JP4535356B2 - プラズマ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電磁界によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波電磁界を供給して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
図１２は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の一構成例を示す断面図である。また、図１３は、このエッチング装置で使用されるパッチアンテナの構成を示す図である。ここで、図１３（ａ）は、図１２においてXIIIa−XIIIa′線方向からみたときの平面図、図１３（ｂ）は、座標系を示す図である。
【０００３】
図１２に示すエッチング装置では、上部が開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されている。この載置台５２２にはバイアス用の高周波電源５２６が接続されている。
誘電体板５１２の上部には、この誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波電磁界を供給するパッチアンテナ５３０が配置されている。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲はシールド材５１８によって覆われている。
アンテナ５３０は給電用の高周波電源５４５に接続されている。
【０００４】
パッチアンテナ５３０は、接地された導体板からなる地板５３１と、この地板５３１に対向配置され共振器を構成する導体板（以下、パッチという）５３２とを有している。図１３（ａ）に示すように、パッチ５３２は直径Ｌ１≒λg の円形（平面視）をしている。λg はパッチ５３２と地板５３１との間における電磁界の波長である。ここで、パッチ５３２がｘｙ平面上にあり、その中心Ｏが座標系の原点にあるとする。
【０００５】
図１２に示すように、このパッチアンテナ５３０では、パッチ５３２の中心Ｏに給電点が設けられている。アンテナ５３０への給電には同軸線路５４１が用いられ、その外部導体５４２が地板５３１に接続され、内部導体５４３がパッチ５３２の中心Ｏに接続される。
また、パッチ５３２は、その中心Ｏからみておよそλg/４離れた等方的な位置にある３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３において、ショートピン５３３を介して地板５３１に接続されている。なお、点Ｐ１はｘ軸上にあるものとする。
【０００６】
図１４は、パッチアンテナ５３０の動作原理の説明図である。パッチ５３２の直径Ｌ１はおよそλg であるので、高周波電源５４５からパッチ５３２の中心Ｏに供給された電流は共振して定在波となる。このときのｘ軸上における電圧波形は、図１４（ｂ）に示すように、給電点である中心Ｏで腹となり、接地された点Ｐ１で節となる。パッチ５３２の周縁部では同位相で電圧が変化するので、パッチ５３２の外周部に沿ってできる磁流は、図１４（ａ）に示すように、中心Ｏから見て全周にわたって同じ向きとなる。したがって、パッチアンテナ５３０には、ＴＭ01モードが励起され、ＴＭ11モードは励起されない。
【０００７】
パッチアンテナ５３０は、上述した磁流を波源として高周波を放射する。この高周波の電磁界を誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に供給すると、この電磁界は処理容器５１１内のガスを電離させ、処理対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、載置台５２２に印加されたバイアス電圧によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パッチアンテナ５３０のモードがＴＭ01モードである場合、高周波電磁界の指向性は図１２に示すように、パッチ５３２の主面（すなわちｘｙ面）と平行な水平方向となる。したがって、プラズマ生成に寄与する前にシールド材５１８又は処理容器５１１で熱エネルギーに変換されてしまう電力が大きくなるので、効率よくプラズマを生成できないという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ生成の際の電力効率を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置は、処理容器内に高周波を供給するアンテナが、処理容器内に配置された載置台に対向配置された導体板と、この導体板からみて載置台と反対側に対向配置された地板と、導体板に接続された複数の第１の給電線とを備え、第１の給電線のそれぞれが、導体板の外周と直交する導体板上の少なくとも１本の第１の直線上に２本ずつ互いに離間して接続され、導体板と地板との間における電磁界の波長がλg であるとき、第１の直線のそれぞれの長さが、略（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であることを特徴とする。ここで、導体板の外周と直交する第１の直線とは、例えば導体板の平面形状が矩形の場合には、矩形の一辺に平行な直線であり、円形の場合には、円の中心を通る直線である。
【００１０】
導体板の１本の第１の直線上に２本の第１の給電線が接続され、その第１の直線の長さは略（Ｎ＋１／２）×λg であるので、これら２本の給電線から供給された電流は第１の直線上で共振して定在波となる。このとき、２本の給電線による給電により、定在波のモードが規定される。第１の直線上における電圧波形は、両端が腹、波数がＮ＋１／２となるから、両端における電圧変化は互いに逆位相となる。したがって、第１の直線の両端に沿って、導体板の中心から見て互いに逆向きの磁流ができる。したがって、このアンテナでは、ＴＭ11モードが選択的に励起されることがわかる。ＴＭ11モードでは、高周波の指向性は導体板の主面に対して垂直方向となるので、被処理体が配置される載置台の方向に高周波が直接向かうことになる。したがって、処理容器などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。
【００１１】
ここで、アンテナを構成する導体板上の第１の直線が、導体板の中心を通るようにしてもよい。これにより、導体板上において第１の直線と直交する方向に電流が流れないので、この方向への高周波の放射を抑制することができる。
【００１２】
また、上述したプラズマ装置において、アンテナが、対応する第１の直線と直交する導体板上の少なくとも１本の第２の直線上に少なくとも２本ずつ互いに離間して導体板に接続された複数の第２の給電線を更に備え、第２の直線のそれぞれの長さが、略（Ｍ＋１／２）×λg （Ｍは０以上の整数）であり、第２の給電線のそれぞれが、高周波が円偏波となるように、対応する第１の給電線よりも同じ程度遅れた位相で給電するように構成してもよい。この場合、上述したのと同じ原理で、第２の直線の方向にもＴＭ11モードが励起される。また、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円偏波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。
ここで、アンテナから供給される高周波は完全な円偏波でなくてもよく、偏波率が少なくとも５０％以上、好ましくは７０％以上の円偏波であればよい。
【００１３】
ここで、アンテナを構成する導体板上の第１及び第２の直線が、導体板の中心を通るようにしてもよい。これにより、第１の給電線から供給された電流は導体板の第２の直線上には流れず、この逆に第２の給電線から供給された電流は第１の直線上には流れないので、所望の円偏波とは逆旋の円偏波（交差偏波）の発生を抑制することができる。
また、同じ第１の直線上に接続された２本の第１の給電線の間隔、又は、同じ第２の直線上に接続された２本の第２の給電線の間隔を、λg/２としてもよい。
これにより、アンテナの設計が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図１には、一部構成について断面構造が示されている。
【００１５】
図１に示したエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導電部材で形成されている。
処理容器１１の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又はセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌＮなど）などからなる誘電体板１２が配置されている。処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなどのシール部材１３を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１６】
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１６と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１７とが上下に設けられている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなどで形成されている。
【００１７】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１を載置面に置く載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在となっている。また、載置台２２には、マッチングボックス２５を介してバイアス用の高周波電源２６が接続されている。この高周波電源２６の出力周波数は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲内の所定周波数とする。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
【００１８】
また、誘電体板１２の上部には、この誘電体板１２を介して処理容器１１内に高周波電磁界を供給するパッチアンテナ３０が配置されている。このパッチアンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。また、誘電体板１２及びパッチアンテナ３０の周囲はシールド材１８によって覆われているので、パッチアンテナ３０からの高周波電磁界がエッチング装置の外部に漏れることはない。
【００１９】
パッチアンテナ３０は、接地された導体板からなる地板３１と、共振器を構成する導体板（以下、パッチという）３２とを有している。このパッチ３２は地板３１に対して所定の間隔をもって対向配置され、その間隔はそれぞれの中心を接続するショートピン３３により保持されている。以上の地板３１、パッチ３２及びショートピン３３は、銅又はアルミニウムなどにより形成されている。そして、パッチアンテナ３０は、パッチ３２側が下となり、載置台２２の載置面及び誘電体板１２と対向するように配置されている。
【００２０】
パッチアンテナ３０では２点給電が行われる。この給電には２本の同軸線路（第１の給電線）４１Ａ，４１Ｂが用いられる。ただし、同軸線路４１Ｂは同軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜長くなっている。ここでいう電気長とは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂの長さを、給電電力がそれぞれを通過したときの位相差で表したものであり、この場合パッチアンテナ３０への給電位相が１８０゜異なることを意味している。
同軸線路４１Ａ，４１Ｂは、それぞれマッチングボックス４４Ａ，４４Ｂを介して、給電用の高周波電源４５に接続されている。この高周波電源４５の出力周波数はおよそ１００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの範囲内の所定周波数とする。また、同軸線路４１Ａ，４１Ｂのそれぞれにマッチングボックス４４Ａ，４４Ｂを挿入して、インピーダンスのマッチングを図ることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
【００２１】
図２は、図１においてIIa−IIa′線方向から見たときのパッチ３２の平面図である。パッチ３２の平面形状は、図２（ａ）に示すように、一辺の長さＬがおよそ３×λg/２の正方形をしている。λg はパッチ３２と地板３１との間における電磁界の波長であり、その値はパッチ３２と地板３１との間の誘電率により決まる。ここで、パッチ３２の中心Ｏが座標系の原点にあり、パッチ３２の各辺はそれぞれｘ軸，ｙ軸に平行であるとする。
この場合、パッチ３２の２つの給電点Ｐ，Ｑは、ｘ軸（第１の直線）上において中心Ｏから反対方向におよそλg/４離れた２点に設けられている。図１に示すように、各給電点Ｐ，Ｑには、それぞれ同軸線路４１Ａ，４１Ｂの内部導体４３Ａ，４３Ｂが接続されているが、給電点Ｑに接続された同軸線路４１Ｂは給電点Ｐに接続された同軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜だけ長くなっていることは、上述した通りである。なお、同軸線路４１Ａ，４１Ｂの外部導体４２Ａ，４２Ｂは、地板３１に接続されている。
【００２２】
ここで、図２を参照して、パッチアンテナ３０の動作原理を説明する。
２つの同軸線路４１Ａ，４１Ｂはパッチ３２のｘ軸上に接続され、パッチ３２のｘ軸方向の長さはおよそ３×λg/２であるので、２つの同軸線路４１Ａ，４１Ｂから供給された電流はｘ軸方向で共振して定在波となる。このとき、２つの給電点Ｐ，Ｑで給電することにより、定在波のモードが規定される。ｘ方向の電圧波形は図２（ｂ）に示すようになり、両端が腹、波数が３／２となるので、両端における電圧変化は互いに逆位相となる。したがって、図２（ａ）に示すように、パッチ３２のｘ軸方向の両端、すなわちｙ軸に平行な２辺に沿って、パッチ３２の中心から見て逆向きの磁流ができる。すなわち、一方の磁流の向きがｙ軸の正方向（又は負方向）のときは、他方の磁流の向きもｙ軸の正方向（又は負方向）となる。したがって、このパッチアンテナ３０では、ＴＭ11モードのみが励起され、ＴＭ01モードは励起されない。なお、２つの磁流を波源として高周波が放射される。
【００２３】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の載置面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１６からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１７からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、パッチアンテナ３０の２つの給電点Ｐ，Ｑに、互いに等振幅かつ１８０゜異なる位相で給電する。これによりパッチアンテナ３０はＴＭ11モードに選択的に励起される。ＴＭ11モードでは、高周波電磁界の指向性はパッチ３２の主面（ｘｙ面）に対して垂直なｚ軸方向となるので、電磁界はエッチング対象である基板２１がある方向に直接向かうことになる。
【００２４】
この電磁界は処理容器１１内のＡｒを電離させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器１１内に拡散して行き、載置台２２に印加されたバイアス電圧によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
このエッチング装置では、上述したように電磁界が基板２１のある方向に直接向かうので、図１２に示した従来のエッチング装置と比較して、プラズマ生成に寄与する前にシールド材１８又は処理容器１１で熱エネルギーに変換されてしまう電力を低減し、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。よって、従来よりもプラズマ生成の際の電力効率を向上させることができる。
【００２５】
なお、図２（ａ）において、２つの給電点Ｐ，Ｑはパッチ３２のｘ軸上にあるとしたが、これによりパッチ３２上においてｙ軸方向に電流が流れなくなるので、パッチ３２のｘ軸に平行な２辺からの高周波の放射を抑制することができる。
しかし、この放射による影響が許容される範囲内で、ｘ軸上から外れた位置に給電点Ｐ，Ｑを設けてもよい。
また、２つの給電点Ｐ，Ｑは、パッチ３２の中心Ｏから等距離の位置に設けられるとしたが、中心Ｏからの距離がそれぞれ異なる位置に給電点Ｐ，Ｑを設けてもよい。ただし、定在波の節に当たる位置では電位が０（ゼロ）になるので、この位置又はその近傍に給電点Ｐ，Ｑを設けるのは得策でなく、定在波の節に当たる位置からλg/１６以上離れた位置に給電点Ｐ，Ｑを設けることが望ましい。
【００２６】
さらに、パッチ３２にできる定在波のモードを２点給電によって規定できればよいので、必ずしも、２つの給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄをλg/２、給電位相差を１８０゜とする必要はない。また、両者に相関関係をもたせる必要もない。ただし、上述した定在波の節と給電点Ｐ，Ｑとの関係から、給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄの望ましい最小値はλg/８程度となる。
また、パッチアンテナ３０のパッチ３２の一辺の長さＬは、略（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であればよい。
【００２７】
また、パッチ３２の平面形状は、正方形ではない矩形であってもよい。この場合、ｘ軸方向の長さがＬ1 ≒（Ｎ＋１／２）×λg であるとき、ｙ軸方向の長さは｛（Ｎ′−１）＋１／２｝×λg ＜Ｌ2 ＜（Ｎ′＋１／２）×λg とするとよい（Ｎ′は、０≦Ｎ′≦Ｎの整数）。
また、パッチの平面形状は、図３に示すパッチ１３２のように円形であってもよい。この場合、円の直径Ｌはおよそ1.17×（Ｎ＋１／２）×λg であればよい。この寸法は上述の略（Ｎ＋１／２）×λg に含まれる概念である。図３に示したＬ≒１．８×λg はＮ＝１の場合の例である。
【００２８】
また、図４に示すように、パッチアンテナ３０を構成する地板３１とパッチ３２との間に、セラミックなどからなる誘電体板３４を挿入してもよい。これにより、パッチアンテナを小型化することができる。この場合、パッチ３２と地板３１とを接続するショートピン３３は、必ずしも設けなくてもよい。
また、図２（ａ）ではパッチ３２のｘ軸上に２つの給電点Ｐ，Ｑを設けるとしたが、図５に示すようにパッチ３２の外周と直交する２以上の直線（第１の直線）ｘ１，ｘ２上に２つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を設けるようにしても差し支えない。なお、図５ではマッチングボックスの記載を省略している。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図６は、図１に示したパッチアンテナ３０を用いて円偏波を生成するときの構成を示す図である。この図において、図１，図２と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
円偏波を生成する場合には、共振器を構成するパッチ３２に更に２つの給電点Ｒ，Ｓを設ける。これらの給電点Ｒ，Ｓは、ｙ軸（第２の直線）上において中心Ｏから反対方向におよそλg/４離れた２点に設けられる。
【００３０】
各給電点Ｒ，Ｓには、それぞれ同軸線路（第２の給電線）４１Ｃ，４１Ｄの内部導体４３Ｃ，４３Ｄが接続されているが、給電点Ｓに接続された同軸線路４１Ｄは給電点Ｒに接続された同軸線路４１Ｃよりも電気長が１８０゜だけ長くなっている。さらに、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂよりも電気長がそれぞれ９０゜だけ長くなっている。したがって、給電点Ｒ，Ｓへの給電位相差は１８０゜となり、また給電点Ｒ，Ｓへは給電点Ｐ，Ｑよりもそれぞれ９０゜遅れた位相で給電されることになる。なお、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄには、それぞれマッチングボックス４４Ｃ，４４Ｄが挿入されている。
【００３１】
図７は、図６に示したような４点給電によるパッチアンテナ３０の動作原理の説明図であり、図７（ａ）にはパッチ３２の周囲にできる磁流、図６（ｂ）にはｘ軸上の電圧波形、図６（ｃ）にはｙ軸上の電圧波形が示されている。
パッチ３２のｘ軸上にある２つの給電点Ｐ，Ｑに等振幅で給電すると、図２を用いて説明したのと同じ原理で、ｙ軸に平行な２つの磁流を波源として高周波が放射される。この高周波はｘ軸に平行な直線偏波となる。同じく、パッチ３２のｙ軸上にある２つの給電点Ｒ，Ｓに等振幅で給電すると、ｘ軸に平行な２つの磁流を波源として高周波が放射される。この高周波はｙ軸に平行な直線偏波となる。このとき、給電点Ｑ，Ｒにはそれぞれ給電点Ｐ，Ｑよりも９０゜遅れた位相で給電されるので、ｙ軸に平行な直線偏波はｘ軸に平行な直線偏波よりも位相が９０°遅れることになる。これら２つの直線偏波は、振幅が等しく、空間的に直交しており、しかも位相が９０゜異なっているので、円偏波となる。この場合、図１の鉛直方向（ｚ軸の正方向）へは右旋円偏波となる。
【００３２】
図１，図２に示したように２点給電とした場合、パッチアンテナ３０が放射する高周波はｘ軸に平行な直線偏波となるので、その電界分布は図８に示すようになる。すなわち、ｘｚ面では図８（ａ）に示すように比較的均一であるが、ｙｚ面では図８（ｂ）に示すように偏りが存在する。
図６に示したように４点給電とした場合でも、ｘ軸又はｙ軸に平行な直線偏波自体には電界分布に偏りが存在するが、円偏波を生成して載置台２２の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることで、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均で均一なエッチング処理が可能となる。
【００３３】
なお、４点給電をして円偏波を生成する場合、パッチ３２の平面形状は、正方形及び円形などの９０°回転対称形状（パッチ３２の中心軸の周りに９０゜回転させたときに重なる形状）であってもよいし、長方形など、その中心Ｏから見た直交する２方向の長さが異なる形状であってもよい。後者の場合、給電点Ｐ，Ｒ及び給電点Ｑ，Ｓの給電位相差を９０°とはせず、上記２方向の長さによって調整する。また、前者及び後者の何れの場合でも、直行する２方向の長さを略（Ｎ＋１／２）×λg ，略（Ｍ＋１／２）×λg （Ｎ，Ｍは０以上の整数）とすることが条件となる。
また、図６に示した４点給電方式では、図１の鉛直（ｚ軸の正方向）に右旋円偏波となるように構成したが、左旋円偏波とするには、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄの電気長をそれぞれ同軸線路４１Ａ，４１Ｂよりも９０゜だけ短くすればよい。
【００３４】
また、パッチアンテナ３０が放射する高周波は完全な円偏波でなくてもよい。
図９に示すような長軸の長さが２ａ、短軸の長さが２ｂである円偏波の偏波率をｂ／ａ（×１００）％と定義すると、偏波率が５０％以上、好ましくは７０％以上の円偏波を生成することにより、プラズマの分布を改善することができる。ここで、円偏波の偏波率の調整方法について簡単に説明する。
まず、互いに直交する２つの直線偏波の位相差が９０゜であるが、振幅値が互いに異なる場合、２つの直線偏波をａsin(ωt＋π/2)，ｂsin(ωt)と表せば、偏波率は単に振幅値比ｂ／ａ（×１００）％で求められる。したがって、７０％以上の偏波率を得るには、振幅値比を７０％以上にしておけばよい。
【００３５】
また、互いに直交する２つの直線偏波の振幅値が等しいが、位相差が９０゜でない場合、２つの直線偏波をsin(ωt−θ)，sin(ωt)と表せば、位相差θが９０゜付近の値をとるときの偏波率の位相差依存性は図１０に示すようになる。したがって、７０％以上の偏波率を得るには、位相差θをおよそ７０゜〜１１０゜程度に調整すればよい。
【００３６】
また、図５と同様に２つの直線ｘ１，ｘ２上に２つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を設けた場合には、図１１に示すように、直線ｘ１，ｘ２にそれぞれ直交する２つの直線（第２の直線）ｙ１，ｙ２上に２つずつ給電点（Ｒ１，Ｓ１），（Ｒ２，Ｓ２）を設ける。そして、給電点Ｐ１，Ｒ１間、給電点Ｑ１，Ｓ１間、給電点Ｐ２，Ｒ２間、給電点Ｑ２，Ｓ２間の給電位相差が同程度となるように給電すればよい。
以上では本発明のプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ装置では、アンテナに２点給電してＴＭ11モードを選択的に励起させる。これにより、被処理体が配置されている方向に高周波が直接向かうことになるので、処理容器などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。これにより、プラズマ生成の際の電力効率を向上させることができる。
また、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円偏波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】 図１においてIIa−IIa′線方向から見たときのパッチの平面図である。
【図３】 パッチの変形例を示す平面図である。
【図４】 パッチアンテナの変形例を示す断面図である。
【図５】 パッチアンテナの変形例を示す図である。
【図６】 図１に示したパッチアンテナを用いて円偏波を生成するときの構成を示す図である。
【図７】 ４点給電によるパッチアンテナの動作原理の説明図である。
【図８】 図１に示したパッチアンテナが構成する電界分布の概念図である。
【図９】 円偏波の偏波率を説明するための図である。
【図１０】 円偏波の偏波率の位相差依存性を示す図である。
【図１１】 パッチアンテナの変形例を示す図である。
【図１２】 従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の一構成例を示す断面図である。
【図１３】 図１２に示したパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１４】 図１２に示したパッチアンテナの動作原理の説明図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…誘電体板、１３…シール部材、２１…基板、２２…載置台、３０…パッチアンテナ、３１…地板、３２…導体板、４１Ａ〜４１Ｄ…同軸線路、４２Ａ，４２Ｂ…外部導体、４３Ａ〜４３Ｄ…内部導体、４５…高周波電源、Ｏ…導体板の中心、Ｐ〜Ｓ…給電点。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電磁界によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波電磁界を供給して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
図１２は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の一構成例を示す断面図である。また、図１３は、このエッチング装置で使用されるパッチアンテナの構成を示す図である。ここで、図１３（ａ）は、図１２においてXIIIa−XIIIa′線方向からみたときの平面図、図１３（ｂ）は、座標系を示す図である。
【０００３】
図１２に示すエッチング装置では、上部が開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されている。この載置台５２２にはバイアス用の高周波電源５２６が接続されている。
誘電体板５１２の上部には、この誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波電磁界を供給するパッチアンテナ５３０が配置されている。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲はシールド材５１８によって覆われている。
アンテナ５３０は給電用の高周波電源５４５に接続されている。
【０００４】
パッチアンテナ５３０は、接地された導体板からなる地板５３１と、この地板５３１に対向配置され共振器を構成する導体板（以下、パッチという）５３２とを有している。図１３（ａ）に示すように、パッチ５３２は直径Ｌ１≒λg の円形（平面視）をしている。λg はパッチ５３２と地板５３１との間における電磁界の波長である。ここで、パッチ５３２がｘｙ平面上にあり、その中心Ｏが座標系の原点にあるとする。
【０００５】
図１２に示すように、このパッチアンテナ５３０では、パッチ５３２の中心Ｏに給電点が設けられている。アンテナ５３０への給電には同軸線路５４１が用いられ、その外部導体５４２が地板５３１に接続され、内部導体５４３がパッチ５３２の中心Ｏに接続される。
また、パッチ５３２は、その中心Ｏからみておよそλg/４離れた等方的な位置にある３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３において、ショートピン５３３を介して地板５３１に接続されている。なお、点Ｐ１はｘ軸上にあるものとする。
【０００６】
図１４は、パッチアンテナ５３０の動作原理の説明図である。パッチ５３２の直径Ｌ１はおよそλg であるので、高周波電源５４５からパッチ５３２の中心Ｏに供給された電流は共振して定在波となる。このときのｘ軸上における電圧波形は、図１４（ｂ）に示すように、給電点である中心Ｏで腹となり、接地された点Ｐ１で節となる。パッチ５３２の周縁部では同位相で電圧が変化するので、パッチ５３２の外周部に沿ってできる磁流は、図１４（ａ）に示すように、中心Ｏから見て全周にわたって同じ向きとなる。したがって、パッチアンテナ５３０には、ＴＭ01モードが励起され、ＴＭ11モードは励起されない。
【０００７】
パッチアンテナ５３０は、上述した磁流を波源として高周波を放射する。この高周波の電磁界を誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に供給すると、この電磁界は処理容器５１１内のガスを電離させ、処理対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、載置台５２２に印加されたバイアス電圧によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パッチアンテナ５３０のモードがＴＭ01モードである場合、高周波電磁界の指向性は図１２に示すように、パッチ５３２の主面（すなわちｘｙ面）と平行な水平方向となる。したがって、プラズマ生成に寄与する前にシールド材５１８又は処理容器５１１で熱エネルギーに変換されてしまう電力が大きくなるので、効率よくプラズマを生成できないという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ生成の際の電力効率を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置は、処理容器内に高周波を供給するアンテナが、処理容器内に配置された載置台に対向配置された導体板と、この導体板からみて載置台と反対側に対向配置された地板と、導体板に接続された複数の第１の給電線とを備え、第１の給電線のそれぞれが、導体板の外周と直交する導体板上の少なくとも１本の第１の直線上に２本ずつ互いに離間して接続され、導体板と地板との間における電磁界の波長がλg であるとき、第１の直線のそれぞれの長さが、略（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であることを特徴とする。ここで、導体板の外周と直交する第１の直線とは、例えば導体板の平面形状が矩形の場合には、矩形の一辺に平行な直線であり、円形の場合には、円の中心を通る直線である。
【００１０】
導体板の１本の第１の直線上に２本の第１の給電線が接続され、その第１の直線の長さは略（Ｎ＋１／２）×λg であるので、これら２本の給電線から供給された電流は第１の直線上で共振して定在波となる。このとき、２本の給電線による給電により、定在波のモードが規定される。第１の直線上における電圧波形は、両端が腹、波数がＮ＋１／２となるから、両端における電圧変化は互いに逆位相となる。したがって、第１の直線の両端に沿って、導体板の中心から見て互いに逆向きの磁流ができる。したがって、このアンテナでは、ＴＭ11モードが選択的に励起されることがわかる。ＴＭ11モードでは、高周波の指向性は導体板の主面に対して垂直方向となるので、被処理体が配置される載置台の方向に高周波が直接向かうことになる。したがって、処理容器などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。
【００１１】
ここで、アンテナを構成する導体板上の第１の直線が、導体板の中心を通るようにしてもよい。これにより、導体板上において第１の直線と直交する方向に電流が流れないので、この方向への高周波の放射を抑制することができる。
【００１２】
また、上述したプラズマ装置において、アンテナが、対応する第１の直線と直交する導体板上の少なくとも１本の第２の直線上に少なくとも２本ずつ互いに離間して導体板に接続された複数の第２の給電線を更に備え、第２の直線のそれぞれの長さが、略（Ｍ＋１／２）×λg （Ｍは０以上の整数）であり、第２の給電線のそれぞれが、高周波が円偏波となるように、対応する第１の給電線よりも同じ程度遅れた位相で給電するように構成してもよい。この場合、上述したのと同じ原理で、第２の直線の方向にもＴＭ11モードが励起される。また、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円偏波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。
ここで、アンテナから供給される高周波は完全な円偏波でなくてもよく、偏波率が少なくとも５０％以上、好ましくは７０％以上の円偏波であればよい。
【００１３】
ここで、アンテナを構成する導体板上の第１及び第２の直線が、導体板の中心を通るようにしてもよい。これにより、第１の給電線から供給された電流は導体板の第２の直線上には流れず、この逆に第２の給電線から供給された電流は第１の直線上には流れないので、所望の円偏波とは逆旋の円偏波（交差偏波）の発生を抑制することができる。
また、同じ第１の直線上に接続された２本の第１の給電線の間隔、又は、同じ第２の直線上に接続された２本の第２の給電線の間隔を、λg/２としてもよい。
これにより、アンテナの設計が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。この図１には、一部構成について断面構造が示されている。
【００１５】
図１に示したエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導電部材で形成されている。
処理容器１１の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又はセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌＮなど）などからなる誘電体板１２が配置されている。処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなどのシール部材１３を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１６】
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１６と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１７とが上下に設けられている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなどで形成されている。
【００１７】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１を載置面に置く載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在となっている。また、載置台２２には、マッチングボックス２５を介してバイアス用の高周波電源２６が接続されている。この高周波電源２６の出力周波数は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲内の所定周波数とする。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
【００１８】
また、誘電体板１２の上部には、この誘電体板１２を介して処理容器１１内に高周波電磁界を供給するパッチアンテナ３０が配置されている。このパッチアンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。また、誘電体板１２及びパッチアンテナ３０の周囲はシールド材１８によって覆われているので、パッチアンテナ３０からの高周波電磁界がエッチング装置の外部に漏れることはない。
【００１９】
パッチアンテナ３０は、接地された導体板からなる地板３１と、共振器を構成する導体板（以下、パッチという）３２とを有している。このパッチ３２は地板３１に対して所定の間隔をもって対向配置され、その間隔はそれぞれの中心を接続するショートピン３３により保持されている。以上の地板３１、パッチ３２及びショートピン３３は、銅又はアルミニウムなどにより形成されている。そして、パッチアンテナ３０は、パッチ３２側が下となり、載置台２２の載置面及び誘電体板１２と対向するように配置されている。
【００２０】
パッチアンテナ３０では２点給電が行われる。この給電には２本の同軸線路（第１の給電線）４１Ａ，４１Ｂが用いられる。ただし、同軸線路４１Ｂは同軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜長くなっている。ここでいう電気長とは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂの長さを、給電電力がそれぞれを通過したときの位相差で表したものであり、この場合パッチアンテナ３０への給電位相が１８０゜異なることを意味している。
同軸線路４１Ａ，４１Ｂは、それぞれマッチングボックス４４Ａ，４４Ｂを介して、給電用の高周波電源４５に接続されている。この高周波電源４５の出力周波数はおよそ１００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの範囲内の所定周波数とする。また、同軸線路４１Ａ，４１Ｂのそれぞれにマッチングボックス４４Ａ，４４Ｂを挿入して、インピーダンスのマッチングを図ることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
【００２１】
図２は、図１においてIIa−IIa′線方向から見たときのパッチ３２の平面図である。パッチ３２の平面形状は、図２（ａ）に示すように、一辺の長さＬがおよそ３×λg/２の正方形をしている。λg はパッチ３２と地板３１との間における電磁界の波長であり、その値はパッチ３２と地板３１との間の誘電率により決まる。ここで、パッチ３２の中心Ｏが座標系の原点にあり、パッチ３２の各辺はそれぞれｘ軸，ｙ軸に平行であるとする。
この場合、パッチ３２の２つの給電点Ｐ，Ｑは、ｘ軸（第１の直線）上において中心Ｏから反対方向におよそλg/４離れた２点に設けられている。図１に示すように、各給電点Ｐ，Ｑには、それぞれ同軸線路４１Ａ，４１Ｂの内部導体４３Ａ，４３Ｂが接続されているが、給電点Ｑに接続された同軸線路４１Ｂは給電点Ｐに接続された同軸線路４１Ａよりも電気長が１８０゜だけ長くなっていることは、上述した通りである。なお、同軸線路４１Ａ，４１Ｂの外部導体４２Ａ，４２Ｂは、地板３１に接続されている。
【００２２】
ここで、図２を参照して、パッチアンテナ３０の動作原理を説明する。
２つの同軸線路４１Ａ，４１Ｂはパッチ３２のｘ軸上に接続され、パッチ３２のｘ軸方向の長さはおよそ３×λg/２であるので、２つの同軸線路４１Ａ，４１Ｂから供給された電流はｘ軸方向で共振して定在波となる。このとき、２つの給電点Ｐ，Ｑで給電することにより、定在波のモードが規定される。ｘ方向の電圧波形は図２（ｂ）に示すようになり、両端が腹、波数が３／２となるので、両端における電圧変化は互いに逆位相となる。したがって、図２（ａ）に示すように、パッチ３２のｘ軸方向の両端、すなわちｙ軸に平行な２辺に沿って、パッチ３２の中心から見て逆向きの磁流ができる。すなわち、一方の磁流の向きがｙ軸の正方向（又は負方向）のときは、他方の磁流の向きもｙ軸の正方向（又は負方向）となる。したがって、このパッチアンテナ３０では、ＴＭ11モードのみが励起され、ＴＭ01モードは励起されない。なお、２つの磁流を波源として高周波が放射される。
【００２３】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の載置面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。次に、この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１６からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１７からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、パッチアンテナ３０の２つの給電点Ｐ，Ｑに、互いに等振幅かつ１８０゜異なる位相で給電する。これによりパッチアンテナ３０はＴＭ11モードに選択的に励起される。ＴＭ11モードでは、高周波電磁界の指向性はパッチ３２の主面（ｘｙ面）に対して垂直なｚ軸方向となるので、電磁界はエッチング対象である基板２１がある方向に直接向かうことになる。
【００２４】
この電磁界は処理容器１１内のＡｒを電離させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器１１内に拡散して行き、載置台２２に印加されたバイアス電圧によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
このエッチング装置では、上述したように電磁界が基板２１のある方向に直接向かうので、図１２に示した従来のエッチング装置と比較して、プラズマ生成に寄与する前にシールド材１８又は処理容器１１で熱エネルギーに変換されてしまう電力を低減し、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。よって、従来よりもプラズマ生成の際の電力効率を向上させることができる。
【００２５】
なお、図２（ａ）において、２つの給電点Ｐ，Ｑはパッチ３２のｘ軸上にあるとしたが、これによりパッチ３２上においてｙ軸方向に電流が流れなくなるので、パッチ３２のｘ軸に平行な２辺からの高周波の放射を抑制することができる。
しかし、この放射による影響が許容される範囲内で、ｘ軸上から外れた位置に給電点Ｐ，Ｑを設けてもよい。
また、２つの給電点Ｐ，Ｑは、パッチ３２の中心Ｏから等距離の位置に設けられるとしたが、中心Ｏからの距離がそれぞれ異なる位置に給電点Ｐ，Ｑを設けてもよい。ただし、定在波の節に当たる位置では電位が０（ゼロ）になるので、この位置又はその近傍に給電点Ｐ，Ｑを設けるのは得策でなく、定在波の節に当たる位置からλg/１６以上離れた位置に給電点Ｐ，Ｑを設けることが望ましい。
【００２６】
さらに、パッチ３２にできる定在波のモードを２点給電によって規定できればよいので、必ずしも、２つの給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄをλg/２、給電位相差を１８０゜とする必要はない。また、両者に相関関係をもたせる必要もない。ただし、上述した定在波の節と給電点Ｐ，Ｑとの関係から、給電点Ｐ，Ｑ間の距離ｄの望ましい最小値はλg/８程度となる。
また、パッチアンテナ３０のパッチ３２の一辺の長さＬは、略（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）であればよい。
【００２７】
また、パッチ３２の平面形状は、正方形ではない矩形であってもよい。この場合、ｘ軸方向の長さがＬ1 ≒（Ｎ＋１／２）×λg であるとき、ｙ軸方向の長さは｛（Ｎ′−１）＋１／２｝×λg ＜Ｌ2 ＜（Ｎ′＋１／２）×λg とするとよい（Ｎ′は、０≦Ｎ′≦Ｎの整数）。
また、パッチの平面形状は、図３に示すパッチ１３２のように円形であってもよい。この場合、円の直径Ｌはおよそ1.17×（Ｎ＋１／２）×λg であればよい。この寸法は上述の略（Ｎ＋１／２）×λg に含まれる概念である。図３に示したＬ≒１．８×λg はＮ＝１の場合の例である。
【００２８】
また、図４に示すように、パッチアンテナ３０を構成する地板３１とパッチ３２との間に、セラミックなどからなる誘電体板３４を挿入してもよい。これにより、パッチアンテナを小型化することができる。この場合、パッチ３２と地板３１とを接続するショートピン３３は、必ずしも設けなくてもよい。
また、図２（ａ）ではパッチ３２のｘ軸上に２つの給電点Ｐ，Ｑを設けるとしたが、図５に示すようにパッチ３２の外周と直交する２以上の直線（第１の直線）ｘ１，ｘ２上に２つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を設けるようにしても差し支えない。なお、図５ではマッチングボックスの記載を省略している。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図６は、図１に示したパッチアンテナ３０を用いて円偏波を生成するときの構成を示す図である。この図において、図１，図２と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
円偏波を生成する場合には、共振器を構成するパッチ３２に更に２つの給電点Ｒ，Ｓを設ける。これらの給電点Ｒ，Ｓは、ｙ軸（第２の直線）上において中心Ｏから反対方向におよそλg/４離れた２点に設けられる。
【００３０】
各給電点Ｒ，Ｓには、それぞれ同軸線路（第２の給電線）４１Ｃ，４１Ｄの内部導体４３Ｃ，４３Ｄが接続されているが、給電点Ｓに接続された同軸線路４１Ｄは給電点Ｒに接続された同軸線路４１Ｃよりも電気長が１８０゜だけ長くなっている。さらに、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄは、同軸線路４１Ａ，４１Ｂよりも電気長がそれぞれ９０゜だけ長くなっている。したがって、給電点Ｒ，Ｓへの給電位相差は１８０゜となり、また給電点Ｒ，Ｓへは給電点Ｐ，Ｑよりもそれぞれ９０゜遅れた位相で給電されることになる。なお、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄには、それぞれマッチングボックス４４Ｃ，４４Ｄが挿入されている。
【００３１】
図７は、図６に示したような４点給電によるパッチアンテナ３０の動作原理の説明図であり、図７（ａ）にはパッチ３２の周囲にできる磁流、図６（ｂ）にはｘ軸上の電圧波形、図６（ｃ）にはｙ軸上の電圧波形が示されている。
パッチ３２のｘ軸上にある２つの給電点Ｐ，Ｑに等振幅で給電すると、図２を用いて説明したのと同じ原理で、ｙ軸に平行な２つの磁流を波源として高周波が放射される。この高周波はｘ軸に平行な直線偏波となる。同じく、パッチ３２のｙ軸上にある２つの給電点Ｒ，Ｓに等振幅で給電すると、ｘ軸に平行な２つの磁流を波源として高周波が放射される。この高周波はｙ軸に平行な直線偏波となる。このとき、給電点Ｑ，Ｒにはそれぞれ給電点Ｐ，Ｑよりも９０゜遅れた位相で給電されるので、ｙ軸に平行な直線偏波はｘ軸に平行な直線偏波よりも位相が９０°遅れることになる。これら２つの直線偏波は、振幅が等しく、空間的に直交しており、しかも位相が９０゜異なっているので、円偏波となる。この場合、図１の鉛直方向（ｚ軸の正方向）へは右旋円偏波となる。
【００３２】
図１，図２に示したように２点給電とした場合、パッチアンテナ３０が放射する高周波はｘ軸に平行な直線偏波となるので、その電界分布は図８に示すようになる。すなわち、ｘｚ面では図８（ａ）に示すように比較的均一であるが、ｙｚ面では図８（ｂ）に示すように偏りが存在する。
図６に示したように４点給電とした場合でも、ｘ軸又はｙ軸に平行な直線偏波自体には電界分布に偏りが存在するが、円偏波を生成して載置台２２の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることで、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均で均一なエッチング処理が可能となる。
【００３３】
なお、４点給電をして円偏波を生成する場合、パッチ３２の平面形状は、正方形及び円形などの９０°回転対称形状（パッチ３２の中心軸の周りに９０゜回転させたときに重なる形状）であってもよいし、長方形など、その中心Ｏから見た直交する２方向の長さが異なる形状であってもよい。後者の場合、給電点Ｐ，Ｒ及び給電点Ｑ，Ｓの給電位相差を９０°とはせず、上記２方向の長さによって調整する。また、前者及び後者の何れの場合でも、直行する２方向の長さを略（Ｎ＋１／２）×λg ，略（Ｍ＋１／２）×λg （Ｎ，Ｍは０以上の整数）とすることが条件となる。
また、図６に示した４点給電方式では、図１の鉛直（ｚ軸の正方向）に右旋円偏波となるように構成したが、左旋円偏波とするには、同軸線路４１Ｃ，４１Ｄの電気長をそれぞれ同軸線路４１Ａ，４１Ｂよりも９０゜だけ短くすればよい。
【００３４】
また、パッチアンテナ３０が放射する高周波は完全な円偏波でなくてもよい。
図９に示すような長軸の長さが２ａ、短軸の長さが２ｂである円偏波の偏波率をｂ／ａ（×１００）％と定義すると、偏波率が５０％以上、好ましくは７０％以上の円偏波を生成することにより、プラズマの分布を改善することができる。ここで、円偏波の偏波率の調整方法について簡単に説明する。
まず、互いに直交する２つの直線偏波の位相差が９０゜であるが、振幅値が互いに異なる場合、２つの直線偏波をａsin(ωt＋π/2)，ｂsin(ωt)と表せば、偏波率は単に振幅値比ｂ／ａ（×１００）％で求められる。したがって、７０％以上の偏波率を得るには、振幅値比を７０％以上にしておけばよい。
【００３５】
また、互いに直交する２つの直線偏波の振幅値が等しいが、位相差が９０゜でない場合、２つの直線偏波をsin(ωt−θ)，sin(ωt)と表せば、位相差θが９０゜付近の値をとるときの偏波率の位相差依存性は図１０に示すようになる。したがって、７０％以上の偏波率を得るには、位相差θをおよそ７０゜〜１１０゜程度に調整すればよい。
【００３６】
また、図５と同様に２つの直線ｘ１，ｘ２上に２つずつ給電点（Ｐ１，Ｑ１），（Ｐ２，Ｑ２）を設けた場合には、図１１に示すように、直線ｘ１，ｘ２にそれぞれ直交する２つの直線（第２の直線）ｙ１，ｙ２上に２つずつ給電点（Ｒ１，Ｓ１），（Ｒ２，Ｓ２）を設ける。そして、給電点Ｐ１，Ｒ１間、給電点Ｑ１，Ｓ１間、給電点Ｐ２，Ｒ２間、給電点Ｑ２，Ｓ２間の給電位相差が同程度となるように給電すればよい。
以上では本発明のプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ装置では、アンテナに２点給電してＴＭ11モードを選択的に励起させる。これにより、被処理体が配置されている方向に高周波が直接向かうことになるので、処理容器などに吸収される電力を低減して、プラズマ生成に寄与する電力を増加させることができる。これにより、プラズマ生成の際の電力効率を向上させることができる。
また、アンテナから処理容器内に供給される高周波を円偏波とし、被処理体を置く載置台の載置面に垂直な軸の周りに電磁界を回転させることにより、この電磁界によって生成されるプラズマの分布も回転するので、時間平均をとったときのプラズマ分布の均一性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】 図１においてIIa−IIa′線方向から見たときのパッチの平面図である。
【図３】 パッチの変形例を示す平面図である。
【図４】 パッチアンテナの変形例を示す断面図である。
【図５】 パッチアンテナの変形例を示す図である。
【図６】 図１に示したパッチアンテナを用いて円偏波を生成するときの構成を示す図である。
【図７】 ４点給電によるパッチアンテナの動作原理の説明図である。
【図８】 図１に示したパッチアンテナが構成する電界分布の概念図である。
【図９】 円偏波の偏波率を説明するための図である。
【図１０】 円偏波の偏波率の位相差依存性を示す図である。
【図１１】 パッチアンテナの変形例を示す図である。
【図１２】 従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の一構成例を示す断面図である。
【図１３】 図１２に示したパッチアンテナの構成を示す図である。
【図１４】 図１２に示したパッチアンテナの動作原理の説明図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…誘電体板、１３…シール部材、２１…基板、２２…載置台、３０…パッチアンテナ、３１…地板、３２…導体板、４１Ａ〜４１Ｄ…同軸線路、４２Ａ，４２Ｂ…外部導体、４３Ａ〜４３Ｄ…内部導体、４５…高周波電源、Ｏ…導体板の中心、Ｐ〜Ｓ…給電点。
Claims (10)
- 気密な処理容器内に配置され被処理体を置く載置台と、この載置台に対向配置され前記処理容器内に高周波を供給するアンテナとを備えたプラズマ装置において、
前記アンテナは、
前記載置台に対向配置された矩形導体板と、
この矩形導体板からみて前記載置台と反対側に対向配置された地板と、
前記矩形導体板に接続された２本の第１の給電線とを備え、
前記第１の給電線は、前記矩形導体板の外周と直交する前記矩形導体板上の第１の直線上に互いに離間して接続され、
前記矩形導体板の辺のうち前記第１の直線と平行なものの長さは、前記矩形導体板と前記地板との間における電磁界の波長がλg であるとき、（Ｎ＋１／２）×λg （Ｎは０以上の整数）である
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１記載のプラズマ装置において、
前記第１の直線は、前記矩形導体板の中心を通る
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１記載のプラズマ装置において、
前記アンテナは、前記第１の直線と直交する前記矩形導体板上の第２の直線上に互いに離間して前記矩形導体板に接続された２本の第２の給電線を更に備え、
前記矩形導体板の辺のうち前記第２の直線と平行なものの長さは、（Ｍ＋１／２）×λg （Ｍは０以上の整数）であり、
前記第２の給電線のそれぞれは、前記高周波が円偏波となるように、対応する前記第１の給電線よりも９０°遅れた位相で給電する
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項３記載のプラズマ装置において、
前記第１の直線は、前記矩形導体板の中心を通り、かつ、
前記第２の直線は、前記矩形導体板の中心を通る
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１又は２記載のプラズマ装置において、
２本の第１の給電線の間隔は、λg/２である
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項３又は４記載のプラズマ装置において、
２本の第１の給電線の間隔及び２本の第２の給電線の間隔は、λg/２である
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項５記載のプラズマ装置において、
前記第１の給電線は、矩形導体板の中心からλg/４離れた２点に接続されている
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項６記載のプラズマ装置において、
前記第２の給電線は、矩形導体板の中心からλg/４離れた２点に接続されている
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１，２，５，７のいずれか１項に記載のプラズマ装置において、
前記矩形導体板の辺のうち前記第１の直線と平行なものの長さは、（３／２）×λg である
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項３，４，６，８のいずれか１項に記載のプラズマ装置において、
前記矩形導体板の辺のうち前記第２の直線と平行なものの長さは、（３／２）×λg である
ことを特徴とするプラズマ装置。
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JPH08325759A (ja) * | 1995-05-30 | 1996-12-10 | Anelva Corp | 表面処理装置 |
| JP2000133641A (ja) * | 1996-03-29 | 2000-05-12 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
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