処理容器1内において、アンテナ2
から導入された高周波によってプラズマが生成されるよ
うに構成されている。アンテナ2は、中心アンテナ素子
4aと、この中心アンテナ素子4aを囲んで同心状に配
置された複数の環状の外周アンテナ素子アンテナ素子5
a,4b,5bとを有している。対向したアンテナ素子
4aと5a、5aと4b及び4bと5b同士の間で、そ
れぞれ高周波による環状の電界生成領域6a、6b及び
6cが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナから導入
された高周波によって処理容器内でプラズマを生成する
ように構成されたプラズマ処理装置に係り、特にアンテ
ナ部分の構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】図2には、従来のプラズマ処理装置の例
(特開平10−12396号公報参照)が示されてい
る。図2に示すプラズマ処理装置は、高周波を透過可能
な透過窓10を有した処理容器1を備えている。この処
理容器1の透過窓10上には、高周波アンテナ102が
取り付けられている。また、このプラズマ処理装置は、
アンテナ102に高周波を供給するための高周波電源3
を備えている。
【0003】このアンテナ102としては、例えば50
0MHzのUHF波によって電子温度の低い高密度プラ
ズマを生成する目的で、いわゆるスポークアンテナが用
いられている。具体的には、アンテナ102は、中心側
保持部151から外方へ放射状に延びる複数のアンテナ
素子152と、外周側保持部153から内方へ放射状に
延びる複数のアンテナ素子154とを有している。
【0004】これらの棒状のアンテナ素子153,15
4は、周方向に等間隔で互い違いに配置されている。そ
して、隣接したアンテナ素子153,154同士の間に
は、それぞれ高周波による電界生成領域106が形成さ
れる。
【0005】また、図2(b)に示すように、このプラ
ズマ処理装置は、処理容器1の底部上に設けられた載置
台12を備えている。この載置台12の周囲に対応した
処理容器1底部には、当該処理容器1内を真空引きする
ための排気口13が形成されている。また、処理容器1
上部の適当な位置に、処理ガス等を導入するための導入
管14が設けられている。なお、載置台12には、所定
のRFバイアス電力を印加するRFバイアス電源15が
連結されている。
【0006】そして、このプラズマ処理装置は、所定の
真空度にされた処理容器1内において、アンテナ102
から導入された高周波によって、処理ガスのプラズマを
生成するように構成されている。そして、生成されたプ
ラズマによって、載置台12上の被処理体W(例えば半
導体ウエハ、フラットディスプレイ基板等)に対して、
成膜処理やエッチング処理等の目的に応じた種々のプラ
ズマ処理を行えるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなプラズ
マ処理装置は、以下のような問題点がある。すなわち、
上記アンテナ102の水平断面(図2(a))におい
て、各電界生成領域106は外周側に向かって広がる扇
形をなしている。このため、各電界生成領域106内で
の電界強度は、中心側から外周側に向かって次第に低下
して行く。
【0008】従って、アンテナ102から処理容器1内
に導入される高周波の強度も、外周側に向かって低下す
るような半径方向の分布を有することとなる。このた
め、処理容器1内での被処理体Wに対するプラズマ処理
の均一性が低下するという問題がある。
【0009】なお、図2(a)に2点鎖線で示すよう
に、外周側のアンテナ素子154を水平断面で三角形状
にすることで、各電界生成領域106を半径方向で一様
な形状にすることも考えられる。しかし、その場合はプ
ラズマ生成に寄与する電界生成領域106自体の面積が
大幅に小さくなるという大きな欠点がある。
【0010】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、アンテナから処理容器内に導入される高
周波の径方向の分布を均一化して、処理容器内で均一な
プラズマ処理を行うことのできるようなプラズマ処理装
置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の手段は、処理容器
と、この処理容器内に高周波を導入するためのアンテナ
と、このアンテナに高周波を供給するための高周波供給
手段とを備え、前記処理容器内において、前記アンテナ
から導入された高周波によってプラズマを生成するよう
に構成されると共に、前記アンテナは、中心アンテナ素
子と、この中心アンテナ素子を囲んで同心状に配置され
た複数の環状の外周アンテナ素子とを有し、対向したア
ンテナ素子同士の間でそれぞれ高周波による電界生成領
域を形成している、ことを特徴とするプラズマ処理装置
である。
【0012】第2の手段は、高周波を透過可能な上面を
有する処理容器と、この処理容器の上面上に取り付けら
れたアンテナと、このアンテナに高周波を供給するため
の高周波供給手段とを備え、前記処理容器内において、
前記アンテナから導入された高周波によってプラズマを
生成するように構成されると共に、前記アンテナは、中
心アンテナ素子と、この中心アンテナ素子を囲んで同心
状に配置された複数の環状の外周アンテナ素子とを有
し、対向したアンテナ素子同士の間でそれぞれ高周波に
よる電界生成領域を形成すると共に、下方に高周波を放
射するように構成されている、ことを特徴とするプラズ
マ処理装置である。
【0013】これらの第1及び第2の手段によれば、ア
ンテナにおける対向したアンテナ素子同士の間の電界生
成領域も、それぞれ環状をなすこととなる。そして、各
アンテナ素子同士の間の間隔を適当に設定することで、
各電界生成領域での電界強度を半径方向で均一にするこ
とができる(周方向では当然に均一となる)。
【0014】第3の手段は、第1又は第2の手段におい
て、前記高周波供給手段を複数備え、各高周波供給手段
ごとに供給する高周波の電力または周波数を異ならせる
ことで、前記アンテナの各電界生成領域における電界を
調節可能に構成されているものである。
【0015】この第3の手段によれば、第1又は第2の
手段において、各高周波供給手段によってアンテナの各
電界生成領域における電界を調節することで、アンテナ
素子同士の間の間隔にかかわらず、各電界生成領域での
電界強度を半径方向で均一にすることができる。
【0016】第4の手段は、第1乃至第3の手段のいず
れかにおいて、前記アンテナにおいて、対向したアンテ
ナ素子同士のうちの一方がそれぞれ接地されているもの
である。この場合、内側から奇数番目のアンテナ素子の
方をそれぞれ接地させてもよいし、内側から偶数番目の
アンテナ素子の方をそれぞれ接地させてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図1は本発明によるプラズ
マ処理装置の実施の形態を示す図である。なお、図1に
示す本発明の実施の形態において、図2に示す従来例と
同一の構成部分には同一符号を付して説明する。
【0018】〈構 成〉図1(b)において、本実施形
態のプラズマ処理装置は、略円筒形の金属製の処理容器
1を備えている。この処理容器1の上面には、高周波を
透過可能な、例えば石英ガラス等の誘電体からなる透過
窓10が設けられている。また、処理容器1の透過窓1
0上には、高周波アンテナ2が取り付けられている。
【0019】また、このプラズマ処理装置は、図1
(a)及び(b)に示すように、アンテナ2に高周波を
供給するための高周波電源(高周波供給手段)3を備え
ている。この高周波電源3は、例えば500MHzのU
HF帯域の高周波を供給するようになっている。
【0020】上記アンテナ2は、円柱状の中心アンテナ
素子4aと、この中心アンテナ素子4aを囲んで同心状
に配置された3つの環状(この場合は円筒状)の外周ア
ンテナ素子5a,4b,5bとを有している。このアン
テナ2は、対向したアンテナ素子4aと5a、5aと4
b及び4bと5b同士の間で、それぞれ高周波による電
界生成領域6a、6b及び6cを形成している。
【0021】具体的には、アンテナ2の内側から奇数番
目のアンテナ素子4a,4bが、それぞれ高周波電源3
からの活線3a,3bと接続され、内側から偶数番目の
アンテナ素子5a,5bが、それぞれ接地されている。
この場合、各活線3a,3b同士の長さの差は、アンテ
ナ部分の長さの半分長をも考慮して、高周波の半波長
(λ/2)の整数倍に設定されている。但し、各活線3
a,3b毎に高周波の電源および周波数が異なる場合
は、自由長でもかまわない。
【0022】なお、アンテナ2の上面は導体のシールド
板7で覆われている(図1(b))。このシールド板7
は、各アンテナ素子4a,5a,4b,5bとは電気的
に接触しないようになっている。
【0023】次に、図1(b)に示すように、このプラ
ズマ処理装置は、処理容器1の底部上に設けられた載置
台12を備えている。この載置台12の周囲に対応した
処理容器1底部には、当該処理容器1内を真空引きする
ための排気口13が形成されている。また、処理容器1
上部の適当な位置に、処理ガス等を導入するための導入
管14が設けられている。なお、載置台12には、例え
ば0.8〜2MHzのRFバイアス電力を印加するRF
バイアス電源15が連結されている。
【0024】そして、このプラズマ処理装置は、所定の
真空度にされた処理容器1内において、アンテナ2から
導入された高周波によって、処理ガスのプラズマを生成
するように構成されている。そして、生成されたプラズ
マによって、載置台12上の被処理体(例えば半導体ウ
エハ)Wに対して、成膜処理やエッチング処理等の目的
に応じた種々のプラズマ処理を行えるようになってい
る。
【0025】〈作用効果〉次に、このような構成よりな
る本実施形態の作用効果について説明する。
【0026】本実施形態によれば、アンテナ2における
対向したアンテナ素子4aと5a、5aと4b及び4b
と5b同士の間の電界生成領域6a,6b及び6cも、
それぞれ環状をなすこととなる。そして、各アンテナ素
子4aと5a、5aと4b及び4bと5b同士の間の間
隔を適当に設定することで、各電界生成領域6a,6
b,6cでの電界強度を半径方向で均一にすることがで
きる(周方向では当然に均一となる)。
【0027】このため、アンテナ2から処理容器1内に
導入される高周波の径方向の分布を均一化して、処理容
器1内で被処理体Wに対してより均一なプラズマ処理を
行うことができる。
【0028】〈変形例〉本実施形態のアンテナ2におい
て、内側から偶数番目のアンテナ素子5a,5bの方を
それぞれ接地させる場合について説明したが、内側から
奇数番目のアンテナ素子4a,4bの方をそれぞれ接地
させるようにしてもよい。
【0029】また、本実施形態において、高周波供給手
段(高周波電源)3を1つだけ備えた例について説明し
たが、高周波供給手段を複数備え、各高周波供給手段ご
とに供給する高周波の電力または周波数を異ならせるこ
とで、アンテナ2の各電界生成領域6a,6b,6cに
おける電界を調節可能に構成してもよい。
【0030】その場合、各高周波供給手段によってアン
テナ2の各電界生成領域6a,6b,6cにおける電界
を調節することで、アンテナ素子4aと5a、5aと4
b及び4bと5b同士の間の間隔にかかわらず、各電界
生成領域6a,6b,6cでの電界強度を半径方向で均
一にすることができる。
【0031】また、本実施形態のアンテナ2において、
中心アンテナ素子4aの回りに3つの外周アンテナ素子
5a,4b,5bを同心状に配置する場合について説明
したが、処理容器1の大きさ等に応じて、中心アンテナ
素子4aの回りに2つ又は4つ以上の外周アンテナ素子
を同心状に配置するようにしてもよい。
【0032】さらに、アンテナ2の外周を接地された環
状の導体シールド板(又は処理容器の延長部分)で囲む
ようにしてもよい。その場合は、当該シールド板を最も
外側の(接地側の)外周アンテナ素子として用いること
も可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、各アンテナ素子同士の
間の間隔を適当に設定することで、各電界生成領域での
電界強度を半径方向で均一にすることができる。このた
め、アンテナから処理容器内に導入される高周波の径方
向の分布を均一化して、処理容器内でより均一なプラズ
マ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を
模式的に示す図であって、(a)は同装置におけるアン
テナ部分の水平断面図、(b)は装置全体の縦断面図。
【図2】従来のプラズマ処理装置を模式的に示す図であ
って、(a)は同装置におけるアンテナ部分の水平断面
図、(b)は装置全体の縦断面図。
【符号の説明】
1 処理容器 2 アンテナ 3 高周波電源(高周波供給手段) 4a 中心アンテナ素子 4b,5a,5b 外周アンテナ素子 6a,6b,6c 電界生成領域 7 シールド板 10 高周波透過窓

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理容器と、 この処理容器内に高周波を導入するためのアンテナと、 このアンテナに高周波を供給するための高周波供給手段
    とを備え、前記処理容器内において、前記アンテナから
    導入された高周波によってプラズマを生成するように構
    成されると共に、 前記アンテナは、中心アンテナ素子と、この中心アンテ
    ナ素子を囲んで同心状に配置された複数の環状の外周ア
    ンテナ素子とを有し、対向したアンテナ素子同士の間で
    それぞれ高周波による電界生成領域を形成している、こ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】高周波を透過可能な上面を有する処理容器
    と、 この処理容器の上面上に取り付けられたアンテナと、 このアンテナに高周波を供給するための高周波供給手段
    とを備え、前記処理容器内において、前記アンテナから
    導入された高周波によってプラズマを生成するように構
    成されると共に、 前記アンテナは、中心アンテナ素子と、この中心アンテ
    ナ素子を囲んで同心状に配置された複数の環状の外周ア
    ンテナ素子とを有し、対向したアンテナ素子同士の間で
    それぞれ高周波による電界生成領域を形成すると共に、
    下方に高周波を放射するように構成されている、ことを
    特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】前記高周波供給手段を複数備え、 各高周波供給手段ごとに供給する高周波の電力または周
    波数を異ならせることで、前記アンテナの各電界生成領
    域における電界を調節可能に構成されている、ことを特
    徴とする請求項1又は2記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】前記アンテナにおいて、対向したアンテナ
    素子同士のうちの一方がそれぞれ接地されている、こと
    を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004335687A (ja) * 2003-05-07 2004-11-25 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理装置用アンテナおよびプラズマ処理方法
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