JP2002158216A - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波の電磁界により生成されたプラズマの
分布を改善する。 【解決手段】 放射面３１に形成された複数のスロット
３４より処理容器１１内に電磁界を放射するスロットア
ンテナ３０を用いたプラズマ処理装置であって、スロッ
トアンテナ３０が、その放射面３１の法線方向Ｚに対し
て傾斜する方向に電磁界を放射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波の電磁界に
よりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ処理
装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置やフラットパネルディスプレ
イの製造において、酸化膜の形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、プラズマ処理装置が多用されている。これらのプラ
ズマ処理装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波
の電磁界を導入して高密度プラズマを発生させる高周波
プラズマ処理装置がある。この高周波プラズマ処理装置
は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラ
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。

【０００３】図２０は、従来の高周波プラズマ処理装置
を用いたエッチング装置の構成を示す図である。この図
２０では、一部構成について断面構造が示されている。
円筒形状の処理容器１１１の上部開口に、誘電体板１１
３が水平配置されている。これらの接合部にシール部材
１１２を介在させることにより、処理容器１１１内部の
気密性を確保している。処理容器１１１の底部には真空
排気用の排気口１１４が設けられ、また処理容器１１１
の側壁にはガス供給用のノズル１１６が設けられてい
る。処理容器１１１内には、エッチング対象の基板１２
１を置くための載置台１２２が収容されている。この載
置台１２２はバイアス用の高周波電源１２６に接続され
ている。

【０００４】また、誘電体板１１３上部にはラジアルア
ンテナ１３０が配設されている。誘電体板１１３及びラ
ジアルアンテナ１３０の周囲はシールド材１１７によっ
て覆われている。ラジアルアンテナ１３０は、ラジアル
導波路１３６を形成する互いに平行な２枚の導体板１３
１，１３２と、これらの導体板１３１，１３２の外周部
を接続するリング部材１３３とから構成される。放射面
を構成する導体板１３１には、スロット１３４が多数形
成されている。ラジアル導波路１３６内を伝搬する電磁
界の波長（以下、管内波長という）がλ_g であるとき、
径方向における隣接スロット間のピッチｐ２は管内波長
と同じλ_g に設定される。また、導体板１３２の中央部
には、ラジアル導波路１３６内に電磁界を導入する導入
口１３５が形成されている。この導入口１３５には導波
路１４１を介して高周波発生器１４５が接続されてい
る。

【０００５】次に、このエッチング装置の動作を説明す
る。まず、処理容器１１１内を所定の真空度にした後、
ノズル１１６から例えばＣＦ₄ とＡｒとの混合ガスを流
量制御して供給する。この状態で、高周波発生器１４５
から導波路１４１を介して、高周波の電磁界をラジアル
アンテナ１３０に供給する。ラジアルアンテナ１３０に
供給された電磁界はラジアル導波路１３６の内部を伝搬
しつつ、導体板１３１に形成された多数のスロット１３
４から放射される。径方向における隣接スロット間のピ
ッチｐ２がλ_g に設定されているので、この電磁界は導
体板１３１（放射面）に対してほぼ垂直方向に放射され
る。そして、誘電体板１１３を透過して、処理容器１１
１内に導入される。

【０００６】処理容器１１１内に導入された電磁界の電
界は、処理容器１１１内のガスを電離させて、処理対象
の基板１２１の上部空間Ｓ１にプラズマを生成する。こ
のとき、処理容器１１１内に導入された電磁界のすべて
が直接プラズマ生成によって吸収されるわけではない。
吸収されずに残った電磁界は、処理容器１１１内で反射
を繰り返して、ラジアルアンテナ１３０とプラズマ生成
空間Ｓ１との間の空間Ｓ２に定在波を形成する。この定
在波の電界もプラズマ生成に関与することが分かってい
る。このようにして生成されたプラズマのイオンは、載
置台１２２の負電位によって引き出されて、エッチング
処理に利用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図２０に示した従来の
エッチング装置では、空間Ｓ２に形成された定在波がプ
ラズマ生成に与える影響が大きい。この定在波の電界分
布を制御することは困難であるので、従来のエッチング
装置ではプラズマを均一に生成することができなかっ
た。例えば、このエッチング装置で処理容器１１１内に
生成されたプラズマを観察したところ、後掲する図１０
（ａ）に示されるように、プラズマ発生領域１６０の中
央付近に、プラズマが高密度に発生する部分１６１Ａ，
１６１Ｂが確認された。このため、従来では、処理対象
の基板１２１で、プラズマが高密度になっている下の領
域ほど、エッチング処理が速く進行するという問題が発
生していた。このような処理量に斑が生じるという問題
は、図２０に示したエッチング装置だけでなく、従来の
プラズマ処理装置に共通する問題であった。

【０００８】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、その目的は、高周波の電磁
界により生成されたプラズマの分布を改善することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のプラズマ処理装置は、放射面に形成
された複数のスロットより処理容器内に電磁界を放射す
るスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置であっ
て、スロットアンテナが、その放射面の法線方向に対し
て傾斜する方向に電磁界を放射することを特徴とする。
誘電体板がアンテナ放射面に平行に配置されている場
合、電磁界は誘電体板の法線方向に対して傾斜する方向
に放射される。また、処理容器内において誘電体板と対
向するプラズマ面はこの誘電体板に沿った形状となるの
で、スロットアンテナから誘電体板を介して処理容器内
のプラズマに直接入射する電磁界は、このプラズマ面の
法線方向に対して傾斜する方向に入射することになる。
プラズマと誘電体板との境界からプラズマ密度がカット
オフ密度となる地点に至るまでの電磁界の電界変化を簡
単に説明すると、プラズマ面に平行な方向成分の強度は
ほぼ一定値を維持するが、プラズマ面の法線方向成分の
強度は単調に大きくなって行く。したがって、電磁界を
プラズマ面の法線方向に対して傾斜する方向に入射させ
ることにより、プラズマ面の法線方向に入射させた場合
と比較して、両成分を合成した電界強度を大きくさせる
ことができる。これにより、スロットアンテナから直接
入射した電磁界の電界によるプラズマ生成効率を向上さ
せることができる。これにより、スロットアンテナから
処理容器内に直接入射した電磁界の電界によるプラズマ
生成への寄与が大きくなるので、処理容器内に形成され
る定在波の電界によるプラズマ生成への関与が相対的に
低くなる。前者は後者よりも制御が容易であるので、プ
ラズマの分布を従来よりも改善することができる。

【００１０】上述したプラズマ処理装置では、スロット
アンテナ内部の比誘電率ε_v とスロットアンテナ外部の
比誘電率ε_a との比ε_v/ε_a をε_r 、スロットアンテナ
内部を伝搬する電磁界の波長をλ_g 、スロットアンテナ
内部での電磁界の伝搬方向における隣接スロット間のピ
ッチをｐ＝α・λ_g（α＞０）とし、Ｎを０以上の整数と
すると、 −１≦ε_r ^1/2(Ｎ/α−１)≦１ かつ Ｎが１以上の場合に、Ｎ≠αを満たすようにε
_r ，Ｎ，αを設定するとよい。これにより、スロットア
ンテナの放射面の法線方向に対して傾斜する方向に電磁
界が放射される。ここで、前記隣接スロット間のピッチ
は、スロットアンテナ内部での電磁界の伝搬方向で変化
していてもよい。これにより、電磁界の放射方向に分布
をもたせて、プラズマの分布を調整することができる。

【００１１】また、スロットアンテナと載置台の載置面
とを隔離するように配置され、スロットアンテナの放射
面に対して傾斜する面を有する誘電体部材を更に有する
ようにしてもよい。ここで、誘電体部材は、ドーム状を
していてもよい。また、誘電体部材は、処理容器の内面
の少なくとも一部を載置台の載置面から隔離するもので
あってもよい。あるいは、スロットアンテナと載置台の
載置面とを隔離するように配置されスロットアンテナの
放射面に対して傾斜する面を有する第１の誘電体部材
と、この第１の誘電体部材に対して載置台と異なる側に
配置され第１の誘電体部材と共に密閉空間を形成する第
２の誘電体部材と、この密閉空間に流体を流通させて第
１の誘電体部材の温度を調整する流通手段とを更に有す
るようにしてもよい。ここで、第２の誘電体部材は、第
１の誘電体部材とスロットアンテナとの間に配置されて
もよいし、スロットアンテナの給電線途中に配置されて
もよい。

【００１２】また、スロットアンテナとして、互いに離
間して対向配置された第１及び第２の導体板と、外周部
で第１の導体板と第２の導体板との間をシールドするリ
ング部材とを備え、第１の導体板に複数のスロットが形
成され、第１の導体板と第２の導体板との間に電磁界を
導入する導入口が第２の導体板の中央部に形成されたラ
ジアルアンテナを使用してもよい。また、スロットアン
テナとして、矩形導波路の一面に複数のスロットが形成
された矩形導波路アンテナを使用してもよい。

【００１３】また、本発明のプラズマ処理方法は、スロ
ットアンテナが放射面の法線方向に対して傾斜する方向
に電磁界を放射して処理容器内に電磁界を供給し、この
電磁界で生成されたプラズマにより被処理体に対して所
定の処理を行うことを特徴とする。これにより、プラズ
マの分布を従来よりも改善することができる。このプラ
ズマ処理方法では、スロットアンテナ内部の比誘電率ε
_v とスロットアンテナ外部の比誘電率ε_a との比ε_v/ε
_a をε_r 、スロットアンテナ内部を伝搬する電磁界の波
長をλ_g 、スロットアンテナ内部での電磁界の伝搬方向
における隣接スロット間のピッチをｐ＝α・λ_g（α＞
０）とし、Ｎを０以上の整数とすると、 −１≦ε_r ^1/2(Ｎ/α−１)≦１ かつ Ｎが１以上の場合に、Ｎ≠αを満たすようにε
_r ，Ｎ，αを設定するとよい。これにより、スロットア
ンテナの放射面の法線方向に対して傾斜する方向に電磁
界を放射することができる。ここで、スロットアンテナ
内部での電磁界の伝搬方向で隣接スロット間のピッチを
変えて、この方向で電磁界の放射方向を変えることによ
り、プラズマの分布を調整するようにしてもよい。

【００１４】また、スロットアンテナと被処理体とを隔
離する誘電体部材からスロットアンテナまでの距離を変
えて、電磁界の放射方向を変えることにより、プラズマ
の分布を調整するようにしてもよい。また、スロットア
ンテナの放射面に対して傾斜する面を有しスロットアン
テナと被処理体とを隔離する誘電体部材を配置するよう
にしてもよい。ここで、この誘電体部材をドーム状に形
成してもよい。また、誘電体部材で処理容器の内面の少
なくとも一部を被処理体から隔離するようにしてもよ
い。あるいは、スロットアンテナの放射面に対して傾斜
する面を有する第１の誘電体部材でスロットアンテナと
被処理体とを隔離し、この第１の誘電体部材に対して被
処理体と異なる側に第２の誘電体部材を配置して第１及
び第２の誘電体部材により密閉空間を形成し、この密閉
空間に流体を流通させて第１の誘電体部材の温度を調整
するようにしてもよい。ここで、第２の誘電体部材を、
第１の誘電体部材とスロットアンテナとの間に配置して
もよいし、スロットアンテナの給電線途中に配置しても
よい。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施の形態）まず、本発明をエッチング装置に
適用した例を説明する。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を示す図である。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。
また、説明の都合上、垂直方向をＺ軸方向と定義する。

【００１６】図１に示したエッチング装置は、上部が開
口している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体部材で形成さ
れている。処理容器１１の上部開口には、平板状に成形
された誘電体板１３が水平に配置されている。この誘電
体板１３には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又
は（Ａｌ₂ Ｏ₃ 又はＡｌＮ等の）セラミックなどが用い
られる。処理容器１１と誘電体板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。

【００１７】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１５と、ＣＦ₄ などの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１５，１６は石英パイプなどで構成
されている。処理容器１１内には、エッチング対象の基
板（被処理体）２１を配置する載置面を有する載置台２
２が収容されている。この載置台２２は、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。また、載置台２２はマッチングボック
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。この高周波電源２６は、例えば２〜１３．５
６ＭＨｚの高周波を発生する。

【００１８】また、誘電体板１３上部には、スロットア
ンテナの１つであるラジアルアンテナ３０が、放射面
（後述する導体板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、誘電体板１３を介して処理
容器１１内に高周波の電磁界を放射するものである。ラ
ジアルアンテナ３０は、誘電体板１３により処理容器１
１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプ
ラズマから保護されている。また、誘電体板１３及びラ
ジアルアンテナ３０の周囲は、円筒形状のシールド部材
１７によって覆われている。このシールド部材１７は、
例えばアルミニウムなどの金属で形成されている。ラジ
アルアンテナ３０から放射された電磁界は、このシール
ド部材１７により遮蔽されるので、エッチング装置の外
部に漏れることはない。

【００１９】ラジアルアンテナ３０は、同軸線路４１、
矩形・同軸変換器４２及び矩形導波管４３を介して、高
周波発生器４５に接続されている。この高周波発生器４
５は、例えば２．４５ＧＨｚの高周波を発生するもので
ある。なお、高周波発生器４５の出力周波数は１ＧＨｚ
〜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
向上させることができる。

【００２０】次に、ラジアルアンテナ３０の構成につい
て、さらに説明する。図１に示すように、ラジアルアン
テナ３０は、放射面を構成する第１の導体板３１と、こ
の導体板３１に対して上方位置に対向配置された第２の
導体板３２と、導体板３１，３２の外周部を接続して導
体板３１，３２間をシールドするリング部材３３とから
構成されている。アンテナ上面をなす導体板３２の中央
部には、２枚の導体板３１，３２により構成されるラジ
アル導波路３６内に高周波発生器４５からの高周波の電
磁界を導入する導入口３５が形成されている。また、ア
ンテナ下面をなす導体板３１には、多数のスロット３４
が形成されている。この導体板３１は誘電体板１３に平
行に配置されている。

【００２１】ラジアル導波路３６内を伝搬する電磁界の
波長（以下、管内波長という）がλ _g であるとき、２枚
の導体板３１，３２の間隔はλ_g/２未満に設定される。
例えば周波数が２．４５ＧＨｚの高周波を使用する場
合、ラジアル導波路３６内の比誘電率ε_v が１であれ
ば、導体板３１，３２の間隔は６ｃｍ未満となる。λ_g/
２未満とすることにより、導体板３１，３２間に定在波
が形成されることを防止することができる。ただし、２
枚の導体板３１，３２間の放電を防止するため、導体板
３１，３２間の間隔を０．５／(ε_v)^1/2ｃｍ以上とする
ことが望ましい。

【００２２】以上の導体板３１，３２及びリング部材３
３は、銅又はアルミニウムなどの導体により形成され
る。なお、導体板３１，３２の間すなわちラジアル導波
路３６内に、図１に示すようにセラミックなどの誘電体
部材（比誘電率ε_v ＞１）３９を配置してもよい。上述
したように、ラジアルアンテナ３０には、高周波発生器
４５に接続された同軸線路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の導入口
３５周縁に接続されている。また、同軸線路４１の内部
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。

【００２３】図２は、ラジアルアンテナ３０の放射面を
なす導体板３１の一構成例を示す図である。ここで、図
２（ａ）は、導体板３１全体の平面図、図２（ｂ）は、
導体板３１の径方向において隣り合う２つのスロット３
４の拡大図である。図２（ａ）に示すように導体板３１
には、略周方向に延びるスロット３４が、導体板３１の
中心の周りに同心円状に多数形成されている。この同心
円の半径は等差数列的に増えている。この同心円の半径
の増加分を、径方向（すなわち、ラジアル導波路３６内
における電磁界の伝搬方向）における隣接スロット間の
ピッチｐと定義する。この径方向における隣接スロット
間のピッチｐは、導体板３１の法線方向すなわち垂直方
向に対して傾斜する方向に電磁界が放射されるように設
定される。

【００２４】以下に、ピッチｐの設計方法を説明する。
ただし、誘電体板１３はラジアルアンテナ３０の放射面
（導体板３１）から十分離れて配置され、ラジアルアン
テナ３０外部の等価比誘電率ε_a は１に近似できるもの
とする。この条件下では、ラジアルアンテナ３０内部
（すなわちラジアル導波路３６）の比誘電率ε_v の値
は、ε_v とε_a との比ε_r （＝ε_v／ε_a）と等しくな
る。

【００２５】図３は、径方向における隣接スロット間の
ピッチｐの設計方法の説明図である。電磁界の放射方向
とは、放射された電磁界が強め合う方向である。電磁界
の強め合いは、図３を用いて言えば、Ａ点から放射され
る電磁界５１Ａと、Ａ点からＢ点を経由してＣ点に達す
る電磁界５１Ｂとが同じ位相となったときに起こる。そ
の条件は（１）式に示すようになる。 ｐ/λ_g＋(ｐ・cosθ)/λ＝Ｎ ・・・（１） ここで、θは放射角度（導体板３１に平行な方向と電磁
界５１Ａ，５１Ｂの放射方向とのなす角度）、λは真空
中における電磁界５１Ａ，５１Ｂの波長、Ｎは自然数で
ある。

【００２６】いま、ピッチｐを（２）式のように定義す
る。 ｐ＝α・λ_g （α＞０） ・・・（２） また、比誘電率がε_v であるラジアル導波路３６内を伝
搬する電磁界の波長λ _g は、 λ_g＝λ/ε_v ^1/2＝λ/ε_r ^1/2 ・・・（３） で表されるので、（２）式及び（３）式を（１）式に代
入して整理すると、（４）式が得られる。 cosθ＝ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１] ・・・（４）

【００２７】（４）式より、ε_r ，Ｎ，αは −１≦ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１]≦１ ・・・（５） の関係を満たす必要がある。このとき、角度θが θ＝cos^-1[ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１]] ・・・（６） となる方向で電磁界５１Ａ，５１Ｂの位相がそろい、こ
の方向に電磁界が放射されることになる。しかし、
（４）式においてＮ＝αのとき、 cosθ＝０すなわちθ
＝（２Ｍ−１）π／２（Ｍは自然数）となり、垂直方向
に電磁界５１Ａ，５１Ｂが放射されることになる。した
がって、径方向における隣接スロット間のピッチｐを、
（５）式を満たすと共にＮ≠αとなるように設計するこ
とにより、垂直方向に対して傾斜する方向に電磁界を放
射させることができる。

【００２８】以下、具体例を示す。まず、ラジアル導波
路３６内にＡｌ₂Ｏ₃（ε_v ＝ε_r ≒９）からなる誘電体
部材３９が配置されている場合を示す。（５）式を変形
すると、 Ｎ/[１＋(１/ε_r ^1/2)]≦α≦Ｎ/[１−(１/ε_r ^1/2)] ・・・（７） となるので、ε_r ＝９のとき、Ｎとαとの関係は ３/４×Ｎ≦α≦３/２×Ｎ ・・・（８） で表される。図４は、（８）式により規定されるＮとα
との関係を棒グラフで表した図である。ただし、上述し
たようにＮ＝αのとき垂直放射となるので、図４ではＮ
＝αの点を白丸で示し、除外している。

【００２９】図４では、α＜Ｎ（各棒グラフにおける白
丸の左側）で放射角度θが鋭角になり、α＞Ｎ（各棒グ
ラフにおける白丸の右側）で放射角度θが鈍角になる。
したがって、各棒グラフが相互に重なる部分（網目を付
した部分）では、鋭角及び鈍角の両方向に電磁界が放射
されることになる。なお、各棒グラフの左端は放射角度
θ＝０゜、右端は放射角度θ＝１８０゜となり、放射さ
れた電磁界は導体板３１に沿った伝搬となる。αが大き
くなると、（２）式よりスロット間のピッチｐが大きく
なり、それに応じて導体板３１に形成できるスロット３
４の数が少なくなり、電磁界の放射効率が低くなる。こ
のため実用上は、Ｎ＝１、０．７５≦α≦１．５、α≠
１とするのが望ましい。図５は、この条件下における放
射角度θのスロットピッチｐ依存性を示す図である。横
軸は隣接スロット間のピッチｐ［ｃｍ］、縦軸は放射角
度θ［゜］である。ただし、管内波長λ_g ＝４［ｃｍ］
とした。

【００３０】次に、ラジアル導波路３６内に誘電体部材
３９が配置されていない場合、すなわちラジアル導波路
３６内が空気（ε_v ＝ε_r ≒１）である場合を示す。ε
_r ≒１のとき、（５）式は −１≦(Ｎ/α)−１≦１ ・・・（９） すなわち、 α≧Ｎ/２ ・・・（１０） となる。図６は、（１０）式により規定されるＮとαと
の関係を棒グラフで表した図である。ただし、上述した
ようにＮ＝αのとき垂直放射となるので、図６ではＮ＝
αの点を白丸で示し、除外している。

【００３１】図６では、α＜Ｎ（各棒グラフにおける白
丸の左側）で放射角度θが鋭角になり、α＞Ｎ（各棒グ
ラフにおける白丸の右側）で放射角度θが鈍角になる。
また、各棒グラフが相互に重なる部分（網目を付した部
分）では、複数の方向に電磁界が放射されることにな
る。なお、各棒グラフの左端は放射角度θ＝０゜、右端
（図示せず）は放射角度θ＝１８０゜となり、放射され
た電磁界は導体板３１に沿った伝搬となる。上述した例
と同じ理由から、実用上は、Ｎ＝１、０．５≦α≦２、
α≠１とするのが望ましい。図７は、この条件下におけ
る放射角度θのスロットピッチｐ依存性を示す図であ
る。横軸は隣接スロット間のピッチｐ［ｃｍ］、縦軸は
放射角度θ［゜］である。ただし、管内波長λ_g ＝１２
［ｃｍ］とした。

【００３２】なお、ラジアルアンテナ３０の放射面をな
す導体板３１には、図８（ａ）に示すように、対をなす
スロット３４Ａ，３４Ｂをハの字形をなすように形成し
てもよい。ここで、図８（ｂ）に示すように、導体板３
１の中心をＯ、略径方向に隣り合う２つのスロット３４
Ａの中心をそれぞれ３４Ａ１，３４Ａ２、略径方向に隣
り合う２つのスロット３４Ｂの中心をそれぞれ３４Ｂ
１，３４Ｂ２とすると、Ｏ−３４Ａ１間距離とＯ−３４
Ｂ１間距離との差を略λ_g/４とする。３４Ａ２，３４Ｂ
２についても同様とする。また、上述した径方向におけ
る隣接スロット間のピッチｐは、Ｏ−３４Ａ１間距離と
Ｏ−３４Ａ２間距離との差又はＯ−３４Ｂ１間距離とＯ
−３４Ｂ２間距離との差により定義され、このように定
義されたピッチｐを上述した（５）式を満たすと共にＮ
≠αとなるように設計することにより、導体板３１の法
線方向に対して傾斜する方向に電磁界を放射させること
ができる。この際、図８（ａ）に示すように、スロット
３４Ａ，３４Ｂの対を螺旋状に形成してもよい。

【００３３】次に、図１に示したエッチング装置の動作
を説明する。基板２１を載置台２２の上面に置いた状態
で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の
真空度にする。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、高周波発
生器４５からの高周波の電磁界を矩形導波管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。

【００３４】ラジアルアンテナ３０に供給された電磁界
は、導体板３１，３２によって構成されるラジアル導波
路３６の中央部から外周部に向かって放射状に伝搬して
ゆき、導体板３１に形成された多数のスロット３４から
少しずつ放射される。導体板３１の径方向における隣接
スロット間のピッチｐは、上述した（５）式を満たすと
共にＮ≠αとなるように設計されているので、導体板３
１の法線方向（図１ではＺ軸方向）に対して傾斜する方
向に電磁界が放射される。導体板３１は誘電体板１３に
平行に配置されているので、電磁界は誘電体板１３の法
線方向（図１ではＺ軸方向）に対して傾斜する方向に放
射されることになる。この高周波の電磁界は、誘電体板
１３を透過して処理容器１１内に導入され、処理容器１
１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２１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に負電位をバイア
スすることにより、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。

【００３５】次に、図１に示したエッチング装置の効果
を、図２０に示した従来のエッチング装置と対比して説
明する。ここでは図１，図２０に示したエッチング装置
で生成されたプラズマの分布を調べるために、これらの
プラズマの写真撮影を行った。図９は、この写真撮影に
使用した装置の説明図である。ここで、図９（ａ）は図
２０に示したエッチング装置のラジアルアンテナ１３０
の寸法を示す断面図、図９（ｂ）は図１に示したエッチ
ング装置のラジアルアンテナ３０の寸法を示す断面図、
図９（ｃ）はＣＣＤカメラの配置図である。

【００３６】プラズマの写真撮影は、図９（ｃ）に示す
ように、基板２１，１２１が置かれていない載置台２
２，１２２の中央部にＣＣＤカメラ２９を配置し、管内
波長λ _g がおよそ４ｃｍである電磁界を処理容器１１，
１１１内に放射したときのプラズマ生成空間Ｓ１を撮影
することにより行った。このとき、従来のエッチング装
置に関しては、図９（ａ）に示すような寸法のラジアル
アンテナ１３０を使用した。すなわち、導体板１３１の
直径を４８ｃｍ、厚みを０．０３ｃｍ、径方向における
隣接スロット間のピッチｐ２を４ｃｍ（＝λ_g ）とし、
リング部材１３３の高さを０．５ｃｍとした。また、図
１に示したエッチング装置に関しては、図９（ｂ）に示
すような寸法のラジアルアンテナ３０を使用した。すな
わち、導体板３１の直径と厚み、リング部材３３の高さ
を上記ラジアルアンテナ１３０と同寸法とし、導体板３
１の径方向における隣接スロット間のピッチｐを３．５
ｃｍ（＝０．８７５λ_g ）とした。

【００３７】図１０は、このような条件の下でプラズマ
を写真撮影したときに得られた像の模式図であり、図１
０（ａ）は図２０に示したエッチング装置で得られた
像、図１０（ｂ）は図１に示したエッチング装置で得ら
れた像を示している。図１０（ａ）に示されているよう
に、隣接スロット間のピッチｐ２＝λ_g であるラジアル
アンテナ１３０を使用した従来のエッチング装置では、
プラズマ発生領域１６０の中央付近に、プラズマが高密
度に発生する部分１６１Ａ，１６１Ｂが観測された。こ
れに対して、隣接スロット間のピッチｐ＝０．８７５λ
_g であるラジアルアンテナ３０を使用した図１に示した
エッチング装置では、図１０（ｂ）に示すように、プラ
ズマ発生領域６０にプラズマが高密度に発生する部分１
６１Ａ，１６１Ｂはなく、均一に分布するプラズマが観
測された。このように図１に示したエッチング装置で
は、従来のエッチング装置と比較して均一に分布するプ
ラズマを生成できるので、基板２１に対するエッチング
の斑を抑制できるという効果が得られる。

【００３８】次に、図１に示したような構造を有するラ
ジアルアンテナ３０を使用することで、プラズマの分布
を改善できた理由を説明する。ラジアルアンテナ３０か
ら処理容器１１に導入された電磁界の一部がプラズマ生
成においても吸収されず、ラジアルアンテナ３０とプラ
ズマ生成空間Ｓ１との間の空間Ｓ２に定在波を形成し、
この定在波の電界がプラズマ生成に関わっていること
は、従来のエッチング装置と同様である。したがって、
図１に示したエッチング装置でも、ラジアルアンテナ３
０からプラズマへ直接入射した電磁界の電界と、処理容
器１１内に形成された定在波の電界の両方がプラズマ生
成に関与していると言える。

【００３９】図１１は、Ｚ軸方向（図１では垂直方向）
に対して垂直なプラズマ面を有するプラズマの密度変化
及びこのプラズマに入射した電磁界の電界強度変化を示
す概念図である。図１１（ａ）において、横軸はプラズ
マと誘電体板１３との境界面からＺ軸方向の距離であ
り、縦軸はプラズマ密度及び電界強度である。また、Ｚ
軸に垂直にＸ軸を設けると、実線は電磁界の電界ＥのＸ
軸方向成分（すなわち、プラズマ面に平行な方向成分）
Ｅ_X の強度、点線は電磁界の電界ＥのＺ軸方向成分（す
なわち、プラズマ面の法線方向の成分）Ｅ_Z の強度、一
点鎖線はプラズマ密度をそれぞれ示している。プラズマ
面がＺ軸に対して垂直なプラズマの密度は、プラズマと
誘電体板１３との境界面からＺ軸方向に離れるにしたが
って、図１１（ａ）の一点鎖線で示すように上昇してゆ
く。ここで、ある周波数に対してプラズマの誘電率がゼ
ロになる密度を、その周波数におけるカットオフ密度と
いう。

【００４０】このようなプラズマに対して、図１１
（ｂ）に示すように電磁界をＺ軸方向に対して傾斜する
方向に入射させた場合、電界のＸ軸方向成分Ｅ_X の強度
は図１１（ａ）の実線で示すように、プラズマ密度がカ
ットオフ密度となる地点Ｚ１までほぼ一定値を維持する
が、この地点Ｚ１をこえると指数関数的に低下する。こ
れに対して、電界のＺ方向成分Ｅ_Z の強度は図１１
（ａ）の点線で示すように、プラズマに入射した直後か
ら上昇し、地点Ｚ１で極大を示してから下降に転ずる。
この原理は「R.B.White,F.F.Chen,Amplification and A
bsorption of Electromagnetic Waves in Overdense Pl
asmas,Plasma Physics,vol.16,pp565-587」に記載され
ている。Ｚ軸方向（すなわちプラズマ面の法線方向）に
対して傾斜する方向に電磁界を入射させれば、電界のＺ
方向成分Ｅ_Z ができるので、Ｚ軸方向に入射させた場合
と比較して、両成分Ｅ_X，Ｅ_Zを合成した電界強度を大き
くすることができる。

【００４１】図１に示したエッチング装置では、ラジア
ルアンテナ３０からの電磁界は垂直方向（Ｚ軸方向）に
対して傾斜する方向に放射され、水平配置された誘電体
板１３の法線方向（Ｚ軸方向）に対して所定の角度をも
って入射する。一方、処理容器１１内のプラズマ生成空
間Ｓ１は誘電体板１３により制約されるので、誘電体板
１３と対向するプラズマ面はこの誘電体板１３に沿った
形状となり水平面となる。したがって、ラジアルアンテ
ナ３０から放射された電磁界は、誘電体板１３と対向す
るプラズマ面の法線方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜する
方向に入射することになる。

【００４２】したがって、上述した原理にしたがえば、
ラジアルアンテナ３０を使用することにより、プラズマ
生成空間Ｓ１に従来よりも大きな電界を形成できるの
で、ラジアルアンテナ３０から直接入射した電磁界の電
界によるプラズマ生成効率を向上させることができる。
これにより、ラジアルアンテナ３０から直接入射した電
磁界の電界によるプラズマ生成への寄与が大きくなり、
処理容器１１内の空間Ｓ２に形成される定在波の電界に
よるプラズマ生成への関与が相対的に低くなる。

【００４３】ラジアルアンテナ３０からプラズマへ直接
入射した電磁界の電界によるプラズマの生成は、比較的
容易に制御できる。例えば、放射面（導体板３１）に形
成される各スロットの長さを径方向で調整して、各スロ
ットから放射される電界の強度を適当に調整すること
で、プラズマの生成を制御できる。これに対して、定在
波の電界によるプラズマの生成は制御が困難である。図
１に示したエッチング装置では、上述したように、直接
入射した電磁界の電界によるプラズマ生成を、定在波の
電界によるプラズマ生成よりも優勢にすることができる
ので、所望のプラズマ分布となるようにプラズマの生成
を制御することができる。よって、図１０（ｂ）に示し
たような均一なプラズマ分布を得ることができた。

【００４４】図１２は、電磁界の吸収係数の角度依存性
を示す図である。横軸は電磁界の放射角度θ（図３参
照）の余弦であり、縦軸は吸収係数ηである。この図か
ら、プラズマ中の電子密度ｎ_e にもよるが、放射角度θ
がおよそ３０゜〜５０゜において吸収係数が最大となる
ことが分かる。したがって、このような角度θで電磁界
を放射することにより、ラジアルアンテナ３０から直接
入射した電磁界によるプラズマ生成が支配的になるの
で、プラズマ分布の制御を正確に行うことができる。な
お、隣接スロット間のピッチｐは、径方向（すなわち、
ラジアル導波路３６内における電磁界の伝搬方向）で一
定であってもよいし、変化していてもよい。径方向で隣
接スロット間のピッチｐに変化をつけると、この径方向
で電磁界の放射方向が変化する。図１２から分かるよう
に、電磁界の放射方向が変化すれば電磁界の吸収係数も
変化するので、径方向でプラズマの生成効率を制御して
プラズマ分布を調整することができる。

【００４５】以上ではラジアルアンテナ３０を用いた例
を説明したが、これに限定されるものではなく、他のス
ロットアンテナ、例えば矩形導波路アンテナを用いても
同様の効果を得られる。図１３は、本発明に使用可能な
矩形導波路アンテナアレーの構成を示す斜視図である。
このアンテナアレーは、矩形導波路の一面に複数のスロ
ット７４が形成された矩形導波路アンテナ７０を、その
短め方向に連続配置したものである。ここで、矩形導波
路アンテナ７０のスロット７４は、矩形導波路内におけ
る電磁界の伝搬方向に等間隔に形成され、隣接スロット
間のピッチｐは、上述した（５）式を満たすと共にＮ≠
αとなるように設計されている。なお、スロットを図８
に示したようにハの字形に形成してもよい。また、隣接
スロット間のピッチｐを、矩形導波路内における電磁界
の伝搬方向で変化をつけてもよい。図１３において、８
１は高周波発生器（図示せず）に接続された電磁界分配
用の矩形導波路である。

【００４６】（第２の実施の形態）ラジアルアンテナ３
０の放射面（導体板３１）に多数形成されるスロット３
４のピッチｐの設計方法に関し、第１の実施の形態で
は、アンテナ３０外部の等価比誘電率ε_a を１に近似し
たときの設計方法について説明したが、ここではそれを
一般論に拡張して説明する。図３において、Ａ点から放
射される電磁界５１Ａと、Ａ点からＢ点を経由してＣ点
に達する電磁界５１Ｂとが同じ位相となる条件は、（１
１）式に示すようになる。 ｐ/λ_g＋(ｐ・cosθ)/λ_a＝Ｎ ・・・（１１） ここで、λ_a はアンテナ３０の外部を伝搬する電磁界５
１Ａ，５１Ｂの波長、Ｎは０以上の整数である。

【００４７】真空中における電磁界の波長をλとする
と、 λ_g＝λ/ε_v ^1/2，λ_a＝λ/ε_a ^1/2 ・・・（１２） で表されるので、この（１２）と、（２）式で定義した
ｐ＝α・λ_gとを（１１）式に代入して整理すると、 cosθ＝(ε_v/ε_a)^1/2・[(Ｎ/α)−１] ・・・（１３） となる。ε_v/ε_a＝ε_rとすると、（１３）式は、 cosθ＝ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１] ・・・（１４） となる。

【００４８】この（１４）式より、ε_r ，Ｎ，αは −１≦ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１]≦１ ・・・（１５） の関係を満たす必要がある。このとき、角度θが θ＝cos^-1[ε_r ^1/2[(Ｎ/α)−１]] ・・・（１６） となる方向で電磁界５１Ａ，５１Ｂの位相がそろい、こ
の方向に電磁界が放射されることになる。したがって、
電磁界の放射に関して、以下の事項が導き出される。

【００４９】１．Ｎ＝０の場合：θ＝cos^-1(−ε_r ^1/2)
であるから、 ε_r ＞１の場合、解がなく、電磁界は放射されな
い。 ε_r ＝１の場合、θ＝１８０゜となり、水平方向に
電磁界５１Ａ，５１Ｂが放射される。 ε_r ＜１の場合、電磁界はε_r に依存した角度θに
放射される。

【００５０】２．Ｎが１以上で、Ｎ＝αの場合：cosθ
＝０すなわちθ＝（２Ｍ−１）π／２（Ｍは自然数）と
なり、垂直方向に電磁界５１Ａ，５１Ｂが放射されるこ
とになる。

【００５１】３．Ｎが１以上で、Ｎ≠αの場合：（１
５）式を変形すると、次の２式が得られる。 Ｎ≧α・[１−(１/ε_r ^1/2)] ・・・（１７） Ｎ≦α・[１＋(１/ε_r ^1/2)] ・・・（１８） ε_r ＞１の場合 （１７）式から、α≦Ｎ/[１−(１/ε_r ^1/2)] ・・・（１９） （１８）式から、α≧Ｎ/[１＋(１/ε_r ^1/2)] ・・・（２０） したがって、Ｎとαとの関係は、 Ｎ/[１＋(１/ε_r ^1/2)]≦α≦Ｎ/[１−(１/ε_r ^1/2)] ・・・（２１） となる。

【００５２】 ε_r ＜１の場合 （１７）式から、α≧Ｎ/[１−(１/ε_r ^1/2)] ・・・（２２） ただし、（２）式より、α＞０ （１８）式から、α≦Ｎ/[１＋(１/ε_r ^1/2)] ・・・（２３） したがって、Ｎとαとの関係は、 ０≦α≦Ｎ/[１＋(１/ε_r ^1/2)] ・・・（２４） となる。

【００５３】 ε_r ＝１の場合 （１５）式より −１≦(Ｎ/α)−１≦１ ・・・（２５） となるので、Ｎとαとの関係は、 α≧Ｎ/２ ・・・（２６） となる。

【００５４】以上より、ラジアルアンテナ３０の放射面
（導体板３１）に形成されるピッチｐの設計に関して、
次のように言える。すなわち、径方向における隣接スロ
ット間のピッチｐを（１５）式を満たすように設計する
ことにより、所定の角度θに電磁界を放射させることが
できる。この放射角度θは、ラジアルアンテナ３０の内
外の比誘電率の比ε_r によって決定される。ただし、Ｎ
が１以上でＮ＝α（＝ｐ/λ_g）の場合には、放射面に対
して垂直方向に電磁界が放射されるので、Ｎが１以上の
場合にはＮ≠αとなるようにピッチｐを設計することに
より、垂直方向に対して傾斜する方向に電磁界を放射さ
せることができる。以上説明したように、プラズマ処理
装置の使用状況に応じて変化するラジアルアンテナ３０
外部の等価誘電率ε_a を考慮し、アンテナ３０の内外の
比誘電率の比ε_r に基づいてピッチｐを設計することに
より、適切なスロット配置を得られる。

【００５５】（第３の実施の形態）図１４は、図１に示
したラジアルアンテナ３０から誘電体板１３に至る一部
構成を拡大して示す断面図である。誘電体板１３の厚み
と比誘電率をそれぞれｄ₁，ε₁ 、この誘電体板１３と
ラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３１）との間の
距離と比誘電率をそれぞれｄ₂ ，ε₂ とし、ｄ₁＋ｄ₂＝
ｄとする。この場合、ラジアルアンテナ３０外部の等価
比誘電率ε_a は、 ε_a＝ε₁・ε₂/[ε₁・(１−β)＋ε₂・β] ・・・（２７） で求められる。ここで、 β＝ｄ₁/ｄ ・・・（２８） である。

【００５６】いま、図１５に示すように、誘電体板１３
とラジアルアンテナ３０の放射面との距離をｄ₂ からΔ
ｄだけ小さくすると、ｄもΔｄだけ小さくなるので（２
８）式よりβが大きくなり、ε₁≠ε₂の場合にはε_a が
変化する。一方、（１６）式から分かるように、放射角
度θはラジアルアンテナ３０の内外の比誘電率の比ε _r
＝ε_v/ε_aで決定されるので、ε_a が変化すれば放射角
度θも変化する。したがって、ラジアルアンテナ３０を
上下に動かして、誘電体板１３からラジアルアンテナ３
０の放射面までの距離を変えることにより、放射角度θ
を制御することができる。

【００５７】図１６は、ラジアルアンテナ３０を上下に
動かしたときのプラズマ分布の変化を示す概念図であ
る。横軸は処理容器１１の中心軸（Ｏ）から半径方向へ
の距離であり、縦軸はプラズマ密度である。この図から
分かるように、誘電体板１３からラジアルアンテナ３０
の放射面までの距離をｄ₂ −Δｄ，ｄ₂ ，ｄ₂ ＋Δｄ
（Δｄは数ｍｍ程度）と変化させることにより、それに
応じてプラズマ分布が変化する。以上より、誘電体板１
３からラジアルアンテナ３０の放射面までの距離を変え
て、電磁界の放射方向を変えることにより、プラズマの
分布を調整できると言える。

【００５８】（第４の実施の形態）図１７は、本発明の
第４の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図
である。この図において、図１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。このエッチング
装置では、ラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３
１）に対向配置される誘電体板１３Ａが、ドーム状をし
ている。したがって、この誘電体板１３Ａは、ラジアル
アンテナ３０の放射面に対して傾斜する面を有してい
る。なお、誘電体板１３Ａは、載置台２２の載置面に対
して垂直な中心軸に対して、対称な形状をしている。

【００５９】処理容器１１内のプラズマ生成空間Ｓ１は
誘電体板１３Ａにより制約されるので、誘電体板１３Ａ
と対向するプラズマ面はこの誘電体板１３Ａに沿った曲
面となる。このプラズマ面の法線方向は、中心軸付近を
除き、鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜しているの
で、仮に電磁界を鉛直方向（Ｚ軸方向）に放射しても、
その電磁界はプラズマ面の法線方向に対して傾斜する方
向に入射することになる。このように、ドーム状の誘電
体板１３Ａを用いることにより、図１に示したエッチン
グ装置と同様の条件を作り出すことが可能である。

【００６０】しかし、３〜３０ｍｍという比較的薄い誘
電体板をドーム状に成形すると、曲率が必要以上に大き
くなり、所望の曲率に成形することができない場合があ
る。一方、比較的厚い誘電体板を用いれば曲率を小さく
することは可能であるが、電磁界の損失が大きくなって
しまう。そこで、誘電体板１３Ａの曲率が必要以上に大
きい場合には、放射面（導体板３１）の法線方向に対し
て傾斜する方向に電磁界を放射するラジアルアンテナ３
０を用いて、誘電体板１３Ａへの電磁界の入射角を小さ
くするとよい。このようにして処理容器１１内における
電界強度の分布を調整することにより、プラズマの分布
を改善することができる。ここで、径方向で隣接スロッ
ト間のピッチｐに変化をつけて、この方向で電磁界の放
射方向に分布をもたせることにより、プラズマの分布を
調整してもよい。なお、誘電体板１３Ａは、ラジアルア
ンテナ３０の放射面（導体板３１）に対して傾斜する面
を有していればよいので、上又は下に凸の円錐面状な
ど、他の凸形状であってもよい。

【００６１】（第５の実施の形態）図１８は、本発明の
第５の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図
である。この図において、図１及び図１７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。この
エッチング装置は、ドーム状の誘電体板１３Ａに代え
て、処理位置にある基板２１の周囲を覆う半球状又はド
ーム状のベルジャー１８を有している。具体的には、半
球状又はドーム状のベルジャー１８の開口部を下側にし
て処理位置上方からかぶせ、処理位置下方の処理容器１
１側壁にベルジャー１８の開口部を固定した構造となっ
ている。したがって、プラズマが比較的高密度で存在す
る空間に近接する処理容器１１Ａの側壁は、ベルジャー
１８により載置台２２Ａから隔離される。このベルジャ
ー１８は、厚さ３〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 又はＡｌＮ等の）セラミックなどの誘電体で形
成されている。また、処理容器１１とベルジャー１８と
の接合部には、Ｏリングなどのシール部材１２Ａを介在
させている。

【００６２】基板２１が配置される載置台２２Ａは、処
理容器１１Ａの底部を遊貫する昇降軸２８によって支持
され、上下動自在となっている。基板を搬入搬出口１９
から搬入又は搬出するときは、載置台２２Ａを下に降ろ
し、エッチング処理を行うときは、載置台２２Ａを上げ
て基板２１を処理位置に配置することができる。処理容
器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板２４
Ａが設けられている。また、処理容器１１Ａとベルジャ
ー１８とで形成された処理室の気密性を確保するため、
載置台２２Ａと絶縁板２４Ａとの間に、昇降軸２８を囲
むようにベローズ２９が設けられている。さらに、処理
容器１１Ａの底部には、真空ポンプ（図示せず）に接続
された排気口１４Ａが設けら、処理容器１１Ａの側壁に
は、処理室内にプラズマガス及びエッチングガスを導入
するためのノズル１５Ａが設けられている。このノズル
１５Ａは基板１２の処理位置の上側までのびており、ガ
スが載置台２２Ａの上部空間に放出されるようになって
いる。

【００６３】上述したように、ベルジャー１８は半球状
又はドーム状をしており、ラジアルアンテナ３０の放射
面（導体板３１）に対して傾斜する面を有している。し
たがって、図１７に示したエッチング装置と同様に、放
射面の法線方向に対して傾斜する方向に電磁界を放射す
るラジアルアンテナ３０を用いて、処理室における電界
強度の分布を調整することにより、プラズマの分布を改
善することができる。また、プラズマ生成空間Ｓ１を含
むプラズマが比較的高密度で存在する空間に近接する領
域では、処理容器１１Ａの側壁がベルジャー１８でカバ
ーされているので、生成されたプラズマが処理容器１１
Ａの側壁に接触して表面をスパッターすることによって
起こる処理室内の汚染を抑制することができる。なお、
半球状又はドーム状のベルジャーが載置台２２Ａの載置
面に乗る構造にして、載置台２２Ａとベルジャーとによ
り処理室が形成されるようにしてもよい。

【００６４】（第６の実施の形態）以上では、本発明を
エッチング装置に適用した例を説明してきたが、例えば
プラズマＣＶＤ（chemical vaper deposition ）装置な
どの他のプラズマ処理装置に本発明を適用してもよい。
そこで次に、本発明をＣＶＤ装置に適用した例を説明す
る。図１９は、本発明の第６の実施の形態であるＣＶＤ
装置の構成を示す図である。この図において、図１及び
図１８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。このＣＶＤ装置は、基板２１を加熱する
ヒーター９１や、処理室内にＳｉＨ₄とＨ₂ との混合ガ
スなどを導入するガス供給ノズル９２など、ＣＶＤ装置
に必要な構成を有するほか、放射面の法線方向に対して
傾斜する方向に電磁界を放射するラジアルアンテナ３０
と、処理位置にある基板２１の周囲を覆う半球状又はド
ーム状のベルジャー（第１の誘電体部材）１８とを備
え、図１９に示したエッチング装置と同様の特徴を有し
ている。

【００６５】また、このＣＶＤ装置では、処理容器１１
Ａの上部開口が誘電体板（第２の誘電体部材）１３で密
閉されている。また、ベルジャー１８と誘電体板１３と
処理容器１１Ａとによって囲まれた密閉空間に所定温度
のガスを流通させてベルジャー１８を温度調整するため
に、流通手段としてノズル９３と排気口９４とが処理容
器１１Ａの側壁に設けられている。ノズル９３から導入
されるガスには、高周波電磁界を吸収しにくいガスとし
て例えばＮ₂ が用いられる。このガスの温度は、ベルジ
ャー１８よりも高い温度に設定され、その上限は６００
℃とする。

【００６６】図１９に示したＣＶＤ装置の動作を説明す
る。まず、ヒーター９１を１５０℃程度にして基板２１
を加熱した状態で、ガス供給ノズル９２から処理室内に
ＳｉＨ₄ とＨ₂ との混合ガスを導入する。ラジアルアン
テナ３０から処理室内に電磁界を供給すると、ＳｉＨ₄
が解離してＳｉＨ_x（ｘ＝１，２，３，４）となり、こ
のＳｉＨ_x が基板２１の表面で反応してアモルファスＳ
ｉ（以下、ａ−Ｓｉと略記する）が成膜される。このと
き、ベルジャー１８が常温であれば、ベルジャー１８の
内面にＳｉＨ_x が付着し、ａ−Ｓｉが成膜される。この
ａ−Ｓｉによってラジアルアンテナ３０からの電磁界の
導入が阻害されることになる。しかし、ベルジャー１８
と誘電体板１３との間の空間に６００℃以下の温度、例
えば１５０℃〜３００℃のＮ₂ を流通させてベルジャー
１８を加温することによりＳｉＨ_x が付着しにくくなる
ので、ベルジャー１８内面におけるａ−Ｓｉの成膜を低
減できる。したがって、ベルジャー１８を介して処理室
内に導入される電磁界の損失を低減し、効率よくプラズ
マを生成して成膜を行うことができる。

【００６７】なお、ベルジャー１８と誘電体板１３と処
理容器１１Ａとによって囲まれた密閉空間に流通させる
流体は、ガスに限らず、液体であってもよい。この場
合、例えばガルデン（パーフルオロポリエーテル）又は
フロリケートなど、高周波電磁界を吸収しにくい液体を
用いることが好ましい。また、上記の温度より低温の流
体を密閉空間に流通させて、ベルジャー１８を冷却する
ようにしてもよい。電磁界の作用によってベルジャー１
８の温度が高くなりすぎると、ベルジャー１８が破損す
る原因となる。また、図１８に示したエッチング装置で
は、ベルジャー１８の輻射熱で基板２１上のレジストが
焼け、所望のパターンにエッチンできないことがある。
しかし、このようにしてベルジャー１８を冷却すること
により、上記の問題を回避することができる。また、ベ
ルジャー１８と共に密閉空間を形成する第２の誘電体部
材は、ベルジャー１８に対して載置台２２Ａ又は基板２
１と異なる側に配置されればよい。したがって、ラジア
ルアンテナ３０の給電線である同軸線路４１の途中に第
２の誘電体部材を詰めて密閉空間を形成してもよい。こ
の場合、ラジアルアンテナ３０の内部にも流体が流通す
ることになる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、スロッ
トアンテナから処理容器内に電磁界を放射する際に、ア
ンテナ放射面の法線方向に対して傾斜する方向に電磁界
を放射するものである。これにより、スロットアンテナ
から直接入射する電磁界によるプラズマ生成を、処理容
器内で形成される定在波の電界によるプラズマ生成より
も優勢にすることができる。前者は後者よりも制御が容
易であるので、プラズマの分布を従来よりも改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング
装置の構成を示す図である。

【図２】 ラジアルアンテナの放射面をなす第１の導体
板の一構成例を示す図である。

【図３】 第１の導体板の径方向における隣接スロット
間のピッチｐの設計方法の説明図である。

【図４】 比誘電率ε_r ≒９のときのＮとαとの関係を
棒グラフで表した図である。

【図５】 比誘電率ε_r ≒９のときにおける放射角度θ
のスロットピッチｐ依存性の一例を示す図である。

【図６】 比誘電率ε_r ≒１のときのＮとαとの関係を
棒グラフで表した図である。

【図７】 比誘電率ε_r ≒１のときにおける放射角度θ
のスロットピッチｐ依存性の一例を示す図である。

【図８】 ラジアルアンテナの放射面をなす第１の導体
板の他の構成例を示す図である。

【図９】 プラズマの写真撮影に使用した装置の説明図
である。

【図１０】 プラズマを写真撮影したときに得られた像
の模式図である。

【図１１】 Ｚ軸方向に対して垂直なプラズマ面を有す
るプラズマの密度変化及びこのプラズマに入射した高周
波の電界強度変化を示す概念図である。

【図１２】 電磁界の吸収係数の角度依存性を示す図で
ある。

【図１３】 本発明に使用可能な矩形導波路アンテナア
レーの構成を示す斜視図である。

【図１４】 図１に示したラジアルアンテナから誘電体
板に至る一部構成を拡大して示す断面図である。

【図１５】 図１４に示した誘電体板とラジアルアンテ
ナの放射面との距離を狭めたときの断面図である。

【図１６】 ラジアルアンテナを上下に動かしたときの
プラズマ分布の変化を示す概念図である。

【図１７】 本発明の第４の実施の形態であるエッチン
グ装置の構成を示す図である。

【図１８】 本発明の第５の実施の形態であるエッチン
グ装置の構成を示す図である。

【図１９】 本発明の第６の実施の形態であるエッチン
グ装置の構成を示す図である。

【図２０】 従来の高周波プラズマ処理装置を用いたエ
ッチング装置の構成図である。

【符号の説明】

１１…処理容器、１３…誘電体板、２１…基板、２２…
載置台、３０…ラジアルアンテナ、３１，３２…導体
板、３４，３４Ａ，３４Ｂ，７４…スロット、３５…導
入口、７０…矩形導波路アンテナ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA61 BC01 BC04 BC06 CA24 CA25 CA47 EA01 EB01 EB41 EC30 FC15 4K030 FA03 JA14 KA10 KA15 KA30 KA46 5F004 BA20 BB11 BB32 DA01 DA23 5F045 AA09 AB04 AC01 AC15 AD05 AD06 AD07 BB15 DP04 EB02 EH02 EH03 EJ01

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理容器内に収容され被処理体を配置す
   る載置面を有する載置台と、この載置台の載置面に対向
   配置され放射面に形成された複数のスロットより前記処
   理容器内に電磁界を放射するスロットアンテナとを備え
   たプラズマ処理装置において、 前記スロットアンテナは、前記放射面の法線方向に対し
   て傾斜する方向に前記電磁界を放射することを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記スロットアンテナ内部の比誘電率ε_v と前記スロッ
   トアンテナ外部の比誘電率ε_a との比ε_v/ε_a をε_r 、
   前記スロットアンテナ内部を伝搬する電磁界の波長をλ
   _g 、前記スロットアンテナ内部での電磁界の伝搬方向に
   おける隣接スロット間のピッチをｐ＝α・λ_g（α＞０）
   とし、Ｎを０以上の整数とすると、 −１≦ε_r ^1/2(Ｎ/α−１)≦１ かつ Ｎが１以上の場合に、Ｎ≠αを満たすようにε
   _r ，Ｎ，αが設定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】 請求項２記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記隣接スロット間のピッチは、前記スロットアンテナ
   内部での電磁界の伝搬方向で変化していることを特徴と
   するプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３何れか１項記載のプラズマ
   処理装置において、 前記スロットアンテナと前記載置台の載置面とを隔離す
   るように配置され前記スロットアンテナの放射面に対し
   て傾斜する面を有する誘電体部材を更に有することを特
   徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記誘電体部材は、ドーム状をしていることを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記誘電体部材は、処理容器の内面の少なくとも一部を
   前記載置台の載置面から隔離することを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜３何れか１項記載のプラズマ
   処理装置において、 前記スロットアンテナと前記載置台の載置面とを隔離す
   るように配置され前記スロットアンテナの放射面に対し
   て傾斜する面を有する第１の誘電体部材と、 この第１の誘電体部材に対して前記載置台と異なる側に
   配置され前記第１の誘電体部材と共に密閉空間を形成す
   る第２の誘電体部材と、 前記密閉空間に流体を流通させて前記第１の誘電体部材
   の温度調整をする流通手段とを更に有することを特徴と
   するプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７何れか１項記載のプラズマ
   処理装置において、 前記スロットアンテナは、互いに離間して対向配置され
   た第１及び第２の導体板と、外周部で前記第１の導体板
   と前記第２の導体板との間をシールドするリング部材と
   を備え、前記第１の導体板に前記複数のスロットが形成
   され、前記第１の導体板と前記第２の導体板との間に電
   磁界を導入する導入口が前記第２の導体板の中央部に形
   成されたラジアルアンテナであることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜７何れか１項記載のプラズマ
   処理装置において、 前記スロットアンテナは、矩形導波路の一面に前記複数
   のスロットが形成された矩形導波路アンテナであること
   を特徴とするプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】 スロットアンテナの放射面より処理容
    器内に電磁界を放射し、この電磁界で生成されたプラズ
    マにより被処理体に対して所定の処理を行うプラズマ処
    理方法において、 前記スロットアンテナが前記放射面の法線方向に対して
    傾斜する方向に前記電磁界を放射することを特徴とする
    プラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】 請求項９記載のプラズマ処理方法にお
    いて、 前記スロットアンテナ内部の比誘電率ε_v と前記スロッ
    トアンテナ外部の比誘電率ε_a との比ε_v/ε_a をε_r 、
    前記スロットアンテナ内部を伝搬する電磁界の波長をλ
    _g 、前記スロットアンテナ内部での電磁界の伝搬方向に
    おける隣接スロット間のピッチをｐ＝α・λ_g（α＞０）
    とし、Ｎを０以上の整数とすると、 −１≦ε_r ^1/2(Ｎ/α−１)≦１ かつ Ｎが１以上の場合に、Ｎ≠αを満たすようにε
    _r ，Ｎ，αを設定することを特徴とするプラズマ処理方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のプラズマ処理方法に
    おいて、 前記スロットアンテナ内部での電磁界の伝搬方向で前記
    隣接スロット間のピッチを変えて、この方向で電磁界の
    放射方向を変えることにより、プラズマの分布を調整す
    ることを特徴とするプラズマ処理方法。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載のプラズマ処理方法に
    おいて、 前記スロットアンテナと前記被処理体とを隔離する誘電
    体部材から前記スロットアンテナまでの距離を変えて、
    電磁界の放射方向を変えることにより、プラズマの分布
    を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
14. 【請求項１４】 請求項１０〜１２何れか１項記載のプ
    ラズマ処理方法において、 前記スロットアンテナの放射面に対して傾斜する面を有
    し前記スロットアンテナと前記被処理体とを隔離する誘
    電体部材を配置することを特徴とするプラズマ処理方
    法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のプラズマ処理方法に
    おいて、 前記誘電体部材をドーム状に形成することを特徴とする
    プラズマ処理方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載のプラズマ処理方法に
    おいて、 前記誘電体部材で処理容器の内面の少なくとも一部を前
    記被処理体から隔離することを特徴とするプラズマ処理
    方法。
17. 【請求項１７】 請求項１０〜１２何れか１項記載のプ
    ラズマ処理方法において、 前記スロットアンテナの放射面に対して傾斜する面を有
    する第１の誘電体部材で前記スロットアンテナと前記被
    処理体とを隔離し、 この第１の誘電体部材に対して前記被処理体と異なる側
    に第２の誘電体部材を配置して前記第１及び第２の誘電
    体部材により密閉空間を形成し、 前記密閉空間に流体を流通させて前記第１の誘電体部材
    の温度を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。