JP2002217187A - プラズマ装置及びプラズマ生成方法 - Google Patents
プラズマ装置及びプラズマ生成方法Info
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- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ分布の面内均一性を改善する。
【解決手段】 プラズマが生成される容器内に電磁界を
供給するスロットアンテナ３０は、放射面３１の周縁部
Ｂにおける単位面積あたりの電磁界の放射量が放射面３
１の中心部Ａと周縁部Ｂとの間の中間領域Ｃにおける単
位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくなるように
スロット３６が形成されている。
供給するスロットアンテナ３０は、放射面３１の周縁部
Ｂにおける単位面積あたりの電磁界の放射量が放射面３
１の中心部Ａと周縁部Ｂとの間の中間領域Ｃにおける単
位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくなるように
スロット３６が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スロットアンテナ
を用いて容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成
するプラズマ装置及びプラズマ生成方法に関する。
を用いて容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成
するプラズマ装置及びプラズマ生成方法に関する。
【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、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ
装置の中に、スロットアンテナを用いて処理容器内に高
周波電磁界を供給し、その電磁界により高密度プラズマ
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。
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、スロットアンテナを用いて処理容器内に高
周波電磁界を供給し、その電磁界により高密度プラズマ
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。
【０００３】図７は、従来の高周波プラズマ装置の一構
成例を示す図である。この図では、一部構成について縦
断面構造が示されている。このプラズマ装置は、上部が
開口している有底円筒形の処理容器１１１を有してい
る。この処理容器１１１の底部には基板台１２２が固定
され、この基板台１２２の載置面に被処理体である基板
１２１が配置される。処理容器１１１の側壁には、プラ
ズマガス供給用のノズル１１７が設けられ、処理容器１
１１の底部には、真空排気用の排気口１１６が設けられ
ている。処理容器１１１の上部開口は、そこからプラズ
マが外部に漏れないように、誘電体板１１３で塞がれて
いる。
成例を示す図である。この図では、一部構成について縦
断面構造が示されている。このプラズマ装置は、上部が
開口している有底円筒形の処理容器１１１を有してい
る。この処理容器１１１の底部には基板台１２２が固定
され、この基板台１２２の載置面に被処理体である基板
１２１が配置される。処理容器１１１の側壁には、プラ
ズマガス供給用のノズル１１７が設けられ、処理容器１
１１の底部には、真空排気用の排気口１１６が設けられ
ている。処理容器１１１の上部開口は、そこからプラズ
マが外部に漏れないように、誘電体板１１３で塞がれて
いる。
【０００４】この誘電体板１１３の上に、スロットアン
テナの一種であるラジアルアンテナ１３０が配置されて
いる。このラジアルアンテナ１３０は、ラジアル導波路
１３３を形成する互いに平行な２枚の円形導体板１３
１，１３２と、これらの導体板１３１，１３２の外周部
を接続する導体リング１３４とから構成されている。ラ
ジアル導波路１３３の上面となる導体板１３２の中心部
には、高周波発生器１４４から円偏波変換器１４２を介
して供給される電磁界Ｆをラジアル導波路１３３内に導
入する導入口１３５が形成されている。また、ラジアル
導波路１３３の下面となる導体板１３１には、ラジアル
導波路１３３内を伝搬する電磁界Ｆを誘電体板１１３を
介して処理容器１１１内に供給するスロット１３６が、
図８（ａ）に示すように周方向に複数形成されている。
この導体板１３１がラジアルアンテナ１３０の放射面と
なる。さらに、ラジアルアンテナ１３０及び誘電体板１
１３の外周は環状のシールド材１１２によって覆われ、
電磁界Ｆが外部に漏れない構造になっている。
テナの一種であるラジアルアンテナ１３０が配置されて
いる。このラジアルアンテナ１３０は、ラジアル導波路
１３３を形成する互いに平行な２枚の円形導体板１３
１，１３２と、これらの導体板１３１，１３２の外周部
を接続する導体リング１３４とから構成されている。ラ
ジアル導波路１３３の上面となる導体板１３２の中心部
には、高周波発生器１４４から円偏波変換器１４２を介
して供給される電磁界Ｆをラジアル導波路１３３内に導
入する導入口１３５が形成されている。また、ラジアル
導波路１３３の下面となる導体板１３１には、ラジアル
導波路１３３内を伝搬する電磁界Ｆを誘電体板１１３を
介して処理容器１１１内に供給するスロット１３６が、
図８（ａ）に示すように周方向に複数形成されている。
この導体板１３１がラジアルアンテナ１３０の放射面と
なる。さらに、ラジアルアンテナ１３０及び誘電体板１
１３の外周は環状のシールド材１１２によって覆われ、
電磁界Ｆが外部に漏れない構造になっている。
【０００５】高周波発生器１４４からラジアルアンテナ
１３０に導入された電磁界Ｆは、ラジアル導波路１３３
の中心部から周縁部に向かって放射状に伝搬しながら、
複数のスロット１３６から少しずつ放射されてゆく。こ
のため、ラジアル導波路１３３内の電力密度は、中心部
から周縁部にゆくほど徐々に低下してゆく。一方、スロ
ット１３６の放射係数は、スロット１３６の長さ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、Ｌ２がラジアル導波路１３３内における電磁界Ｆの
波長λg の１／２の長さのときに極大となる。このた
め、従来は、ラジアルアンテナ１３０の放射量が放射面
全域で均一になるように、スロット１３６の長さＬ２の
上限がλg/２の場合、Ｌ２を図８（ｂ）に示すように放
射面の中心部Ｏから周縁部に向かって徐々に長くしてい
た。
１３０に導入された電磁界Ｆは、ラジアル導波路１３３
の中心部から周縁部に向かって放射状に伝搬しながら、
複数のスロット１３６から少しずつ放射されてゆく。こ
のため、ラジアル導波路１３３内の電力密度は、中心部
から周縁部にゆくほど徐々に低下してゆく。一方、スロ
ット１３６の放射係数は、スロット１３６の長さ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、Ｌ２がラジアル導波路１３３内における電磁界Ｆの
波長λg の１／２の長さのときに極大となる。このた
め、従来は、ラジアルアンテナ１３０の放射量が放射面
全域で均一になるように、スロット１３６の長さＬ２の
上限がλg/２の場合、Ｌ２を図８（ｂ）に示すように放
射面の中心部Ｏから周縁部に向かって徐々に長くしてい
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにス
ロット１３６の長さＬ２が設計されたラジアルアンテナ
１３０を用いてプラズマを生成すると、基板台１２２の
載置面に平行な面内におけるプラズマ分布は図９に示す
ように均一にはならず、周縁部付近で高密度のプラズマ
が発生してしまう。このような不均一なプラズマで処理
を行うと、プラズマが高密度となっている下の領域ほど
基板１２１に対する処理が速く進行し、処理量にばらつ
きが発生する。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、プラズマ分布の面
内均一性を改善することにある。
ロット１３６の長さＬ２が設計されたラジアルアンテナ
１３０を用いてプラズマを生成すると、基板台１２２の
載置面に平行な面内におけるプラズマ分布は図９に示す
ように均一にはならず、周縁部付近で高密度のプラズマ
が発生してしまう。このような不均一なプラズマで処理
を行うと、プラズマが高密度となっている下の領域ほど
基板１２１に対する処理が速く進行し、処理量にばらつ
きが発生する。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、プラズマ分布の面
内均一性を改善することにある。
【０００７】
【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では、プラズマが生成
される容器内に電磁界を供給するスロットアンテナは、
放射面の周縁部における単位面積あたりの電磁界の放射
量が放射面の中心部と周縁部との間の中間領域における
単位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくなるよう
にスロットが形成されていることを特徴とする。これに
より、容器内の周縁部付近におけるプラズマ生成が抑制
される。
るために、本発明のプラズマ装置では、プラズマが生成
される容器内に電磁界を供給するスロットアンテナは、
放射面の周縁部における単位面積あたりの電磁界の放射
量が放射面の中心部と周縁部との間の中間領域における
単位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくなるよう
にスロットが形成されていることを特徴とする。これに
より、容器内の周縁部付近におけるプラズマ生成が抑制
される。
【０００８】ここで、スロットアンテナは、単位面積あ
たりの電磁界の放射量が放射面の中間領域から周縁部へ
向かって単調減少するようにスロットが形成されていて
もよい。具体的には、スロットアンテナの各スロットの
長さは、放射面の中心部から中間領域に向かって単調増
加し中間領域から周縁部に向かって単調減少していても
よい。また、スロットアンテナは、放射面における単位
面積あたりのスロット数が放射面の中心部から中間領域
に向かって単調増加し中間領域から周縁部に向かって単
調減少していてもよい。
たりの電磁界の放射量が放射面の中間領域から周縁部へ
向かって単調減少するようにスロットが形成されていて
もよい。具体的には、スロットアンテナの各スロットの
長さは、放射面の中心部から中間領域に向かって単調増
加し中間領域から周縁部に向かって単調減少していても
よい。また、スロットアンテナは、放射面における単位
面積あたりのスロット数が放射面の中心部から中間領域
に向かって単調増加し中間領域から周縁部に向かって単
調減少していてもよい。
【０００９】また、本発明のプラズマ生成方法は、スロ
ットアンテナの放射面の周縁部における単位面積あたり
の電磁界の放射量を放射面の中心部と周縁部との間の中
間領域における単位面積あたりの電磁界の放射量よりも
小さくし、このスロットアンテナからの電磁界を容器内
に供給しプラズマを生成することを特徴とする。これに
より、容器内の周縁部付近におけるプラズマ生成が抑制
される。
ットアンテナの放射面の周縁部における単位面積あたり
の電磁界の放射量を放射面の中心部と周縁部との間の中
間領域における単位面積あたりの電磁界の放射量よりも
小さくし、このスロットアンテナからの電磁界を容器内
に供給しプラズマを生成することを特徴とする。これに
より、容器内の周縁部付近におけるプラズマ生成が抑制
される。
【００１０】ここで、スロットアンテナの放射面におけ
る単位面積あたりの電磁界の放射量を放射面の中間領域
から周縁部へ向かって単調減少させるようにしてもよ
い。具体的には、スロットアンテナの各スロットの長さ
が放射面の中心部から中間領域に向かって単調増加し中
間領域から周縁部に向かって単調減少するように各スロ
ットを形成することにより、上述した放射量分布を実現
してもよい。また、スロットアンテナの放射面における
単位面積あたりのスロット数が放射面の中心部から中間
領域に向かって単調増加し中間領域から周縁部に向かっ
て単調減少するように各スロットを形成することによ
り、上述した放射量分布を実現してもよい。
る単位面積あたりの電磁界の放射量を放射面の中間領域
から周縁部へ向かって単調減少させるようにしてもよ
い。具体的には、スロットアンテナの各スロットの長さ
が放射面の中心部から中間領域に向かって単調増加し中
間領域から周縁部に向かって単調減少するように各スロ
ットを形成することにより、上述した放射量分布を実現
してもよい。また、スロットアンテナの放射面における
単位面積あたりのスロット数が放射面の中心部から中間
領域に向かって単調増加し中間領域から周縁部に向かっ
て単調減少するように各スロットを形成することによ
り、上述した放射量分布を実現してもよい。
【００１１】
【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。 （第１の実施の形態）図１は、本発明のプラズマ装置の
第１の実施の形態の構成図である。この図では、一部構
成について縦断面構造が示されている。このプラズマ装
置は、上部が開口している有底円筒形の処理容器１１を
有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの
導体で形成されている。処理容器１１の上部開口には、
厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又はセラミック
（Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮなど）などからなる誘電体板１３
が配置されている。処理容器１１と誘電体板１３との接
合部にはＯリングなどのシール部材１４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。
実施の形態を詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明のプラズマ装置の
第１の実施の形態の構成図である。この図では、一部構
成について縦断面構造が示されている。このプラズマ装
置は、上部が開口している有底円筒形の処理容器１１を
有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの
導体で形成されている。処理容器１１の上部開口には、
厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又はセラミック
（Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮなど）などからなる誘電体板１３
が配置されている。処理容器１１と誘電体板１３との接
合部にはＯリングなどのシール部材１４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。
【００１２】処理容器１１の底部には、セラミックなど
からなる絶縁板１５が設けられている。また、この絶縁
板１５及び処理容器１１底部を貫通する排気口１６が設
けられており、この排気口１６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やＣＦ4 などの
プロセスガスを導入するためのノズル１７が設けられて
いる。このノズル１７は石英パイプなどで形成されてい
る。
からなる絶縁板１５が設けられている。また、この絶縁
板１５及び処理容器１１底部を貫通する排気口１６が設
けられており、この排気口１６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やＣＦ4 などの
プロセスガスを導入するためのノズル１７が設けられて
いる。このノズル１７は石英パイプなどで形成されてい
る。
【００１３】処理容器１１内には、被処理体である基板
２１が載置面上に配置される円柱状の基板台２２が収容
されている。この基板台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、基板台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ｋ
Ｈｚ〜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、基板台２２と
絶縁板１５との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ
２４が設けられている。
２１が載置面上に配置される円柱状の基板台２２が収容
されている。この基板台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、基板台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ｋ
Ｈｚ〜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、基板台２２と
絶縁板１５との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ
２４が設けられている。
【００１４】また、誘電体板１３の上に、スロットアン
テナの一種であるラジアルアンテナ３０が配置されてい
る。このラジアルアンテナ３０は、誘電体板１３によっ
て処理容器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。ラジアルアン
テナ３０及び誘電体板１３の外周は、処理容器１１の側
壁上に環状に配置されたシールド材１２によって覆わ
れ、電磁界Ｆが外部に漏れない構造になっている。ラジ
アルアンテナ３０の中央部は、円筒導波管４１によって
高周波発生器４４に接続されている。この高周波発生器
４４は、１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数の
高周波電磁界Ｆを発生するものである。円筒導波管４１
の途中には、インピーダンスマッチングを図るためのマ
ッチング回路４３と、円筒導波管４１を伝搬する電界の
主方向を管軸を中心にして回転させる円偏波変換器４２
が設けられている。
テナの一種であるラジアルアンテナ３０が配置されてい
る。このラジアルアンテナ３０は、誘電体板１３によっ
て処理容器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。ラジアルアン
テナ３０及び誘電体板１３の外周は、処理容器１１の側
壁上に環状に配置されたシールド材１２によって覆わ
れ、電磁界Ｆが外部に漏れない構造になっている。ラジ
アルアンテナ３０の中央部は、円筒導波管４１によって
高周波発生器４４に接続されている。この高周波発生器
４４は、１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数の
高周波電磁界Ｆを発生するものである。円筒導波管４１
の途中には、インピーダンスマッチングを図るためのマ
ッチング回路４３と、円筒導波管４１を伝搬する電界の
主方向を管軸を中心にして回転させる円偏波変換器４２
が設けられている。
【００１５】次に、ラジアルアンテナ３０の構成につい
て更に説明する。ラジアルアンテナ３０は、ラジアル導
波路３３を形成する互いに平行な２枚の円形導体板３
１，３２と、これらの導体板３１，３２の外周部を接続
してシールドする導体リング３４とから構成されてい
る。導体板３１，３２及び導体リング３４は、銅又はア
ルミニウムなどの導体で形成されている。ラジアル導波
路３３の上面となる導体板３２の中心部には、ラジアル
導波路３３内に電磁界Ｆを導入する導入口３５が形成さ
れ、この導入口３５に円筒導波管４１が接続されてい
る。
て更に説明する。ラジアルアンテナ３０は、ラジアル導
波路３３を形成する互いに平行な２枚の円形導体板３
１，３２と、これらの導体板３１，３２の外周部を接続
してシールドする導体リング３４とから構成されてい
る。導体板３１，３２及び導体リング３４は、銅又はア
ルミニウムなどの導体で形成されている。ラジアル導波
路３３の上面となる導体板３２の中心部には、ラジアル
導波路３３内に電磁界Ｆを導入する導入口３５が形成さ
れ、この導入口３５に円筒導波管４１が接続されてい
る。
【００１６】ラジアル導波路３３の内部において、導体
板３１の中心部には、導入口３５に向かって突出する円
錐部材３７が設けられている。この円錐部材３７も導体
板３１，３２等と同じ導体で形成されている。この円錐
部材３７により、円筒導波管４１を伝搬してきた電磁界
Ｆをラジアル導波路３３内へ良好に導波することができ
る。ラジアル導波路３３の下面となる導体板３１には、
ラジアル導波路３３内を伝搬する電磁界Ｆを処理容器１
１内に供給するスロット３６が複数形成されている。こ
の導体板３１がラジアルアンテナ３０の放射面を構成す
る。
板３１の中心部には、導入口３５に向かって突出する円
錐部材３７が設けられている。この円錐部材３７も導体
板３１，３２等と同じ導体で形成されている。この円錐
部材３７により、円筒導波管４１を伝搬してきた電磁界
Ｆをラジアル導波路３３内へ良好に導波することができ
る。ラジアル導波路３３の下面となる導体板３１には、
ラジアル導波路３３内を伝搬する電磁界Ｆを処理容器１
１内に供給するスロット３６が複数形成されている。こ
の導体板３１がラジアルアンテナ３０の放射面を構成す
る。
【００１７】図２は、ラジアルアンテナ３０の説明図で
ある。この図において、（ａ）は放射面の一構成例を示
す平面図、（ｂ）はスロット３６の長さの分布を示す
図、（ｃ）は電磁界Ｆの放射量の分布を示す図である。
なお、図２（ｂ）において、横軸は放射面をなす導体板
３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦軸はスロット
３６の長さＬ１である。また、図２（ｃ）において、横
軸は同じく導体板３１の中心Ｏから径方向の距離であ
り、縦軸は放射面における単位面積あたりの電磁界Ｆの
放射量である。また、図３は、スロット３６の形状の例
を示す図である。
ある。この図において、（ａ）は放射面の一構成例を示
す平面図、（ｂ）はスロット３６の長さの分布を示す
図、（ｃ）は電磁界Ｆの放射量の分布を示す図である。
なお、図２（ｂ）において、横軸は放射面をなす導体板
３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦軸はスロット
３６の長さＬ１である。また、図２（ｃ）において、横
軸は同じく導体板３１の中心Ｏから径方向の距離であ
り、縦軸は放射面における単位面積あたりの電磁界Ｆの
放射量である。また、図３は、スロット３６の形状の例
を示す図である。
【００１８】スロット３６は、例えば図２（ａ）に示す
ように、同心円に沿う方向（周方向）に形成される。な
お、中心から周縁部に向かう螺旋に沿う方向に形成され
てもよいし、径方向に形成されてもよい。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。スロット３
６の幅Ｗ１は、ラジアル導波路３３内の電磁界Ｆへの影
響などを考慮して、２ｍｍ程度とするとよい。
ように、同心円に沿う方向（周方向）に形成される。な
お、中心から周縁部に向かう螺旋に沿う方向に形成され
てもよいし、径方向に形成されてもよい。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。スロット３
６の幅Ｗ１は、ラジアル導波路３３内の電磁界Ｆへの影
響などを考慮して、２ｍｍ程度とするとよい。
【００１９】スロット３６の長さＬ１は、放射面におけ
る単位面積あたりの電磁界Ｆの放射量（以下、単に放射
量という場合がある）が図２（ｃ）に示すような分布を
もつように設計される。すなわち、導体板３１の中心部
をＡ、周縁部のＢ、それらの間の所定の領域（以下、中
間領域という）をＣで表すと、中心部Ａから中間領域Ｃ
までの領域における放射量がほぼ均一となり、中間領域
Ｃから周縁部Ｂへ向かって放射量が単調減少するよう
に、スロット３６の長さＬ１が設計される。なお、放射
特性の変化点となる中間領域Ｃの位置は、プロセス条件
などに応じて適切な位置が選ばれる。
る単位面積あたりの電磁界Ｆの放射量（以下、単に放射
量という場合がある）が図２（ｃ）に示すような分布を
もつように設計される。すなわち、導体板３１の中心部
をＡ、周縁部のＢ、それらの間の所定の領域（以下、中
間領域という）をＣで表すと、中心部Ａから中間領域Ｃ
までの領域における放射量がほぼ均一となり、中間領域
Ｃから周縁部Ｂへ向かって放射量が単調減少するよう
に、スロット３６の長さＬ１が設計される。なお、放射
特性の変化点となる中間領域Ｃの位置は、プロセス条件
などに応じて適切な位置が選ばれる。
【００２０】スロット３６の放射量は、そのスロット３
６上部のラジアル導波路３３内の電力密度と、そのスロ
ット３６の放射係数との積によって決まる。ラジアル導
波路３３内の電力密度は、中心部から周縁部にゆくほど
徐々に低下してゆく。また、スロット３６の放射係数
は、スロット３６の長さＬ１が０（ゼロ）から長くなる
にしたがって徐々に大きくなり、Ｌ１がラジアル導波路
３３内における電磁界Ｆの波長λg の１／２の長さのと
きに極大となる。したがって、Ｌ１の上限がλg/２の場
合、図２（ｂ）に示すように、スロット３６の長さＬ１
が導体板３１の中心部Ａから中間領域Ｃに向かって単調
増加し、中間領域Ｃから周縁部Ｂに向かって単調減少す
るように形成することにより、図２（ｃ）に示したよう
な放射量の面内分布が得られる。
６上部のラジアル導波路３３内の電力密度と、そのスロ
ット３６の放射係数との積によって決まる。ラジアル導
波路３３内の電力密度は、中心部から周縁部にゆくほど
徐々に低下してゆく。また、スロット３６の放射係数
は、スロット３６の長さＬ１が０（ゼロ）から長くなる
にしたがって徐々に大きくなり、Ｌ１がラジアル導波路
３３内における電磁界Ｆの波長λg の１／２の長さのと
きに極大となる。したがって、Ｌ１の上限がλg/２の場
合、図２（ｂ）に示すように、スロット３６の長さＬ１
が導体板３１の中心部Ａから中間領域Ｃに向かって単調
増加し、中間領域Ｃから周縁部Ｂに向かって単調減少す
るように形成することにより、図２（ｃ）に示したよう
な放射量の面内分布が得られる。
【００２１】なお、スロット３６の長さＬ１を例えばλ
g/２≦Ｌ１≦３/４×λgの範囲で形成する場合には、逆
に、スロット３６の長さＬ１が導体板３１の中心部Ａか
ら中間領域Ｃに向かって単調減少し、中間領域Ｃから周
縁部Ｂに向かって単調増加するように形成することによ
り、図２（ｃ）に示したような放射量の面内分布が得ら
れる。スロット３６の幅方向における隣接スロット間の
間隔をλg 程度として、ラジアルアンテナ３０を放射型
のアンテナとしてもよいし、上記間隔をλg/20〜λg/30
として、リーク型のアンテナとしてもよい。
g/２≦Ｌ１≦３/４×λgの範囲で形成する場合には、逆
に、スロット３６の長さＬ１が導体板３１の中心部Ａか
ら中間領域Ｃに向かって単調減少し、中間領域Ｃから周
縁部Ｂに向かって単調増加するように形成することによ
り、図２（ｃ）に示したような放射量の面内分布が得ら
れる。スロット３６の幅方向における隣接スロット間の
間隔をλg 程度として、ラジアルアンテナ３０を放射型
のアンテナとしてもよいし、上記間隔をλg/20〜λg/30
として、リーク型のアンテナとしてもよい。
【００２２】次に、図１に示したプラズマ装置の動作を
説明する。基板２１を基板台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。この真空度を維持しつつ、ノズル１７か
らプラズマガスとしてＡｒを、またプロセスガスとして
ＣＦ4 を供給する。この状態で、高周波発生器４４から
の電磁界Ｆを円偏波変換器４２で円偏波に変換して、ラ
ジアルアンテナ３０に供給する。
説明する。基板２１を基板台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。この真空度を維持しつつ、ノズル１７か
らプラズマガスとしてＡｒを、またプロセスガスとして
ＣＦ4 を供給する。この状態で、高周波発生器４４から
の電磁界Ｆを円偏波変換器４２で円偏波に変換して、ラ
ジアルアンテナ３０に供給する。
【００２３】ラジアルアンテナ３０に導入された電磁界
Ｆは、ラジアル導波路３３の中心部から周縁部に向かっ
て放射状に伝搬しながら、複数のスロット３６から少し
ずつ放射されてゆく。そして、スロット３６から放射さ
れずに導体リング３４に至った電磁界Ｆはそこで反射さ
れ、再度中心部に向かうことになる。以後、電磁界Ｆは
ラジアル導波路３３を往復伝搬しながら、複数のスロッ
ト３６から徐々に放射されてゆく。ただし、放射面の周
縁部付近の放射量は、他の領域よりも相対的に小さくな
っている。
Ｆは、ラジアル導波路３３の中心部から周縁部に向かっ
て放射状に伝搬しながら、複数のスロット３６から少し
ずつ放射されてゆく。そして、スロット３６から放射さ
れずに導体リング３４に至った電磁界Ｆはそこで反射さ
れ、再度中心部に向かうことになる。以後、電磁界Ｆは
ラジアル導波路３３を往復伝搬しながら、複数のスロッ
ト３６から徐々に放射されてゆく。ただし、放射面の周
縁部付近の放射量は、他の領域よりも相対的に小さくな
っている。
【００２４】ラジアルアンテナ３０から放射された電磁
界Ｆは、誘電体板１３を透過し、処理容器１１内に導入
される。そして、この電磁界Ｆの作用により処理容器１
１内のＡｒが電離すると共にＣＦ4 が解離し、基板２１
の上部空間Ｓにプラズマが生成される。このプラズマ
は、基板台２２に印加されたバイアス電圧によってエネ
ルギーや異方性がコントロールされ、基板２１上に付着
したラジカルＣＦx （ｘ＝１，２，３）と共にプラズマ
処理に利用される。
界Ｆは、誘電体板１３を透過し、処理容器１１内に導入
される。そして、この電磁界Ｆの作用により処理容器１
１内のＡｒが電離すると共にＣＦ4 が解離し、基板２１
の上部空間Ｓにプラズマが生成される。このプラズマ
は、基板台２２に印加されたバイアス電圧によってエネ
ルギーや異方性がコントロールされ、基板２１上に付着
したラジカルＣＦx （ｘ＝１，２，３）と共にプラズマ
処理に利用される。
【００２５】次に、図１に示したプラズマ装置について
の実験結果を示す。実験は、スロットパターンが異なる
４種類のラジアルアンテナ〜を用いてプラズマを生
成し、それぞれのイオン飽和電流Ｉioの分布を計測し
た。イオン飽和電流Ｉioは次式に示すようにプラズマ密
度Ｎi に比例するので、イオン飽和電流Ｉioの分布を調
べることにより、プラズマ分布を知ることができる。 Ｉio＝0.6・Ｎi・exp[(ＫＴe/ｍi)1/2]・Ｓ Ｔe：電子温度，ｍi：イオン質量，Ｓ：プローブ表面積
の実験結果を示す。実験は、スロットパターンが異なる
４種類のラジアルアンテナ〜を用いてプラズマを生
成し、それぞれのイオン飽和電流Ｉioの分布を計測し
た。イオン飽和電流Ｉioは次式に示すようにプラズマ密
度Ｎi に比例するので、イオン飽和電流Ｉioの分布を調
べることにより、プラズマ分布を知ることができる。 Ｉio＝0.6・Ｎi・exp[(ＫＴe/ｍi)1/2]・Ｓ Ｔe：電子温度，ｍi：イオン質量，Ｓ：プローブ表面積
【００２６】図４は、実験に用いたラジアルアンテナ
〜のスロットの長さＬの分布を示す図である。横軸は
放射面の中心から径方向の距離［ｃｍ］であり、縦軸は
スロットの長さＬ［ｃｍ］である。なお、ラジアルアン
テナ〜の放射面の半径は２７ｃｍである。図５は、
実験結果を示す図である。横軸は処理容器内において基
板台の載置面に平行な面の中心から径方向の距離［ｃ
ｍ］であり、縦軸はイオン飽和電流Ｉioの電流密度［ｍ
Ａ/ｃｍ2］である。
〜のスロットの長さＬの分布を示す図である。横軸は
放射面の中心から径方向の距離［ｃｍ］であり、縦軸は
スロットの長さＬ［ｃｍ］である。なお、ラジアルアン
テナ〜の放射面の半径は２７ｃｍである。図５は、
実験結果を示す図である。横軸は処理容器内において基
板台の載置面に平行な面の中心から径方向の距離［ｃ
ｍ］であり、縦軸はイオン飽和電流Ｉioの電流密度［ｍ
Ａ/ｃｍ2］である。
【００２７】まず、スロットの長さＬが放射面の中心部
から周縁部に向かって徐々に長くなるラジアルアンテナ
について実験を行なった。このラジアルアンテナ
は、図８に示した従来のラジアルアンテナ１３０に相当
する。処理容器内の圧力を４Ｐａにした状態で、ラジア
ルアンテナを用いて処理容器内に２．４５ＧＨｚ，２
ｋＷの電磁界を供給してプラズマを生成し、イオン飽和
電流Ｉioの計測したところ、図５ので示すような分布
が得られた。これより、基板台の載置面に平行な面の周
縁部付近に、高密度のプラズマが発生していることが分
かる。
から周縁部に向かって徐々に長くなるラジアルアンテナ
について実験を行なった。このラジアルアンテナ
は、図８に示した従来のラジアルアンテナ１３０に相当
する。処理容器内の圧力を４Ｐａにした状態で、ラジア
ルアンテナを用いて処理容器内に２．４５ＧＨｚ，２
ｋＷの電磁界を供給してプラズマを生成し、イオン飽和
電流Ｉioの計測したところ、図５ので示すような分布
が得られた。これより、基板台の載置面に平行な面の周
縁部付近に、高密度のプラズマが発生していることが分
かる。
【００２８】次に、スロットの長さＬが放射面の中心部
から周縁部に向かって一旦長くなったあと再度短くなる
ラジアルアンテナについて実験を行なった。このラジ
アルアンテナは、図２に示したラジアルアンテナ３０
に相当する。ラジアルアンテナを用いて同様の計測を
行ったところ、図５ので示すように、よりも均一な
分布が得られた。ラジアルアンテナでは、放射面の中
間領域（この場合、中心から１２．５ｃｍの位置）から
周縁部に向かってスロットの長さＬを徐々に短くするこ
とにより、ラジアルアンテナを用いたときに高密度の
プラズマが発生した領域への電力供給が減少し、この領
域でのプラズマ生成が抑制されたため、プラズマ分布が
均一化されたと考えられる。
から周縁部に向かって一旦長くなったあと再度短くなる
ラジアルアンテナについて実験を行なった。このラジ
アルアンテナは、図２に示したラジアルアンテナ３０
に相当する。ラジアルアンテナを用いて同様の計測を
行ったところ、図５ので示すように、よりも均一な
分布が得られた。ラジアルアンテナでは、放射面の中
間領域（この場合、中心から１２．５ｃｍの位置）から
周縁部に向かってスロットの長さＬを徐々に短くするこ
とにより、ラジアルアンテナを用いたときに高密度の
プラズマが発生した領域への電力供給が減少し、この領
域でのプラズマ生成が抑制されたため、プラズマ分布が
均一化されたと考えられる。
【００２９】なお、スロットの長さＬが一様であるラジ
アルアンテナと、スロットの長さＬが放射面の中心部
から周縁部に向かって徐々に短くなるラジアルアンテナ
についても同様の実験を行なったが、その結果は図５
のとで示すように周縁部にゆくほどプラズマ密度が
低下し、均一な分布が得られなかった。以上の実験結果
により、図２に示したスロットパターンをもつラジアル
アンテナ３０を用いてプラズマを生成することにより、
プラズマ分布の面内均一性を改善できるといえる。この
ようなプラズマを用いることにより、基板２１表面の全
域で従来よりも均一なプラズマ処理を行うことができ
る。
アルアンテナと、スロットの長さＬが放射面の中心部
から周縁部に向かって徐々に短くなるラジアルアンテナ
についても同様の実験を行なったが、その結果は図５
のとで示すように周縁部にゆくほどプラズマ密度が
低下し、均一な分布が得られなかった。以上の実験結果
により、図２に示したスロットパターンをもつラジアル
アンテナ３０を用いてプラズマを生成することにより、
プラズマ分布の面内均一性を改善できるといえる。この
ようなプラズマを用いることにより、基板２１表面の全
域で従来よりも均一なプラズマ処理を行うことができ
る。
【００３０】（第２の実施の形態）図６は、本発明のプ
ラズマ装置の第２の実施の形態で使用されるラジアルア
ンテナの説明図である。この図において、（ａ）は放射
面の一構成例を示す平面図、（ｂ）はスロット３６の数
の分布を示す図、（ｃ）は電磁界Ｆの放射量の分布を示
す図である。なお、図６（ｂ）において、横軸は放射面
をなす導体板３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦
軸は放射面における単位面積あたりのスロット３６の数
である。また、図６（ｃ）において、横軸は同じく導体
板３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦軸は放射面
における単位面積あたりの電磁界Ｆの放射量である。
ラズマ装置の第２の実施の形態で使用されるラジアルア
ンテナの説明図である。この図において、（ａ）は放射
面の一構成例を示す平面図、（ｂ）はスロット３６の数
の分布を示す図、（ｃ）は電磁界Ｆの放射量の分布を示
す図である。なお、図６（ｂ）において、横軸は放射面
をなす導体板３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦
軸は放射面における単位面積あたりのスロット３６の数
である。また、図６（ｃ）において、横軸は同じく導体
板３１の中心Ｏから径方向の距離であり、縦軸は放射面
における単位面積あたりの電磁界Ｆの放射量である。
【００３１】図６（ａ）に示すラジアルアンテナ３０Ａ
では、放射面における単位面積あたりの電磁界Ｆの放射
量が図６（ｃ）に示すような分布をもつように、放射面
における単位面積あたりのスロット３６の数が設計され
る。例えばスロット３６の長さＬ１がすべて同じ場合に
は、図６（ｂ）に示すように、周方向に配列されるスロ
ット３６の数が導体板３１の中心部Ａから中間領域Ｃに
向かって単調増加し、中間領域Ｃから周縁部Ｂに向かっ
て単調減少するようにスロット３６を形成することによ
り、図６（ｃ）に示したような放射量の面内分布が得ら
れる。放射特性の変化点となる中間領域Ｃの位置が、プ
ロセス条件などに応じて決定されることは、図２に示し
たラジアルアンテナ３０と同様である。このように、ス
ロット３６の数の分布で放射量を調整しても、スロット
３６の長さＬ１で調整した場合と同様に、プラズマ分布
の面内均一性を改善することができる。
では、放射面における単位面積あたりの電磁界Ｆの放射
量が図６（ｃ）に示すような分布をもつように、放射面
における単位面積あたりのスロット３６の数が設計され
る。例えばスロット３６の長さＬ１がすべて同じ場合に
は、図６（ｂ）に示すように、周方向に配列されるスロ
ット３６の数が導体板３１の中心部Ａから中間領域Ｃに
向かって単調増加し、中間領域Ｃから周縁部Ｂに向かっ
て単調減少するようにスロット３６を形成することによ
り、図６（ｃ）に示したような放射量の面内分布が得ら
れる。放射特性の変化点となる中間領域Ｃの位置が、プ
ロセス条件などに応じて決定されることは、図２に示し
たラジアルアンテナ３０と同様である。このように、ス
ロット３６の数の分布で放射量を調整しても、スロット
３６の長さＬ１で調整した場合と同様に、プラズマ分布
の面内均一性を改善することができる。
【００３２】以上ではスロットアンテナの一例としてラ
ジアルアンテナを用いて説明してきたが、これに限るこ
とはなく、他のスロットアンテナ、例えばキャビティー
アンテナを用いても同様の効果を得られる。このキャビ
ティーアンテナとは、高周波発生器から供給された電磁
界を所定のモードで共振させる空洞共振器を有し、この
空洞共振器の下面に電磁界を放射するためのスロットが
複数形成されたアンテナである。なお、キャビティーア
ンテナでは、空洞共振器の上面中心部に電磁界導入口を
設ける必要はない。また、本発明のプラズマ装置は、Ｅ
ＣＲ(electron cyclotron resonance)プラズマ装置にも
適用することができる。また、本発明のプラズマ装置
は、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などに利用す
ることができる。
ジアルアンテナを用いて説明してきたが、これに限るこ
とはなく、他のスロットアンテナ、例えばキャビティー
アンテナを用いても同様の効果を得られる。このキャビ
ティーアンテナとは、高周波発生器から供給された電磁
界を所定のモードで共振させる空洞共振器を有し、この
空洞共振器の下面に電磁界を放射するためのスロットが
複数形成されたアンテナである。なお、キャビティーア
ンテナでは、空洞共振器の上面中心部に電磁界導入口を
設ける必要はない。また、本発明のプラズマ装置は、Ｅ
ＣＲ(electron cyclotron resonance)プラズマ装置にも
適用することができる。また、本発明のプラズマ装置
は、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などに利用す
ることができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、スロ
ットアンテナの放射面の周縁部における単位面積あたり
の電磁界の放射量を、上記放射面の中間領域における単
位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくすることに
より、容器内の周縁部付近でのプラズマ生成が抑制され
るので、プラズマ分布の面内均一性を改善することがで
きる。
ットアンテナの放射面の周縁部における単位面積あたり
の電磁界の放射量を、上記放射面の中間領域における単
位面積あたりの電磁界の放射量よりも小さくすることに
より、容器内の周縁部付近でのプラズマ生成が抑制され
るので、プラズマ分布の面内均一性を改善することがで
きる。
【図１】 本発明のプラズマ装置の第１の実施の形態の
構成図である。
構成図である。
【図２】 図１に示したラジアルアンテナの説明図であ
る。
る。
【図３】 スロットの形状の例を示す図である。
【図４】 実験に用いたラジアルアンテナのスロットの
長さの分布を示す図である。
長さの分布を示す図である。
【図５】 実験結果を示す図である。
【図６】 本発明のプラズマ装置の第２の実施の形態で
使用されるラジアルアンテナの説明図である。
使用されるラジアルアンテナの説明図である。
【図７】 従来のプラズマ装置の一構成例を示す図であ
る。
る。
【図８】 従来のプラズマ装置で使用されるラジアルア
ンテナの説明図である。
ンテナの説明図である。
【図９】 図７に示した従来のプラズマ装置によって生
成されたプラズマの分布を示す概念図である。
成されたプラズマの分布を示す概念図である。
１１…処理容器、１３…誘電体板、１６…排気口、１７
…ノズル、２１…基板、２２…基板台、３０，３０Ａ…
ラジアルアンテナ、３１，３２…導体板、３３…ラジア
ル導波路、３４…導体リング、３５…電磁界導入口、３
６…スロット、３７…円錐部材、４１…円筒導波管、４
２…円偏波変換器、４４…高周波発生器、Ａ…中心部、
Ｂ…周縁部、Ｃ…中間領域、Ｆ…電磁界、Ｌ１…スロッ
トの長さ。
…ノズル、２１…基板、２２…基板台、３０，３０Ａ…
ラジアルアンテナ、３１，３２…導体板、３３…ラジア
ル導波路、３４…導体リング、３５…電磁界導入口、３
６…スロット、３７…円錐部材、４１…円筒導波管、４
２…円偏波変換器、４４…高周波発生器、Ａ…中心部、
Ｂ…周縁部、Ｃ…中間領域、Ｆ…電磁界、Ｌ１…スロッ
トの長さ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 真 神奈川県川崎市幸区小倉一丁目１番 Ｉ− 312 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC04 BC05 BC06 BD14 CA24 CA47 DA01 EA01 EB01 EB41 EC30 FC15 4K030 FA01 KA15 KA30 5F004 AA01 BA20 BB11 BB14 BD04 CA03 DA01 DA23 5F045 AA08 BB02 DP04 DQ10 EH02 EH03
Claims (8)
- 【請求項１】 放射面にスロットが複数形成されたスロ
ットアンテナを用いて容器内に電磁界を供給しプラズマ
を生成するプラズマ装置において、 前記スロットアンテナは、前記放射面の周縁部における
単位面積あたりの電磁界の放射量が前記放射面の中心部
と周縁部との間の中間領域における単位面積あたりの電
磁界の放射量よりも小さくなるように前記スロットが形
成されてい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、 前記スロットアンテナは、単位面積あたりの電磁界の放
射量が前記放射面の中間領域から周縁部へ向かって単調
減少するように前記スロットが形成されていることを特
徴とするプラズマ装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載のプラズマ装置にお
いて、 前記スロットアンテナの各スロットの長さは、前記放射
面の中心部から中間領域に向かって単調増加し中間領域
から周縁部に向かって単調減少していることを特徴とす
るプラズマ装置。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載のプラズマ装置にお
いて、 前記スロットアンテナは、前記放射面における単位面積
あたりのスロット数が前記放射面の中心部から中間領域
に向かって単調増加し中間領域から周縁部に向かって単
調減少していることを特徴とするプラズマ装置。 - 【請求項５】 スロットアンテナを用いて容器内に電磁
界を供給しプラズマを生成するプラズマ生成方法におい
て、 前記スロットアンテナの放射面の周縁部における単位面
積あたりの電磁界の放射量を前記放射面の中心部と周縁
部との間の中間領域における単位面積あたりの電磁界の
放射量よりも小さくすることを特徴とするプラズマ生成
方法。 - 【請求項６】 請求項５記載のプラズマ生成方法におい
て、 前記スロットアンテナの放射面における単位面積あたり
の電磁界の放射量を前記放射面の中間領域から周縁部へ
向かって単調減少させることを特徴とするプラズマ生成
方法。 - 【請求項７】 請求項５又は６記載のプラズマ生成方法
において、 前記スロットアンテナの各スロットの長さが前記放射面
の中心部から中間領域に向かって単調増加し中間領域か
ら周縁部に向かって単調減少するように各スロットを形
成することを特徴とするプラズマ生成方法。 - 【請求項８】 請求項５又は６記載のプラズマ生成方法
において、 前記スロットアンテナの放射面における単位面積あたり
のスロット数が前記放射面の中心部から中間領域に向か
って単調増加し中間領域から周縁部に向かって単調減少
するように各スロットを形成することを特徴とするプラ
ズマ生成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001010107A JP3676680B2 (ja) | 2001-01-18 | 2001-01-18 | プラズマ装置及びプラズマ生成方法 |
| PCT/JP2002/000294 WO2002058123A1 (fr) | 2001-01-18 | 2002-01-17 | Générateur de plasma et procédé correspondant |
| US10/466,281 US6967622B2 (en) | 2001-01-18 | 2002-01-17 | Plasma device and plasma generating method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| WO (1) | WO2002058123A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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