JP2002184599A

JP2002184599A - プラズマ装置

Info

Publication number: JP2002184599A
Application number: JP2000384956A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Ishii; 信雄石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-06-28
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP4535356B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ生成の際の電力効率を向上させる。【解決手段】処理容器１１内に電磁界を供給するアン
テナ３０は、共振器を構成する導体板３２と、この導体
板３２に対向配置された地板３１と、導体板３２に接続
された複数の給電線４１Ａ，４１Ｂとを備えている。給
電線４１Ａ，４１Ｂは、導体板３２の外周と直交する直
線上に互いに離間して接続されている。ここで、導体板
３２と地板３１との間における電磁界の波長がλg であ
るとき、給電線４１Ａ，４１Ｂが接続される直線の長さ
は、略（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であ
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装置に
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、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ
装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波電磁界を
供給して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装
置がある。この高周波プラズマ装置は、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。図１２
は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置
の一構成例を示す断面図である。また、図１３は、この
エッチング装置で使用されるパッチアンテナの構成を示
す図である。ここで、図１３（ａ）は、図１２において
XIIIa−XIIIa′線方向からみたときの平面図、図１３
（ｂ）は、座標系を示す図である。

【０００３】図１２に示すエッチング装置では、上部が
開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５
１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容
器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排
気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５
１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が
設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対
象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されて
いる。この載置台５２２にはバイアス用の高周波電源５
２６が接続されている。誘電体板５１２の上部には、こ
の誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波電
磁界を供給するパッチアンテナ５３０が配置されてい
る。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲は
シールド材５１８によって覆われている。アンテナ５３
０は給電用の高周波電源５４５に接続されている。

【０００４】パッチアンテナ５３０は、接地された導体
板からなる地板５３１と、この地板５３１に対向配置さ
れ共振器を構成する導体板（以下、パッチという）５３
２とを有している。図１３（ａ）に示すように、パッチ
５３２は直径Ｌ１≒λg の円形（平面視）をしている。
λg はパッチ５３２と地板５３１との間における電磁界
の波長である。ここで、パッチ５３２がｘｙ平面上にあ
り、その中心Ｏが座標系の原点にあるとする。

【０００５】図１２に示すように、このパッチアンテナ
５３０では、パッチ５３２の中心Ｏに給電点が設けられ
ている。アンテナ５３０への給電には同軸線路５４１が
用いられ、その外部導体５４２が地板５３１に接続さ
れ、内部導体５４３がパッチ５３２の中心Ｏに接続され
る。また、パッチ５３２は、その中心Ｏからみておよそ
λg/４離れた等方的な位置にある３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
において、ショートピン５３３を介して地板５３１に接
続されている。なお、点Ｐ１はｘ軸上にあるものとす
る。

【０００６】図１４は、パッチアンテナ５３０の動作原
理の説明図である。パッチ５３２の直径Ｌ１はおよそλ
g であるので、高周波電源５４５からパッチ５３２の中
心Ｏに供給された電流は共振して定在波となる。このと
きのｘ軸上における電圧波形は、図１４（ｂ）に示すよ
うに、給電点である中心Ｏで腹となり、接地された点Ｐ
１で節となる。パッチ５３２の周縁部では同位相で電圧
が変化するので、パッチ５３２の外周部に沿ってできる
磁流は、図１４（ａ）に示すように、中心Ｏから見て全
周にわたって同じ向きとなる。したがって、パッチアン
テナ５３０には、ＴＭ₀₁モードが励起され、ＴＭ₁₁モー
ドは励起されない。

【０００７】パッチアンテナ５３０は、上述した磁流を
波源として高周波を放射する。この高周波の電磁界を誘
電体板５１２を介して処理容器５１１内に供給すると、
この電磁界は処理容器５１１内のガスを電離させ、処理
対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成す
る。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、
載置台５２２に印加されたバイアス電圧によってプラズ
マのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチ
ング処理に利用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、パッチアンテ
ナ５３０のモードがＴＭ₀₁モードである場合、高周波電
磁界の指向性は図１２に示すように、パッチ５３２の主
面（すなわちｘｙ面）と平行な水平方向となる。したが
って、プラズマ生成に寄与する前にシールド材５１８又
は処理容器５１１で熱エネルギーに変換されてしまう電
力が大きくなるので、効率よくプラズマを生成できない
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、プラズマ生
成の際の電力効率を向上させることにある。

【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、本発明のプラズマ装置は、処理容器内に高周
波を供給するアンテナが、処理容器内に配置された載置
台に対向配置された導体板と、この導体板からみて載置
台と反対側に対向配置された地板と、導体板に接続され
た複数の第１の給電線とを備え、第１の給電線のそれぞ
れが、導体板の外周と直交する導体板上の少なくとも１
本の第１の直線上に２本ずつ互いに離間して接続され、
導体板と地板との間における電磁界の波長がλg である
とき、第１の直線のそれぞれの長さが、略（Ｎ＋１／
２）×λg （Ｎは０以上の整数）であることを特徴とす
る。ここで、導体板の外周と直交する第１の直線とは、
例えば導体板の平面形状が矩形の場合には、矩形の一辺
に平行な直線であり、円形の場合には、円の中心を通る
直線である。

【００１０】導体板の１本の第１の直線上に２本の第１
の給電線が接続され、その第１の直線の長さは略（Ｎ＋
１／２）×λg であるので、これら２本の給電線から供
給された電流は第１の直線上で共振して定在波となる。
このとき、２本の給電線による給電により、定在波のモ
ードが規定される。第１の直線上における電圧波形は、
両端が腹、波数がＮ＋１／２となるから、両端における
電圧変化は互いに逆位相となる。したがって、第１の直
線の両端に沿って、導体板の中心から見て互いに逆向き
の磁流ができる。したがって、このアンテナでは、ＴＭ
₁₁モードが選択的に励起されることがわかる。ＴＭ₁₁モ
ードでは、高周波の指向性は導体板の主面に対して垂直
方向となるので、被処理体が配置される載置台の方向に
高周波が直接向かうことになる。したがって、処理容器
などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与
する電力を増加させることができる。

【００１１】ここで、アンテナを構成する導体板上の第
１の直線が、導体板の中心を通るようにしてもよい。こ
れにより、導体板上において第１の直線と直交する方向
に電流が流れないので、この方向への高周波の放射を抑
制することができる。

【００１２】また、上述したプラズマ装置において、ア
ンテナが、対応する第１の直線と直交する導体板上の少
なくとも１本の第２の直線上に少なくとも２本ずつ互い
に離間して導体板に接続された複数の第２の給電線を更
に備え、第２の直線のそれぞれの長さが、略（Ｍ＋１／
２）×λg （Ｍは０以上の整数）であり、第２の給電線
のそれぞれが、高周波が円偏波となるように、対応する
第１の給電線よりも同じ程度遅れた位相で給電するよう
に構成してもよい。この場合、上述したのと同じ原理
で、第２の直線の方向にもＴＭ₁₁モードが励起される。
また、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円
偏波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の
周りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によ
って生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平
均をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。
ここで、アンテナから供給される高周波は完全な円偏波
でなくてもよく、偏波率が少なくとも５０％以上、好ま
しくは７０％以上の円偏波であればよい。

【００１３】ここで、アンテナを構成する導体板上の第
１及び第２の直線が、導体板の中心を通るようにしても
よい。これにより、第１の給電線から供給された電流は
導体板の第２の直線上には流れず、この逆に第２の給電
線から供給された電流は第１の直線上には流れないの
で、所望の円偏波とは逆旋の円偏波（交差偏波）の発生
を抑制することができる。また、同じ第１の直線上に接
続された２本の第１の給電線の間隔、又は、同じ第２の
直線上に接続された２本の第２の給電線の間隔を、λg/
２としてもよい。これにより、アンテナの設計が容易に
なる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明による
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を示す図である。この図
１には、一部構成について断面構造が示されている。

【００１５】図１に示したエッチング装置は、上部が開
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の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍ
ｍ程度の石英ガラス又はセラミック（Ａｌ₂ Ｏ₃ やＡｌ
Ｎなど）などからなる誘電体板１２が配置されている。
処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなど
のシール部材１３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。

【００１６】処理容器１１の底部には、セラミックなど
からなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁
板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設
けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ
（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度に
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１６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１７とが上下に設けら
れている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなど
で形成されている。

【００１７】処理容器１１内には、エッチング対象の基
板（被処理体）２１を載置面に置く載置台２２が収容さ
れている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊
貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在
となっている。また、載置台２２には、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が接続さ
れている。この高周波電源２６の出力周波数は数百ｋＨ
ｚ〜十数ＭＨｚの範囲内の所定周波数とする。なお、処
理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶
縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２
４が設けられている。

【００１８】また、誘電体板１２の上部には、この誘電
体板１２を介して処理容器１１内に高周波電磁界を供給
するパッチアンテナ３０が配置されている。このパッチ
アンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１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１２及びパッチア
ンテナ３０の周囲はシールド材１８によって覆われてい
るので、パッチアンテナ３０からの高周波電磁界がエッ
チング装置の外部に漏れることはない。

【００１９】パッチアンテナ３０は、接地された導体板
からなる地板３１と、共振器を構成する導体板（以下、
パッチという）３２とを有している。このパッチ３２は
地板３１に対して所定の間隔をもって対向配置され、そ
の間隔はそれぞれの中心を接続するショートピン３３に
より保持されている。以上の地板３１、パッチ３２及び
ショートピン３３は、銅又はアルミニウムなどにより形
成されている。そして、パッチアンテナ３０は、パッチ
３２側が下となり、載置台２２の載置面及び誘電体板１
２と対向するように配置されている。

【００２０】パッチアンテナ３０では２点給電が行われ
る。この給電には２本の同軸線路（第１の給電線）４１
Ａ，４１Ｂが用いられる。ただし、同軸線路４１Ｂは同
軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜長くなっている。
ここでいう電気長とは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂの長さ
を、給電電力がそれぞれを通過したときの位相差で表し
たものであり、この場合パッチアンテナ３０への給電位
相が１８０゜異なることを意味している。同軸線路４１
Ａ，４１Ｂは、それぞれマッチングボックス４４Ａ，４
４Ｂを介して、給電用の高周波電源４５に接続されてい
る。この高周波電源４５の出力周波数はおよそ１００Ｍ
Ｈｚ〜８ＧＨｚの範囲内の所定周波数とする。また、同
軸線路４１Ａ，４１Ｂのそれぞれにマッチングボックス
４４Ａ，４４Ｂを挿入して、インピーダンスのマッチン
グを図ることにより、電力の使用効率を向上させること
ができる。

【００２１】図２は、図１においてIIa−IIa′線方向か
ら見たときのパッチ３２の平面図である。パッチ３２の
平面形状は、図２（ａ）に示すように、一辺の長さＬが
およそ３×λg/２の正方形をしている。λg はパッチ３
２と地板３１との間における電磁界の波長であり、その
値はパッチ３２と地板３１との間の誘電率により決ま
る。ここで、パッチ３２の中心Ｏが座標系の原点にあ
り、パッチ３２の各辺はそれぞれｘ軸，ｙ軸に平行であ
るとする。この場合、パッチ３２の２つの給電点Ｐ，Ｑ
は、ｘ軸（第１の直線）上において中心Ｏから反対方向
におよそλg/４離れた２点に設けられている。図１に示
すように、各給電点Ｐ，Ｑには、それぞれ同軸線路４１
Ａ，４１Ｂの内部導体４３Ａ，４３Ｂが接続されている
が、給電点Ｑに接続された同軸線路４１Ｂは給電点Ｐに
接続された同軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜だけ
長くなっていることは、上述した通りである。なお、同
軸線路４１Ａ，４１Ｂの外部導体４２Ａ，４２Ｂは、地
板３１に接続されている。

【００２２】ここで、図２を参照して、パッチアンテナ
３０の動作原理を説明する。２つの同軸線路４１Ａ，４
１Ｂはパッチ３２のｘ軸上に接続され、パッチ３２のｘ
軸方向の長さはおよそ３×λg/２であるので、２つの同
軸線路４１Ａ，４１Ｂから供給された電流はｘ軸方向で
共振して定在波となる。このとき、２つの給電点Ｐ，Ｑ
で給電することにより、定在波のモードが規定される。
ｘ方向の電圧波形は図２（ｂ）に示すようになり、両端
が腹、波数が３／２となるので、両端における電圧変化
は互いに逆位相となる。したがって、図２（ａ）に示す
ように、パッチ３２のｘ軸方向の両端、すなわちｙ軸に
平行な２辺に沿って、パッチ３２の中心から見て逆向き
の磁流ができる。すなわち、一方の磁流の向きがｙ軸の
正方向（又は負方向）のときは、他方の磁流の向きもｙ
軸の正方向（又は負方向）となる。したがって、このパ
ッチアンテナ３０では、ＴＭ₁₁モードのみが励起され、
ＴＭ₀₁モードは励起されない。なお、２つの磁流を波源
として高周波が放射される。

【００２３】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の載置面に置いた状
態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度
の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラ
ズマガス供給ノズル１６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１７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、
パッチアンテナ３０の２つの給電点Ｐ，Ｑに、互いに等
振幅かつ１８０゜異なる位相で給電する。これによりパ
ッチアンテナ３０はＴＭ₁₁モードに選択的に励起され
る。ＴＭ₁₁モードでは、高周波電磁界の指向性はパッチ
３２の主面（ｘｙ面）に対して垂直なｚ軸方向となるの
で、電磁界はエッチング対象である基板２１がある方向
に直接向かうことになる。

【００２４】この電磁界は処理容器１１内のＡｒを電離
させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成す
る。このプラズマは処理容器１１内に拡散して行き、載
置台２２に印加されたバイアス電圧によってプラズマの
エネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング
処理に利用される。このエッチング装置では、上述した
ように電磁界が基板２１のある方向に直接向かうので、
図１２に示した従来のエッチング装置と比較して、プラ
ズマ生成に寄与する前にシールド材１８又は処理容器１
１で熱エネルギーに変換されてしまう電力を低減し、プ
ラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。
よって、従来よりもプラズマ生成の際の電力効率を向上
させることができる。

【００２５】なお、図２（ａ）において、２つの給電点
Ｐ，Ｑはパッチ３２のｘ軸上にあるとしたが、これによ
りパッチ３２上においてｙ軸方向に電流が流れなくなる
ので、パッチ３２のｘ軸に平行な２辺からの高周波の放
射を抑制することができる。しかし、この放射による影
響が許容される範囲内で、ｘ軸上から外れた位置に給電
点Ｐ，Ｑを設けてもよい。また、２つの給電点Ｐ，Ｑ
は、パッチ３２の中心Ｏから等距離の位置に設けられる
としたが、中心Ｏからの距離がそれぞれ異なる位置に給
電点Ｐ，Ｑを設けてもよい。ただし、定在波の節に当た
る位置では電位が０（ゼロ）になるので、この位置又は
その近傍に給電点Ｐ，Ｑを設けるのは得策でなく、定在
波の節に当たる位置からλg/１６以上離れた位置に給電
点Ｐ，Ｑを設けることが望ましい。

【００２６】さらに、パッチ３２にできる定在波のモー
ドを２点給電によって規定できればよいので、必ずし
も、２つの給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄをλg/２、給電位相
差を１８０゜とする必要はない。また、両者に相関関係
をもたせる必要もない。ただし、上述した定在波の節と
給電点Ｐ，Ｑとの関係から、給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄの
望ましい最小値はλg/８程度となる。また、パッチアン
テナ３０のパッチ３２の一辺の長さＬは、略（Ｎ＋１／
２）×λg （Ｎは０以上の整数）であればよい。

【００２７】また、パッチ３２の平面形状は、正方形で
はない矩形であってもよい。この場合、ｘ軸方向の長さ
がＬ1 ≒（Ｎ＋１／２）×λg であるとき、ｙ軸方向の
長さは｛（Ｎ′−１）＋１／２｝×λg ＜Ｌ2 ＜（Ｎ′
＋１／２）×λg とするとよい（Ｎ′は、０≦Ｎ′≦Ｎ
の整数）。また、パッチの平面形状は、図３に示すパッ
チ１３２のように円形であってもよい。この場合、円の
直径Ｌはおよそ1.17×（Ｎ＋１／２）×λg であればよ
い。この寸法は上述の略（Ｎ＋１／２）×λg に含まれ
る概念である。図３に示したＬ≒１．８×λg はＮ＝１
の場合の例である。

【００２８】また、図４に示すように、パッチアンテナ
３０を構成する地板３１とパッチ３２との間に、セラミ
ックなどからなる誘電体板３４を挿入してもよい。これ
により、パッチアンテナを小型化することができる。こ
の場合、パッチ３２と地板３１とを接続するショートピ
ン３３は、必ずしも設けなくてもよい。また、図２
（ａ）ではパッチ３２のｘ軸上に２つの給電点Ｐ，Ｑを
設けるとしたが、図５に示すようにパッチ３２の外周と
直交する２以上の直線（第１の直線）ｘ１，ｘ２上に２
つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を設ける
ようにしても差し支えない。なお、図５ではマッチング
ボックスの記載を省略している。

【００２９】（第２の実施の形態）図６は、図１に示し
たパッチアンテナ３０を用いて円偏波を生成するときの
構成を示す図である。この図において、図１，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。円偏波を生成する場合には、共振器を構成するパッ
チ３２に更に２つの給電点Ｒ，Ｓを設ける。これらの給
電点Ｒ，Ｓは、ｙ軸（第２の直線）上において中心Ｏか
ら反対方向におよそλg/４離れた２点に設けられる。

【００３０】各給電点Ｒ，Ｓには、それぞれ同軸線路
（第２の給電線）４１Ｃ，４１Ｄの内部導体４３Ｃ，４
３Ｄが接続されているが、給電点Ｓに接続された同軸線
路４１Ｄは給電点Ｒに接続された同軸線路４１Ｃよりも
電気長が１８０゜だけ長くなっている。さらに、同軸線
路４１Ｃ，４１Ｄは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂよりも電
気長がそれぞれ９０゜だけ長くなっている。したがっ
て、給電点Ｒ，Ｓへの給電位相差は１８０゜となり、ま
た給電点Ｒ，Ｓへは給電点Ｐ，Ｑよりもそれぞれ９０゜
遅れた位相で給電されることになる。なお、同軸線路４
１Ｃ，４１Ｄには、それぞれマッチングボックス４４
Ｃ，４４Ｄが挿入されている。

【００３１】図７は、図６に示したような４点給電によ
るパッチアンテナ３０の動作原理の説明図であり、図７
（ａ）にはパッチ３２の周囲にできる磁流、図６（ｂ）
にはｘ軸上の電圧波形、図６（ｃ）にはｙ軸上の電圧波
形が示されている。パッチ３２のｘ軸上にある２つの給
電点Ｐ，Ｑに等振幅で給電すると、図２を用いて説明し
たのと同じ原理で、ｙ軸に平行な２つの磁流を波源とし
て高周波が放射される。この高周波はｘ軸に平行な直線
偏波となる。同じく、パッチ３２のｙ軸上にある２つの
給電点Ｒ，Ｓに等振幅で給電すると、ｘ軸に平行な２つ
の磁流を波源として高周波が放射される。この高周波は
ｙ軸に平行な直線偏波となる。このとき、給電点Ｑ，Ｒ
にはそれぞれ給電点Ｐ，Ｑよりも９０゜遅れた位相で給
電されるので、ｙ軸に平行な直線偏波はｘ軸に平行な直
線偏波よりも位相が９０°遅れることになる。これら２
つの直線偏波は、振幅が等しく、空間的に直交してお
り、しかも位相が９０゜異なっているので、円偏波とな
る。この場合、図１の鉛直方向（ｚ軸の正方向）へは右
旋円偏波となる。

【００３２】図１，図２に示したように２点給電とした
場合、パッチアンテナ３０が放射する高周波はｘ軸に平
行な直線偏波となるので、その電界分布は図８に示すよ
うになる。すなわち、ｘｚ面では図８（ａ）に示すよう
に比較的均一であるが、ｙｚ面では図８（ｂ）に示すよ
うに偏りが存在する。図６に示したように４点給電とし
た場合でも、ｘ軸又はｙ軸に平行な直線偏波自体には電
界分布に偏りが存在するが、円偏波を生成して載置台２
２の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させること
で、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回
転するので、時間平均で均一なエッチング処理が可能と
なる。

【００３３】なお、４点給電をして円偏波を生成する場
合、パッチ３２の平面形状は、正方形及び円形などの９
０°回転対称形状（パッチ３２の中心軸の周りに９０゜
回転させたときに重なる形状）であってもよいし、長方
形など、その中心Ｏから見た直交する２方向の長さが異
なる形状であってもよい。後者の場合、給電点Ｐ，Ｒ及
び給電点Ｑ，Ｓの給電位相差を９０°とはせず、上記２
方向の長さによって調整する。また、前者及び後者の何
れの場合でも、直行する２方向の長さを略（Ｎ＋１／
２）×λg ，略（Ｍ＋１／２）×λg （Ｎ，Ｍは０以上
の整数）とすることが条件となる。また、図６に示した
４点給電方式では、図１の鉛直（ｚ軸の正方向）に右旋
円偏波となるように構成したが、左旋円偏波とするに
は、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄの電気長をそれぞれ同軸線
路４１Ａ，４１Ｂよりも９０゜だけ短くすればよい。

【００３４】また、パッチアンテナ３０が放射する高周
波は完全な円偏波でなくてもよい。図９に示すような長
軸の長さが２ａ、短軸の長さが２ｂである円偏波の偏波
率をｂ／ａ（×１００）％と定義すると、偏波率が５０
％以上、好ましくは７０％以上の円偏波を生成すること
により、プラズマの分布を改善することができる。ここ
で、円偏波の偏波率の調整方法について簡単に説明す
る。まず、互いに直交する２つの直線偏波の位相差が９
０゜であるが、振幅値が互いに異なる場合、２つの直線
偏波をａsin(ωt＋π/2)，ｂsin(ωt)と表せば、偏波率
は単に振幅値比ｂ／ａ（×１００）％で求められる。し
たがって、７０％以上の偏波率を得るには、振幅値比を
７０％以上にしておけばよい。

【００３５】また、互いに直交する２つの直線偏波の振
幅値が等しいが、位相差が９０゜でない場合、２つの直
線偏波をsin(ωt−θ)，sin(ωt)と表せば、位相差θが
９０゜付近の値をとるときの偏波率の位相差依存性は図
１０に示すようになる。したがって、７０％以上の偏波
率を得るには、位相差θをおよそ７０゜〜１１０゜程度
に調整すればよい。

【００３６】また、図５と同様に２つの直線ｘ１，ｘ２
上に２つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を
設けた場合には、図１１に示すように、直線ｘ１，ｘ２
にそれぞれ直交する２つの直線（第２の直線）ｙ１，ｙ
２上に２つずつ給電点（Ｒ１，Ｓ１），（Ｒ２，Ｓ２）
を設ける。そして、給電点Ｐ１，Ｒ１間、給電点Ｑ１，
Ｓ１間、給電点Ｐ２，Ｒ２間、給電点Ｑ２，Ｓ２間の給
電位相差が同程度となるように給電すればよい。以上で
は本発明の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。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
装置では、アンテナに２点給電してＴＭ₁₁モードを選択
的に励起させる。これにより、被処理体が配置されてい
る方向に高周波が直接向かうことになるので、処理容器
などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与
する電力を増加させることができる。これにより、プラ
ズマ生成の際の電力効率を向上させることができる。ま
た、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円偏
波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の周
りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によっ
て生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均
をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。

【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】図１においてIIa−IIa′線方向から見たとき
のパッチの平面図である。

【図３】パッチの変形例を示す平面図である。

【図４】パッチアンテナの変形例を示す断面図であ
る。

【図５】パッチアンテナの変形例を示す図である。

【図６】図１に示したパッチアンテナを用いて円偏波
を生成するときの構成を示す図である。

【図７】４点給電によるパッチアンテナの動作原理の
説明図である。

【図８】図１に示したパッチアンテナが構成する電界
分布の概念図である。

【図９】円偏波の偏波率を説明するための図である。

【図１０】円偏波の偏波率の位相差依存性を示す図で
ある。

【図１１】パッチアンテナの変形例を示す図である。

【図１２】従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチ
ング装置の一構成例を示す断面図である。

【図１３】図１２に示したパッチアンテナの構成を示
す図である。

【図１４】図１２に示したパッチアンテナの動作原理
の説明図である。

【符号の説明】

１１…処理容器、１２…誘電体板、１３…シール部材、
２１…基板、２２…載置台、３０…パッチアンテナ、３
１…地板、３２…導体板、４１Ａ〜４１Ｄ…同軸線路、
４２Ａ，４２Ｂ…外部導体、４３Ａ〜４３Ｄ…内部導
体、４５…高周波電源、Ｏ…導体板の中心、Ｐ〜Ｓ…給
電点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 37/32 Ｈ０１Ｊ 37/32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密な処理容器内に配置され被処理体を
置く載置台と、この載置台に対向配置され前記処理容器
内に高周波を供給するアンテナとを備えたプラズマ装置
において、前記アンテナは、前記載置台に対向配置された導体板と、この導体板からみて前記載置台と反対側に対向配置され
た地板と、前記導体板に接続された複数の第１の給電線とを備え、前記第１の給電線のそれぞれは、前記導体板の外周と直
交する前記導体板上の少なくとも１本の第１の直線上に
２本ずつ互いに離間して接続され、前記第１の直線のそれぞれの長さは、前記導体板と前記
地板との間における電磁界の波長がλg であるとき、略
（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であること
を特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ装置において、前記第１の直線は、前記導体板の中心を通ることを特徴
とするプラズマ装置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ装置において、前記アンテナは、対応する前記第１の直線と直交する前
記導体板上の少なくとも１本の第２の直線上に２本ずつ
互いに離間して前記導体板に接続された複数の第２の給
電線を更に備え、前記第２の直線のそれぞれの長さは、略（Ｍ＋１／２）
×λg （Ｍは０以上の整数）であり、前記第２の給電線のそれぞれは、前記高周波が円偏波と
なるように、対応する前記第１の給電線よりも同じ程度
遅れた位相で給電することを特徴とするプラズマ装置。
【請求項４】請求項３記載のプラズマ装置において、前記第２給電線のそれぞれは、前記高周波が偏波率５０
％以上の円偏波となるように給電することを特徴とする
プラズマ装置。
【請求項５】請求項３又は４記載のプラズマ装置にお
いて、前記第１及び第２の直線は、前記導体板の中心を通るこ
とを特徴とするプラズマ装置。
【請求項６】請求項１又は２記載のプラズマ装置にお
いて、同じ第１の直線上に接続された２本の第１の給電線の間
隔は、λg/２であることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項７】請求項３〜５何れか１項記載のプラズマ
装置において、同じ第１の直線上に接続された２本の第１の給電線の間
隔及び同じ第２の直線上に接続された２本の第２の給電
線の間隔は、λg/２であることを特徴とするプラズマ装
置。