JP2002290146A - プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマの生成効率を向上させる。 【解決手段】 プラズマ装置は、対向する２枚の導体板
の一方にスロットが複数形成され他方に開口部を有する
スロットアンテナ３０と、このスロットアンテナ３０の
２枚の導体板３１，３２の間に配置された誘電体からな
る遅波材３７と、前記スロットアンテナ３０の開口部３
５に接続され前記スロットアンテナ３０に給電する導波
路と、前記スロットアンテナ３０から電磁界が供給され
る容器とを備えたプラズマ装置であって、スロットアン
テナ３０の開口部３５における遅波材３７の厚みが、遅
波材３７に対する電磁界の波長λg の略ｍ／４倍（ｍは
１以上の奇数）に調整されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【０００３】図１６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。

【０００４】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１１１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。

【０００５】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
を形成する互いに平行な２枚の円形導体板１３１，１３
２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
波路の上面となる導体板１３２の中心部には、電磁界Ｆ
の導入口となる開口部１３５が形成され、ラジアル導波
路の下面となる導体板１３１には、スロット１３６が複
数形成されている。また、ラジアル導波路内には、誘電
体からなる遅波材１３７が配置されている。この遅波材
１３７によりラジアル導波路内を伝搬する電磁界Ｆの波
長が短くなるので、導体板１３１に多くのスロット１３
６を形成して電磁界Ｆの放射効率を高めることができ
る。なお、ラジアルアンテナ１３０及び誘電体板１１３
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。

【０００６】ラジアルアンテナ３０の給電には同軸導波
路１４１が使用される。この同軸導波路１４１の外導体
１５１は導体板１３２の開口部１３５に接続され、内導
体１５２は開口部１３５から遅波材１３７を貫通して導
体板１３１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の中央部に接続された同軸導波路１４１
は、矩形・同軸変換器１４２及び矩形導波管１４３を介
して、高周波発生器１４５に接続されている。

【０００７】図１７は、ラジアルアンテナ１３０と同軸
導波路１４１との接続部を拡大して示す断面図である。
遅波材１３７はラジアル導波路の全域に充填されてい
る。同軸導波路１４１を伝搬してきた電磁界の一部Ｆ
１，Ｆ２は、遅波材１３７の表面と同軸導波路１４１の
終端（すなわち、ラジアルアンテナ１３０の導体板１３
１）で反射され、ここで反射されなかった電磁界Ｆがラ
ジアル導波路を伝搬して、スロット１３６から放射され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、遅波材１３７
の誘電率が大きい場合には、遅波材１３７の表面で反射
される電磁界Ｆ１が大きくなるため、ラジアルアンテナ
１３０から処理容器１１１に供給できる電力が減少し、
プラズマの生成効率が低下するという問題があった。

【０００９】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、プラズマの生成効率
向上にある。

【００１０】

【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、対向する２枚の導
体板の一方にスロットが複数形成され他方に開口部を有
するスロットアンテナと、このスロットアンテナの２枚
の導体板の間に配置された誘電体からなる遅波材と、ス
ロットアンテナの開口部に接続されスロットアンテナに
給電する導波路と、スロットアンテナから電磁界が供給
される容器とを備え、スロットアンテナの開口部におけ
る遅波材の厚みが、遅波材に対する電磁界の波長の略ｍ
／４倍（ｍは１以上の奇数）に調整されていることを特
徴とする。これにより、遅波材の表面で反射された電磁
界と、スロットアンテナの一方の導体板で反射された電
磁界とが逆相になり、互いに打ち消し合うので、反射電
力を低減できる。

【００１１】ここで、導波路として、スロットアンテナ
の２枚の導体板の一方に接続された内導体と、２枚の導
体板の他方に接続された外導体とを有する同軸導波路を
用いてもよい。

【００１２】同軸導波路を用いる場合、同軸導波路の内
導体及び外導体の少なくとも一方が、スロットアンテナ
の２枚の導体板との接続部にテーパー部を有するように
してもよい。

【００１３】同軸導波路の内導体がテーパー部を有する
場合、テーパー部の起点は、遅波材内に埋没し、スロッ
トアンテナの２枚の導体板の厚み方向の中間位置よりも
開口部側にあってもよい。また、内導体のテーパー角度
は、９０゜より小さくてもよい。

【００１４】一方、同軸導波路の外導体がテーパー部を
有する場合、テーパー部の起点は、ラジアルアンテナの
開口部における遅波材の表面の位置と略同一であっても
よい。また、外導体のテーパー角度は、９０゜より大き
くてもよい。

【００１５】また、導波路として、円筒導波管を用いて
もよい。

【００１６】

【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。

【００１７】（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。

【００１８】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
石英ガラスまたはセラミック（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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】ラジアルアンテナ３０の給電には同軸導波
路４１が使用される。この同軸導波路４１は、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４４は、１
ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数ｆ（例えば
２．４５ＧＨｚ）の高周波電磁界Ｆを発生するものであ
る。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。

【００２３】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
波路を形成する互いに平行な２枚の円形導体板３１，３
２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を有している。ラジアル導波
路の上面となる導体板３２の中心部には、ラジアル導波
路内に電磁界Ｆを導入する導入口となる開口部３５が形
成されている。また、ラジアル導波路の下面となる導体
板３１には、ラジアル導波路内を伝搬する電磁界Ｆを処
理容器１１内に供給するスロット３６が例えば図２に示
すように複数形成されている。導体板３１，３２及び導
体リング３４は、銅またはアルミニウムなどの導体で形
成されている。なお、ラジアル導波路内における電磁界
Ｆの波長（以下、管内波長という）をλg とすると、導
体板３１の径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/10〜λg/30として、リ
ーク型のアンテナとしてもよい。

【００２４】同軸導波路４１の外導体５１は導体板３２
の開口部３５に接続され、内導体５２は開口部３５から
導体板３１の中心に接続されている。

【００２５】ラジアル導波路には、その全域にセラミッ
クなどの誘電体からなる遅波材３７が充填されている。
この遅波材３７によりラジアル導波路内を伝搬する電磁
界Ｆの波長が短くなるので、導体板３１に多くのスロッ
ト３６を形成して電磁界Ｆの放射効率を高めることがで
きる。なお、上述した管内波長λg とは、この遅波材３
７に対する波長、すなわち遅波材３７の作用により短く
なった波長のことである。

【００２６】また、図３に示すように、ラジアルアンテ
ナ３０の開口部３５における遅波材３７の同軸方向の厚
みは、管内波長λg の略（Ｎ＋１／４）倍（Ｎは０以上
の整数）に調整されている。

【００２７】同軸導波路４１とラジアルアンテナ３０の
接続部では、遅波材３７の表面３７ｆと同軸導波路４１
の終端（すなわち、ラジアルアンテナ３０の導体板３
１）で電磁界の反射が起こる。しかし、図４に示すよう
に開口部３５における遅波材３７の厚みが略（Ｎ＋１／
４）×λg であれば、図５に示すように遅波材３７の表
面３７ｆで反射された電磁界Ｆ１と、導体板３１で反射
された電磁界Ｆ２とが逆相になり、互いに打ち消し合
う。両者は振幅が異なるのでＦ３で示すように反射は零
にはならないが、開口部３５における遅波材３７の厚み
が約（Ｎ＋１／４）×λg でない場合と比べて反射電力
は小さくなる。ここで反射されなかった電磁界Ｆは、ラ
ジアル導波路に導入されると考えられるので、反射電力
を小さくすることによりラジアルアンテナ３０の放射量
を高めることができる。

【００２８】図３に示す同軸導波管４１の外導体５１の
半径Ｒを１９．４ｍｍ、内導体５２の半径ｒを８．４５
ｍｍ、ラジアルアンテナ３０の導体板３１，３２の間隔
Ｄを７．０ｍｍと、ラジアルアンテナ３０に供給される
電磁界の周波数ｆを２．４５ＧＨｚ、遅波材３７の比誘
電率εr を９．６として、開口部３５とその他の領域と
における遅波材３７の厚みの差Ｈを変化させて反射量を
計算したところ、Ｈ＝３．４ｍｍのときに反射量が−１
５．５ｄＢまで下がった。このとき、Ｄ＋Ｈで求められ
る遅波材３７の厚みは１０．４ｍｍであり、約λg／４
（≒９．７ｍｍ）となっている。これより、開口部３５
における遅波材３７の厚みを約（Ｎ＋１／４）×λg に
調整することが反射量低減に有効であることが分かる。
なお、図３ではＨ＞０としたが、周波数ｆが高い場合に
はＨ＜０としてもよい。

【００２９】さらに、この効果は、遅波材３７の厚みが
約（Ｎ＋１／４）×λg である場合だけでなく、図６に
示すように約（Ｎ＋３／４）×λg である場合にも同様
に得ることができる。この場合も、図７に示すように遅
波材３７の表面３７ｆで反射された電磁界Ｆ１と、導体
板３１で反射された電磁界Ｆ２とが逆相になり、互いに
打ち消し合うからである。さらに、遅波材３７の厚み
は、上記の２例に限らず、同じ原理により、約（Ｎ＋ｍ
／４）×λg （Ｎは０以上の整数、ｍは１以上の奇数）
である場合にも同様の効果を得ることができる。ここ
で、Ｎ＋ｍ／４（Ｎは０以上の整数、ｍは１以上の奇
数）は、ｍ＋４Ｎを新たなｍとして置きかえることによ
り、単純にｍ／４（ｍは１以上の奇数）として表現する
ことができる。したがって、遅波材３７の厚みは、（ｍ
／４）×λg （ｍは１以上の奇数）であればよいといえ
る。

【００３０】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
の電磁界を同軸導波路４１を介してラジアルアンテナ３
０に供給する。

【００３１】ラジアルアンテナ３０に供給された電磁界
Ｆは、ラジアル導波路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。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１１内のＡｒが電離して基板２１の上部空間Ｓにプラ
ズマが生成され、またＣＦ₄ が解離する。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ＣＦ_x（ｘ＝１，２，３）と共にプラズマ処理
に利用される。

【００３２】このプラズマ装置では、ラジアルアンテナ
３０の開口部３５における遅波材３７の厚みが略（Ｎ＋
１／４）×λg であり、ｍ／４×λg （ｍは１以上の奇
数）の条件に該当するので、同軸導波管４１とラジアル
アンテナ３０との接続部における反射損失は抑制され
る。したがって、ラジアルアンテナ３０の放射量が高ま
るので、プラズマ生成効率を向上させることができる。
なお、ラジアルアンテナ３０及び同軸導波路４１の製作
誤差による特性変化を、遅波材３７Ａで矯正することも
できるので、ラジアルアンテナ３０の開口部３５におけ
る遅波材３７の厚みは厳密にｍ／４×λg ではなくて
も、本発明の効果は得られる。

【００３３】また、本発明の効果は、遅波材３７の大小
にかかわらず得ることができる。 （第２の実施の形態）図８は、本発明のプラズマ装置の
第２の実施の形態の一部の構成を拡大して示す断面図で
ある。この図は、第１の実施の形態における図３に相当
するものであり、図３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。

【００３４】この形態でも、ラジアルアンテナ３０の開
口部３５における遅波材３７の同軸方向の厚みは、管内
波長λg の略（Ｎ＋１／４）倍に調整されており、さら
に同軸導波路４１Ａの外導体５１Ａ及び内導体５２Ａの
両方がラジアルアンテナ３０の導体板３１，３２との接
続部にテーパー部５１Ｂ，５２Ｂをそれぞれ有してい
る。図８（ａ）〜図８（ｃ）では、外導体５１Ａのテー
パー部５１Ｂの底面の半径とＲとの差をＷ、テーパー部
５１Ｂの高さをＨ、テーパー部５１Ｂのテーパー角度を
αとし、内導体５２Ａのテーパー部５２Ｂの底面の半径
をｐｒ、テーパー部５２Ｂの高さをｐｚ、テーパー部５
２Ｂのテーパー角度をβとする。テーパー角度α，β
は、図８（ｄ）に示すように、軸線（一点鎖線）を含む
断面内におけるテーパー部５１Ｂ，５２Ｂの母線（太
線）の間の角度をいう。

【００３５】図９は、Ｒ＝１９．４ｍｍ，ｒ＝８．４５
ｍｍ，Ｄ＝５．０ｍｍ，Ｗ＝１０．０ｍｍ，Ｈ＝５．０
ｍｍ，ｆ＝２．４５ＧＨｚ，εr ＝９．６として、ｐｒ
とｐｚを変化させて反射量を計算した結果を示す図であ
る。

【００３６】（pr−ｒ）／pzが１より小さい場合に、よ
り良い特性が得られている。図８（ｃ）に示すように、 tan(β/２) ＝ (pr−ｒ)/pz であるから、テーパー角度βは９０゜よりも小さいこと
が望ましい。

【００３７】また、図９では、ｐｚを２．５ｍｍ以上と
すると、ｐｒとの関係で反射量を−２０ｄＢ以下に抑え
られることが分かる。ラジアルアンテナ３０の導体板３
１，３２の間隔Ｄは５．０ｍｍであるから、内導体５２
Ａのテーパー部５２Ｂの起点５２Ｃは、導体板３１，３
２の厚み方向の中間位置よりも上にあることが望まし
い。

【００３８】さらに、内導体５２Ａのテーパー部５２Ｂ
の起点５２Ｃは、開口部３５における遅波材３７Ａの表
面の位置と同一またはより下にあり、遅波材３７Ａ内に
埋没していることが望ましい。

【００３９】ラジアルアンテナ３０の作成にあたって
は、遅波材３７Ａの比誘電率εr に誤差が生じることを
考慮しなければならない。そこで、比誘電率εr が９．
６から±０．５ずれたときの反射量を計算した。図１０
は、εr ＝９．１としたときの計算結果を示す図、図１
１は、εr ＝１０．１としたときの計算結果を示す図で
ある。比誘電率εr が変化しても、Ｗ＝１０．０ｍｍ，
Ｈ＝５．０ｍｍ，ｐｒ＝１１．５ｍｍ，ｐｚ＝７．０ｍ
ｍでは、−２０ｄＢ以下の反射量が実現されている。

【００４０】なお、図１０の計算結果は、εr ＝９．１
の場合はＤ＋Ｈ≒λg/４となるので、内導体５２Ａのテ
ーパー部５２Ｂのテーパー角度βを小さくし導体板３１
からの反射を大きくしたときに、反射量の最適値が得ら
れることを示している。また、図１１の計算結果は、ε
r ＝１０．１の場合はＤ＋Ｈとλg/４との差が大きくな
るので、内導体５２Ａのテーパー部５２Ｂのテーパー角
度βを大きくし導体板３１の上方位置からの反射を大き
くしたときに反射量の最適値が得られることを示してい
る。このため、εr ＝１０．１の場合は、反射量の最適
値が−３０ｄＢ以上となり、εr ＝９．６，９．１の場
合と比較して反射量が大きくなるので、好ましくない。

【００４１】図１２は、Ｒ＝１９．４ｍｍ，ｒ＝８．４
５ｍｍ，Ｄ＝５．０ｍｍ，ｐｒ＝１１．５ｍｍ，ｐｚ＝
７．０ｍｍ，ｆ＝２．４５ＧＨｚ，εr ＝９．６とし
て、ＷとＨを変化させて反射量を計算した結果を示す図
である。

【００４２】この図から、Ｗ＝１０．０ｍｍ，Ｈ＝５．
０ｍｍで反射量が最小になっていることが分かる。この
場合、Ｄ＋Ｈで求められる遅波材３７Ａの厚みは１０．
０ｍｍであり、約λg/４（≒９．７ｍｍ）となってい
る。ここで、Ｄ＋Ｈはλg/４と完全には一致していな
い。実際に、Ｄ＋Ｈ＝９．７ｍｍとなるＨ＝４．７ｍｍ
を用いて図９と同様の計算をすると、その結果は図１３
に示すようになり、Ｈ＝５ｍｍとした図９ほど反射量が
減少しないことが分かる。その理由は、外導体５１Ａ及
び内導体５２Ａのそれぞれにテーパー部５１Ｂ，５２Ｂ
があり、そこでも電磁界の反射が起こるからである。し
たがって、遅波材３７Ａの厚みについては、λg/４に対
して数％の許容範囲をもって設計すればよいといえる。

【００４３】また図１２では、Ｗ／Ｈが１より大きい場
合に、より良い特性が得られている。図８（ｂ）に示す
ように、 tan(α/２) ＝ Ｗ/Ｈ であるから、テーパー角度αは９０゜よりも大きいこと
が望ましい。

【００４４】また、外導体５１Ａのテーパー部５１Ｂの
起点５１Ｃは、開口部３５における遅波材３７Ａの表面
の位置とほぼ同一になっていることが望ましい。同軸導
波路４１Ａのインピーダンスは、遅波材３７Ａの表面で
ステップ状に変化するので、その位置からテーパー部５
１Ｂを形成すれば、インピーダンス変化を緩和させるこ
とができる。もちろん、若干の反射が支障にならない場
合は、この限りではない。

【００４５】以上の解析結果から、Ｗ＝１０．０ｍｍ，
Ｈ＝５．０ｍｍ，ｐｒ＝１１．５ｍｍ，ｐｚ＝７．０ｍ
ｍとして、試作実験を行なった。図１４は、この実験に
よって得られた反射量の周波数特性を示す図である。こ
の図には、εr ＝９．１、εr ＝９．６、εr ＝１０．
１としたときの計算値を共に示している。

【００４６】実験値（ｅｘｐ）のピークの周波数が計算
値とずれているが、これは遅波材３７Ａの比誘電率εr
が設計値（εr ＝９．６）より低い方にずれていたため
と考えられる。また、反射量が設計周波数（ｆ＝２．４
５）で−１８ｄＢまでしか落ちていない。この原因は、
製作誤差によるものである。すべてのパラメータで±
０．３ｍｍ程度の誤差しか許されないため、−２０ｄＢ
以下の反射量にはならなかったと思われる。

【００４７】なお、図８では同軸導波路４１Ａの外導体
５１Ａ及び内導体５２Ａの両方がテーパー部を有してい
る形態を示したが、いずれか一方のみがテーパー部を有
していても、反射量減少には効果がある。

【００４８】（第３の実施の形態）ラジアルアンテナ３
０の給電用の導波路として、円筒導波管を用いることも
できる。図１５は、ラジアルアンテナと円筒導波管との
接続部を拡大して示す断面図である。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。

【００４９】円筒導波管６１はラジアルアンテナ３０の
導体板３２の開口部３５に接続されている。この円筒導
波管６１を用いた場合でも、ラジアルアンテナ３０の開
口部３５における遅波材３７の管軸方向の厚みを、管内
波長λg の略（Ｎ＋１／４）倍に調整することにより、
反射電力を低減して処理容器１１への供給電力を増や
し、プラズマの生成効率を向上させることができる。

【００５０】また、ラジアル導波路の内部において、導
体板３１の中心部には、開口部３５に向かって突出する
円錐部材３８が設けられている。この円錐部材３８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３８には、図８（ａ）に示した内導体５２Ａのテ
ーパー部と同様に、インピーダンス変化を緩和させるこ
とによって反射電力を低減する作用がある。

【００５１】（その他）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
れに限定されるものではなく、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
部に電磁界導入用の開口部を設ける必要はない。

【００５２】また、矩形導波路アンテナを用いても同様
の効果を得られる。このアンテナアレーは、矩形導波路
の一つの面に複数のスロットが形成されたアンテナであ
る。

【００５３】また、本発明のプラズマ装置は、ＥＣＲ(e
lectron 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、ＣＶＤ装置、アッシング装置などに利用す
ることができる。

【００５４】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、スロ
ットアンテナの給電用開口部における遅波材の厚みを、
遅波材に対する電磁界の波長の略ｍ／４倍（ｍは１以上
の奇数）とする。これにより、遅波材の表面で反射され
た電磁界と、スロットアンテナの導体板で反射された電
磁界とが逆相になり、互いに打ち消し合うので、反射電
力を低減できる。したがって、スロットアンテナから処
理容器１１への供給電力が増えるので、プラズマの生成
効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】 ラジアルアンテナをII−II′線方向からみた
平面図である。

【図３】 ラジアルアンテナと同軸導波路との接続部を
拡大して示す断面図である。

【図４】 図１に示したプラズマ装置の作用の第１の説
明図である。

【図５】 図１に示したプラズマ装置の作用の第２の説
明図である。

【図６】 図１に示したプラズマ装置の作用の第３の説
明図である。

【図７】 図１に示したプラズマ装置の作用の第４の説
明図である。

【図８】 本発明のプラズマ装置の第２の実施の形態の
一部の構成を拡大して示す断面図である。

【図９】 同軸導波路の内導体のテーパー部に関する計
算結果を示す図である（εr ＝９．６，）。

【図１０】 εr ＝９．１として、図９と同様の計算を
したときの結果を示す図である。

【図１１】 εr ＝１０．１として、図９と同様の計算
をしたときの結果を示す図である。

【図１２】 同軸導波路の外導体のテーパー部に関する
計算結果を示す図である。

【図１３】 Ｈ＝４．７ｍｍとして、図９と同様の計算
をしたときの結果を示す図である。

【図１４】 試作実験によって得られた反射量の周波数
特性を示す図である。

【図１５】 本発明のプラズマ装置の第３の実施の形態
の一部の構成を拡大して示す断面図である。

【図１６】 従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示
す図である。

【図１７】 ラジアルアンテナと同軸導波路との接続部
を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

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 ラジアル
アンテナ、３１，３２ 導体板、３５ 開口部、３６
スロット、３７ 遅波材、３７ｆ （遅波材の）表面、
３８ 円錐部材、４１，４１Ａ 同軸導波路、４５ 高
周波発生器、５１，５１Ａ 外導体、５２，５２Ａ 内
導体、５１Ｂ，５２Ｂ テーパー部、５１Ｃ，５２Ｃ
テーパー部の起点、６１ 円筒導波管、Ｆ 電磁界、λ
g 管内波長、α，β テーパー角度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 信雄 東京都港区赤坂５丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内 (72)発明者 安藤 真 神奈川県川崎市幸区小倉１番地１−Ｉ− 312 (72)発明者 高橋 応明 千葉県八千代市緑が丘５−４−12 Ｆターム(参考） 5J045 AA01 AA07 BA01 BA02 DA05 EA05 EA07 FA02 GA04 HA01 HA06 JA03 JA11 NA00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する２枚の導体板の一方にスロット
   が複数形成され他方に開口部を有するスロットアンテナ
   と、このスロットアンテナの２枚の導体板の間に配置さ
   れた誘電体からなる遅波材と、前記スロットアンテナの
   開口部に接続され前記スロットアンテナに給電する導波
   路と、前記スロットアンテナから電磁界が供給される容
   器とを備えたプラズマ装置において、 前記スロットアンテナの開口部における前記遅波材の厚
   みが、前記遅波材に対する電磁界の波長の略ｍ／４倍
   （ｍは１以上の奇数）であることを特徴とするプラズマ
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマ装置におい
   て、 前記導波路は、前記スロットアンテナの前記２枚の導体
   板の一方に接続された内導体と、前記２枚の導体板の他
   方に接続された外導体とを有する同軸導波路であること
   を特徴とするプラズマ装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のプラズマ装置におい
   て、 前記同軸導波路の内導体及び外導体の少なくとも一方
   は、前記スロットアンテナの２枚の導体板との接続部に
   テーパー部を有することを特徴とするプラズマ装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のプラズマ装置におい
   て、 前記同軸導波路の内導体の前記テーパー部の起点は、前
   記遅波材内に埋没し、前記スロットアンテナの２枚の導
   体板の厚み方向の中間位置よりも前記開口部側にあるこ
   とを特徴とするプラズマ装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載のプラズマ装置
   において、 前記同軸導波路の外導体の前記テーパー部の起点は、前
   記ラジアルアンテナの開口部における前記遅波材の表面
   の位置と略同一であることを特徴とするプラズマ装置。
6. 【請求項６】 請求項３から５のいずれかに記載のプラ
   ズマ装置において、前記同軸導波路の内導体のテーパー
   角度は、９０゜より小さいことを特徴とするプラズマ装
   置。
7. 【請求項７】 請求項３から６のいずれかに記載のプラ
   ズマ装置において、前記同軸導波路の外導体のテーパー
   角度は、９０゜より大きいことを特徴とするプラズマ装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１に記載のプラズマ装置におい
   て、 前記導波路は、円筒導波管であることを特徴とするプラ
   ズマ装置。