JP3883615B2 - プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置に関し、特に、高密度プラズマが得られる誘導結合型プラズマ発生装置を備え、半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製造工程で使用されるドライエッチング装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレイの製造工程で使用されるドライエッチング装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置の分野において、近年、処理基板の大型化に伴って、処理室内で発生させるプラズマの大口径化が要求されている。また一方では、エッチングレート、アッシングレート等の所定の処理速度や装置のスループットを確保する目的でプラズマの高密度化も要求されている。このうち、プラズマの高密度化に関しては、プラズマの励起効率を促進するために、高周波を用いて誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma，以下、ＩＣＰと記す）を発生させる方法が採用されている。
【０００３】
ＩＣＰは、主としてアンテナ励起用コイルに高周波電流を流し、これによって真空中に誘導電磁界を発生させ、プラズマを生成するものである。そして、その特徴は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）装置、マイクロ波プラズマ発生装置、マグネトロンＲＩＥ装置等と比べて装置構造が比較的簡単であるのに対して、高真空下において高密度なプラズマを均一性良く真空容器内に生成することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＩＣＰを用いたプラズマ処理装置を設計する上では、以下のような問題点がある。
（１）アンテナ形状に依存するプラズマ密度分布の局在化の問題
ＩＣＰの高圧力使用下において、プラズマ密度の分布は、外部から与えられる電磁界、すなわちアンテナによって作られる電磁界の分布に強く依存した形になる。アンテナの形態としては、単一（Single Design ）構造のアンテナが一般に用いられているが、この種のアンテナではアンテナ近傍の電磁界のみが強くなるため、アンテナの形状に強く依存したプラズマ密度分布の局在化が起こってしまう。
【０００５】
（２）電磁界の空間分布の局在化の問題
プラズマの励起効率を上げるために高周波発振器の周波数を上げると、単一構造のアンテナではアンテナインピーダンスの上昇、あるいはアンテナで作られる電磁界の空間分布の局在化が起こる。これに対して、アンテナインピーダンスの上昇を抑えるためにアンテナ長を短縮することは、プラズマの大口径化と矛盾する考えである。そして、たとえ大口径化ができたとしても、電磁界の空間的な不均一性はプラズマ密度の不均一性を引き起こす。
従って、上記（１）、（２）の問題点が解決されなければ、大型の基板を均一性良く処理し得るプラズマ処理装置を実現することは困難となる。
【０００６】
（３）アンテナの作る静電界効果の問題
単一構造のアンテナでは高周波発振器によってアンテナを励振するとアンテナを構成する金属導体（銅パイプ等）の表面に対して垂直方向に強い振動電界（アンテナを励振する周波数で電界の向きも振動するような電界）が発生する。その一方、アンテナが作る電界によって荷電粒子であるプラズマに力の作用（電荷の正負と電界の向きによりアンテナに引き寄せられるか、または引き離されようとする力）が働く。通常、プラズマはその質量比が１０００倍ほど異なる重い正イオンと電子から構成されているため、電界に対する感度（掛かる電界に対する移動割合）が異なり、例えば工業周波数１３．５６ＭＨｚ等の比較的高い周波数の場合、重いイオンは高周波で振動する電界に追随できず位置の変化が現われないのに対し、軽い電子はこの程度の周波数では充分に追随が可能であるため、電子のみが電界に即座に反応して位置を変えるようなプラズマの系が構成される。
【０００７】
このような場合、アンテナが作る電界がアンテナコイル面に対して平行であれば問題ないが、アンテナコイル面に対して垂直に振動しているとすると、電子のみがアンテナに引き付けられたり、引き離されたりと電界の振動に同期してアンテナとプラズマの間で電荷量が変化するような状態となる。この状態を長い時間のオーダーで見た場合、図８に示すように、電子ｅが平均的にアンテナ４０（またはアンテナ４０を被覆している誘電体４１）近傍に過剰に存在する結果を生みだし、この過剰な電子ｅがアンテナ４０とプラズマを隔てている誘電体４２（真空容器）表面の電位をプラズマおよび接地電位に対して相対的に低く下げるような効果を誘発する。具体的には、例えば線状アンテナの場合、アンテナからの距離ｒの逆３乗に比例した強い静電界ができるため、強いＶdcを誘発してしまう。なお、ここでのＶdcとは、「アンテナとプラズマを隔てている誘電体（石英等）の真空容器側表面の時間平均の電位」と定義する。
【０００８】
また、上記Ｖdcの発生により正イオンの真空容器表面へのスパッタリングが生じるため、真空容器表面がたたかれて不純物が発生する、という基板処理上の重大な問題が生じることになる。また、Ｖdcを抑制する方法の一つに、アンテナとプラズマの間にファラデーシールドなる遮蔽板を挿入するという方法がある。しかしながら、ファラデーシールドの使用は放射される電磁界の減衰をもたらし、プラズマに対して効率良くエネルギーを供給することができないため、エネルギー効率の悪いプラズマ処理装置となってしまう。
【０００９】
以上、ＩＣＰを設計する際の問題点を説明した。さらに、特開平３−７９０２５号公報には、電磁界を作り出すための平面状のコイルを備えたプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置は、平面状コイルが作る電磁界により誘導結合されたプラズマを発生させ、プラズマの均一化、高密度化を実現しようとするものである。しかしながら、このプラズマ処理装置においても、上記（３）の静電界効果の問題のところで述べたＶdc発生メカニズムが正にあてはまり、誘電体レンズを併用する等、この問題を回避するには困難さを伴う。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、不純物発生、エネルギー効率低下等の問題が生じることなく、大型基板に対して、高密度プラズマの大口径化、均一化を可能としたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
また、本発明のプラズマ発生装置は、内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
また、上記のプラズマ発生装置は、前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴としている。
【００１２】
また、上記のプラズマ発生装置は、前記スロットアンテナが、線状アンテナとの間の電磁界の双対性を利用して設計されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理装置は、内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記のプラズマ処理装置は、各スロット間での給電位相を制御するための位相制御手段が設けられたことを特徴とするものとすることができる。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置は、内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とする。
【００１６】
また、上記のプラズマ処理装置は、前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記のプラズマ処理装置は、各スロット間が誘電体で仕切られたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ発生手段としてスロットアンテナを適用し、スロットアンテナが作り出す電磁界の特性を生かすことによって上記の目的を達成しようとするものである。スロットアンテナは、図９（ａ）に示すように、導体面上に設けられた細長いスロットｓ（溝、開口）と給電部よりなる電磁波の放射体、である。そして、電磁界の双対性を示したバビネの原理に表されるように、線状アンテナの一つであるダイポールアンテナ（図９（ｂ）に示す）と補対構造を持つため、ダイポールアンテナの諸特性からスロットアンテナの特性を求めることができる。なお、スロットｓは溝の長さをＬ、横幅をＷとすると、
Ｗ≪Ｌ≦λ ……（１）
（λ：電磁波の波長）
となるように溝を設けるのが一般的とされている。
【００１９】
例えば、スロットアンテナが作る電磁界の分布を求めるために、ダイポールアンテナが作る電場をＥd、磁場をＨd、スロットアンテナが作る電場をＥs 、磁場をＨsとすると、バビネの原理から、
Ｅs ＝Ｚ0Ｈd ……（２）
Ｈs ＝（１／Ｚ0）Ｅd ……（３）
（Ｚ0 ＝√（μ0／ε0））
（ただし、μ0：真空の透磁率≒４π×１０-7（Hm-1）、ε0：真空の誘電率≒８．８５４×１０-12（Fm-1））
が得られる。したがって、ダイポールアンテナの作る電磁場から（２）、（３）式を用いて間接的にスロットアンテナの電磁場を知ることが可能になる。
【００２０】
まず、ダイポールアンテナの作る電磁場は、
（電場）
【数１】
【数２】
【数３】
（磁場）
【数４】
【数５】
ただし、電磁場の方向は図１０のようになる。
【００２１】
そして、（２）、（３）式よりスロットアンテナの作る電磁場を求めると、
（電場）
【数６】
【数７】
（磁場）
【数８】
【数９】
【数１０】
となる。
【００２２】
ダイポールアンテナの場合、これによって作られる電場は、（４）、（５）式中の逆３乗項に見られるように、近接場として支配的な静電界の影響が非常に大きいのに対し、スロットアンテナの場合、電場は、（９）、（１０）式から判るように、逆３乗項がなく、静電界の影響が出てこないことがわかる。このことはＩＣＰで問題になっているアンテナとプラズマの静電界による結合がないことを示唆している。
【００２３】
また、スロットアンテナを用いた場合、スロット開口の持つ自由度（開口の位置、開口面積、開口形状等）によって電磁波強度分布を均一化することが可能なため、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマの大口径化にも対応が可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１は本実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す図であって、具体的には、半導体デバイスの製造プロセス中でレジスト除去に使用するＩＣＰアッシング装置の例である。図中符号１は真空チャンバー（処理室）、２はＯ2 ガス供給源（ガス供給手段）、３は真空ポンプ（排気手段）、４はスロットアンテナ（プラズマ発生手段）、５はＲＦ発振器（高周波電源、プラズマ発生手段）、Ｗは半導体ウェハ（基板）、である。
【００２５】
図１に示すように、本プラズマ処理装置は、真空チャンバー１（内部の圧力が制御可能な真空容器）、Ｏ2 ガス供給源２（ガス供給手段）、スロットアンテナ４（プラズマ発生手段）、ＲＦ発振器５（高周波電源、プラズマ発生手段）からなるプラズマ発生装置を含んでいる。
【００２６】
金属製の上部筐体６、下部筐体７からなる真空チャンバー１の下部には排気口８が設けられ、排気口８にはバルブ９を備えた排気管１０を介して真空ポンプ３が接続されている。そして、真空ポンプ３の作動により排気口８を通じて真空チャンバー１内が数Pa〜数百Pa程度に排気される構成となっている。また、真空チャンバー１の下部には、処理すべき半導体ウェハＷを保持するためのプロセス処理ステージ１１が設けられており、真空チャンバー１内でプロセス処理ステージ１１の位置（高さ）を調節するためのステージ昇降器１２が設置されている。
【００２７】
真空チャンバー１の上部にはガス導入口１３が設けられ、バルブ１４、１５を備えたガス導入管１６を介してＯ2 ガスボンベ等からなるＯ2 ガス供給源２が接続されている。そして、このＯ2 ガス供給源２から真空チャンバー１内にレジスト除去用の処理ガスであるＯ2 ガスが導入される構成となっている。さらに、ガス導入管１６の途中にはパージガス導入管１７が接続され、これを通じて真空チャンバー１内をパージするための、例えばＮ2 ガス等が導入されるようになっている。
【００２８】
また、真空チャンバー１の上部には、真空チャンバー１内に電磁波を放射してプラズマＰを励起、発生させるためのスロットアンテナ４が設置されている。スロットアンテナ４は、図２に示すように、誘電体１８上に設けられた導体板１９に複数のスロット２０、２０、…が交互に位置するように形成されている。本実施の形態の場合、各スロット２０は、直線状の単なる切り溝ではなく、溝の端部同士が繋がった長方形のループ状の形状となっている。この形態のスロットアンテナは折り返しスロットアンテナと呼ばれるものである。そして、各スロット２０の内側にあたる内側導体２１と外側にあたる外側導体２２のそれぞれに給電点２３、２４が設けられた、折り返しスロット給電方式を採っている。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、折り返しスロットアンテナＡS は、折り返しダイポールアンテナＡD と補対構造を持つため、このように呼ばれている。また、折り返しダイポールアンテナＡD は、「２つ以上のアンテナが並列に極めて隣接し、その先端部を互いに接続してこれらのダイポールのうち１つを中央で給電したアンテナ」と定義される。通常のダイポールアンテナの入力インピーダンスをＺD1、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスをＺD2とした時、近似的に、
ＺD2＝４ＺD1 ……（１４）
という関係が得られる。したがって、折り返しスロットアンテナの解析も等価的にダイポールアンテナの解析が利用できる。
【００３０】
折り返しスロットアンテナの具体的な寸法の一例は、次のようになる。例えばスロットアンテナの励振周波数を３００MHz とすると、波長λ≒１（ｍ）となる。ここで、アンテナ長と波長の比ｌ／λ＝０．１、アンテナ長とアンテナ厚さの比ｌ／ａ＝６０の場合、ダイポールアンテナの入力インピーダンスＺD1は、
ＺD1≒１０−ｊ５５０（Ω） ……（１５）
よって、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスＺD2は、
ＺD2＝４ＺD1＝４（１０−ｊ５５０）＝４０−ｊ２２００（Ω）……（１６）
よって、折り返しスロットアンテナの入力インピーダンスＺsは、
Ｚs≒０．２９＋ｊ１６．１（Ω） ……（１７）
程度となる。この結果から、アンテナ励振周波数が３００MHz の場合の折り返しスロットアンテナの寸法の一例は、図３に示したようになる。
【００３１】
図１に示すように、スロットアンテナ４は、金属製の上部筐体６および下部筐体７から誘電体２５、２５によって絶縁された状態でこれら筐体６、７間に取り付けられている。そして、各スロット２０における内側導体２１側の給電点２３にはマッチングボックス２６、ＲＦ発振器５が順次接続されており、外側導体２２側の給電点２４は下部筐体７とともに接地されている。このスロットアンテナ４への給電構造の一形態をより詳細に示したものが図４である。
【００３２】
図４に示すように、スロットアンテナ４の内側導体２１の下方にボックス状の導体の箱４３が配置されている。この構成により、スロット２０から放射される電磁界が下方には及ばず上方のみに伝達され、電磁波を効率良く真空チャンバー１内に送り込むことが可能となる。そして、内側導体２１が箱４３の底部に設置された絶縁体４４に支持され、マッチングボックス２６、ＲＦ発振器５に続く同軸管４５ａ、４５ｂにより給電がなされるようになっている。その一方、箱４３は接地されている。また、ＲＦ発振器５からの同軸管４５ｂの途中には分配器４６が設置されて各スロットアンテナへの給電が行われるとともに、各スロットアンテナに接続される同軸管４５ａの途中には位相補正器４７（位相制御手段）が接続されている。この位相補正器４７は、アンテナの並列化の際に生じる各スロットアンテナ間での給電位相のずれの補正およびインピーダンスの初段マッチング調整に用いるものである。
【００３３】
すなわち、ＲＦ発振器５から内側導体２１側の給電点２３に印加される高周波の給電位相は、各スロット２０間で個別に調整できる構成となっている。したがって、各スロット２０の位相を同位相としてもよいし、意図的に変えてもよい。また、プロセス処理ステージ１１にもステージバイアス用のマッチングボックス２７、ＲＦ発振器２８が順次接続されている。なお、これらＲＦ発振器５、２８は、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波を発振し得るものである。
【００３４】
上記構成のプラズマ処理装置を使用する際には、真空ポンプ３を用いて真空チャンバー１内を数mTorr〜数Torr 程度に排気した後、Ｏ2 ガスを導入するとともにＲＦ発振器５からスロットアンテナ４に高周波を印加する。すると、スロットアンテナ４の各スロット２０から電磁波が放射されて真空チャンバー１内にプラズマＰが発生し、Ｏ2 ガスがプラズマＰ中で解離してできた酸素ラジカルと半導体ウェハＷ上のレジストが化学反応を起こすことによって、レジストが分解、気化して除去される。
【００３５】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、１枚の導体板１９上に複数のスロット２０、２０、…を形成したことで、あたかも複数のスロットアンテナを並列配置したような形態となっている。したがって、１つのスロットの形状や寸法を自由に設計できることに加えて、複数のスロットアンテナの配置や相対位置についても自由に設計することができる。このように、スロットアンテナを設計する上での自由度が高いことを利用して真空チャンバー１内の電磁界の強度分布を均一化することが可能になるため、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマ密度の均一性を維持したままプラズマの大口径化を図ることができる。その結果、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、大口径の半導体ウェハを均一性良く処理することができ、大口径化に対して良好なプラズマ処理装置とすることができる。
【００３６】
また、電磁界を作るアンテナとしてスロットアンテナを採用したことで、上述したようなスロットアンテナ特有の作用によりアンテナからの距離ｒの逆３乗に比例する静電界の発生を抑えることができる。そのため、アンテナとプラズマの間に存在する真空チャンバー１表面のＶdcが上昇することがなく、真空チャンバー１表面へのスパッタリングが生じないため、従来装置の問題点であった不純物の発生を防止することができる。また、Ｖdcの上昇がなく、かつ、ファラデーシールドを用いる必要がなくなるため、プラズマに対して効率良くエネルギーを供給でき、エネルギー効率の高いプラズマ処理装置を実現することができる。
【００３７】
また、スロットアンテナはダイポールアンテナと補対構造を持つため、例えばスロットアンテナによる電磁界分布の解析を行う際にはダイポールアンテナでの解析結果に基づいてスロットアンテナにおける解析結果を得ることができる。したがって、プラズマ処理装置の製作にあたってスロットアンテナの設計を容易に、かつ効率良く行うことが可能になる。さらに、図１を見ても判るように、装置の構造が非常に簡単であるとともに、スロットアンテナの製作は導体板にスロットを切るのみで済むため、装置の製造が容易になる、という利点も有している。
【００３８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、スロット２０の形状を長方形のループ状としたが、これに代えて他の形態のものでもよい。例えば、図６に示すような円環状のスロット３０を用いて、上記実施の形態と同様に内側導体３１、外側導体３２それぞれに給電点３３、３４を設けるようにしてもよい。
【００３９】
また、溝の端部同士が繋がったループ形状のスロットに代えて、図７に示すように、１枚の導体板３６上に単純な直線状のスロット３７を複数、設けたスロットアンテナを用いてもよい。その場合、スロット３７の両脇に給電点３８、３８を設けることになる。１枚の導体板上に単に複数のスロットを設け給電した場合、使用周波数によっては短絡効果が現われる。この場合には各スロット３７間を誘電体３９で仕切る構造を採用する。
【００４０】
そして、導体板上に設けるスロットの配置や数に関しては任意に設定することができ、さらに、各スロットに関してもその形状や寸法を任意に設定することができる。また、１枚の導体板上に複数のスロットを設けるのではなく、独立した複数の導体板にそれぞれスロットを設けた構成、すなわち複数のスロットアンテナを組み合わせて装置内に設置する構成としてもよい。そして、プラズマ処理装置におけるスロットアンテナ以外の他の構成要素についても適宜設計変更が可能であるし、本発明のプラズマ処理装置をアッシング装置のみならず、任意のエッチング装置等に適用することも勿論可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ発生手段としてスロットアンテナを採用したことで処理室内での静電界の発生を抑えることができる。その結果、処理室筐体表面のＶdcが上昇しないため、不純物発生、エネルギー効率低下、といった従来装置の問題点を解消することができる。また、スロットアンテナの採用により、例えば、導体上に複数のスロットを並列配置するようなこともでき、スロットアンテナ設計上の自由度が高いことを利用して処理室内の電磁界の強度分布を均一化することができる。したがって、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマの大口径化を図ることができる。すなわち、本発明によれば、大口径の基板を均一性良く処理することができ、処理基板の大口径化に対して好適なプラズマ処理装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態であるプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図２】 同、装置のスロットアンテナを示す平面図である。
【図３】 同、スロットアンテナのスロット寸法の一例を示す図である。
【図４】 同、スロットアンテナの給電構造を示す概略構成図である。
【図５】 （ａ）折り返しダイポールアンテナ、（ｂ）折り返しスロットアンテナの補対構造を示す図である。
【図６】 スロット形状の他の例を示す平面図である。
【図７】 スロットアンテナの他の例を示す平面図である。
【図８】 静電界効果によるＶdc上昇のメカニズムを説明するための図である。
【図９】 （ａ）スロットアンテナ、（ｂ）ダイポールアンテナの補対構造を示す図である。
【図１０】 ダイポールアンテナにおける電磁場の方向を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー（処理室）
２ Ｏ2ガス供給源（ガス供給手段）
３ 真空ポンプ（排気手段）
４ スロットアンテナ（プラズマ発生手段）
５ ＲＦ発振器（高周波電源、プラズマ発生手段）
１８ 誘電体
１９，３６ 導体板（導体）
２０，３０，３７ スロット
２１，３１ 内側導体
２２，３２ 外側導体
２３，２４，３３，３４ 給電点
４７ 位相補正器（位相制御手段）
Ｐ プラズマ
Ｗ 半導体ウェハ（基板）
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置およびプラズマ処理装置に関し、特に、高密度プラズマが得られる誘導結合型プラズマ発生装置を備え、半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製造工程で使用されるドライエッチング装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレイの製造工程で使用されるドライエッチング装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置の分野において、近年、処理基板の大型化に伴って、処理室内で発生させるプラズマの大口径化が要求されている。また一方では、エッチングレート、アッシングレート等の所定の処理速度や装置のスループットを確保する目的でプラズマの高密度化も要求されている。このうち、プラズマの高密度化に関しては、プラズマの励起効率を促進するために、高周波を用いて誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma，以下、ＩＣＰと記す）を発生させる方法が採用されている。
【０００３】
ＩＣＰは、主としてアンテナ励起用コイルに高周波電流を流し、これによって真空中に誘導電磁界を発生させ、プラズマを生成するものである。そして、その特徴は、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）装置、マイクロ波プラズマ発生装置、マグネトロンＲＩＥ装置等と比べて装置構造が比較的簡単であるのに対して、高真空下において高密度なプラズマを均一性良く真空容器内に生成することである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＩＣＰを用いたプラズマ処理装置を設計する上では、以下のような問題点がある。
（１）アンテナ形状に依存するプラズマ密度分布の局在化の問題
ＩＣＰの高圧力使用下において、プラズマ密度の分布は、外部から与えられる電磁界、すなわちアンテナによって作られる電磁界の分布に強く依存した形になる。アンテナの形態としては、単一（Single Design ）構造のアンテナが一般に用いられているが、この種のアンテナではアンテナ近傍の電磁界のみが強くなるため、アンテナの形状に強く依存したプラズマ密度分布の局在化が起こってしまう。
【０００５】
（２）電磁界の空間分布の局在化の問題
プラズマの励起効率を上げるために高周波発振器の周波数を上げると、単一構造のアンテナではアンテナインピーダンスの上昇、あるいはアンテナで作られる電磁界の空間分布の局在化が起こる。これに対して、アンテナインピーダンスの上昇を抑えるためにアンテナ長を短縮することは、プラズマの大口径化と矛盾する考えである。そして、たとえ大口径化ができたとしても、電磁界の空間的な不均一性はプラズマ密度の不均一性を引き起こす。
従って、上記（１）、（２）の問題点が解決されなければ、大型の基板を均一性良く処理し得るプラズマ処理装置を実現することは困難となる。
【０００６】
（３）アンテナの作る静電界効果の問題
単一構造のアンテナでは高周波発振器によってアンテナを励振するとアンテナを構成する金属導体（銅パイプ等）の表面に対して垂直方向に強い振動電界（アンテナを励振する周波数で電界の向きも振動するような電界）が発生する。その一方、アンテナが作る電界によって荷電粒子であるプラズマに力の作用（電荷の正負と電界の向きによりアンテナに引き寄せられるか、または引き離されようとする力）が働く。通常、プラズマはその質量比が１０００倍ほど異なる重い正イオンと電子から構成されているため、電界に対する感度（掛かる電界に対する移動割合）が異なり、例えば工業周波数１３．５６ＭＨｚ等の比較的高い周波数の場合、重いイオンは高周波で振動する電界に追随できず位置の変化が現われないのに対し、軽い電子はこの程度の周波数では充分に追随が可能であるため、電子のみが電界に即座に反応して位置を変えるようなプラズマの系が構成される。
【０００７】
このような場合、アンテナが作る電界がアンテナコイル面に対して平行であれば問題ないが、アンテナコイル面に対して垂直に振動しているとすると、電子のみがアンテナに引き付けられたり、引き離されたりと電界の振動に同期してアンテナとプラズマの間で電荷量が変化するような状態となる。この状態を長い時間のオーダーで見た場合、図８に示すように、電子ｅが平均的にアンテナ４０（またはアンテナ４０を被覆している誘電体４１）近傍に過剰に存在する結果を生みだし、この過剰な電子ｅがアンテナ４０とプラズマを隔てている誘電体４２（真空容器）表面の電位をプラズマおよび接地電位に対して相対的に低く下げるような効果を誘発する。具体的には、例えば線状アンテナの場合、アンテナからの距離ｒの逆３乗に比例した強い静電界ができるため、強いＶdcを誘発してしまう。なお、ここでのＶdcとは、「アンテナとプラズマを隔てている誘電体（石英等）の真空容器側表面の時間平均の電位」と定義する。
【０００８】
また、上記Ｖdcの発生により正イオンの真空容器表面へのスパッタリングが生じるため、真空容器表面がたたかれて不純物が発生する、という基板処理上の重大な問題が生じることになる。また、Ｖdcを抑制する方法の一つに、アンテナとプラズマの間にファラデーシールドなる遮蔽板を挿入するという方法がある。しかしながら、ファラデーシールドの使用は放射される電磁界の減衰をもたらし、プラズマに対して効率良くエネルギーを供給することができないため、エネルギー効率の悪いプラズマ処理装置となってしまう。
【０００９】
以上、ＩＣＰを設計する際の問題点を説明した。さらに、特開平３−７９０２５号公報には、電磁界を作り出すための平面状のコイルを備えたプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置は、平面状コイルが作る電磁界により誘導結合されたプラズマを発生させ、プラズマの均一化、高密度化を実現しようとするものである。しかしながら、このプラズマ処理装置においても、上記（３）の静電界効果の問題のところで述べたＶdc発生メカニズムが正にあてはまり、誘電体レンズを併用する等、この問題を回避するには困難さを伴う。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、不純物発生、エネルギー効率低下等の問題が生じることなく、大型基板に対して、高密度プラズマの大口径化、均一化を可能としたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
また、本発明のプラズマ発生装置は、内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
また、上記のプラズマ発生装置は、前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴としている。
【００１２】
また、上記のプラズマ発生装置は、前記スロットアンテナが、線状アンテナとの間の電磁界の双対性を利用して設計されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理装置は、内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記のプラズマ処理装置は、各スロット間での給電位相を制御するための位相制御手段が設けられたことを特徴とするものとすることができる。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置は、内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とする。
【００１６】
また、上記のプラズマ処理装置は、前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記のプラズマ処理装置は、各スロット間が誘電体で仕切られたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ発生手段としてスロットアンテナを適用し、スロットアンテナが作り出す電磁界の特性を生かすことによって上記の目的を達成しようとするものである。スロットアンテナは、図９（ａ）に示すように、導体面上に設けられた細長いスロットｓ（溝、開口）と給電部よりなる電磁波の放射体、である。そして、電磁界の双対性を示したバビネの原理に表されるように、線状アンテナの一つであるダイポールアンテナ（図９（ｂ）に示す）と補対構造を持つため、ダイポールアンテナの諸特性からスロットアンテナの特性を求めることができる。なお、スロットｓは溝の長さをＬ、横幅をＷとすると、
Ｗ≪Ｌ≦λ ……（１）
（λ：電磁波の波長）
となるように溝を設けるのが一般的とされている。
【００１９】
例えば、スロットアンテナが作る電磁界の分布を求めるために、ダイポールアンテナが作る電場をＥd、磁場をＨd、スロットアンテナが作る電場をＥs 、磁場をＨsとすると、バビネの原理から、
Ｅs ＝Ｚ0Ｈd ……（２）
Ｈs ＝（１／Ｚ0）Ｅd ……（３）
（Ｚ0 ＝√（μ0／ε0））
（ただし、μ0：真空の透磁率≒４π×１０-7（Hm-1）、ε0：真空の誘電率≒８．８５４×１０-12（Fm-1））
が得られる。したがって、ダイポールアンテナの作る電磁場から（２）、（３）式を用いて間接的にスロットアンテナの電磁場を知ることが可能になる。
【００２０】
まず、ダイポールアンテナの作る電磁場は、
（電場）
【数１】
【数４】
【００２１】
そして、（２）、（３）式よりスロットアンテナの作る電磁場を求めると、
（電場）
【数６】
【数８】
【００２２】
ダイポールアンテナの場合、これによって作られる電場は、（４）、（５）式中の逆３乗項に見られるように、近接場として支配的な静電界の影響が非常に大きいのに対し、スロットアンテナの場合、電場は、（９）、（１０）式から判るように、逆３乗項がなく、静電界の影響が出てこないことがわかる。このことはＩＣＰで問題になっているアンテナとプラズマの静電界による結合がないことを示唆している。
【００２３】
また、スロットアンテナを用いた場合、スロット開口の持つ自由度（開口の位置、開口面積、開口形状等）によって電磁波強度分布を均一化することが可能なため、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマの大口径化にも対応が可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１は本実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す図であって、具体的には、半導体デバイスの製造プロセス中でレジスト除去に使用するＩＣＰアッシング装置の例である。図中符号１は真空チャンバー（処理室）、２はＯ2 ガス供給源（ガス供給手段）、３は真空ポンプ（排気手段）、４はスロットアンテナ（プラズマ発生手段）、５はＲＦ発振器（高周波電源、プラズマ発生手段）、Ｗは半導体ウェハ（基板）、である。
【００２５】
図１に示すように、本プラズマ処理装置は、真空チャンバー１（内部の圧力が制御可能な真空容器）、Ｏ2 ガス供給源２（ガス供給手段）、スロットアンテナ４（プラズマ発生手段）、ＲＦ発振器５（高周波電源、プラズマ発生手段）からなるプラズマ発生装置を含んでいる。
【００２６】
金属製の上部筐体６、下部筐体７からなる真空チャンバー１の下部には排気口８が設けられ、排気口８にはバルブ９を備えた排気管１０を介して真空ポンプ３が接続されている。そして、真空ポンプ３の作動により排気口８を通じて真空チャンバー１内が数Pa〜数百Pa程度に排気される構成となっている。また、真空チャンバー１の下部には、処理すべき半導体ウェハＷを保持するためのプロセス処理ステージ１１が設けられており、真空チャンバー１内でプロセス処理ステージ１１の位置（高さ）を調節するためのステージ昇降器１２が設置されている。
【００２７】
真空チャンバー１の上部にはガス導入口１３が設けられ、バルブ１４、１５を備えたガス導入管１６を介してＯ2 ガスボンベ等からなるＯ2 ガス供給源２が接続されている。そして、このＯ2 ガス供給源２から真空チャンバー１内にレジスト除去用の処理ガスであるＯ2 ガスが導入される構成となっている。さらに、ガス導入管１６の途中にはパージガス導入管１７が接続され、これを通じて真空チャンバー１内をパージするための、例えばＮ2 ガス等が導入されるようになっている。
【００２８】
また、真空チャンバー１の上部には、真空チャンバー１内に電磁波を放射してプラズマＰを励起、発生させるためのスロットアンテナ４が設置されている。スロットアンテナ４は、図２に示すように、誘電体１８上に設けられた導体板１９に複数のスロット２０、２０、…が交互に位置するように形成されている。本実施の形態の場合、各スロット２０は、直線状の単なる切り溝ではなく、溝の端部同士が繋がった長方形のループ状の形状となっている。この形態のスロットアンテナは折り返しスロットアンテナと呼ばれるものである。そして、各スロット２０の内側にあたる内側導体２１と外側にあたる外側導体２２のそれぞれに給電点２３、２４が設けられた、折り返しスロット給電方式を採っている。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、折り返しスロットアンテナＡS は、折り返しダイポールアンテナＡD と補対構造を持つため、このように呼ばれている。また、折り返しダイポールアンテナＡD は、「２つ以上のアンテナが並列に極めて隣接し、その先端部を互いに接続してこれらのダイポールのうち１つを中央で給電したアンテナ」と定義される。通常のダイポールアンテナの入力インピーダンスをＺD1、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスをＺD2とした時、近似的に、
ＺD2＝４ＺD1 ……（１４）
という関係が得られる。したがって、折り返しスロットアンテナの解析も等価的にダイポールアンテナの解析が利用できる。
【００３０】
折り返しスロットアンテナの具体的な寸法の一例は、次のようになる。例えばスロットアンテナの励振周波数を３００MHz とすると、波長λ≒１（ｍ）となる。ここで、アンテナ長と波長の比ｌ／λ＝０．１、アンテナ長とアンテナ厚さの比ｌ／ａ＝６０の場合、ダイポールアンテナの入力インピーダンスＺD1は、
ＺD1≒１０−ｊ５５０（Ω） ……（１５）
よって、折り返しダイポールアンテナの入力インピーダンスＺD2は、
ＺD2＝４ＺD1＝４（１０−ｊ５５０）＝４０−ｊ２２００（Ω）……（１６）
よって、折り返しスロットアンテナの入力インピーダンスＺsは、
Ｚs≒０．２９＋ｊ１６．１（Ω） ……（１７）
程度となる。この結果から、アンテナ励振周波数が３００MHz の場合の折り返しスロットアンテナの寸法の一例は、図３に示したようになる。
【００３１】
図１に示すように、スロットアンテナ４は、金属製の上部筐体６および下部筐体７から誘電体２５、２５によって絶縁された状態でこれら筐体６、７間に取り付けられている。そして、各スロット２０における内側導体２１側の給電点２３にはマッチングボックス２６、ＲＦ発振器５が順次接続されており、外側導体２２側の給電点２４は下部筐体７とともに接地されている。このスロットアンテナ４への給電構造の一形態をより詳細に示したものが図４である。
【００３２】
図４に示すように、スロットアンテナ４の内側導体２１の下方にボックス状の導体の箱４３が配置されている。この構成により、スロット２０から放射される電磁界が下方には及ばず上方のみに伝達され、電磁波を効率良く真空チャンバー１内に送り込むことが可能となる。そして、内側導体２１が箱４３の底部に設置された絶縁体４４に支持され、マッチングボックス２６、ＲＦ発振器５に続く同軸管４５ａ、４５ｂにより給電がなされるようになっている。その一方、箱４３は接地されている。また、ＲＦ発振器５からの同軸管４５ｂの途中には分配器４６が設置されて各スロットアンテナへの給電が行われるとともに、各スロットアンテナに接続される同軸管４５ａの途中には位相補正器４７（位相制御手段）が接続されている。この位相補正器４７は、アンテナの並列化の際に生じる各スロットアンテナ間での給電位相のずれの補正およびインピーダンスの初段マッチング調整に用いるものである。
【００３３】
すなわち、ＲＦ発振器５から内側導体２１側の給電点２３に印加される高周波の給電位相は、各スロット２０間で個別に調整できる構成となっている。したがって、各スロット２０の位相を同位相としてもよいし、意図的に変えてもよい。また、プロセス処理ステージ１１にもステージバイアス用のマッチングボックス２７、ＲＦ発振器２８が順次接続されている。なお、これらＲＦ発振器５、２８は、数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波を発振し得るものである。
【００３４】
上記構成のプラズマ処理装置を使用する際には、真空ポンプ３を用いて真空チャンバー１内を数mTorr〜数Torr 程度に排気した後、Ｏ2 ガスを導入するとともにＲＦ発振器５からスロットアンテナ４に高周波を印加する。すると、スロットアンテナ４の各スロット２０から電磁波が放射されて真空チャンバー１内にプラズマＰが発生し、Ｏ2 ガスがプラズマＰ中で解離してできた酸素ラジカルと半導体ウェハＷ上のレジストが化学反応を起こすことによって、レジストが分解、気化して除去される。
【００３５】
本実施の形態のプラズマ処理装置は、１枚の導体板１９上に複数のスロット２０、２０、…を形成したことで、あたかも複数のスロットアンテナを並列配置したような形態となっている。したがって、１つのスロットの形状や寸法を自由に設計できることに加えて、複数のスロットアンテナの配置や相対位置についても自由に設計することができる。このように、スロットアンテナを設計する上での自由度が高いことを利用して真空チャンバー１内の電磁界の強度分布を均一化することが可能になるため、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマ密度の均一性を維持したままプラズマの大口径化を図ることができる。その結果、本実施の形態のプラズマ処理装置によれば、大口径の半導体ウェハを均一性良く処理することができ、大口径化に対して良好なプラズマ処理装置とすることができる。
【００３６】
また、電磁界を作るアンテナとしてスロットアンテナを採用したことで、上述したようなスロットアンテナ特有の作用によりアンテナからの距離ｒの逆３乗に比例する静電界の発生を抑えることができる。そのため、アンテナとプラズマの間に存在する真空チャンバー１表面のＶdcが上昇することがなく、真空チャンバー１表面へのスパッタリングが生じないため、従来装置の問題点であった不純物の発生を防止することができる。また、Ｖdcの上昇がなく、かつ、ファラデーシールドを用いる必要がなくなるため、プラズマに対して効率良くエネルギーを供給でき、エネルギー効率の高いプラズマ処理装置を実現することができる。
【００３７】
また、スロットアンテナはダイポールアンテナと補対構造を持つため、例えばスロットアンテナによる電磁界分布の解析を行う際にはダイポールアンテナでの解析結果に基づいてスロットアンテナにおける解析結果を得ることができる。したがって、プラズマ処理装置の製作にあたってスロットアンテナの設計を容易に、かつ効率良く行うことが可能になる。さらに、図１を見ても判るように、装置の構造が非常に簡単であるとともに、スロットアンテナの製作は導体板にスロットを切るのみで済むため、装置の製造が容易になる、という利点も有している。
【００３８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、スロット２０の形状を長方形のループ状としたが、これに代えて他の形態のものでもよい。例えば、図６に示すような円環状のスロット３０を用いて、上記実施の形態と同様に内側導体３１、外側導体３２それぞれに給電点３３、３４を設けるようにしてもよい。
【００３９】
また、溝の端部同士が繋がったループ形状のスロットに代えて、図７に示すように、１枚の導体板３６上に単純な直線状のスロット３７を複数、設けたスロットアンテナを用いてもよい。その場合、スロット３７の両脇に給電点３８、３８を設けることになる。１枚の導体板上に単に複数のスロットを設け給電した場合、使用周波数によっては短絡効果が現われる。この場合には各スロット３７間を誘電体３９で仕切る構造を採用する。
【００４０】
そして、導体板上に設けるスロットの配置や数に関しては任意に設定することができ、さらに、各スロットに関してもその形状や寸法を任意に設定することができる。また、１枚の導体板上に複数のスロットを設けるのではなく、独立した複数の導体板にそれぞれスロットを設けた構成、すなわち複数のスロットアンテナを組み合わせて装置内に設置する構成としてもよい。そして、プラズマ処理装置におけるスロットアンテナ以外の他の構成要素についても適宜設計変更が可能であるし、本発明のプラズマ処理装置をアッシング装置のみならず、任意のエッチング装置等に適用することも勿論可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ発生手段としてスロットアンテナを採用したことで処理室内での静電界の発生を抑えることができる。その結果、処理室筐体表面のＶdcが上昇しないため、不純物発生、エネルギー効率低下、といった従来装置の問題点を解消することができる。また、スロットアンテナの採用により、例えば、導体上に複数のスロットを並列配置するようなこともでき、スロットアンテナ設計上の自由度が高いことを利用して処理室内の電磁界の強度分布を均一化することができる。したがって、プラズマ密度の均一性を制御することが容易になり、かつ、プラズマの大口径化を図ることができる。すなわち、本発明によれば、大口径の基板を均一性良く処理することができ、処理基板の大口径化に対して好適なプラズマ処理装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態であるプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図２】 同、装置のスロットアンテナを示す平面図である。
【図３】 同、スロットアンテナのスロット寸法の一例を示す図である。
【図４】 同、スロットアンテナの給電構造を示す概略構成図である。
【図５】 （ａ）折り返しダイポールアンテナ、（ｂ）折り返しスロットアンテナの補対構造を示す図である。
【図６】 スロット形状の他の例を示す平面図である。
【図７】 スロットアンテナの他の例を示す平面図である。
【図８】 静電界効果によるＶdc上昇のメカニズムを説明するための図である。
【図９】 （ａ）スロットアンテナ、（ｂ）ダイポールアンテナの補対構造を示す図である。
【図１０】 ダイポールアンテナにおける電磁場の方向を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー（処理室）
２ Ｏ2ガス供給源（ガス供給手段）
３ 真空ポンプ（排気手段）
４ スロットアンテナ（プラズマ発生手段）
５ ＲＦ発振器（高周波電源、プラズマ発生手段）
１８ 誘電体
１９，３６ 導体板（導体）
２０，３０，３７ スロット
２１，３１ 内側導体
２２，３２ 外側導体
２３，２４，３３，３４ 給電点
４７ 位相補正器（位相制御手段）
Ｐ プラズマ
Ｗ 半導体ウェハ（基板）
Claims (9)
- 内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、
前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、
前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、
各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 内部の圧力が制御可能な真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、ガスが導入された前記真空容器内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段、を有するプラズマ発生装置において、
前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、
前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、
前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置において、
前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ発生装置において、前記スロットアンテナが、線状アンテナとの間の電磁界の双対性を利用して設計されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
- 内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、
前記スロットアンテナには、ループ状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、
各スロットの内側にあたる内側導体と外側にあたる外側導体のそれぞれに給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項５に記載のプラズマ処理装置において、
各スロット間での給電位相を制御するための位相制御手段が設けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 内部に基板を収容しプラズマを用いて該基板の処理を行うための処理室と、該処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理ガスが導入された前記処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記処理室内を所望の圧力に排気する排気手段、を有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生手段が、電磁波を放射するスロットを誘電体上の導体に形成したスロットアンテナと、該スロットアンテナに給電を行う高周波電源と、を有し、
前記スロットアンテナの導体には、直線状の切り溝型の複数の前記スロットが形成され、
前記複数のスロットの各々における両脇の導体には、給電点が設けられ、前記高周波電源に続く同軸管により給電が行なわれることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項５または請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
前記高周波電源からの前記同軸管の途中に設置された分配器によって、前記複数のスロットの各々に給電が行なわれることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項７に記載のプラズマ処理装置において、各スロット間が誘電体で仕切られたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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