JP3640420B2

JP3640420B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3640420B2
Application number: JP30695494A
Authority: JP
Inventors: 憲一高木
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: JPH08138888A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマＣＶＤおよびプラズマエッチングに適したプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の例として、図３１を参照してＥＣＲプラズマ処理装置を説明し、図３２と図３３を参照してＴＣＰ(Transformer Coupled Plasma)処理装置を説明する。各図において、実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【０００３】
図３１において、放電チャンバ１１と処理チャンバ１２は金属製真空容器で一体的に形成され、両チャンバ１１，１２は連通され、図示しない排気機構によって所要の減圧レベルに排気される。また減圧状態にある処理チャンバ１２と放電チャンバ１１内には、図示しないガス導入機構を介して反応ガス１３が導入される。放電チャンバ１１内には、導波管１４を介して導かれたマイクロ波電力がマイクロ波電力導入窓（誘電体で形成される）１５を通して導入される。また放電チャンバ１１の周囲には磁場印加用コイル１６が配置され、このコイル１６によって放電チャンバ１１にＥＣＲ条件を満たす磁場が印加される。プラズマ中の電子は、マイクロ波導入窓１５から導入されたマイクロ波（電場）とコイル１６による磁場の相互作用により加速される。放電チャンバ１１内に導入された反応ガスの分子または原子は、加速された電子と衝突して励起エネルギを得、プラズマを発生する。プラズマ内に存在する活性種は、処理チャンバ１２内に移動し、基板保持機構１７上に配置された基板１８の表面を処理する。
【０００４】
また図３２において、図３３に示すような渦巻き状同心円群からなる平面状アンテナ２１が、処理チャンバ１２の上壁の設けられた高周波電力導入窓２２の大気側に載置されている。アンテナ２１には整合回路２３から高周波電力が供給される。反応ガス１３は、図示しないガス導入機構により処理チャンバ１２内に供給される。アンテナ２１に高周波電力を供給すると、アンテナ２１の電流通路に高周波電流が流れる。このとき、高周波電流により電流通路周囲に振動磁場が形成される。この振動磁場は高周波電力導入窓２２を透過して処理チャンバ１２内に導入される。このとき、この振動磁場により誘導電場が処理チャンバ１２内に誘起される。処理チャンバ１２内の電子は、この誘導電場により加速される。反応ガスの分子または原子は、加速された電子と衝突することにより励起エネルギを得て、プラズマが発生する。プラズマ内に存在する活性種は、基板保持機構１７に配置された基板１８の表面を処理する。
【０００５】
プラズマ処理装置の処理様式には、複数枚の基板をまとめて同時に処理するバッチ式と基板を一枚ずつ処理する枚様式があるが、処理様式については従来次のような傾向がある。近年の電子部品加工では生産性を高めるため、基板の大口径化が進められており、基板の大口径化が進むと、バッチ式の処理装置では規模が大きくなり占有面積が大きくなるので、現在枚様式の処理装置が主流となっている。しかし、枚様式の処理装置では、基板一枚ずつの処理速度を上げ、単位時間当りの処理枚数を増加させることが要求される。このため、現在のところ、従来のプラズマよりも活性の高い活性種をより多く発生させる高密度プラズマを用いた高速プラズマ処理装置が開発されている。高密度プラズマとして例えば前述のＥＣＲプラズマおよびＴＣＰ（特開平３−７９０２５号）、さらにヘリコンプラズマ等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高密度プラズマは、以下のような問題点がある。
【０００７】
ＥＣＲプラズマでは、マイクロ波(2.45GHz）に対して、プラズマ発生機構に定常的な磁場(875Gauss)を印加する必要があり、このため、磁場印加用に前記コイル１６または永久磁石が用いられる。コイル１６を用いる場合、プラズマ発生機構の大型化に従ってコイル１６も大型にする必要性があり、処理装置の大型化は避けられない。また永久磁石を用いる場合には、プラズマの発生する熱による磁石の劣化や経時変化による磁石の劣化により、プラズマ処理の再現性が低下するという不具合がある。
【０００８】
ＴＣＰでより大口径のプラズマを得る場合、平面状アンテナ２１の巻き数を増加することが最も容易な方法である。しかし、巻き数を増加させた場合、アンテナ部分の経路が長くなり、高周波電力の減衰のため、前記平面状アンテナの面内において誘導電場の均一性を保つことが容易でない。またＴＣＰにおいて巻き数を増した前記平面状アンテナの面内でプラズマの均一性を保つためには、構成している各輪の間隔を変化させることで対応可能と考えられる。この間隔が適当な幅より狭い場合には、そこに発生する誘導電場が強く、プラズマ密度が上昇する。そして、この間隔が適当な幅より広い場合には、そこに発生する誘導電場が弱く、プラズマ密度は低下する。従って、この間隔を適当な幅に調整することが難しく、大面積で均一なプラズマを生成することが難しい。
【０００９】
また、平面状アンテナは誘導成分（Ｌ）とプラズマとアンテナの間に生じる容量成分（Ｃｐ）を持つ。そして整合回路における共鳴条件は、ω²＝１／ＬＣで満たされる。ωは高周波電力の周波数、Ｃは、Ｃｐと、このＣｐに対し並列である整合回路の整合調整用の容量成分（ＣＴ）との和である。平面状アンテナの巻き数を増加させた場合、ＬとＣｐは大きく、Ｃは小さくなる。従って、共鳴条件を満たすためにはＣＴが小さくなることが必要である。そして、これは整合回路のＱ値が大きくなり、整合のとれる幅が小さくなることを示しており、実質的に整合が難しくなることである。平面状アンテナの巻き数の増加で大口径に対応させた場合、整合回路の共鳴条件を満たすことが技術的に難しくなり、大面積で均一なプラズマを生成することが難しい。
【００１０】
ヘリコンプラズマでは、放電チャンバと処理チャンバを備える前述のＥＣＲプラズマ処理装置と類似した装置構造を利用し、放電チャンバから処理チャンバへのプラズマの引出しを拡散によって行い、基板の処理を行う。ヘリコンプラズマを生成する場合にも、定常的磁場を印加する必要があるので、放電チャンバ等の大型化を図る場合、ＥＣＲプラズマの場合と同様な問題が発生する。さらに、放電チャンバの口径を単純に大型化した場合には、高周波電力を導入するアンテナ近傍に強い振動電場ができるため、プラズマの生成はアンテナ近傍でのみ行われることになる。従って、放電チャンバ内でのプラズマ密度の分布は、アンテナ近傍でプラズマ密度が高くなり、中央に向うほどプラズマ密度が低くなるという傾向が生じる。処理チャンバの体積を十分に大きくすることが可能な場合には、拡散の作用によりプラズマ密度の均一性を改善できる。しかし、現在のプラズマ処理装置では装置の大きさを小さくすることが要求されている。従って、放電チャンバの単純な大口径化では基板の大口径化に対応できないという欠点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を解決するため、占有体積が小さく、大面積にわたり均一性の良好なプラズマを発生し、被処理基板の大口径化に容易に対応できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、上記の目的を達成するため、周波数を有する電力（好ましくは高周波電力）を内部に導入するための例えば誘電体で作られた窓部を備えた基板処理用容器（内部を真空にし得る容器）と、窓部の外側に配置される電力放射手段（アンテナ）と、電力放射手段に電力を供給する電力供給手段（整合回路）とを備え、電力放射手段は電力を分割して導入する複数の分岐通電部と当該複数の分岐通電部のそれぞれへ電流を流すための２本の電流供給通路とを含み、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置であり、２本の電流共通通路のそれぞれは電力供給手段と接続される給電点を有し、複数の分岐通電部は並列に配置され、２本の電流供給通路のそれぞれと複数の分岐通電部との接続位置に基づいて決まる電流供給路の長さに応じて複数の分岐通電部の各々の表面積を決め、これにより複数の分岐通電部の各々は、一方の電流供給通路の給電点から他方の電流供給通路の給電点までの各分岐通電部を含んで成る電流路部分のインピーダンスが等しくなるように形成される。なおプラズマ処理装置であることから、当然のことながら、その他に、処理対象である基板を保持するための基板保持機構、プラズマを生成するための反応ガスを導入する機構、容器内を所要の減圧状態にする排気機構等を備えている。
【００１３】
前記の構成において、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される等間隔で平行な直線状通電部であって同じ長さおよび表面積を有し、かつ複数の分岐通電部で形成される矩形平面領域で２つの給電点が対角線位置にある。
【００１４】
前記の構成において、好ましくは、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される平行な直線状通電部であって、２本の電流供給通路における給電点と複数の分岐通電部の接続位置との位置関係に応じて表面積を異ならせる。
【００１５】
前記の構成において、好ましくは、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される通電部であって、窓部と垂直な方向の高さまたは窓部に平行な方向の幅を異ならせることにより表面積を異ならせる。
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置は、周波数を有する電力を内部に導入するための窓部を備えた基板処理用容器と、窓部の外側に配置される電力放射手段と、電力放射手段に電力を供給する電力供給手段とを備え、電力放射手段は電力を分割して導入する複数の分岐通電部を含み、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置であり、複数の分岐通電部は放射状に配置され、かつ周縁部になるほど幅が広くなるように形成され、複数の分岐通電部の各々の間の間隔が一定幅であるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
前記の構成において、放射状に配置された複数の分岐通電部は渦形状を有することを特徴とする。
【００１８】
前記の構成において、放射状に配置された前記複数の分岐通電部の周縁先部がさらに分割された形状を有する。
【００１９】
【作用】
本発明では、電力放射手段すなわちアンテナに高周波電力を与えると、アンテナの各分岐通電部すなわち各電流通路に大きさと位相の実質的に等しい高周波電流が流れる。各電流通路での通電で形成される振動磁場を合成すると、アンテナに平行な振動磁場が、アンテナ上で良好な均一性で得られる。
【００２０】
窓部すなわち高周波電力導入窓に設けられた前述のアンテナに高周波電力を与えると、振動磁場は高周波電力導入窓を透過し、所定の減圧状態にある基板処理用の容器内の既に供給された反応ガスに導入される。反応ガス内に存在する電子は、振動磁場を打ち消そうとして生成された誘導電場により加速される。加速された電子は、反応ガス分子との衝突により反応ガスを活性化し、プラズマを生成する。プラズマ状態になることによって活性化された反応ガスに基づき、基板保持機構に載置された基板の表面を処理する。このとき、本発明によるアンテナで得られた均一な振動磁場により均一なプラズマが得られ、このため基板の表面で均一な処理が行われる。
【００２１】
加速された電子の運動エネルギを効率よくプラズマ生成・維持に利用するためには、誘導電場が容器と交差することを極力避けることが望ましい。従って、アンテナを複数個配置し、誘導電場の容器と交差するまでの距離を延長し、または完全に閉じた振動電場の輪を形成することによって、容器と交差しないようにする。これにより容易なプラズマの生成・維持が可能になる。
【００２２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１〜図６は、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施例を示す。各図において、前述の図３１〜図３３で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。本実施例によるプラズマ処理装置では、高周波電力導入窓の上に複数の直線状電流通路が平行に並列配置されてなるすだれ状の平面状アンテナが配置される。
【００２４】
３１は内部に処理チャンバ１２が形成されかつ内部を所要の真空状態（減圧状態）にして使用される真空容器、１７は処理チャンバ１２内に配置される基板保持機構、１８は基板保持機構１７上に載置される被処理基板（以下基板という）、２２は処理チャンバ１２の上壁に形成された高周波電力導入窓、３２は高周波電力導入窓２２の上に設けられた平面状アンテナ（以下アンテナという）である。アンテナ３２は周波数を有する電力（例えば１３．５６MHz の高周波電力）を処理チャンバ１２内に供給する電力放射手段であり、図２に示すごとく複数の直線状電流通路３３が平行に並列配置されている電流通路群を持つアンテナである。高周波電力導入窓２２を設けた処理チャンバ１２の内部に、高周波電力導入窓２２に対向して設置された基板保持機構１７が設置されている。基板保持機構１７の上に、処理対象である基板１８が載置されている。真空容器３１には、処理チャンバ１２内を真空排気するための真空排気機構（図示せず）と、処理チャンバ１２内に必要な反応ガス１３を導入する反応ガス導入機構（図示せず）が付設される。
【００２５】
上記プラズマ処理装置では、処理チャンバ１２内を油回転ポンプ、油拡散ポンプ等の真空排気機構により一度真空排気した後、反応ガス導入機構により反応ガスを処理チャンバ１２に導入しながら、同時に真空排気して所定の減圧状態を保ち、さらにアンテナ３２に高周波電力を印加して処理チャンバ１２内に高周波放電を発生させる。これにより、処理チャンバ１２内に導入された反応ガスは活性化され、この活性種により基板保持機構１７に載置された基板１８の表面を処理する。
【００２６】
アンテナ３２は、図２に示すように、平行に並列配置された複数本の電流通路３３からなる電流通路群と、電流通路群の両側に配置されかつこの電流通路群に高周波電流を供給する電流供給通路３４から形成される。各電流通路３３は同じ長さと表面積を有しかつ好ましくは等間隔で配置されている。整合回路２３から供給される高周波電流は電流供給通路３４に与えられ、電流供給通路３４から電流通路群に供給された高周波電流は分割され、分岐された各電流通路３３に流れる。各電流通路３３を流れる高周波電流によって振動磁場が生成され、この振動磁場によって誘導電場が誘起され、この誘導電場によって処理チャンバ１２内の電子が加速される。これにより処理チャンバ１２内の原子および分子が励起され、プラズマが生成・維持される。
【００２７】
複数の電流通路３３のそれぞれに高周波電流が流れることによって発生する振動磁場および誘導電場を図３および図４に従って説明する。図３は電流通路群の一部の平面拡大図、図４は図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】図３および図４において、アンテナ３２に高周波電流を供給すると、アンテナ３２の各電流通路３３にはそれぞれ同一方向に大きさと位相が実質的に等しい高周波電流３５が流れる。このため、各電流通路３３の周囲に形成された振動磁場３６の回転方向はすべて同一方向で、その強さはほぼ等しい。従って、各電流通路３３の周囲に形成された振動磁場３６を合成すると、高周波電力導入窓２２に平行な成分が相対的に大きくなった振動磁場３７となる。なお、平面状アンテナ３２の寸法が例えば160mm ×180mm で、複数の電流通路３３の配列方向の長さが160mm である場合に、両端に位置する電流通路３３の間で位相が１〜２度ずれる。また電流通路３３の配列方向の長さが例えば320mm であると、両端に位置する電流通路３３の間で位相が２〜４度ずれる。
【００２９】
上記アンテナ３２が高周波電力導入窓２２上に設けられると、振動磁場３６は高周波電力導入窓２２を透過し、減圧状態にある処理チャンバ１２内において高周波電力導入窓２２に平行な成分を有する振動磁場３７を生成する。合成された振動磁場３７の時間変化によって、誘導電場３８が誘起される。この誘導電場３８は反応ガス内に存在する電子の加速を引き起こす。加速された電子は、反応ガス分子との衝突により反応ガスを励起してイオン化しプラズマを生成する。
【００３０】
アンテナ３２では、生成されるプラズマが均一となるように、並列配置された複数の電流通路３３の間隔が適切に設定される。かかる構造を有するアンテナ３２によって、処理チャンバ１２内のプラズマが生成、維持される。なお本実施例では、アンテナ３２では各電流通路３３の間隔を一定にし、振動磁場３６における当該間隔に形成される高周波電力導入窓２２に垂直な成分を最小にしている。これにより、合成された振動磁場では高周波電力導入窓２２に平行な成分を有する振動磁場３７が相対的に強くなるため、合成された振動磁場３７を高周波電力導入窓２２に平行に近づけ、プラズマの均一性を良好に保つことができる。
【００３１】
上記第１の実施例によるアンテナ３２に定常直流電流を流した場合に、生成される定常磁場の方向を図５に示し、定常磁場強度の分布を図６に示す。図５と図６において、２２は高周波電力導入窓、３２はアンテナ、３３は電流通路、３４は電流供給通路である。図５では矢印を用いてベクトルで定常磁場の方向を示している。図６では、濃淡（斜線の線の密度）の領域で区分けすることによって定常磁場強度を示している。各領域の濃度が濃くなるにつれて磁場の強度が高くなる。
【００３２】
プラズマ生成に実際に必要なのは、高周波電流により生成される振動磁場３７が誘起する誘導電場３８である。そこで、アンテナ３２に定常直流電流を流し、それによって生成される定常磁場の方向および強度分布を計算することで、誘導電場３８の均一性を予測する。
【００３３】
図５および図６では、一例として平面状アンテナ３２の寸法は160mm ×180mm の矩形として計算を行い、アンテナ３２の位置と高周波電力導入窓２２（例えば厚さ20mm）を計算結果に重ねて示している。図６で、最も濃い色で示した領域を、最大磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色が淡くなる（斜線の線密度が小さくなる）ごとに最大磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域である。
【００３４】
図５で、高周波電力導入窓２２より下の領域におけるアンテナ３２の直下では定常磁場の向きが高周波電力導入窓２２にほぼ平行になっている。さらに図６で高周波電力導入窓２２より下の領域におけるアンテナ３２の直下では、定常磁場強度はほぼ等しい。このことから、アンテナ３２により生成されるプラズマが良好な均一性であることが理解される。
【００３５】
大面積の基板を処理するためのプラズマの生成することに対しては、上記のアンテナ３２自体を大型化すること、またはアンテナ３２を複数個配置することにより対応することができる。単純に大型化されたアンテナ３２を用いる場合、各アンテナの個体差によるプラズマの均一性が問題となることが予想される。均一性の悪化を最小に抑えるためには、電流通路群を形成する電流通路３３の数を増やすことで対処できる。しかし、電流通路３３の数を増やすと、分岐数が増えることになるので各電流通路３３を流れる高周波電流が減少する。このため、各電流通路に流れる高周波電流により誘起される誘導電場が弱くなり、大面積のためのプラズマの生成効率は低下する。
【００３６】
しかし、複数個の規格化されたアンテナ３２の直列接続または並列接続の組合せでは、各アンテナ３２の配置を調整することにより、生成された大面積プラズマの均一性を容易に向上することができる。特に、直列にアンテナ３２を組み合わせた場合、大面積プラズマの生成効率の低下を最小に抑えることができる。
【００３７】
図７は本発明の第２の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例では、前述のアンテナ３２を４つ配置し、これらのアンテナ３２を電気的に接続する。詳しくは、図７において、上側の２つのアンテナ、下側の２つのアンテナで、それぞれ直列に接続し、かつ上側と下側では並列の接続となっている。このようにアンテナ３２を４つ配置することにより、大面積プラズマの生成に対応できる。本実施例では、それぞれ同一構造を有する前記アンテナ３２を４つ配置したが、アンテナの数を適宜増加することで、より大面積のプラズマの生成に容易に対応することできる。
【００３８】
図８は本発明の第３の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例では、４つのアンテナ３２を環状に配置して全体として広い面積領域に配置し、かつ４つのアンテナ３２をすべて直列に接続した場合の例を示す。この配置によって４つのアンテナ３２が形成する高周波電流導入窓２２に平行な振動磁場３７は閉じるように形成される。本実施例の構成によれば、第２の実施例と同様に、大面積プラズマの生成に対応することができる。
【００３９】
また上記構成において、各アンテナ３２の間に例えばコンデンサ４１を設け、隣合うアンテナ３２との間に適当な位相差を作ることによって、プラズマ中の電子を高周波電力導入窓２２に平行な平面内で回転させながら加速することができる。これにより、加速された電子が真空容器３１の内壁面に衝突してその運動エネルギが損失することを防ぐことができ、プラズマを容易に生成・維持できる。なおコンデンサ４１の代わりにコイルを用いてアンテナ３２間の位相差を作ることもできる。また本実施例では、それぞれ同一の構造を有するアンテナ３２を４つ配置したが、その数を適宜増加することで、より大面積のプラズマの生成に対応できる。
【００４０】
図９は上記第３の実施例によるアンテナ３２を備えたプラズマ処理でプラズマを生成した場合の電子の回転運動を示す。各アンテナ３２の間のコンデンサ４１により各アンテナ間の位相差をπ／２とした場合、各アンテナ３２が形成する誘導電場で強い誘導電界を持つ部分がπ／２ごとに移動する。このときの強い誘導電場の方向は、プラズマ中の電子をπ／２後に強い誘導電場が形成されるアンテナの方向に加速する方向である。誘導電場は、各アンテナ３２を設けている高周波導入窓２２と平行な平面内で回転する。プラズマ中の電子群４２は、回転する誘導電場により高周波電力導入窓２２と平行な平面内で回転する。これにより、プラズマ中の電子は、真空容器３１等との衝突による損失を最小に抑えることができ、プラズマの生成・維持を容易に行える。
【００４１】
図１０は本発明の第４の実施例を示す。この実施例では、第３の実施例で説明したアンテナの構造において、その外周にさらに複数のアンテナ３２を配置し、合計で１６個のアンテナを用いて構成している。本実施例によれば、第３の実施例で説明した原理と同一の原理によって大面積のプラズマを発生させることができる。
【００４２】
図１１は本発明の第５の実施例を示すアンテナ部分の外観斜視図である。この実施例によるアンテナ４３は、前述した各実施例の平面的形態のアンテナにおいて、各電流通路をコ字型にし、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離した構造を有する。アンテナ４３において４４はコ字型に折り曲げられた電流通路である。プラズマの生成および維持は、振動磁場で誘起される誘導電場３８により加速された電子の運動エネルギが反応ガスの分子または原子の励起することで、行われる。従って、処理チャンバ２１内に形成される誘導電場の強度を均一にすることで、良好な均一性を有するプラズマが生成される。本実施例によれば、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離すことで、処理チャンバ２１内に発生する振動磁場の均一性を良好にできる。
【００４３】
図１２と図１３に基づき第５の実施例に係るアンテナ４３の作用を説明する。図１２は図１１におけるＢ−Ｂ線の一部断面図、図１３は同図におけるＣ−Ｃ線の一部断面図である。本実施例に係るアンテナ４３の特徴は、前述のごとく、電流通路群によって処理チャンバ１２内に生成され合成された振動磁場を均一にするため、アンテナ４３の給電部すなわち電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離したことにある。
【００４４】
本実施例の電流供給通路３４は各電流通路４４と垂直に交わる。このため、電流供給通路３４に流れる高周波電流で形成される振動磁場４５は、電流通路群に流れる高周波電流により形成される振動磁場における高周波電力導入窓２２に平行な成分３７と垂直になっている。また上記振動磁場４５は、給電点４６から遠い場所ほど弱くなっている。これは、図１３に示すごとく給電点４６から供給された高周波電流３５が矢印に示すごとく流れると、電流供給通路３４に流れる高周波電流は各電流通路４４によって分割して流れるため、給電点４６から離れるに従って少なくなるからである。従って、前述の実施例のアンテナ３２の場合には、給電点近傍の電流供給通路３４に流れる高周波電流によって形成される振動磁場が強いために、この近傍でのプラズマの密度が高くなる。これに対して本実施例のアンテナ４３の場合、電流供給通路３４に流れる高周波電流によって形成される振動磁場４５を処理チャンバ内で低く抑えることができる。この結果、高周波電力導入窓２２を通して処理チャンバ１２内に生成された振動磁場の均一性は良好となり、アンテナ４３の高周波電力導入窓２２に接した部分では均一なプラズマを生成することができる。
【００４５】
上記２つのアンテナ３２，４３の作用の違いを比較するために、アンテナ３２，４３を用いて定常磁場強度の計算を行った例を、それぞれ、図１４と図１５、図１６と図１７に示す。図１４と図１６は断面図、図１５と図１７は定常磁場強度の分布を示した平面図をそれぞれ示す。
【００４６】
図１４と図１５では、アンテナ３２に定常の直流電流を流した場合に生成される定常磁場強度の計算例を示す。平面状アンテナ３２の寸法は160mm ×180mm の矩形として計算を行い、アンテナ３２の位置を計算結果に重ねて記載した。この計算結果では、アンテナ３２を高周波電力導入窓２２に配置した状態においてアンテナ３２の下端から30mm離れた位置での定常磁場強度の分布を示している。図１５で定常磁場強度は濃淡（斜線の線の密度の違い）により示している。最も濃い色で示した領域を最大定常磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色の淡くなるごとに、最大定常磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域とした。全体として、最大磁場強度の領域４７は、２つの給電点４６を結ぶ対角線上に沿う形で分布しており、給電点４６の近傍で定常磁場強度が強くなっていることを示している。アンテナ３２の直下においても最大定常磁場強度の５割程度の定常磁場強度の減少が観察された。
【００４７】
図１６と図１７では、アンテナ４３に定常の直流電流を流した場合に生成される定常磁場強度の計算例を示す。アンテナ４３の高周波電力導入窓２２に設置した部分の寸法を160mm ×180mm の矩形として、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から100mm 離した例を示す。アンテナ４３を高周波電力導入窓２２に配置した状態において、アンテナ４３の下端から30mm離れた位置での定常磁場強度の分布を示している。なお図１７では、アンテナ４３の配置も計算結果に重ねて記載した。磁場強度は濃淡により示している。最も濃い色で示した領域を最大定常磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色の淡くなるごとに最大定常磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域とした。アンテナ４３の直下では、最大定常磁場強度の３割の定常磁場強度の減少に抑えられている。そして、最大定常磁場強度の領域は、給電点４６の近傍、または２つの給電点を結ぶ対角線上に偏らず、並列の直線電流通路群の各電流通路４４のほぼ直下に位置している。アンテナ３２が生成する磁場強度の均一性に比較して、アンテナ４３の有する形状に基づいて給電点４６の影響を最小限に抑えることができ、処理チャンバ１２内で磁場強度の均一性を向上できることが理解される。以上のことから、アンテナ４３によって生成されるプラズマは、アンテナ４３に比較して良好な均一性を有する。
【００４８】
なお第５の実施例によるアンテナ４３についても、より大面積のプラズマを生成するには、第２、第３または第４の各実施例と同様に、複数のアンテナ４３を組み合せることによって対応することができる。
【００４９】
図１８は本発明の第６の実施例のアンテナ部分の外観斜視図である。この実施例では、平面状アンテナ３２の電流通路群における直線電流通路３３のそれぞれにおいて、表面積を異ならせるように形成した。アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の中心軸（電流供給通路３４の中央の位置）上に設定された給電点（または接地点）５１から離れるに従って表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスがいずれも電流通路によらず等しくなるように表面積が決定される。
【００５０】
上記実施例で各電流通路の表面積は、高周波電力導入窓２２と接触する面の面積を変えることで変化させている。これにより電流通路群の各電流通路３３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。好ましくは、第５の実施例と同様に、電流通路群に交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナ３２の組み合せることで対応できる。
【００５１】
図１９に本発明の第７の実施例を示す。本実施例によるアンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の端部に設けられた給電点（または接地点）５１から離れるに従って表面積の広いものとし、アンテナ３２における給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、高周波電力導入窓２２と接触する面の面積を変えることで調整する。これにより電流通路群の各電流通路に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５２】
また第５の実施例と同様に、電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることも好ましい。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例の場合と同様に、複数のアンテナ３２を組み合せることで対応できる。
【００５３】
図２０に本発明の第８の実施例を示す。この実施例では、第７の実施例によるアンテナ３２を２つ組み合わせてなるアンテナを示す。この実施例のアンテナでは、図２０中の手前側の電流供給通路３４は２つのアンテナ３２の間で接続されている。この実施例でも、第５の実施例と同様に、電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、さらなる大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナの組み合せることで対応できる。
【００５４】
図２１と図２２に本発明の第９の実施例を示す。図２１はアンテナ部の外観斜視図、図２２は図２１におけるＤ−Ｄ線断面図である。この実施例では、平行な直線電流通路３３が並列配置された電流通路群を持つアンテナ３２において、各電流通路３３が、アンテナ３２の中心軸上にある給電点５１から離れるに従い表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路３３のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、高周波電力導入窓２２と垂直な方向に各電流通路の高さを変えることで調整される。これにより、電流通路群の各電流通路に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５５】
本実施例において、好ましくは、第５の実施例と同様に電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることでプラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることで対応できる。
【００５６】
図２３と図２４に本発明の第１０の実施例を示す。図２３はアンテナ部の外観斜視図、図２４は図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。本実施例では、アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の中心軸上にある給電点５１から離れるに従って表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路３３のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、各電流通路の幅を変えることで調整される。なお図に示すように、各電流通路を折り曲げることでアンテナの高さを低くすることもできる。これにより電流通路群の各電流通路３３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５７】
本実施例の場合も、好ましくは、第５の実施例と同様に電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることで対応できる。
【００５８】
図２５は本発明の第１１の実施例を示すアンテナ平面図である。本実施例による平面状アンテナ３２は、並列に配列された複数の曲線電流通路５２で構成される電流通路群を有する。アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路５２は、給電点（または接地点）から離れるに従って幅の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスを等しくしている。これにより、電流通路群の各電流通路５２に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができ、均一性の良好なプラズマを生成することができる。
【００５９】
図２６は本発明の第１２の実施例を示すアンテナ平面図である。本実施例で、電流通路群を持つ平面状アンテナ３２は、電流通路群の各電流通路５３が、線状位置に配置された２つの電流供給通路３４を中心軸として両側に対称的に配置され、かつ各電流通路５３はコ字型に折曲され、さらに外側になるに従って幅の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路５３のインピーダンスが等しくなっている。これにより各電流通路５３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくし、均一性の良好なプラズマを生成することができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることにより対応できる。
【００６０】
図２７は本発明の第１３の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例による平面状アンテナ５４では、放射状に配置された複数の電流通路５５から構成される電流通路群を備える。アンテナ５４は、点対称である放射状平面状アンテナであり、各電流通路５５は扇型の形状を有する。各電流通路５５は周縁部になるほど幅が広くなる。整合回路２３の２つの出力端子は、１つの出力端子がアンテナ５４の中心部に接続され、他の出力端子が複数の電流通路５５のそれぞれの周縁部に接続される。従って電流通路５５は放射状に配置されると共に、電気回路的には並列に接続されている。
【００６１】
本実施例のアンテナ５４の作用を説明するために、アンテナ５４の電流通路群の一部断面図を図２８に示す。アンテナ中央部からアンテナ５４に高周波電流を供給すると、放射状に配置された各電流通路５５には中心部から周縁部に向かって高周波電流が流れる。このため、放射状に配置された各電流通路５５の周囲に形成される振動磁場３６の回転方向は、同一の方向になる。また、放射状である各電流通路５５の間隔を一定とすることにより、当該間隔に生じる合成された振動磁場の高周波電力導入窓２２に垂直な成分を互いに打ち消すようにした。従って、放射状の各電流通路５５の周囲に形成された振動磁場３６を合成すると、高周波電力導入窓２２の面にほぼ平行な成分３７を持つ同心円状の振動磁場が形成される。放射状平面状アンテナ５４が高周波電力導入窓２２の上に設けた場合、振動磁場３６は高周波電力導入窓２２を透過し、真空容器３１内にて図２８に示す方向に同心円状の合成された振動磁場３７を発生させる。合成された振動磁場３７の時間変化は、誘導電場３８を誘起する。そして、この誘導電場３８は、反応ガス内に存在する電子を加速させ、合成された振動磁場３７を打ち消そうとする。加速した電子はプラズマを生成する。
【００６２】
図２９は本発明の第１４の実施例を示すアンテナ平面図であり、図２７に示したアンテナ５４を変形したものである。複数の電流通路が放射状となった電流通路群を持つアンテナ５４おいて、各電流通路５５の周縁先部がさらに２つの部分５５ａに分割された構造を有する。各電流通路５５の各部分５５ａが整合回路２３の１つの出力端子に接続される。プラズマの生成、維持の作用は、第１３の実施例の場合と同様である。しかし、第１３の実施例による放射状平面状アンテナ５４によって大面積プラズマを生成する場合には、電流通路群の各電流通路５５の幅は、点対称の中心から離れるに従って広くなっているため、各電流通路５５に流れる高周波電流の分布が不均一になる。従って、高周波電流が形成する合成された振動磁場の強度が同一半径上において不均一になる。各電流通路５５において高周波電流が多く流れる部分では振動磁場が強くなるために、生成されるプラズマの同一半径上での均一性の悪化を引き起こす。そこで、各電流通路５５の周縁部をさらに２つの部分５５ａに分割し、電流通路に流れる高周波電流の差を最小とする。これにより、各電流通路５５の末端に流れる高周波電流が均一となり、プラズマの同一半径上の均一性を向上させることができる。本実施例では、各電流通路５５は１箇所の分割としたが、より大面積のプラズマの生成に対しても数回分割することで対応できる。
【００６３】
図３０は本発明の第１５の実施例をアンテナ平面図である。本実施例によるアンテナ５６は、並列に配置された複数の電流通路５７を放射状でかつ部分的な渦形状を有するように形成した電流通路群を持ち、電流通路群の各電流通路５７が末端部になるに従ってさらに分割されている点対称な平面状アンテナである。プラズマの生成、維持は第１３の実施例と同様である。本実施例の各電流通路５７（分岐部分を含む）では一定範囲で幅を一定とするように形成されるため、同一半径上で振動磁場３６を均一に保つことができ、さらにプラズマの同一半径上の均一性を向上させることができる。また電流通路群の各電流通路５７は１箇所の分割としたが、より大面積のプラズマの生成に対しても数回分割することで対応できる。
【００６４】
前述した各実施例を任意に組み合せて本発明に係るアンテナを備えるプラズマ処理装置を構成できるのは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、大口径の基板処理チャンバの電力導入窓部に設けたにアンテナを、電力を分割して通電する複数の分岐通電部を含んで形成し、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が電力導入窓部に実質的に平行になるようにしたため、合成された振動磁場で誘導電場を誘起し、被処理基板の処理におけるプラズマの大面積化と均一性の向上を容易に得ることができ、また占有体積を小さくすることができる。特に、矩形の平面状アンテナによる矩形領域のプラズマを発生させるプラズマ処理装置は、大型化が進行している液晶基板等の矩形基板のプラズマ処理に対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の内部構造を示す構成図である
【図２】プラズマ処理装置の高周波電力導入窓に設けられたアンテナの第１実施例を示す外観斜視図である。
【図３】図２における一部拡大平面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線一部拡大断面図である。
【図５】第１実施例のアンテナに定常直流電流を流したときのアンテナ周囲の定常磁場の生成状態を示す方向分布図である。
【図６】第１実施例のアンテナに定常直流電流を流したときのアンテナ周囲の定常磁場の強度状態を示す強度分布図である。
【図７】アンテナの第２実施例を示す平面図である。
【図８】アンテナの第３実施例を示す平面図である
【図９】第３実施例によるアンテナの作用を説明するための図である。
【図１０】アンテナの第４実施例を示す平面図である。
【図１１】アンテナの第５実施例を示す外観斜視図である。
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】第１実施例のアンテナの一例を示す断面図である。
【図１５】図１４で示したアンテナによる定常磁場強度の分布を示す図である。
【図１６】第５実施例のアンテナの一例を示す断面図である。
【図１７】図１６で示したアンテナによる定常磁場強度の分布を示す図である。
【図１８】アンテナの第６実施例を示す外観斜視図である。
【図１９】アンテナの第７実施例を示す外観斜視図である。
【図２０】アンテナの第８実施例を示す外観斜視図である。
【図２１】アンテナの第９実施例を示す外観斜視図である。
【図２２】図２１におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図２３】アンテナの第１０実施例を示す外観斜視図である。
【図２４】図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図２５】アンテナの第１１実施例を示す平面図である。
【図２６】アンテナの第１２実施例を示す平面図である。
【図２７】アンテナの第１３実施例を示す平面図である。
【図２８】第１３実施例のアンテナの作用を説明するための部分断面図である。
【図２９】アンテナの第１４実施例を示す平面図である。
【図３０】アンテナの第１５実施例を示す平面図である。
【図３１】従来のＥＣＲプラズマ処理装置の構成図である。
【図３２】ＴＣＰ処理装置の構成図である。
【図３３】ＴＣＰ処理装置に使用されるアンテナの平面図である。
【符号の説明】
１２処理チャンバ
１３反応ガス
１７基板保持機構
１８基板
２２高周波電力導入窓
３１真空容器
３２，４３アンテナ
５４，５６アンテナ
３３，４４電流通路
５２，５３電流通路
５５，５７電流通路
３４電流供給通路
３５高周波電流
３６，３７振動磁場
３８誘導電場[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for plasma CVD and plasma etching.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional plasma processing apparatus, an ECR plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. 31, and a TCP (Transformer Coupled Plasma) processing apparatus will be described with reference to FIGS. In the drawings, substantially the same elements are denoted by the same reference numerals.
[0003]
In FIG. 31, the discharge chamber 11 and the processing chamber 12 are integrally formed of a metal vacuum vessel, and both the chambers 11 and 12 are communicated and exhausted to a required decompression level by an exhaust mechanism (not shown). A reactive gas 13 is introduced into the processing chamber 12 and the discharge chamber 11 in a reduced pressure state via a gas introduction mechanism (not shown). Microwave power guided through the waveguide 14 is introduced into the discharge chamber 11 through a microwave power introduction window (formed of a dielectric) 15. A magnetic field application coil 16 is disposed around the discharge chamber 11, and a magnetic field that satisfies the ECR condition is applied to the discharge chamber 11 by the coil 16. Electrons in the plasma are accelerated by the interaction between the microwave (electric field) introduced from the microwave introduction window 15 and the magnetic field generated by the coil 16. The molecules or atoms of the reaction gas introduced into the discharge chamber 11 collide with the accelerated electrons to obtain excitation energy and generate plasma. The active species present in the plasma moves into the processing chamber 12 and processes the surface of the substrate 18 disposed on the substrate holding mechanism 17.
[0004]
In FIG. 32, a planar antenna 21 made of a spiral concentric group as shown in FIG. 33 is placed on the atmosphere side of the high-frequency power introduction window 22 provided on the upper wall of the processing chamber 12. High frequency power is supplied from the matching circuit 23 to the antenna 21. The reaction gas 13 is supplied into the processing chamber 12 by a gas introduction mechanism (not shown). When high frequency power is supplied to the antenna 21, high frequency current flows through the current path of the antenna 21. At this time, an oscillating magnetic field is formed around the current path by the high-frequency current. This oscillating magnetic field passes through the high-frequency power introduction window 22 and is introduced into the processing chamber 12. At this time, an induced electric field is induced in the processing chamber 12 by the oscillating magnetic field. Electrons in the processing chamber 12 are accelerated by this induction electric field. The molecules or atoms of the reaction gas collide with the accelerated electrons to obtain excitation energy, and plasma is generated. The active species present in the plasma treat the surface of the substrate 18 disposed in the substrate holding mechanism 17.
[0005]
There are two types of processing methods for plasma processing apparatuses, batch processing for processing a plurality of substrates at the same time and processing for processing substrates one by one. Conventional processing methods have the following tendencies. In recent electronic component processing, the substrate diameter has been increased to increase productivity. As the substrate diameter increases, the batch-type processing equipment becomes larger and occupies a larger area. Single-sheet processing equipment is the mainstream. However, it is required that the processing apparatus for a single sheet format increases the processing speed of each substrate and increases the number of processed sheets per unit time. Therefore, at present, a high-speed plasma processing apparatus using high-density plasma that generates more active species having higher activity than conventional plasma has been developed. Examples of the high-density plasma include the aforementioned ECR plasma and TCP (Japanese Patent Laid-Open No. 3-79025), and helicon plasma.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described high density plasma has the following problems.
[0007]
In the ECR plasma, it is necessary to apply a stationary magnetic field (875 Gauss) to the plasma generation mechanism with respect to the microwave (2.45 GHz). For this reason, the coil 16 or the permanent magnet is used for the magnetic field application. When the coil 16 is used, it is necessary to increase the size of the coil 16 in accordance with the increase in the size of the plasma generation mechanism, and the increase in the size of the processing apparatus is inevitable. Further, when a permanent magnet is used, there is a problem that the reproducibility of plasma processing is lowered due to the deterioration of the magnet due to the heat generated by the plasma and the deterioration of the magnet due to the change with time.
[0008]
When obtaining a plasma having a larger diameter by TCP, it is the easiest method to increase the number of turns of the planar antenna 21. However, when the number of turns is increased, the path of the antenna portion becomes long and the high frequency power is attenuated, so that it is not easy to maintain the uniformity of the induction electric field in the plane of the planar antenna. In addition, in order to maintain the plasma uniformity within the plane of the planar antenna having an increased number of turns in TCP, it can be considered that it can be handled by changing the interval between the constituent rings. When this interval is narrower than an appropriate width, the induced electric field generated there is strong and the plasma density increases. And when this space | interval is wider than a suitable width | variety, the induction electric field which generate | occur | produces there is weak, and a plasma density falls. Therefore, it is difficult to adjust this interval to an appropriate width, and it is difficult to generate a uniform plasma with a large area.
[0009]
The planar antenna has an inductive component (L) and a capacitive component (Cp) generated between the plasma and the antenna. The resonance condition in the matching circuit is ω²= 1 / LC. ω is the frequency of the high-frequency power, C is the sum of Cp and the capacitance component (CT) for matching adjustment of the matching circuit parallel to the Cp. When the number of turns of the planar antenna is increased, L and Cp are large and C is small. Therefore, CT needs to be small in order to satisfy the resonance condition. This indicates that the Q value of the matching circuit is increased and the width of matching is reduced, which makes it substantially difficult to perform matching. When the number of turns of the planar antenna is increased to cope with a large aperture, it is technically difficult to satisfy the resonance condition of the matching circuit, and it is difficult to generate a uniform plasma with a large area.
[0010]
In the helicon plasma, an apparatus structure similar to the above-described ECR plasma processing apparatus including a discharge chamber and a processing chamber is used, and a substrate is processed by extracting plasma from the discharge chamber to the processing chamber by diffusion. Even when generating the helicon plasma, it is necessary to apply a steady magnetic field, and thus, when the size of the discharge chamber or the like is increased, the same problem as in the case of the ECR plasma occurs. Further, when the diameter of the discharge chamber is simply increased, a strong oscillating electric field is generated in the vicinity of the antenna to which high-frequency power is introduced, so that plasma is generated only in the vicinity of the antenna. Therefore, the plasma density distribution in the discharge chamber tends to increase in the vicinity of the antenna and decrease toward the center. If the volume of the processing chamber can be made sufficiently large, the uniformity of plasma density can be improved by the effect of diffusion. However, current plasma processing apparatuses are required to reduce the size of the apparatus. Therefore, there is a disadvantage that a simple increase in the diameter of the discharge chamber cannot cope with an increase in the diameter of the substrate.
[0011]
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that generates a plasma having a small occupied volume and good uniformity over a large area and can easily cope with an increase in the diameter of a substrate to be processed. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention is a substrate processing container having a window portion made of, for example, a dielectric material for introducing power having a frequency (preferably high frequency power) into the inside thereof. (Container capable of evacuating the inside), power radiating means (antenna) disposed outside the window, and power supply means (matching circuit) for supplying power to the power radiating means. Multiple branch energization parts that are divided and introducedAnd two current supply passages for passing a current to each of the plurality of branch energization parts,A plasma processing apparatus in which an oscillating magnetic field generated by each of a plurality of branch energization sections is substantially parallel to the window section,Each of the two current common paths has a feeding point connected to the power supply means,A plurality of branch energization parts are arranged in parallel,TwoCurrent supply pathEach ofAnd determine the surface area of each of the plurality of branch energization parts according to the length of the current supply path determined based on the connection position of the plurality of branch energization parts,Thus, each of the plurality of branch energization units includes each branch energization unit from the feeding point of one current supply path to the feeding point of the other current supply path.It is formed so that the impedances of the current path portions are equal. In addition, since it is a plasma processing apparatus, as a matter of course, a substrate holding mechanism for holding a substrate to be processed, a mechanism for introducing a reactive gas for generating plasma, and a required pressure reduction in the container. It is equipped with an exhaust mechanism that puts it in a state.
[0013]
  In the above-described configuration, each of the plurality of branch energization portions is a linear energization portion that is arranged between two current supply passages and is equally spaced and has the same length and surface area, andIn a rectangular plane area formed by multiple branch energization partsTwo feeding points are at diagonal positions.
[0014]
  In the above configuration, preferably,Each of the plurality of branch energization units is a parallel linear energization unit arranged between the two current supply passages, and a connection point between the feeding point and the plurality of branch energization units in the two current supply passages. Different surface areas depending on the positional relationship.
[0015]
  In the above configuration, preferably, each of the plurality of branch energization units is an energization unit arranged between two current supply passages,In the direction perpendicular to the windowHeight orIn a direction parallel to the windowThe surface area is varied by varying the width.
[0016]
  A plasma processing apparatus according to the present invention includes a substrate processing container having a window for introducing power having a frequency therein, power radiating means disposed outside the window, and power to the power radiating means. Power supply means for supplying, the power radiating means includes a plurality of branch energization sections for dividing and introducing power, and the oscillating magnetic field generated by each of the plurality of branch energization sections is substantially parallel to the window section The plurality of branch energization portions are arranged radially and formed so that the width becomes wider toward the periphery, and the interval between each of the plurality of branch energization portions is a constant width. It is characterized by that.
[0017]
  The said structure WHEREIN: The several branch electricity supply part arrange | positioned radially has a spiral shape, It is characterized by the above-mentioned..
[0018]
  In the above configuration,The peripheral tip portions of the plurality of branch energizing portions arranged radially are further divided..
[0019]
[Action]
In the present invention, when high-frequency power is applied to the power radiating means, that is, the antenna, a high-frequency current having substantially the same magnitude and phase flows through each branch energization section of the antenna, that is, each current path. By synthesizing the oscillating magnetic field formed by energization in each current path, an oscillating magnetic field parallel to the antenna can be obtained with good uniformity on the antenna.
[0020]
When high-frequency power is applied to the above-mentioned antenna provided in the window, that is, the high-frequency power introduction window, the oscillating magnetic field passes through the high-frequency power introduction window, and the reaction already supplied in the substrate processing container in a predetermined decompressed state. Introduced into the gas. Electrons present in the reaction gas are accelerated by an induced electric field generated in an attempt to cancel the oscillating magnetic field. The accelerated electrons activate the reaction gas by collision with the reaction gas molecules, and generate plasma. The surface of the substrate placed on the substrate holding mechanism is processed based on the reaction gas activated by entering the plasma state. At this time, uniform plasma is obtained by the uniform oscillating magnetic field obtained by the antenna according to the present invention, and thus uniform processing is performed on the surface of the substrate.
[0021]
In order to efficiently use the kinetic energy of the accelerated electrons for plasma generation and maintenance, it is desirable to avoid the induction electric field from crossing the vessel as much as possible. Therefore, by arranging a plurality of antennas and extending the distance until they intersect with the induction electric field container, or by forming a ring of a completely closed oscillating electric field, the antenna is prevented from intersecting. This makes it possible to easily generate and maintain plasma.
[0022]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0023]
1 to 6 show a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention. In each drawing, elements that are substantially the same as those described in FIGS. 31 to 33 are given the same reference numerals. In the plasma processing apparatus according to the present embodiment, an interdigital planar antenna having a plurality of linear current paths arranged in parallel in parallel is disposed on a high-frequency power introduction window.
[0024]
Reference numeral 31 denotes a vacuum container in which the processing chamber 12 is formed and used in a required vacuum state (depressurized state), 17 denotes a substrate holding mechanism disposed in the processing chamber 12, and 18 denotes a substrate holding mechanism 17. A substrate to be processed (hereinafter referred to as a substrate) 22, a high-frequency power introduction window 22 formed on the upper wall of the processing chamber 12, and a planar antenna 32 (hereinafter referred to as an antenna) provided on the high-frequency power introduction window 22. It is said). The antenna 32 is power radiating means for supplying power having a frequency (for example, high frequency power of 13.56 MHz) into the processing chamber 12, and a plurality of linear current paths 33 are arranged in parallel as shown in FIG. An antenna having a current path group. Inside the processing chamber 12 provided with the high-frequency power introduction window 22, a substrate holding mechanism 17 that is installed facing the high-frequency power introduction window 22 is installed. A substrate 18 to be processed is placed on the substrate holding mechanism 17. The vacuum vessel 31 is provided with a vacuum exhaust mechanism (not shown) for exhausting the inside of the processing chamber 12 and a reaction gas introduction mechanism (not shown) for introducing the necessary reaction gas 13 into the processing chamber 12. Is done.
[0025]
In the plasma processing apparatus, the inside of the processing chamber 12 is once evacuated by an evacuation mechanism such as an oil rotary pump or an oil diffusion pump, and then evacuated at the same time while introducing the reaction gas into the processing chamber 12 by the reaction gas introduction mechanism. Then, a predetermined reduced pressure state is maintained, and a high frequency power is applied to the antenna 32 to generate a high frequency discharge in the processing chamber 12. Thereby, the reaction gas introduced into the processing chamber 12 is activated, and the surface of the substrate 18 placed on the substrate holding mechanism 17 is processed by the active species.
[0026]
  As shown in FIG. 2, the antenna 32 includes a current path group composed of a plurality of current paths 33 arranged in parallel and a current that is arranged on both sides of the current path group and supplies a high-frequency current to the current path group. It is formed from a supply passage 34. Each current passage 33 has the same length and surface area and is preferably arranged at equal intervals.. AdjustmentThe high-frequency current supplied from the combined circuit 23 is applied to the current supply passage 34, and the high-frequency current supplied from the current supply passage 34 to the current passage group is divided and flows to each branched current passage 33. An oscillating magnetic field is generated by the high-frequency current flowing through each current path 33, and an induced electric field is induced by the oscillating magnetic field, and electrons in the processing chamber 12 are accelerated by the induced electric field. As a result, atoms and molecules in the processing chamber 12 are excited, and plasma is generated and maintained.
[0027]
An oscillating magnetic field and an induction electric field that are generated when a high-frequency current flows through each of the plurality of current paths 33 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is an enlarged plan view of a part of the current path group, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In FIG. 3 and FIG. 4, when a high frequency current is supplied to the antenna 32, a high frequency current 35 having substantially the same magnitude and phase flows in each current path 33 of the antenna 32 in the same direction. For this reason, all the rotating directions of the oscillating magnetic field 36 formed around each current passage 33 are the same direction, and their strengths are almost equal. Therefore, when the oscillating magnetic field 36 formed around each current path 33 is synthesized, the oscillating magnetic field 37 in which the component parallel to the high frequency power introduction window 22 is relatively large is obtained. When the planar antenna 32 has a dimension of, for example, 160 mm × 180 mm and the length of the plurality of current paths 33 in the arrangement direction is 160 mm, the phase is shifted by 1 to 2 degrees between the current paths 33 located at both ends. . If the length of the current paths 33 in the arrangement direction is, for example, 320 mm, the phase is shifted by 2 to 4 degrees between the current paths 33 located at both ends.
[0029]
When the antenna 32 is provided on the high-frequency power introduction window 22, the oscillating magnetic field 36 passes through the high-frequency power introduction window 22 and has an oscillating magnetic field having a component parallel to the high-frequency power introduction window 22 in the processing chamber 12 in a decompressed state. 37 is generated. An induced electric field 38 is induced by a time change of the synthesized oscillating magnetic field 37. This induction electric field 38 causes acceleration of electrons existing in the reaction gas. The accelerated electrons excite the reaction gas by collision with the reaction gas molecules to generate plasma.
[0030]
In the antenna 32, intervals between the plurality of current paths 33 arranged in parallel are appropriately set so that the generated plasma is uniform. The antenna 32 having such a structure generates and maintains plasma in the processing chamber 12. In this embodiment, in the antenna 32, the interval between the current paths 33 is made constant, and the component perpendicular to the high-frequency power introduction window 22 formed at the interval in the oscillating magnetic field 36 is minimized. Thereby, in the synthesized oscillating magnetic field, the oscillating magnetic field 37 having a component parallel to the high frequency power introduction window 22 becomes relatively strong. Uniformity can be kept good.
[0031]
FIG. 5 shows the direction of the steady magnetic field generated when a steady DC current is passed through the antenna 32 according to the first embodiment, and FIG. 6 shows the distribution of the steady magnetic field strength. 5 and 6, reference numeral 22 denotes a high-frequency power introduction window, 32 denotes an antenna, 33 denotes a current path, and 34 denotes a current supply path. In FIG. 5, the direction of the stationary magnetic field is indicated by a vector using an arrow. In FIG. 6, the steady magnetic field strength is shown by dividing into regions of light and shade (density of oblique lines). As the concentration of each region increases, the strength of the magnetic field increases.
[0032]
What is actually required for plasma generation is an induction electric field 38 induced by an oscillating magnetic field 37 generated by a high-frequency current. Therefore, the uniformity of the induction electric field 38 is predicted by flowing a steady DC current through the antenna 32 and calculating the direction and intensity distribution of the stationary magnetic field generated thereby.
[0033]
5 and 6, as an example, the planar antenna 32 is calculated as a rectangle having a size of 160 mm × 180 mm, and the position of the antenna 32 and the high-frequency power introduction window 22 (for example, thickness 20 mm) are shown superimposed on the calculation result. Yes. In FIG. 6, the region indicated by the darkest color is the position where the maximum magnetic field strength is reduced by 10%, and corresponds to 10% of the maximum magnetic field strength each time the color becomes lighter (the hatched line density decreases). This is a region where the magnetic field strength is reduced.
[0034]
In FIG. 5, the direction of the stationary magnetic field is substantially parallel to the high frequency power introduction window 22 immediately below the antenna 32 in the region below the high frequency power introduction window 22. Furthermore, in FIG. 6, the steady magnetic field strength is almost equal immediately below the antenna 32 in the region below the high frequency power introduction window 22. From this, it is understood that the plasma generated by the antenna 32 has good uniformity.
[0035]
Generation of plasma for processing a substrate having a large area can be dealt with by increasing the size of the antenna 32 itself or arranging a plurality of antennas 32. In the case of using the antenna 32 that is simply enlarged, it is expected that the uniformity of plasma due to the individual difference of each antenna becomes a problem. In order to suppress the deterioration of uniformity to the minimum, it can be dealt with by increasing the number of current paths 33 forming the current path group. However, when the number of current paths 33 is increased, the number of branches increases, so that the high-frequency current flowing through each current path 33 decreases. For this reason, the induction electric field induced by the high-frequency current flowing in each current path is weakened, and the plasma generation efficiency for a large area is reduced.
[0036]
However, in the combination of series connection or parallel connection of a plurality of standardized antennas 32, the uniformity of the generated large area plasma can be easily improved by adjusting the arrangement of the antennas 32. In particular, when the antenna 32 is combined in series, a reduction in the generation efficiency of large area plasma can be minimized.
[0037]
FIG. 7 is a plan view of an antenna showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, four antennas 32 are arranged and these antennas 32 are electrically connected. Specifically, in FIG. 7, the upper two antennas and the lower two antennas are connected in series, and the upper and lower antennas are connected in parallel. By arranging the four antennas 32 in this way, it is possible to cope with the generation of large area plasma. In the present embodiment, the four antennas 32 each having the same structure are arranged. However, by appropriately increasing the number of antennas, it is possible to easily cope with generation of a plasma having a larger area.
[0038]
FIG. 8 is a plan view of an antenna showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, an example is shown in which four antennas 32 are annularly arranged and arranged in a wide area as a whole, and all four antennas 32 are connected in series. With this arrangement, the oscillating magnetic field 37 parallel to the high-frequency current introduction window 22 formed by the four antennas 32 is formed to be closed. According to the configuration of the present embodiment, it is possible to cope with the generation of large area plasma as in the second embodiment.
[0039]
Further, in the above configuration, for example, a capacitor 41 is provided between each antenna 32, and an appropriate phase difference is created between adjacent antennas 32, so that electrons in the plasma are within a plane parallel to the high frequency power introduction window 22. It can be accelerated while rotating. Thereby, it can prevent that the accelerated electron collides with the inner wall face of the vacuum vessel 31, and the kinetic energy is lost, and plasma can be produced | generated and maintained easily. Note that a phase difference between the antennas 32 can be created by using a coil instead of the capacitor 41. In this embodiment, four antennas 32 each having the same structure are arranged. However, by appropriately increasing the number of antennas 32, it is possible to cope with the generation of plasma having a larger area.
[0040]
FIG. 9 shows the rotational motion of electrons when plasma is generated by plasma processing provided with the antenna 32 according to the third embodiment. When the phase difference between the antennas is set to π / 2 by the capacitor 41 between the antennas 32, a portion having a strong induction electric field in the induction electric field formed by each antenna 32 moves by π / 2. The direction of the strong induction electric field at this time is a direction in which electrons in the plasma are accelerated in the direction of the antenna where a strong induction electric field is formed after π / 2. The induction electric field rotates in a plane parallel to the high-frequency introduction window 22 provided with each antenna 32. The electron group 42 in the plasma rotates in a plane parallel to the high-frequency power introduction window 22 by the rotating induction electric field. Thereby, the electrons in the plasma can minimize loss due to collision with the vacuum vessel 31 and the like, and plasma can be easily generated and maintained.
[0041]
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, in the antenna structure described in the third embodiment, a plurality of antennas 32 are further arranged on the outer periphery, and a total of 16 antennas are used. According to this embodiment, it is possible to generate a large-area plasma by the same principle as that described in the third embodiment.
[0042]
FIG. 11 is an external perspective view of an antenna portion showing a fifth embodiment of the present invention. The antenna 43 according to this embodiment has a structure in which each current passage is formed in a U shape and the current supply passage 34 is separated from the high frequency power introduction window 22 in the planar antenna of each embodiment described above. In the antenna 43, 44 is a current path bent in a U-shape. Generation and maintenance of the plasma are performed by exciting the kinetic energy of the electrons accelerated by the induced electric field 38 induced by the oscillating magnetic field to excite the molecules or atoms of the reaction gas. Therefore, by making the intensity of the induction electric field formed in the processing chamber 21 uniform, plasma having good uniformity is generated. According to the present embodiment, the uniformity of the oscillating magnetic field generated in the processing chamber 21 can be improved by separating the current supply passage 34 from the high-frequency power introduction window 22.
[0043]
The operation of the antenna 43 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 12 is a partial cross-sectional view taken along line BB in FIG. 11, and FIG. 13 is a partial cross-sectional view taken along line CC in FIG. The characteristic of the antenna 43 according to the present embodiment is that, as described above, in order to make the oscillating magnetic field generated and synthesized in the processing chamber 12 by the current path group uniform, the power feeding part of the antenna 43, that is, the current supply path 34 is connected to the high frequency power. It is in being separated from the introduction window 22.
[0044]
The current supply passage 34 of this embodiment intersects each current passage 44 vertically. Therefore, the oscillating magnetic field 45 formed by the high frequency current flowing in the current supply passage 34 is perpendicular to the component 37 parallel to the high frequency power introduction window 22 in the oscillating magnetic field formed by the high frequency current flowing in the current passage group. . Further, the oscillating magnetic field 45 becomes weaker as it is farther from the feeding point 46. As shown in FIG. 13, when the high-frequency current 35 supplied from the feeding point 46 flows as shown by the arrow, the high-frequency current flowing in the current supply path 34 flows dividedly by the current paths 44. This is because it decreases with distance. Therefore, in the case of the antenna 32 of the above-described embodiment, since the oscillating magnetic field formed by the high-frequency current flowing in the current supply path 34 near the feeding point is strong, the plasma density in the vicinity thereof becomes high. On the other hand, in the case of the antenna 43 of the present embodiment, the oscillating magnetic field 45 formed by the high frequency current flowing in the current supply passage 34 can be kept low in the processing chamber. As a result, the uniformity of the oscillating magnetic field generated in the processing chamber 12 through the high-frequency power introduction window 22 becomes good, and uniform plasma can be generated at the portion of the antenna 43 in contact with the high-frequency power introduction window 22.
[0045]
In order to compare the difference in operation of the two antennas 32 and 43, examples of calculation of steady magnetic field strength using the antennas 32 and 43 are shown in FIGS. 14 and 15, and FIGS. 16 and 17, respectively. . 14 and 16 are cross-sectional views, and FIGS. 15 and 17 are plan views showing the distribution of steady magnetic field strength, respectively.
[0046]
14 and 15 show calculation examples of the steady magnetic field strength generated when a steady DC current is passed through the antenna 32. FIG. The planar antenna 32 was calculated as a rectangle having a size of 160 mm × 180 mm, and the position of the antenna 32 was described over the calculation result. This calculation result shows the distribution of the steady magnetic field strength at a position 30 mm away from the lower end of the antenna 32 in a state where the antenna 32 is disposed in the high-frequency power introduction window 22. In FIG. 15, the steady magnetic field strength is indicated by shading (difference in the density of the hatched lines). The region indicated by the darkest color was defined as a position from which the maximum steady-state magnetic field strength was reduced by 10%, and the region where the magnetic field strength decreased corresponding to 10% of the maximum steady-state magnetic field strength each time the color gradually decreased. As a whole, the region 47 of the maximum magnetic field strength is distributed along a diagonal line connecting the two feeding points 46, indicating that the steady magnetic field strength is increased in the vicinity of the feeding point 46. A decrease in the steady magnetic field strength of about 50% of the maximum steady magnetic field strength was observed just below the antenna 32.
[0047]
16 and 17 show calculation examples of the steady magnetic field strength generated when a steady DC current is passed through the antenna 43. FIG. An example in which the size of the portion of the antenna 43 installed in the high frequency power introduction window 22 is a rectangle of 160 mm × 180 mm and the current supply passage 34 is separated from the high frequency power introduction window 22 by 100 mm is shown. The distribution of the steady magnetic field intensity at a position 30 mm away from the lower end of the antenna 43 in a state where the antenna 43 is arranged in the high frequency power introduction window 22 is shown. In FIG. 17, the arrangement of the antenna 43 is also superimposed on the calculation result. The magnetic field strength is indicated by shading. The region indicated by the darkest color is defined as a position from which the maximum steady magnetic field strength is reduced by 10%, and the region where the magnetic field strength corresponding to 10% of the maximum steady magnetic field strength is reduced every time the color becomes lighter. Immediately below the antenna 43, the steady magnetic field intensity is suppressed to be reduced by 30% of the maximum steady magnetic field intensity. The region of maximum steady magnetic field strength is not biased in the vicinity of the feeding point 46 or on the diagonal line connecting the two feeding points, and is located almost immediately below each current path 44 of the parallel linear current path group. Compared with the uniformity of the magnetic field strength generated by the antenna 32, the influence of the feeding point 46 can be minimized based on the shape of the antenna 43, and the uniformity of the magnetic field strength can be improved in the processing chamber 12. Is understood. From the above, the plasma generated by the antenna 43 has better uniformity than the antenna 43.
[0048]
Note that the antenna 43 according to the fifth embodiment also generates a plasma with a larger area by combining a plurality of antennas 43 as in the second, third, or fourth embodiments. be able to.
[0049]
FIG. 18 is an external perspective view of the antenna portion of the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, each of the linear current paths 33 in the current path group of the planar antenna 32 is formed to have a different surface area. Each of the current paths 33 of the current path group constituting the antenna 32 has a surface area that increases as the distance from the feeding point (or grounding point) 51 set on the central axis (the center position of the current supply path 34) of the antenna 32 increases. And the surface area is determined so that the impedance of each current path from the feeding point to the ground point is equal regardless of the current path.
[0050]
In the above embodiment, the surface area of each current passage is changed by changing the area of the surface in contact with the high-frequency power introduction window 22. Thereby, the magnitude | size and phase of the high frequency current which flows into each current path 33 of a current path group can be made substantially equal. Preferably, as in the fifth embodiment, the uniformity of the plasma can be improved by moving the current supply passage 34 intersecting the current passage group away from the high-frequency power introduction window 22. Further, generation of plasma with a larger area can be handled by combining a plurality of antennas 32 as in the second, third, or fourth embodiment.
[0051]
FIG. 19 shows a seventh embodiment of the present invention. Each current path 33 of the current path group constituting the antenna 32 according to the present embodiment has a surface area that increases as the distance from the feeding point (or grounding point) 51 provided at the end of the antenna 32 increases. The impedance of each current path from the ground to the ground point is made equal. The surface area of each current passage 33 is adjusted by changing the area of the surface in contact with the high-frequency power introduction window 22. As a result, the magnitude and phase of the high-frequency current flowing in each current path of the current path group can be made substantially equal.
[0052]
Similarly to the fifth embodiment, it is also preferable to improve the plasma uniformity by keeping the current supply passage 34 intersecting the current passage group away from the high-frequency power introduction window 22. Further, the generation of plasma with a larger area can be handled by combining a plurality of antennas 32 as in the second, third or fourth embodiment.
[0053]
FIG. 20 shows an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, an antenna formed by combining two antennas 32 according to the seventh embodiment is shown. In the antenna of this embodiment, the current supply passage 34 on the near side in FIG. 20 is connected between the two antennas 32. In this embodiment, as in the fifth embodiment, the uniformity of plasma can be improved by moving the current supply passage 34 intersecting with the current passage group away from the high frequency power introduction window 22. Further, generation of plasma with a larger area can be handled by combining a plurality of antennas as in the second, third, or fourth embodiments.
[0054]
21 and 22 show a ninth embodiment of the present invention. 21 is an external perspective view of the antenna unit, and FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. In this embodiment, in the antenna 32 having a current path group in which parallel linear current paths 33 are arranged in parallel, each current path 33 has a larger surface area as the distance from the feed point 51 on the central axis of the antenna 32 increases. The impedance of each current path 33 from the feeding point to the ground point is made equal. The surface area of each current passage 33 is adjusted by changing the height of each current passage in a direction perpendicular to the high-frequency power introduction window 22. Thereby, the magnitude | size and phase of the high frequency current which flows into each current path of a current path group can be made substantially equal.
[0055]
In the present embodiment, preferably, the uniformity of plasma can be improved by moving the current supply passage 34 intersecting the current passage group away from the high-frequency power introduction window 22 as in the fifth embodiment. Further, the generation of plasma with a larger area can be dealt with by combining a plurality of antennas as in the second, third or fourth embodiment.
[0056]
23 and 24 show a tenth embodiment of the present invention. 23 is an external perspective view of the antenna unit, and FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. In this embodiment, each current path 33 of the current path group constituting the antenna 32 has a surface area that increases with distance from the feed point 51 on the central axis of the antenna 32, and each current path from the feed point to the ground point. The impedance of 33 is made equal. The surface area of each current passage 33 is adjusted by changing the width of each current passage. As shown in the figure, the height of the antenna can be lowered by bending each current path. Thereby, the magnitude | size and phase of the high frequency current which flows into each current path 33 of a current path group can be made substantially equal.
[0057]
Also in this embodiment, preferably, the uniformity of plasma can be improved by moving the current supply passage 34 intersecting the current passage group away from the high-frequency power introduction window 22 as in the fifth embodiment. Further, the generation of plasma with a larger area can be dealt with by combining a plurality of antennas as in the second, third or fourth embodiment.
[0058]
FIG. 25 is an antenna plan view showing an eleventh embodiment of the present invention. The planar antenna 32 according to the present embodiment has a current path group composed of a plurality of curved current paths 52 arranged in parallel. Each current path 52 of the current path group constituting the antenna 32 has a width that increases with distance from the feeding point (or grounding point), and the impedance of each current path from the feeding point to the grounding point is made equal. Thereby, the magnitude and phase of the high-frequency current flowing in each current path 52 of the current path group can be made substantially equal, and plasma with good uniformity can be generated.
[0059]
FIG. 26 is an antenna plan view showing a twelfth embodiment of the present invention. In the present embodiment, in the planar antenna 32 having current path groups, each current path 53 of the current path group is symmetrically disposed on both sides with the two current supply paths 34 disposed at linear positions as the central axis. In addition, each current path 53 is bent in a U-shape and becomes wider as it goes further outward, and the impedance of each current path 53 from the feeding point to the ground point is equal. As a result, the magnitude and phase of the high-frequency current flowing through each current passage 53 can be made substantially equal, and plasma with good uniformity can be generated. Further, generation of a plasma having a larger area can be dealt with by combining a plurality of antennas as in the second, third or fourth embodiment.
[0060]
FIG. 27 is an antenna plan view showing a thirteenth embodiment of the present invention. The planar antenna 54 according to this embodiment includes a current path group composed of a plurality of current paths 55 arranged radially. The antenna 54 is a point-symmetric radial planar antenna, and each current path 55 has a fan shape. Each current path 55 becomes wider as it goes to the periphery. The two output terminals of the matching circuit 23 have one output terminal connected to the central portion of the antenna 54 and the other output terminals connected to the peripheral portions of the plurality of current paths 55. Therefore, the current paths 55 are arranged radially and are connected in parallel in terms of electrical circuits.
[0061]
In order to explain the operation of the antenna 54 of this embodiment, a partial cross-sectional view of the current path group of the antenna 54 is shown in FIG. When a high frequency current is supplied to the antenna 54 from the central portion of the antenna, the high frequency current flows from the central portion toward the peripheral portion in each of the radially arranged current paths 55. For this reason, the rotation direction of the oscillating magnetic field 36 formed around each of the current paths 55 arranged radially is the same direction. Further, by making the interval between the radial current paths 55 constant, components perpendicular to the high-frequency power introduction window 22 of the synthesized oscillating magnetic field generated at the interval are mutually canceled. Therefore, when the oscillating magnetic field 36 formed around each radial current path 55 is synthesized, a concentric oscillating magnetic field having a component 37 substantially parallel to the surface of the high-frequency power introduction window 22 is formed. When the radial planar antenna 54 is provided on the high-frequency power introduction window 22, the oscillating magnetic field 36 passes through the high-frequency power introduction window 22 and is synthesized in a concentric manner in the direction shown in FIG. A magnetic field 37 is generated. The time change of the synthesized oscillating magnetic field 37 induces an induction electric field 38. The induction electric field 38 accelerates electrons existing in the reaction gas and tries to cancel the synthesized oscillating magnetic field 37. The accelerated electrons generate plasma.
[0062]
FIG. 29 is a plan view of an antenna showing a fourteenth embodiment of the present invention, which is a modification of the antenna 54 shown in FIG. The antenna 54 having a current path group in which a plurality of current paths are radial has a structure in which a peripheral edge portion of each current path 55 is further divided into two portions 55a. Each portion 55 a of each current path 55 is connected to one output terminal of the matching circuit 23. The action of plasma generation and maintenance is the same as in the thirteenth embodiment. However, when the large area plasma is generated by the radial planar antenna 54 according to the thirteenth embodiment, the width of each current path 55 of the current path group becomes wider as the distance from the center of point symmetry increases. The distribution of the high-frequency current flowing in the current path 55 becomes non-uniform. Therefore, the intensity of the synthesized oscillating magnetic field formed by the high-frequency current becomes nonuniform on the same radius. Since the oscillating magnetic field becomes stronger in the portions where the high-frequency current flows in each current passage 55, the uniformity of the generated plasma on the same radius is deteriorated. Therefore, the peripheral portion of each current passage 55 is further divided into two portions 55a to minimize the difference in high-frequency current flowing in the current passage. As a result, the high-frequency current flowing at the end of each current passage 55 becomes uniform, and the uniformity of the plasma on the same radius can be improved. In the present embodiment, each current passage 55 is divided at one place, but it is possible to cope with generation of a plasma having a larger area by dividing it several times.
[0063]
FIG. 30 is a plan view of an antenna according to the fifteenth embodiment of the present invention. The antenna 56 according to this embodiment has a current path group in which a plurality of current paths 57 arranged in parallel are formed so as to have a radial and partial vortex shape, and each current path 57 of the current path group has a terminal portion. It is a point-symmetrical planar antenna that is further divided as. Plasma generation and maintenance is the same as in the thirteenth embodiment. Since each current path 57 (including the branched portion) of the present embodiment is formed so as to have a constant width within a certain range, the oscillating magnetic field 36 can be kept uniform on the same radius, and the plasma has the same radius. The above uniformity can be improved. In addition, each current path 57 of the current path group is divided at one place, but the generation of plasma having a larger area can be handled by dividing it several times.
[0064]
Of course, the plasma processing apparatus having the antenna according to the present invention can be configured by arbitrarily combining the above-described embodiments.
[0065]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the antenna provided in the power introduction window portion of the large-diameter substrate processing chamber is formed including a plurality of branch energization portions that divide and energize the power, Since the oscillating magnetic field generated by each of the plurality of branch energizing parts is substantially parallel to the power introduction window part, an induced electric field is induced by the synthesized oscillating magnetic field, and a large amount of plasma is generated in the processing of the substrate to be processed. Improvement in area and uniformity can be easily obtained, and the occupied volume can be reduced. In particular, a plasma processing apparatus that generates plasma in a rectangular region using a rectangular planar antenna is effective for plasma processing of a rectangular substrate such as a liquid crystal substrate that is increasing in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the internal structure of a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view showing a first embodiment of an antenna provided in a high frequency power introduction window of a plasma processing apparatus.
FIG. 3 is a partially enlarged plan view of FIG. 2;
4 is a partially enlarged sectional view taken along line AA in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a direction distribution diagram showing a generation state of a stationary magnetic field around the antenna when a steady DC current is passed through the antenna of the first embodiment.
FIG. 6 is an intensity distribution diagram showing a strength state of a stationary magnetic field around the antenna when a steady DC current is passed through the antenna of the first embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing a second embodiment of the antenna.
FIG. 8 is a plan view showing a third embodiment of the antenna.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the antenna according to the third embodiment.
FIG. 10 is a plan view showing a fourth embodiment of the antenna.
FIG. 11 is an external perspective view showing a fifth embodiment of the antenna.
12 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
13 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the antenna of the first embodiment.
15 is a diagram showing a distribution of steady magnetic field strength by the antenna shown in FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of an antenna according to a fifth embodiment.
17 is a diagram showing a distribution of steady magnetic field strength by the antenna shown in FIG. 16. FIG.
FIG. 18 is an external perspective view showing a sixth embodiment of the antenna.
FIG. 19 is an external perspective view showing a seventh embodiment of the antenna.
FIG. 20 is an external perspective view showing an eighth embodiment of the antenna.
FIG. 21 is an external perspective view showing a ninth embodiment of the antenna.
22 is a sectional view taken along line DD in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is an external perspective view showing a tenth embodiment of the antenna.
24 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
FIG. 25 is a plan view showing an eleventh embodiment of the antenna.
FIG. 26 is a plan view showing a twelfth embodiment of the antenna.
FIG. 27 is a plan view showing a thirteenth embodiment of the antenna.
FIG. 28 is a partial cross-sectional view for explaining the operation of the antenna of the thirteenth embodiment.
FIG. 29 is a plan view showing a fourteenth embodiment of the antenna.
30 is a plan view showing a fifteenth embodiment of the antenna. FIG.
FIG. 31 is a configuration diagram of a conventional ECR plasma processing apparatus.
FIG. 32 is a configuration diagram of a TCP processing apparatus.
FIG. 33 is a plan view of an antenna used in the TCP processing apparatus.
[Explanation of symbols]
       12 Processing chamber
       13 Reaction gas
       17 Substrate holding mechanism
       18 Substrate
       22 High-frequency power introduction window
       31 Vacuum container
       32, 43 Antenna
       54,56 AnteNa
       33,44 Current path
       52,53 Current path
       55,57 Current path
       34 Current supply path
       35 high frequency current
       36, 37 Oscillating magnetic field
       38 Induction electric field

Claims

A substrate processing container provided with a window for introducing power having a frequency into the interior; power radiating means disposed outside the window; and power supply means for supplying the power to the power radiating means. The power radiating means includes a plurality of branch energization units for dividing and introducing the power, and two current supply passages for flowing current to each of the plurality of branch energization units, and the plurality of branches In the plasma processing apparatus in which the oscillating magnetic field generated by each of the energization parts is substantially parallel to the window part,
Each of the two current common paths has a feeding point connected to the power supply means,
The plurality of branch energization units are arranged in parallel, and the plurality of branches depend on the length of the current supply path determined based on the connection position of each of the two current supply passages and the plurality of branch energization units. determining the surface area of each of the conductive portion, thereby each of the plurality of branch conductive portion may include a respective branch conductive portion from the feeding point of one of the current supply path to said feed point of the other of said current supply path The plasma processing apparatus is formed so that the impedance of the current path portion is equal.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of branch conductive portion is a parallel linear conducting portion at equal intervals, which is arranged between the two said current supply path of the same length and surface area the plasma processing apparatus, wherein a has, and two of said feeding point in the rectangular plane area formed by the plurality of branch conductive portion is diagonally position.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of branch conductive portion is a parallel linear conducting sections arranged between two said current supply path of said two current supply path the plasma processing apparatus characterized by having different surface areas in accordance with the positional relationship between the connecting position of the feed point and the plurality of branch conductive portion in.

The plasma processing apparatus according to claim 3 Symbol placement, each of the plurality of branch conductive portion is made different surface area by changing the parallel width to the height or the window portion of the window portion in a direction perpendicular A plasma processing apparatus.

A substrate processing container provided with a window for introducing power having a frequency into the interior; power radiating means disposed outside the window; and power supply means for supplying the power to the power radiating means. And the power radiating means includes a plurality of branch energization units that divide and introduce the power, and an oscillating magnetic field generated by each of the plurality of branch energization units is substantially parallel to the window portion. In the processing device,
The plurality of branch energization parts are arranged radially and formed so that the width thereof becomes wider toward the periphery, and the interval between each of the plurality of branch energization parts is a constant width. Plasma processing equipment.

The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the plurality of branch energization portions arranged radially have a vortex shape.

7. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein peripheral tip portions of the plurality of branch energization portions arranged radially are further divided. 8.