JP2002050615A - ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ装置 - Google Patents
ラジアルアンテナ及びそれを用いたプラズマ装置Info
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Abstract
放射分布を得られるようにする。 【解決手段】 複数のスロット36が形成された第1の
導電板31と、マイクロ波導入口35を有し第1の導電
板31に対向配置された第2の導電板32と、第1及び
第2の導電板31,32の周縁を接続するリング部材3
4と、第1及び第2の導電板31,32により形成され
るラジアル導波路33内の第2の導電板32上に設けら
れ第1の導電板31までの距離d1,d2を調整する導
電性の調整部材37を備える。
Description
及びそれを用いたプラズマ装置に関する。
成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシング
などの処理を行うために、プラズマ装置が多用されてい
る。これらのプラズマ装置の中に、ラジアルアンテナを
介してマイクロ波を処理容器内に導入して高密度プラズ
マを発生させるマイクロ波プラズマ装置がある。このマ
イクロ波プラズマ装置は比較的低い圧力でも安定してプ
ラズマを生成することができるので、用途が広いという
特色がある。
置に従来から用いられているラジアルアンテナの一構成
例及び電界放射の分布を示す図である。ここで、図7
(a)はラジアルアンテナの放射面を示す概念図、図7
(b)は図7(a)におけるVIIb−VIIb′線方向の断面
図、図7(c)はラジアルアンテナによる放射電界の分
布を示す概念図である。図7(c)において、横軸はラ
ジアルアンテナの中心から径方向への距離であり、縦軸
はラジアルアンテナから放射される電界の強度である。
また、図8は、図7に示したラジアルアンテナの放射面
に形成されるスロットの形状を示す図である。
ジアルアンテナ230は、図7(b)に示すように、ラ
ジアル導波路233を形成する互いに平行な2枚の導電
板231,232と、これらの導電板231,232の
周縁を接続するリング部材234とから構成される。導
電板232の中央部には、マイクロ波発生器(図示せ
ず)からのマイクロ波が導入されるマイクロ波導入口2
35が開口している。また、導電板231には、ラジア
ル導波路233内を伝搬するマイクロ波を処理容器(図
示せず)に放射するためのスロット236が多数形成さ
れている。ラジアル導波路233内の電磁界への影響を
考慮するとスロット236の幅W2は狭いほどよいが、
狭すぎると異常放電の原因ともなるので、通常2mm程
度に設定される(ラジアル導波路233内におけるマイ
クロ波の波長をλg とすると、W2≦λg/4)。
イクロ波は、ラジアル導波路233の中央部から周縁部
に向かって放射状に伝搬してゆく。このときマイクロ波
は多数のスロット236から少しずつ放射されてゆくの
で、ラジアル導波路233内の電力密度は周縁部に近づ
くにしたがって徐々に低下する。一方、スロット236
の電界放射効率は、スロット236の長さすなわちスロ
ット長L2が0(ゼロ)から長くなるにしたがって徐々
に大きくなり、スロット長L2がλg/2に相当する長さ
のときに極大となる。
に示すような放射電界分布を得るために、従来はスロッ
ト長L2を調整することで放射電界強度を制御してい
た。つまり、図7(a)に示すように導電板231の中
心から離れるにしたがってスロット長L2を長くして、
電力密度が小さい周縁部におけるスロット長L2をλg/
2に相当する長さに近づけることにより、図7(c)に
示すような放射電界分布を実現していた。
6の電界放射効率が極大となるL2=λg/2のときに
は、マイクロ波の共振が起こり、特にスロット236の
幅W2が2mmと狭い場合には異常放電が誘起される。
この放電によってスロット236の周囲が加熱される
と、スロット236の周囲が歪み、あるいは溶け出すと
いう問題があった。本発明はこのような課題を解決する
ためになされたものであり、その目的は、異常放電を誘
起させることなく、所望の電界放射分布を得られるよう
にすることにある。
るために、本発明のラジアルアンテナは、複数のスロッ
トが形成された第1の導電板と、マイクロ波導入口を有
し第1の導電板に対向配置された第2の導電板と、第1
及び第2の導電板の周縁を接続するリング部材と、第1
及び第2の導電板により形成されるラジアル導波路内の
第2の導電板上に設けられ第1の導電板までの距離を調
整する導電性の調整部材を備えたことを特徴とする。第
2の導電板から第1の導電板までの距離を小さくするこ
とにより、第1及び第2の導電板間における電力密度を
大きくすることができる。このため第1の導電板に形成
されるスロットのスロット長をλg/2に相当する長さよ
りも十分短くしても、放射電界強度を大きくすることが
できる。
配設してもよいし、1つ又は複数の調整部材を第2の導
電板の周縁に沿って配設してもよい。また、導電部材の
高さを、第2の導電板の中心から離れるにしたがって高
くなるように設定してもよい。これにより、ラジアル導
波路内の径方向における電力密度を変えることができ
る。また、上述したラジアルアンテナでは、スロットを
略矩形状又は円弧状とした場合、スロット長をλg/3に
相当する長さよりも短くすることが望ましい。これによ
り、スロットの幅が狭くても、異常放電の誘起を効果的
に防止することができる。
が生成される容器内にマイクロ波を供給するアンテナ手
段として、上述したラジアルアンテナが用いられること
を特徴とする。
実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明による
ラジアルアンテナを用いたプラズマ装置をエッチング装
置に適用した場合を例に説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態であるエッチング装置の構成図である。この図1で
は、一部構成について断面構造が示されている。
口した円筒形状の処理容器11を有している。この処理
容器11は、アルミニウムなどの導電部材で形成されて
いる。処理容器11の底部には、真空ポンプ(図示せ
ず)に連通する排気口14が設けられており、処理容器
11内部を所望の真空度にすることができる。また、処
理容器11の側壁には、処理容器11内にArなどのプ
ラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル1
5と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノ
ズル16とが上下に設けられている。これらのノズル1
5,16は石英パイプなどで構成されている。
板(被処理体)21が上面に載置される載置台22が収
容され、処理容器11の底部に絶縁板24を介して固設
された支持台23上に固定されている。この載置台22
はまた、マッチングボックス25を介してバイアス用の
高周波電源26に接続されている。処理容器11の上部
開口には、平板状に成形された誘電板13が水平に配置
されている。この誘電板13には、厚さ20〜30mm
程度の石英ガラス又は(Al2O3又はAlNなどの)セ
ラミックなどが用いられる。処理容器11と誘電板13
との接合部はOリングなどのシール部材12を介在させ
ており、これにより処理容器11内部の気密性を確保し
ている。
ナ30が放射面(後述する導電板31)を下にして配設
されている。このラジアルアンテナ30は、誘電板13
を介して処理容器11内にマイクロ波MWを供給するア
ンテナ手段である。誘電板13は、ラジアルアンテナ3
0の放射面に対向配置され、この放射面全域を覆うこと
により、処理容器11内で生成されるプラズマからラジ
アルアンテナ30を保護する。また、誘電板13および
ラジアルアンテナ30の周囲はシールド材17によって
覆われている。
電界放射の分布を示す図である。ここで、図2(a)は
ラジアルアンテナ30の放射面を示す平面図、図2
(b)は図2(a)におけるIIb−IIb′線方向の断面
図、図2(c)はラジアルアンテナ30による放射電界
の分布を示す概念図である。なお、図2(a)は本発明
の特徴が明確になるように概念的に示されている。ま
た、図2(c)において、横軸はラジアルアンテナ30
の中心から径方向への距離であり、縦軸はラジアルアン
テナ30から放射される電界の強度である。
すように、上記放射面を構成する第1の導電板31と、
この導電板31に対して上方位置に対向配置された第2
の導電板32と、導電板31,32の周縁を接続するリ
ング部材34とから構成される。リング部材34によ
り、導電板31と導電板32との間隔はd1に保持され
る。このような構成のラジアルアンテナ30は中空円筒
形状をしており、2枚の導電板31,32によりマイク
ロ波MWを導くラジアル導波路33が構成される。導電
板31,32及びリング部材34は、銅又はアルミニウ
ムなどの導電体により形成される。
が導入されるマイクロ波導入口35が開口している。ま
た、放射面を構成する導電板31には、図2(a)に示
すように周方向に延びるスロット36が同心円状に多数
形成されている。図3は、スロット36の形状の例を示
す図である。スロット36の形状は図3(a)に示すよ
うな矩形状でも、図3(c)に示すような円弧状でもよ
い。また、図3(a),(c)に示すスロット36の4
つの角を、図3(b),(d)に示すように丸めてもよ
い。図3(a)〜(d)に示すスロット36において、
長め方向の長さすなわちスロット長をL1、短め方向の
長さすなわち幅をW1とする。
のスロット長L1は、原則として導電板31の中心から
離れるにしたがって長くなる。ただし、径方向におい
て、後述するリッジ37に対向しない領域A1と対向す
る領域A2との境界の前後で不連続となっている。ラジ
アル導波路33内におけるマイクロ波MWの波長をλg
とすると、スロット長L1を最大でもλg/2に相当する
長さよりも十分短くする。このラジアルアンテナ30で
は、最大のスロット長L1をλg/3とする。
路33内の電磁界への影響などを考慮して、2mm程度
に設定される。径方向におけるスロット36間のピッチ
はλg に基づいて設定される。図4(a)に示すような
放射型のアンテナを実現する場合には、上記ピッチをλ
g に相当する長さ程度に設定する。また、図4(b)に
示すようなリーク型のアンテナを実現する場合には、上
記ピッチをλg/20〜λg/30に相当する長さ程度に設定す
る。
の中央部には、同軸線路41が接続されている。この同
軸線路41の外部導体41Aは導体板32のマイクロ波
導入口35に接続されている。また、同軸線路41の中
心導体41Bの先端は円錐状に成形され、この円錐の底
部が導体板31の中心に接続されている。このようにラ
ジアルアンテナ30に接続された同軸線路41は、矩形
・同軸変換器42及び矩形導波管43を介して、マイク
ロ波発生器45に接続されている。このマイクロ波発生
器45は、例えば2.45GHzのマイクロ波MWを発
生するものである。なお、マイクロ波MWの周波数は1
GHz〜10数GHzの範囲内であればよい。また、矩
形導波管43の途中にインピーダンスのマッチングを行
うマッチング回路44を設けることにより、電力の使用
効率を向上できる。
導波路33内において導電板32の下面に複数のリッジ
36が固設されている。これらのリッジ37は、銅又は
アルミニウムなどの導電体により形成され、導電板36
側からビス止めされている。リッジ37は高さhがd1
より低い四角柱状の部材であり、導電板31の上面まで
の距離を調整する調整手段として作用する。なお、各リ
ッジ37のエッジのうちラジアル導波路33の中心に最
も近いエッジ37Eは、図2(b)に示すように面取り
されている。各リッジ37は、図2(a)に示すよう
に、導電板32の中心から所定距離以上離れた放射電界
強度を大きくしたい領域A2に、放射状に配設される。
このとき、リッジ37はスロット36と対向する領域に
配設される。なお、図4(a),(b)に示すように導
電板31の中央部を除く全域にスロット36A,36B
が形成される場合には、各リッジ37は周方向に連続配
置される。
は、ラジアル導波路33の高さは導電板32から導電板
31までの距離d1となる。これに対して、リッジ37
が配設されている領域A2では、ラジアル導波路33の
高さはリッジ37から導電板31までの距離d2=d1
−h(<d1)となる。リッジ37を設けることにより
ラジアル導波路33の高さが低くなった領域A2におい
ては、電力密度が大きくなる。このためリッジ37が設
けられている領域A2では、スロット長L1をλg/2に
相当する長さよりも十分短くしても、放射電界強度を大
きくすることができる。
りも十分短くすれば共振が抑えられるので、スロット3
6の幅W1が2mmと狭くても、異常放電の誘起を防止
することができる。より好ましくは、L1<λg/3とす
ることにより、異常放電の誘起を効果的に防止すること
ができる。さらに、導電板32の中心からの距離に応じ
て各スロット36のスロット長L1を調整して放射電界
強度を制御することにより、異常放電の誘起させること
なく、例えば図2(c)に示すような電界放射分布を得
ることができる。なお、ラジアル導波路33内に、セラ
ミックなどの比誘電率が1より大きい誘電体材料からな
る遅延部材を配置するようにしてもよい。この遅延部材
を用いることにより、電界放射効率を向上させることが
できる。
を説明する。基板21を載置台22の上面に載置した状
態で、処理容器11内を例えば0.01〜10Pa程度
の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラ
ズマガス供給ノズル15からプラズマガスとしてArを
供給し、処理ガス供給ノズル16からCF4 などのエッ
チングガスを流量制御して供給する。処理容器11内に
プラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、
マイクロ波発生器45からのマイクロ波MWを矩形導波
管43、矩形・同軸変換器42及び同軸線路41を介し
てラジアルアンテナ30に供給する。
ロ波MWは、導電板31,32により形成されるラジア
ル導波路33の中央部から周縁部に向かって放射状に伝
搬してゆく。このときマイクロ波MWは各スロット36
から少しずつ放射されてゆくので、ラジアル導波路33
内を伝搬するマイクロ波MWの電力は周縁部に近づくに
したがって徐々に低下してゆく。しかし、導電板32の
中心から所定距離以上離れたリッジ37が配設された領
域A2では、ラジアル導波路33の高さがd1からd2
となり、リッジ37の高さhだけ低くなるので、ラジア
ル導波路33内の電力密度は従来ほど小さくならない。
したがって、スロット長L1がλg/3に相当する長さよ
り短い場合でも、すべてのスロット36から放射される
マイクロ波MWの電界強度は十分大きくなる。その一
方、L1<λg/3であるので、スロット36の幅W1が
2mmと狭くても、異常放電は誘起されない。このた
め、従来のように放電によるスロット36の周囲の歪み
及び溶解は生じない。
クロ波MWは、誘電板13を透過して、処理容器11内
に導入される。このマイクロ波MWは、処理容器11内
に電界を形成してArを電離させることにより、処理対
象の基板11の上部空間S1にプラズマを生成する。こ
のエッチング装置では、載置台22に負電位がバイアス
されているので、生成されたプラズマからイオンが引き
出されて、基板21に対してエッチング処理が行われ
る。
では一定の高さhのリッジ37を用いているが、図5に
示すラジアルアンテナ30Aように、高さが径方向に連
続的に変化するリッジ37Aを導電板32の下面に配設
して、導電板31と対向する下面が傾斜するようにして
もよい。このとき、ラジアルアンテナ30A内外のイン
ピーダンスマッチングを考慮して、リッジ37Aの傾斜
を設計するとよい。
ルアンテナ30ではリッジ37が放射状に配設されてい
るが、リッジが導電板32の周縁に沿って配設されても
よい。図6は、このようにリッジが配設されたラジアル
アンテナの構成図である。ここで、図6(a)はラジア
ルアンテナの放射面を示す平面図、図6(b)は図6
(a)におけるVIb−VIb′線方向の断面図である。な
お、図6(a)は本発明の特徴が明確になるように概念
的に示されている。また、図6において、図2と同一部
分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
内における導電板32の下面に、調整手段として作用す
る3個のリッジ137A,137B,137Cが周縁に
沿って固設されている。これらのリッジ137A〜13
7Cは導電板32の周縁に沿う同心円形状をしており、
この順に内側から配設されている。また、各リッジ13
7A,137B,137Cの高さをそれぞれh1,h
2,h3とすると、h1<h2<h3となっている。つ
まり、リッジ137A〜137Cの高さは、導電板32
の中心から離れるにしたがって高くなる。したがって、
ラジアル導波路133の高さは、ラジアル導波路133
の中心から離れるにしたがって低くなる。これにより、
ラジアル導波路133内の径方向における電力密度を変
えることが可能となる。
ナ30と同様に、スロット長L1をλg/2に相当する長
さよりも十分短い長さ、例えばλg/3に相当する長さよ
りも短くしても、リッジ137A〜137Cを設けるこ
とにより、放射電界強度を大きくすることができる。ま
た、スロット36の幅W1が2mmと狭くても、異常放
電の誘起を防止することができる。なお、ここでは3個
のリッジ137A〜137Cが同心円状に配設された例
を示したが、リッジの個数は3個には限定されない。ま
た、リッジ137A〜137Cの高さh1,h2,h3
はそれぞれ一定であるが、図5に示したリッジ37と同
様に、高さが径方向に連続的に変化していてもよい。
用いたプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を
例に説明したが、例えばプラズマCVD装置などの他の
プラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
また、本発明によるラジアルアンテナの用途は上述した
プラズマ装置に限定されるものではない。例えば本発明
によるラジアルアンテナを通信用アンテナに使用しても
よく、特にアレイアンテナの送受信信号を分配合成する
分配合成器に利用してもよい。
アンテナでは、ラジアル導波路を形成する第2の導電板
から第1の導電板までの距離を調整する調整部材を備え
る。したがって、従来電力密度が小さくなるラジアル導
波路の周縁部分において、ラジアル導波路の高さを低く
することにより電力密度を大きくすることができるの
で、スロット長をλg/2に相当する長さよりも十分短く
しても、放射電界強度を大きくすることができる。した
がって、放射電界強度を大きくしたい領域に対応して調
整部材を設けることにより、異常放電を誘起させること
なく、所望の電界放射分布を得ることができる。
装置の構成図である。
分布を示す図である。
スロットの形状を示す図である。
図である。
の分布を示す図である。
ているラジアルアンテナの一構成例及び電界放射の分布
を示す図である。
スロットの形状を示す図である。
0,30A,130…ラジアルアンテナ、31,32,
131…導電板、33,133…ラジアル導波路、3
7,37A,137A〜137C…リッジ、36,13
6…スロット、L1…スロット長、MW…マイクロ波、
h,h1〜h3…リッジの高さ。
Claims (6)
- 【請求項1】 複数のスロットが形成された第1の導電
板と、マイクロ波導入口を有し前記第1の導電板に対向
配置された第2の導電板と、前記第1及び第2の導電板
の周縁を接続するリング部材とを備えたラジアルアンテ
ナにおいて、 前記第1及び第2の導電板により形成されるラジアル導
波路内の前記第2の導電板上に設けられ、前記第1の導
電板までの距離を調整する導電性の調整部材を備えたこ
とを特徴とするラジアルアンテナ。 - 【請求項2】 請求項1記載のラジアルアンテナにおい
て、 複数の前記調整部材が平面視放射状に配設されているこ
とを特徴とするラジアルアンテナ。 - 【請求項3】 請求項1記載のラジアルアンテナにおい
て、 前記調整部材は、前記第2の導電板の周縁に沿って配設
されていることを特徴とするラジアルアンテナ。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載のラジア
ルアンテナにおいて、 前記調整部材の高さは、前記第2の導電板の中心から離
れるにしたがって高くなるように設定されていることを
特徴とするラジアルアンテナ。 - 【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載のラジア
ルアンテナにおいて、 前記スロットは、略矩形状又は円弧状をしており、 前記スロットのスロット長は、前記ラジアル導波路内を
伝搬するマイクロ波の波長の1/3に相当する長さより
も短いことを特徴とするラジアルアンテナ。 - 【請求項6】 被処理体を載置する載置台が内部に配置
された気密な処理容器と、前記載置台の上方位置に配設
され前記処理容器内にマイクロ波を供給するアンテナ手
段とを備えたプラズマ装置において、 前記アンテナ手段は、請求項1〜5いずれか1項記載の
ラジアルアンテナであることを特徴とするプラズマ装
置。
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