JP2003332320A

JP2003332320A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2003332320A
Application number: JP2002228209A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tamura; 仁田村; Seiichi Watanabe; 成一渡辺
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2003-11-21
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP3720005B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位相制御された複数の給電点を備えたアンテ
ナを有し、均一で高密度なプラズマを生成可能とする。【解決手段】位相制御された複数の給電点を備えたア
ンテナにより装置の中心軸に垂直な電界成分を持つ高周
波をプラズマ処理室に投入することで均一で、高密度な
プラズマを生成できるエッチング装置を提供する。装置
の中心軸付近への電界集中を防止し、均一で高密度なプ
ラズマを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直径２００ｍｍから
３００ｍｍ程度またはこれを越える直径を持つ被処理基
板に均一にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として特開平１１−２６０５９
４号公報に開示されたエッチング装置がある。この従来
技術では円盤状アンテナおよびここに設けたスロットア
ンテナにより処理室内の電磁界分布を調整することで均
一性のよいプラズマ分布を実現する。円盤状アンテナは
誘電体窓を介してプラズマ処理室に電磁波を供給する構
造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題として、前記従来技術では中心付近でプラズマ
発生用に投入した電磁波の電界集中が起き、処理条件に
よってはプラズマ密度分布の均一性が悪化する場合があ
った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は中心付近に電
界が集中しないモードで電磁波を処理室に投入すること
で解決できる。前記、従来技術では円形導波管のＴＭ０
１、ＴＭ０２、ＴＭ０３等のモードが誘電体窓中に励振
され、これらのモードが主体でプラズマを形成すると考
えられる。これらのモードは中心付近に導波管管軸方向
の電界を持ち、これが中心付近の電界集中をもたらす。
一方、ＴＭ２１、ＴＭ３１、ＴＭ４１等のモードは導波
管中心軸上で電界を持たないため、中心軸付近で電界集
中を起こしにくい。またＴＭ１１等のモードは中心付近
で導波管間軸方向の電界成分を持たないため、同様の問
題を生じることがない。これらのモードを用いることで
上記課題は解決できる。

【０００５】円形導波管のＴＭ２１、ＴＭ３１、ＴＭ４
１等のモードは円形導波管の中心軸上で電界を持たず、
中心への電界集中が原理的に発生しない。またＴＭ１１
等のモードは導波管間軸方向の電界成分を中心軸上で持
たない。このため装置中心軸上で特異な現象が起きず、
均一性の良いプラズマを発生することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕図１から図４を用い
て本発明の一実施例を説明する。図１に本発明を用いた
エッチング装置を示す。周波数４５０ＭＨｚの高周波電
源０１０１による電磁波は自動整合機０１０２を介して
同軸線路０１０３で位相調整回路０１０４に伝送され
る。位相調整回路０１０４には円盤状のアンテナ０１１
３およびアンテナ０１１４が接続され、誘電体窓０１０
５、シャワープレート０１０６を介して処理室０１１２
に電磁波を放射している。放射された電磁波により処理
室０１１２内にプラズマを発生させる。処理室０１１２
内には被処理基板０１０８を設置するための基板電極０
１０９が設けられ、さらに基板電極０１０９には整合機
０１１０を介して高周波バイアス電源０１１１が接続さ
れている。高周波バイアス電源０１１１により被処理基
板０１０８にバイアス電位を与え、プラズマ中のイオン
を被処理基板０１０８に引き込むことでエッチング処理
の高速化、形状制御などを行うことができる。処理室０
１１２には図示しない真空排気系、ガス導入系が接続さ
れ、処理室内をエッチング処理に適した圧力、雰囲気に
保持している。ガスはシャワープレート０１０６と誘電
体窓０１０５の間に設けた間隙を介して、シャワープレ
ート０１０６に多数設けたガス導入口から処理室０１１
２に導入される。誘電体窓、シャワープレートの材質と
して、電磁波に対して損失が小さく、プラズマ処理に悪
影響を与えない材質、例えば石英、アルミナセラミック
等を用いることができる。本実施例では石英を誘電体
窓、シャワープレートの材質として用いた。また、本実
施例は高周波バイアス電源により被処理基板にバイアス
電位を与え、エッチング処理する事例で説明したが、本
願発明はこれに限定されるものではない、つまり、ＣＶ
Ｄ装置等ではバイアス電源による被処理基板へのバイア
ス電位は不要である。

【０００７】位相調整回路０１０４付近の詳細構造を図
２、図３に示す。図２は図１の拡大図、図３は図２に示
す線ＡＡでの断面図を示す。同軸線路０１０３は金属板
０２０１に接続している。金属板０２０１は誘電体０１
１５の上に配置され、アンテナ０１１３、アンテナ０１
１４に４５０ＭＨｚ電磁波を分岐して伝送する。アンテ
ナ０１１３、アンテナ０１１４はそれぞれ同軸線路の内
部導体を構成している。アンテナ０１１４と同軸線路０
１０３の内部導体間の距離ｄ１、アンテナ０１１３と同
軸線路０１０３の内部導体間の距離ｄ２の差が金属板０
２０１を伝わる４５０ＭＨｚ電磁波の半波長となるよう
調整されている。従って同軸線路０１０３から伝わった
電磁波は分岐された後、半波長の経路差を持ってアンテ
ナ０１１３、アンテナ０１１４を励振する。そのため両
アンテナは互いに１８０度の位相差を持って励振され
る。

【０００８】図４に誘電体０１１５、金属板０２０１等
で構成される導波路の断面形状を示す。一般にマイクロ
ストリップ線路と呼ばれる構造である。導電率の高い金
属で構成された断面が長方形の外部導体内部に誘電体０
１１５が装荷されている。金属板０２０１が内部導体と
して動作する。誘電体０１１５をアルミナセラミック
（比誘電率９．８）とし、各部のサイズを図４に示す様
に定め、図４に示す空気層厚さに対し、本導波路中を伝
播する４５０ＭＨｚの電磁波の波長を計算した結果を図
５に示す。ただし空気層部分の比誘電率を１とした。例
えば空気層厚さ１０ｍｍの時、管内波長は２９１ｍｍと
なり、この場合、半波長の経路差はその１／２の１４６
ｍｍとなる事が分かる。空気層厚さを変化させることで
管内波長が変化するため、管内波長が計算で求めた値と
真の値が異なる場合、空気層厚さで微調整することがで
きる。管内波長が計算値と異なる要因として計算誤差、
比誘電率の違い等があげられる。図４に示すサイズで空
気層厚さを１０ｍｍに設定した場合、図２に示すｄ１、
ｄ２の差を１４６ｍｍとすればよいことがわかる。同様
にｄ１、ｄ２の差を設定することで位相差を任意に調整
することができる。

【０００９】本実施例では位相差調整用導波路としてマ
イクロストリップ線路を用いたが、本願発明はこれに限
定されるものではない、つまり、マイクロストリップ線
路は比較的小型で構造も単純であり製作上有利である
が、他の線路として例えば同軸線路等を用いてもよい。

【００１０】図６に円形導波管断面ＴＭ１１モード電界
ベクトルを示す。円形導波管断面の２点から放射状に電
界が出たような分布となっている。図１に示す誘電体窓
０１０５内部にこのような分布の電磁界を励振するには
放射状に電界を発生させるアンテナを２個用意し、これ
らを互いに逆位相で励振し、ＴＭ１１モードの電界が放
射状に発生した位置付近に、２つのアンテナを配置すれ
ばよい。アンテナ間の距離を３００ｍｍとした場合、図
２におけるｄ１、ｄ２は両者の差が１４６ｍｍ、両者の
和が３００ｍｍとなるのでそれぞれｄ１を２２３ｍｍ、
ｄ２を７７ｍｍとすればよいことがわかる。同様に管内
波長と両アンテナ間の距離が決まれば図２のｄ１、ｄ２
が定まり、同様の方法で各部のサイズを決定することが
できる。

【００１１】図７にシャワープレートとプラズマ界面で
の電界分布をシミュレーションした結果を示す。処理室
内に均一なプラズマがあるとした場合の電界分布を計算
した。計算量削減のため、１／２モデルで計算した。円
形導波管のＴＭ１１モードと同様の分布がプラズマに投
入されることがわかった。

【００１２】図８にアンテナ０１１３、０１１４に置き
換えて使用できる各種アンテナを示す。図８（ａ）では
図７に示す実施例で用いた円盤状アンテナを示す。円盤
の中心に給電している。図８（ｂ）に示す例では円盤状
アンテナに偏心して給電しており、アンテナの配置に自
由度が増す、アンテナから放射される電磁界分布が中心
給電のものと比べ異なるなどの効果がある。また同図
（ｃ）に示すように円盤状アンテナの個数は２個に限ら
ず、さらに多くても良い。またアンテナの形状は円盤に
限らず、楕円、線状、円弧状等他の形状であってもよ
い。（ｃ）では２点の給電線をそれぞれ２個に分岐する
回路を設け、４個のアンテナを励振している。（ｄ）で
はさらに分岐点からアンテナまでの距離に経路差を設
け、各アンテナを励振する位相を調整している。４つの
アンテナを９０度づつ異なる位相で給電することで、４
つのアンテナ全体から放射される電磁界が回転する円偏
波を発生することができる。静磁界を加えたプラズマ中
で運動する電子は静磁界に垂直方向のローレンツ力を受
け、磁力線に巻き付くようなサイクロトロン運動を行
う。このサイクロトロン運動を加速する方向に回転する
円偏波をプラズマに投入すると、プラズマに対する電磁
波の吸収特性を改善できるほか、軸対称性が良いプラズ
マ密度分布を得ることができる。また（ａ）〜（ｄ）の
例は複数個のアンテナを励振しているが、例えば
（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示すように１個のアンテナで
も良い。（ｅ）は円盤、（ｆ）は中心に穴を設けた円
盤、（ｇ）は楕円である。（ｆ）、（ｇ）ではそれぞれ
楕円の穴、楕円の円盤とすることで、ＴＭ１１モードの
持つ非軸対称性を緩和することができる。また円盤を基
本とした形態を説明したが、アンテナ形状は円盤に限ら
ず、（ｈ）、（ｉ）に示すように線状のアンテナや平
板、螺旋など種々の形状を用いることができる。

【００１３】本実施例では２つの給電点に１８０度の位
相差を与えるために、長さの異なる導波路を用いたが、
位相差を与える他の方法として、コンデンサ、コイルな
どの受動電気回路素子を用いてもよい。図１５に回路図
を示す。高周波電源１５０１にインピーダンスがそれぞ
れＲ_ａ１＋ｊＸ_ａ１Ω、Ｒ_ａ２＋ｊＸ_ａ２Ωのアンテナ
が、それぞれインピーダンスがＲ_１＋ｊＸ_１Ω、Ｒ_２＋
ｊＸ_２Ωの受動回路素子１５０２、１５０３を介して接
続されているものとする。各アンテナに発生する電圧Ｖ
_ａ１、Ｖ_ａ２はオームの法則によりＶ_ａ１＝（Ｒ_ａ１＋ｊＸ_ａ１）／（Ｒ_１＋ｊＸ_１＋Ｒ
_ａ１＋ｊＸ_ａ１）ＶＶ_ａ２＝（Ｒ_ａ２＋ｊＸ_ａ２）／（Ｒ_２＋ｊＸ_２＋Ｒ
_ａ２＋ｊＸ_ａ２）Ｖとなる。仮にＸ_ａ１＝Ｘ_ａ２＝０、Ｒ_１＝Ｒ_２＝０とす
ると高周波電源１４０１との位相差はそれぞれ ―ｔａｎ^−１（Ｘ_１／Ｒ_ａ１） ―ｔａｎ^−１（Ｘ_２／Ｒ_ａ２）となり、受動回路素子１５０２、１５０３を調整するこ
とでアンテナに供給する位相差を調整することが可能と
なる。また位相制御された複数の高周波電源を用いて
も、同様に位相調整が可能であり、これらを用いること
もできる。

【００１４】本実施例ではプラズマ発生用電磁波の周波
数として４５０ＭＨｚを用いた。一般に閉じた空間内で
の電磁波の電磁界分布は、周波数を高めると様々な分布
をとりうるようになり、逆に周波数を下げるととりうる
分布は限られてくる。プラズマ処理装置の場合、周波数
が高くとりうる電磁界分布のパターンが多いと、プラズ
マ密度等のパラメータ変動により電磁界分布が変化し、
生成されるプラズマ処理特性が大きく変化することにつ
ながる。従ってプラズマ処理の均一性を広いプロセス条
件範囲で保つことが難しくなる傾向がある。一方、周波
数が低すぎるとパラメータ変動に対する安定性は高まる
が、プラズマの制御性が乏しくなり、プラズマ処理特性
の制御が困難となる。上記観点からプラズマ発生用電磁
波の周波数に最適範囲があると考える。

【００１５】均一なプラズマ処理を行うには被処理基板
直上のプラズマを概略均一に生成する必要がある。電磁
波は概略波長のオーダーで変化するパターンを空間内で
取る傾向にあり、変化するパターンがプラズマ分布の不
均一となり現われやすい。この観点から均一なプラズマ
を得るには被処理基板のサイズと同程度以上の波長を持
つ電磁波を使用するか、あるいは被処理基板のサイズに
比べ波長の極端に短い電磁波を使用するかのどちらかが
望ましい。超ＬＳＩなどの半導体装置製造において直径
３００ｍｍの被処理基板が今後の主流となる。波長が３
００ｍｍの電磁波の周波数は１ＧＨｚとなる。例えば
２．４５ＧＨｚの周波数で発生したプラズマは比較的プ
ロセスパラメータに敏感であり、先のプラズマ制御性の
議論において高い周波数に相当すると考える。プラズマ
の制御性、プラズマの均一性両面から考えてプラズマ発
生用周波数として１ＧＨｚ以下が適していると考える。

【００１６】また位相制御の観点から波長が非常に長い
と実質的に装置内のどの場所も同一の位相で励振される
傾向にあることから、装置内で位相差を設けることが困
難となる。周波数１０ＭＨｚ以上で位相制御の効果が現
われると考える。

【００１７】〔実施例２〕図９、１０に９０度づつ位相
の異なる４つのアンテナを給電する本発明の他の実施例
を示す。図８（ｄ）に示す例では位相制御のための導波
路構造とアンテナ部の電磁的な分離が十分でなく、プラ
ズマ発生条件により位相差を４つのアンテナに明確に与
えることができない場合があるが、この点に改良を加え
たものである。アンテナ部以外の部分は図１に示す実施
例と同様であるため、共通する部分の説明を省略する。
図９（ａ）は、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ装置の断面図
であり、図９（ａ）は図９（ｃ）のＡＡ断面を、図９
（ｂ）は図９（ｃ）のＢＢ断面を、図９（ｃ）は図９
（ａ）、（ｂ）のＣＣ断面をそれぞれ示す。位相調整回
路以外の部分については図１に示す実施例と同一である
ので、説明を省略する。電磁波の導入ポート０９０１か
ら投入された４５０ＭＨｚの電磁波は第１の分岐部０９
０２で分岐され、それぞれ相対的にプラス９０度、マイ
ナス９０度の位相で、さらに分岐部０９０３ａ、０９０
３ｂに電磁波が供給される。分岐部０９０３ａ、０９０
３ｂはそれぞれ相対的にプラス４５度、マイナス４５度
の位相で電磁波を分岐し、それぞれ給電部０９０４ａ、
０９０４ｂ、０９０４ｃ、０９０４ｄに電磁波を伝送す
る。最終的にそれぞれ隣り合う各給電部は９０度位相の
異なる電磁波で励振される。各給電部にはそれぞれアン
テナ０９０５が接続され、それぞれ９０度異なる位相で
電磁波をプラズマ処理室に放射する。これにより円偏波
を発生し、プラズマ分布の均一性を高める。さらに前述
のように静磁界と組み合わせた場合に、電界の回転方向
を電子のサイクロトロン運動を加速する方向にすること
で、電磁波のプラズマに対する吸収を効率よく行うこと
ができる等の効果がある。

【００１８】本実施例ではアンテナ０９０５が４つの部
分に分割された例を示したが１つの部品であってもよ
い。

【００１９】図９に示す実施例では分岐部０９０２と０
９０３ａ、０９０３ｂは同じ構造を用いており、１段目
の分岐と２段目の分岐で２層の構造となっている。これ
を分岐部０９０３ａ、０９０３ｂをいわゆるＴ型の分岐
とし、１層の構造とすることもでき、図１０にこの方法
で簡略化した装置の断面図を示す。図１０（ａ）は図１
０（ｂ）のＡＡ断面を、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の
ＢＢ断面を示す。１層構造とすることで装置の小型化、
部品点数の削減ができる。

【００２０】〔実施例３〕図１１に回転電界を実現する
本発明の他の実施例を示す。実施例２で示した例は長さ
の異なる導波路を用いることで位相差を与えたが、図１
１の実施例では共振条件に摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉ
ｏｎ）を与えたアンテナを用いることで位相差を与え、
回転電界を実現する。

【００２１】図１に示す実施例とアンテナ部分のみが異
なるので共通する部分の説明を省略する。１８０度の位
相差で励振された２点の給電点で給電されたアンテナ板
１１０１が設置され、アンテナ板１１０１上にアルミナ
セラミックなどの誘電体が装荷されたスロットアンテナ
１１０２がある。アンテナ板１１０１、スロットアンテ
ナ１１０２の詳細を図１２に示す。

【００２２】アンテナ板１１０１の中央付近にアルミナ
セラミックが装荷された２つのスロット１２０２、１２
０３が配置されている。スロット１２０３は共振長さに
対し長め、スロット１２０２は短めの長さとなってい
る。給電点１２０１（ａ）、１２０２（ｂ）は互いに１
８０度の位相差を持って励振された電磁波が供給されて
いる。スロット１２０２と１２０３は互いに直行する。
さらに給電点１２０１（ａ）、１２０１（ｂ）とスロッ
ト１２０２、１２０３はスロット１２０２、１２０３の
それぞれの長軸と給電点１２０１（ａ）と１２０１
（ｂ）を結ぶ線が互いに４５度の角度を持って交差する
関係にある。

【００２３】スロット１２０２と１２０３はそれぞれス
ロットアンテナとして動作する。スロットアンテナはそ
の長さが電磁波の半波長、およびその整数倍となったと
き共振し、効率よく電磁波を放射する。スロット内に装
荷する誘電体の比誘電率を調整することにより、共振す
るスロット長さを調整することができる。本実施例では
アルミナセラミックにより、スロットアンテナを小型化
している。スロット長さを共振する長さから若干長く、
または短くした場合、スロットから放射される電磁波の
位相がずれる。互いに直行するスロットからは互いに直
行する方向の電界が放射されるが、これらの電磁波に位
相差を与えると回転する成分を生じさせることができ
る。直行する電界を放射する２つのスロットで同電力の
電磁波を放射する場合、９０度の位相差で効率よく回転
する電磁波を励振することができる。この効果を用いて
回転する電界成分を持つ電磁波を放射することができ、
実施例２と同様の効果を上げることができる。

【００２４】本実施例では互いに直行する１組のスロッ
トアンテナで説明したが、同様の効果はスロットアンテ
ナの個数をさらに増やしても得られる。給電点、スロッ
トアンテナの角度関係も本実施例にあげた数値に限定さ
れるものでなく、各スロットアンテナから放射される電
力、給電点の位相差などに応じて調整してもよい。また
本実施例は９０度の位相差を持ち、互いに電界の角度が
９０度となる２つの電磁波の合成で回転する電磁波を作
る方法を説明したが、同様に例えば互いに６０度の位相
差、電界の角度が互いに６０度となる３つの電磁波の合
成でも回転する電磁界を作ることができる。

【００２５】図１３にアンテナ板１１０１に置き換えて
使用できる他のアンテナ例を示す。概略円形の導体板に
切りかき１３０１（ａ）、１３０１（ｂ）を設けてい
る。これにより切りかきのある方向とこれに直行する方
向で共振点をずらし、図１２に示すスロットと同様の効
果を与えることができる。

【００２６】〔実施例４〕実施例１，２，３ではいずれ
もアンテナ部分が誘電体窓の大気側に設置されていた
が、アンテナ部をプラズマ処理室側に配置することもで
きる。装置構造が複雑になるが、誘電体窓等を介さず直
接プラズマに電磁波を供給できるため、プラズマの制御
性が増す、プラズマ密度の増大が容易になる、等の利点
がある。図１４にアンテナをプラズマ処理室側に配置し
た本発明の他の実施例を示す。図１１に示す実施例とは
アンテナ付近の構造が異なるのみであるので、共通する
部分の説明を省略する。図１４に示す実施例ではアンテ
ナ板１４０１にほぼ接するようにシリコンなどのプラズ
マ処理に悪影響を与えない材質で構成されたシャワープ
レート１４０２が設けられている。アンテナ板１３０１
は図８または図１２または図１３に示す構造を用いるこ
とができる。シャワープレート１４０２からは図示しな
いガス供給系により供給された処理ガスをプラズマ処理
室に供給する。アンテナ板１４０１により中心軸付近に
静磁界と垂直方向の電界成分を発生でき、中心付近での
密度向上や、プラズマ密度均一化に利点がある。また回
転電界を発生させることでさらにプラズマ均一性の向上
を図ることができる。またアンテナ板を介してシャワー
プレート１４０２に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス
電源を接続し、バイアス電位を与えることもできる。こ
れにより例えば過剰に発生したプラズマ中の活性種をシ
ャワープレート１４０２表面で反応させ、活性種の量を
調整する等の効果を上げることができる。

【００２７】図１４に示す実施例では回転電界をスロッ
トアンテナ等で発生させる例を示したが、同様に実施例
１，２，３で示した経路差を用いた方法を使用すること
もできる。

【００２８】〔実施例５〕図１６から図１９を用いて本
発明の他の実施例を説明する。図１６に本発明を用いた
エッチング装置を示す。本実施例は図１に示す第１の実
施例とＵＨＦの分岐回路部および分岐回路に接続された
アンテナの構造が異なり、処理室に投入するＵＨＦのモ
ードが異なる以外は同一であるので共通する部分の説明
を省略する。４５０ＭＨｚのＵＨＦ電力が自動整合機、
同軸線路を介して位相調整回路１６０１に伝送される。
位相調整回路１６０１は図１７で説明するように同軸線
路から入力された電磁波を４つの出力ポートに出力す
る。４つの出力ポートにはそれぞれ円盤状のアンテナ１
６０２、１６０３、１６０４、１６０５が接続され、誘
電体窓、シャワープレートを介して処理室に電磁波を放
射している。放射された電磁波により処理室内にプラズ
マを発生させ、これにより処理室内に設置された被処理
基板にエッチング処理を行う。

【００２９】位相調整回路１６０１付近の詳細構造を図
１７に示す。図１７は位相調整回路１６０１を図１６に
示す方向と直角の方向から見た図である。位相調整回路
は主に図４に示すいわゆるマイクロストリップ線路と呼
ばれる導波路とこれを用いた分岐回路で構成されてお
り、１つの入力ポートから最終的に４つの出力ポートに
電磁波を決まった位相差で分岐する働きをする。

【００３０】装置中心軸上に配置された同軸線路１７０
１はマイクロストリップ線路で構成された第１の分岐部
１７０７に接続され、マイクロストリップ線路に変換す
るとともに２方向に電磁波を分岐する。それぞれ分岐さ
れたマイクロストリップ線路は第２の分岐部１７０２
ａ、１７０２ｂでさらにそれぞれ２方向に分岐される。
最終的に同軸線路１７０１から入力された電磁波は４つ
の出力ポート１７０３、１７０４、１７０５、１７０６
に分岐される。分岐部１７０２ａから出力ポート１７０
３、１７０４への距離Ｄ１、Ｄ２はその径路差の絶対値
｜Ｄ２−Ｄ１｜がマイクロストリップ線路内での電磁波
の波長λに対し、λ／２となるように調整されている。
そのため出力ポート１７０３と１７０４に出力される電
磁波の位相差は１８０度となる。出力ポート１７０５、
１７０６についても同様の構造となっており、出力され
る電磁波の位相差は１８０度となる。そこで最終的に出
力ポート１７０３と１７０５には同位相の電磁波が出力
され、１７０４と１７０６にはこれと１８０度位相の異
なる電磁波が出力される。また各出力ポート１７０３、
１７０４、１７０５、１７０６はそれぞれの中心位置が
正方形の頂点になるよう配置されている。各出力ポート
１７０３、１７０４、１７０５、１７０６には円盤状ア
ンテナ１６０２、１６０３、１６０４、１６０５が接続
されている。

【００３１】一般に導波路内を伝播する電磁波について
導波路にインピーダンスの不整合部があるとその場所で
反射波が生じる。図１７に示す位相調整回路の内部では
分岐部等でＵＨＦ電力の反射波が生じる。反射波が生じ
ると投入した電力が有効にプラズマ処理室まで伝送され
なくなる。そこで分岐部等での反射を防止するために位
相調整回路内にインピーダンス整合部を設けてもよい。
構造として、例えばマイクロストリップ線路内部導体の
幅や高さを変えた構造、外部導体の高さ、幅を変えた構
造等が使用できる。

【００３２】マイクロストリップ線路は実施例１で用い
た導波路と同一の構造であり説明を省略する。本実施例
でも実施例１と同様に位相調整用導波路としてはマイク
ロストリップ線路に限定されるものではなく、他の導波
路たとえば同軸線路等を用いてもよい。また経路差を持
った導波路でなく、インダクタ、キャパシタ等の回路素
子を用いた位相調整回路を用いてもよい。

【００３３】図１８に円形導波管ＴＭ２１モードの電界
ベクトルを模式的に示す。円形導波管内の２点から放射
状に電界が出て、他の２点に吸い込まれるような分布と
なっている。前述の位相調整回路１６０１を用いて、互
いに隣り合う２点間に１８０度位相の異なる電磁波を供
給することで図１８に示すＴＭ２１モードを励振するこ
とができる。

【００３４】上記の実施例では位相調整回路１６０１の
４つの出力ポート１７０３、１７０４、１７０５、１７
０６にそれぞれ円盤状のアンテナ１６０２、１６０３、
１６０４、１６０５を接続してＵＨＦ電力を放射した。
しかし、出力ポートに接続するアンテナの形状は円盤状
に限定されるものではなく、他の形状であっても良い。
図１９に出力ポートに接続できるアンテナ形状を示す。
図１９（ａ）は４つの円盤状アンテナの中心にそれぞれ
出力ポートの内部導体を接続して給電した場合であり、
（ｂ）は各円盤状アンテナの給電点を中心から偏芯した
位置に接続した例である。（ｂ）に示すアンテナにより
出力ポートの位置を変えないで円盤状アンテナ間の距離
を近づけることができ、アンテナ配置に自由度が増す効
果がある。（ｃ）は（ｂ）の円盤状アンテナを方形アン
テナに変形した例である。各アンテナ間の中心位置をあ
る程度以上に近づけるには、円盤状アンテナでは各円盤
アンテナの直径を小さくする必要がある。アンテナのＵ
ＨＦ導入窓への投影面積が小さいとプラズマの着火性が
悪化する場合があるが、方形アンテナ形状では前記投影
面積をある程度確保できるため、着火性の悪化を防止す
ることができる等の効果がある。（ｄ）は各出力ポート
の内部導体に２つの棒状アンテナを接続した例であり、
さらに（ｅ）は２つの棒状アンテナに至る経路に差を与
えた例である。（ｄ）では合計８つの励振点でＵＨＦ電
力を供給するため、プラズマの分布をなだらかにする効
果がある。さらに（ｅ）では各出力ポートに接続された
２つの棒状アンテナに至る経路に経路差を与えており、
この経路差を位相差で９０度付近になるよう調整するこ
とで、電界分布を回転させることができる。電界分布が
回転により平均化されるため、さらにプラズマ分布を平
坦にすることができる。（ｆ）、（ｇ）は各出力ポート
の内部導体に円弧状アンテナを接続した例である。
（ｆ）は各円弧の中央で給電した場合、（ｇ）は円弧の
端で給電した場合である。円弧状アンテナとすることで
円弧に沿ってＵＨＦが伝播しながらプラズマに吸収され
るため発生するプラズマの分布を平準化する効果があ
る。また（ｈ）は（ｆ）、（ｇ）に示す円弧をつないで
リング状とした場合である。リング状とすることで
（ｆ）、（ｇ）に示す円弧の場合よりプラズマと相互作
用する面積またはＵＨＦ導入窓への投影面積を大きく
し、プラズマの着火性等を改善する効果がある。

【００３５】一般に図１７に示すような径路差を用いた
位相調整回路では、負荷と出力ポートの接合面で反射波
が生じると、この反射波の影響で位相調整回路内に定在
波が生じるため、負荷に所望の位相差で電磁波を供給す
ることができなくなる場合がある。そこで負荷と出力ポ
ートの間にインピーダンス整合回路を設けてインピーダ
ンス整合をとることで、反射波を防止する場合が多い。
しかし図１６に示す構成で誘電体窓内にＴＭ２１モード
を励振する場合には誘電体窓自身がこのモードの電磁界
分布を取り易い性質を持つため、反射波防止用のインピ
ーダンス整合回路を必ずしも設ける必要が無い。同様に
位相調整回路０１０４内で設ける径路差Ｄ１−Ｄ２を正
確に半波長にする必要がなく、径路差に多少のずれが生
じてもＴＭ２１モードを誘電体窓内に励振することがで
きる。このように誘電体窓自身をモードの選択に用いる
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明により従来技術で起きた中心付近
への電界集中を防止することができ、均一なプラズマ処
理をより容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたエッチング装置を示す断面図。

【図２】位相調整部の断面図。

【図３】位相調整部の断面図。

【図４】位相調整導波路の断面図。

【図５】位相調整導波路の管内波長を示すグラフ。

【図６】円形導波管内のＴＭ１１モードの電界分布を示
す図。

【図７】本発明を用いたエッチング装置により励振され
る高周波電界分布を示す図。

【図８】使用可能なアンテナ構造図。

【図９】本発明を用いたエッチング装置を示す断面図。

【図１０】本発明を用いたエッチング装置を示す断面
図。

【図１１】本発明を用いたエッチング装置を示す断面
図。

【図１２】アンテナ部の詳細断面図。

【図１３】アンテナ部の詳細断面図。

【図１４】本発明を用いたエッチング装置を示す断面
図。

【図１５】受動回路素子を用いた位相制御を説明する回
路図。

【図１６】本発明を用いたエッチング装置を示す断面
図。

【図１７】位相調整回路の構造説明図。

【図１８】電界分布を示す模式図。

【図１９】アンテナ構造図。

【符号の説明】

０１０１高周波電源０１０２自動整合機０１０３同軸線路０１０４位相調整回路０１０５誘電体窓０１０６シャワープレート０１０８被処理基板０１０９基板電極０１１０整合機０１１１バイアス電源０１１２処理室０１１３アンテナ０１１４アンテナ０１１５誘電体０２０１金属板１４０１高周波電源１４０２受動回路素子１４０３受動回路素子１４０４アンテナ１４０５アンテナ０９０１電磁波の導入ポート０９０２分岐部０９０３ａ分岐部０９０３ｂ分岐部０９０４ａ給電部０９０４ｂ給電部０９０４ｃ給電部０９０４ｄ給電部０９０５アンテナ１１０１アンテナ板１１０２スロットアンテナ１２０１（ａ）給電点１２０１（ｂ）給電点１２０２スロット１２０３スロット１３０１（ａ）切りかき１３０１（ｂ）切りかき１４０１アンテナ板１４０２シャワープレート１５０１高周波電源１５０２受動回路素子１５０３受動回路素子１５０４アンテナ１５０５アンテナ１６０１位相調整回路１６０２円盤状アンテナ１６０３円盤状アンテナ１６０４円盤状アンテナ１６０５円盤状アンテナ１７０１同軸線路１７０７分岐部１７０２ａ分岐部１７０２ｂ分岐部１７０３出力ポート１７０４出力ポート１７０５出力ポート１７０６出力ポート

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波によりプラズマを発生するプラズ
マ処理装置において、プラズマ発生用電磁波の発生装置
と、プラズマ処理室と、プラズマ処理室に電磁波を投入
するための電磁波放射機構と、プラズマ処理室に電磁波
を投入するための誘電体窓と、該プラズマ処理室内に被
処理基板を戴置するための基板電極と、プラズマ処理室
を所定の圧力、ガス雰囲気に制御するための真空排気系
およびガス導入系と、を備え、一定の位相差で励振され
る給電点を複数備えたアンテナを用いてプラズマ発生用
電磁波をプラズマ処理室に投入するように構成したこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、静磁界を被処理基板に略垂直に印加する機構を備え
たことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、プラズマ処理室に電磁波を投入するための
誘電体窓に概略接して複数の給電点により励振されるア
ンテナを配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、一定の位相差で励振される給電点が、１８
０度の位相差を有することを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項５】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、一定の位相差で励振される給電点をＮ個
（Ｎは３以上の整数）有し、隣り合う給電点の位相差が
３６０／Ｎ度であることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項６】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、位相差の形成に給電点までの長さが異なる
導波路を用いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、位相差の形成にコンデンサ、コイルなどの
受動電気回路素子を用いたことを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項８】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、位相差の形成に位相制御された複数の高周
波電源を用いたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】請求項１または２記載のプラズマ処理装
置において、アンテナ部がプラズマ処理室に直接露出し
ていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】請求項１または２記載のプラズマ処理
装置において、プラズマ発生に使用する電磁波の周波数
が１ＧＨｚ以下、１０ＭＨｚ以上であることを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項１１】請求項１または２記載のプラズマ処理
装置において、アンテナから放射される電磁波が円偏波
となることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】請求項１１記載のプラズマ処理装置に
おいて、静磁界の印加機構を備え、該静磁界の向きに対
し電界が右向きに回転することを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項１３】電磁波によりプラズマを発生するプラ
ズマ処理装置において、プラズマ発生用電磁波の発生装
置と、プラズマ処理室と、プラズマ処理室に電磁波を投
入するための電磁波放射機構と、プラズマ処理室に電磁
波を投入するための誘電体窓と、該プラズマ処理室内に
被処理基板を戴置するための基板電極と、プラズマ処理
室を所定の圧力、ガス雰囲気に制御するための真空排気
系およびガス導入系と、を備え、プラズマ発生用電磁波
が出力ポートから出力され、前記出力ポートが略正方形
状に配置され、互いに隣り合う出力ポートから出力され
る電磁波の位相差があり、前記出力ポートに接続された
アンテナを用いて前記プラズマ発生用電磁波をプラズマ
処理室に投入するように構成したことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項１４】請求項１３記載のプラズマ処理装置に
おいて、４つの出力ポートからなり、電磁波の位相差が
略１８０度となることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】電磁波によりプラズマを発生し該発生
したプラズマにより被処理基板を処理するプラズマ処理
方法において、プラズマ発生用電磁波を略正方形状に配
置された４つの出力ポートから出力する工程と、互いに
隣り合う出力ポートから出力される電磁波の位相差を略
１８０度とする工程と、前記出力ポートに接続されたア
ンテナを用いて前記プラズマ発生用電磁波をプラズマ処
理室に投入する工程とを有し、被処理基板を処理するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１６】電磁波によりプラズマを発生するプラ
ズマ処理方法において、プラズマ発生用電磁波を発生す
る工程と、該発生した電磁波をプラズマ処理室に投入す
る工程と、該プラズマ処理室内に被処理基板を戴置する
工程と、該戴置した被処理基板を発生したプラズマによ
り処理する工程と、プラズマ処理室を所定の圧力、ガス
雰囲気に制御する工程と、一定の位相差で励振される給
電点を複数備えたアンテナを用いてプラズマ発生用電磁
波をプラズマ処理室に投入する工程とを具備することを
特徴とするプラズマ処理方法。