JP7225058B2 - 高周波アンテナ及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 １．２０１９年２月２５日 証明書記載のウェブサイトのアドレスにて発表 ２．２０１９年２月２５日 ２０１９年第６６回応用物理学会春季学術講演会 予稿集にて発表 ３．２０１９年３月１１日 ２０１９年第６６回応用物理学会春季学術講演会にて発表

本発明の実施形態は、高周波アンテナ及びプラズマ処理装置に関する。

被処理物の表面のエッチングに、プラズマ処理装置が用いられることがある。プラズマ処理装置の一例として、誘導結合型のプラズマを発生させる装置がある。このプラズマ処理装置では、チャンバに誘電体又は半導体からウィンドウが形成され、ウィンドウの外表面に高周波アンテナが設置される。そして、処理空間にガスを供給する。そして、高周波アンテナに高周波電流が流れることにより、チャンバの内部の処理空間に誘導電界が発生する。そして、処理空間にガスを供給している状態において処理空間に誘導電界が発生することにより、処理空間においてプラズマが発生する。

前述の誘導結合型のプラズマを発生させるプラズマ処理装置では、径方向の寸法が小さい小径の高周波アンテナが用いられることがある。小径の高周波アンテナでは、高周波アンテナ全体が占める領域に対して、中心軸を中心とするアンテナ形状の軸対称性を確保できない給電端及び接地端が占める領域の割合、すなわち、電源及びチャンバへの高周波アンテナの接続部が占める領域の割合が、大きくなる。プラズマ処理装置では、前述のような小径の高周波アンテナが用いられる場合でも、処理空間において、高周波アンテナの中心軸を中心とするプラズマの密度の対称性が確保されることが、求められている。

特開２００２－２１７１７５号公報 特開２００６－２２１８５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、小径であっても処理空間において発生するプラズマの密度の対称性を確保する高周波アンテナ、及び、その高周波アンテナを備えるプラズマ処理装置を提供することにある。

実施形態によれば、高周波アンテナが提供される。高周波アンテナは、ウィンドウが形成されるチャンバにおいて、ウィンドウの外表面に設置される。高周波アンテナに高周波電流が流れることにより、チャンバの内部の処理空間に誘導電界を発生し、誘導電界によって処理空間においてプラズマが発生する。高周波アンテナは、第１のアンテナ要素、第２のアンテナ要素、第１の中継部及び第２の中継部を備える。第１のアンテナ要素は、周方向について第１の角度範囲に渡って、周方向に沿って延設される。第２のアンテナ要素は、周方向について第１の角度範囲からずれる第２の角度範囲に渡って、周方向に沿って延設される。第２のアンテナ要素は、第１のアンテナ要素に比べてウィンドウから離れて配置されるとともに、第１のアンテナ要素に対して外周側に配置される。第１の中継部は、ウィンドウから離れる側に向かって第１のアンテナ要素から延設される。第２の中継部は、第１の中継部から第２のアンテナ要素まで外周側へ向かって延設され、第１のアンテナ要素に比べてウィンドウから離れて配置される。

また、実施形態によれば、前述の高周波アンテナを備えるプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、ガス供給源及び電源を備える。チャンバは、高周波アンテナが外表面に設置されるウィンドウを備え、処理空間が内部に形成される。ガス供給源は、処理空間にガスを供給する。電源は、高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、高周波アンテナに高周波電流を流し、処理空間に誘導電界を発生させる。処理空間にガスが供給されている状態において処理空間に誘導電界を発生させることにより、処理空間においてプラズマを発生させる。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る高周波アンテナを概略的に示す斜視図である。 図３は、図２の高周波アンテナを、中心軸に沿う方向の一方側から視た状態で示す概略図である。 図４は、図２の高周波アンテナを、外周側から視た状態で示す概略図である。 図５は、図２の高周波アンテナにおいて、３つの要素ベクトルの算出に用いられるパラメータを説明する概略図である。 図６は、ある変形例に係る高周波アンテナを、中心軸に沿う方向の一方側から視た状態で示す概略図である。 図７は、図６とは別のある変形例に係る高周波アンテナを、中心軸に沿う方向の一方側から視た状態で示す概略図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１を示す。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、チャンバ２を備える。チャンバ２は、例えば、ステンレス又はアルミニウム合金等の金属から形成され、チャンバ２の内部には、処理空間３が規定される。

また、プラズマ処理装置１は、処理空間３にガス（反応ガス）を供給するガス供給源５を備える。ある一例では、ガス供給源５は、ガスが貯められるタンク（図示しない）、及び、ポンプ等の供給駆動部（図示しない）を備える。また、チャンバ２には、ガス導入口６が形成される。ガス供給源５の供給駆動部が駆動されることにより、タンクのガスが、ガス導入口６を介して処理空間３に供給される。また、ある一例では、ガス供給源５とガス導入口６との間の供給経路に、開閉弁が設けられる。開閉弁によって、処理空間３へのガスの供給及び供給停止が、切替えられる。また、開閉弁が設けられる場合、タンク及び供給駆動部の代わりに、工場の配管等がガス供給源５として設けられてもよい。

また、プラズマ処理装置１は、排気源７及び圧力調整器８を備える。排気源７は、真空ポンプ等の排気駆動部（図示しない）を備える。排気駆動部を駆動することにより、処理空間３のガスが排気される。排気源７によって排気されたガスは、回収タンク（図示しない）等に回収される。そして、回収タンクにおいて、ガスを無害化する処理が行われた後、大気等に放出される。

圧力調整器８は、例えばＡＰＣ（Auto Pressure Controller）弁等の圧力制御弁を備え、処理空間３の圧力を調整する。ある一例では、排気源７及び圧力調整器８等の駆動を制御することにより、処理空間３では、ガス導入口６から供給されたガス（反応ガス）の圧力が、０．０５Ｐａ以上５００Ｐａ以下の範囲のいずれかの値に調整される。また、プラズマ処理装置１は、圧力センサ等の圧力検出器９Ａ，９Ｂを備える。圧力検出器９Ａ，９Ｂのそれぞれは、処理空間３の圧力を検出する。

また、チャンバ２の処理空間３では、ガス導入口６に対して鉛直下側に載置台１１が配置される。プラズマ処理装置１での処理対象となる被処理物１２は、載置台１１上に載置される。被処理物１２は、載置台１１において鉛直上側を向く表面に、載置される。また、図１等の一例では、チャンバ２の側壁に、搬入口１３が形成される。被処理物１２は、搬入口１３を介して処理空間３に搬入され、搬入口１３を介して処理空間３から搬出される。なお、処理空間３において後述する処理が行われている状態では、搬入口１３は、ゲートバルブ（図示しない）等によって、気密に閉じられる。

ある一例では、プラズマ処理装置１には、駆動機構（図示しない）が設けられる。この場合、駆動機構は、サーボモータ又は制御モータ等を備える。そして、駆動機構を駆動することにより、載置台１１が回転する等、載置台１１が移動する。このため、載置台１１上に被処理物１２が載置されている状態では、載置台１１が移動することにより、被処理物１２は、載置台１１と一緒に移動する。

被処理物１２は、例えば、板状の部材であり、特にこれらに限定されないが、被処理物１２として、平板及び円板等が挙げられる。被処理物１２は、後述するプラズマを用いた処理によって、エッチングされる。被処理物１２の一例として、レジストマスクが形成された半導体ウェーハ等が挙げられる。この場合、レジストマスクを形成する有機物が、後述するプラズマを用いた処理によって、エッチングされる。

チャンバ２の天井部には、処理空間３が外部に向かって開口する開口部１５が形成される。そして、チャンバ２には、開口部１５を塞ぐ状態でウィンドウ１６が取付けられる。すなわち、チャンバ２の天井部に、ウィンドウ１６が形成される。ウィンドウ１６は、石英及びアルミナ等の誘電体、又は、シリコン等の半導体から形成される。また、処理空間３では、ウィンドウ１６と載置台１１との間に、ガス導入口６からガスが導入される。

ウィンドウ１６の外表面には、高周波アンテナ１７が設置される。したがって、高周波アンテナ１７は、チャンバ２の外部に配置される。高周波アンテナ１７は、例えば、導電材料から形成され、給電端及び接地端を備える。高周波アンテナ１７の給電端は、電源（高周波電源）１８に接続され、高周波アンテナ１７と電源１８との間には、整合回路１９が設けられる。また、高周波アンテナ１７の接地端は、チャンバ２に接続され、接地される。電源１８は、数ＭＨｚ以上数百ＭＨｚ以下の範囲のいずれかの周波数で高周波電力を高周波アンテナ１７に供給し、ある一例では、１３．５６ＭＨｚの周波数で高周波電力を高周波アンテナ１７に供給する。また、整合回路１９は、電源１８側でのインピーダンスと高周波アンテナ１７等の負荷側でのインピーダンスとの間を整合するリアクタンス可変の整合回路である。

処理空間３では、載置台１１の鉛直下側に隣接して電極（下方電極）２１が設けられる。電極２１は、導電材料から形成され、給電端を備える。電極２１の給電端は、電源（高周波電源）２２に接続され、電極２１と電源２２との間には、整合回路２３が設けられる。また、電極２１はさらに、接地される接地端を備えていても構わない。電源２２は、数ｋＨｚ以上数ＭＨｚ以下の範囲のいずれかの周波数で高周波電力を電極２１に供給する。また、整合回路２３は、電源２２側でのインピーダンスと電極２１等の負荷側でのインピーダンスとの間を整合するリアクタンス可変の整合回路である。

また、ある一例では、プラズマ処理装置１に、載置台１１及び電極２１を加熱及び／又は冷却する温度調整器（図示しない）が設けられる。この場合、温度調整器の作動を制御することにより、載置台１１及び電極２１の温度を調整する。

図１の一例では、プラズマ処理装置１は、コントローラ２５を備える。コントローラ２５は、例えば、コンピュータ等である。コントローラ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。コントローラ２５は、集積回路等を１つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。コントローラ２５は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。コントローラ２５は、電源１８，２２のそれぞれからの高周波電力の出力を制御する。これにより、電源１８，２２のそれぞれから出力される高周波電力の周波数及び位相等が、調整される。なお、電源１８，２２からの出力は、コントローラ２５によって、互いに対して独立して制御される。

電源１８から高周波アンテナ１７に高周波電力が供給され、高周波アンテナ１７に高周波電流が流れることにより、高周波アンテナ１７の近傍の領域に磁場が誘起される。そして、誘起された磁場が経時的に変化することにより、磁場の変化を打ち消す状態に誘導電界が処理空間３に発生する。この際、処理空間３においてウィンドウ１６と載置台１１との間に、誘導電界が発生する。

ガス供給源５から処理空間３にガスが供給されている状態において処理空間３で誘導電界が発生することにより、処理空間３において、供給されたガスが励起され、イオン化される。これにより、処理空間３において、プラズマＰが発生する。そして、発生したプラズマＰを用いて、被処理物１２をエッチングする等、被処理物１２を処理する。前述のようにプラズマＰが発生するため、本実施形態では、誘導結合型のプラズマが発生する。

また、プラズマ処理装置１では、高周波アンテナ１７に高周波電力が供給され、前述のように処理空間３でプラズマＰが発生している状態において、電源２２から電極２１に高周波電力が供給されてもよい。この場合、コントローラ２５は、電源１８，２２のそれぞれから出力される高周波電力の周波数及び位相等を調整することにより、被処理物１２に入射するイオンエネルギーが制御される。この際、イオン化したガスのイオンエネルギーが被処理物１２に適切に入射される状態に、電源１８，２２のそれぞれから出力される高周波電力の周波数及び位相等が、コントローラ２５によって調整される。

図２乃至図４は、本実施形態の高周波アンテナ１７を示す。図２乃至図４等に示すように、高周波アンテナ１７は、中心軸Ｏを有する。プラズマ処理装置１では、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏは、ウィンドウ１６の内表面及び外表面に対して、交差する（垂直又は略垂直になる）。また、高周波アンテナ１７では、中心軸Ｏの軸回り方向となる周方向（矢印Ｔ１及び矢印Ｔ２で示す方向）が規定される。また、高周波アンテナ１７では、径方向について中心軸Ｏに近づく側が内周側となり、径方向について中心軸Ｏから離れる側が外周側となる。なお、図３は、高周波アンテナ１７を中心軸Ｏに沿う方向の一方側から視た状態で示し、図４は、高周波アンテナ１７を外周側から視た状態で示す。

また、高周波アンテナ１７では、中心軸Ｏに沿う方向の一方側が、ウィンドウ１６に近づく側、すなわち、ウィンドウ１６に対して近位側となる。そして、高周波アンテナ１７では、中心軸Ｏに沿う方向の他方側が、ウィンドウ１６から離れる側、すなわち、ウィンドウ１６に対して遠位側となる。高周波アンテナ１７は、前述の給電端を形成する給電端片部２６、及び、前述の接地端を形成する接地端片部２７を備える。また、高周波アンテナ１７は、アンテナ要素３１，３２を備えるとともに、中継部３５，３６を備える。高周波アンテナ１７では、アンテナ要素３１，３２の間が、中継部３５，３６によって、中継される。

アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１は、延設端（第１の延設端）Ｅ１、及び、延設端Ｅ１とは反対側の延設端（第２の延設端）Ｅ２を備える。アンテナ要素３１は、延設端Ｅ１から延設端Ｅ２まで、周方向に沿って、すなわち、中心軸Ｏの軸回りに沿って、連続して延設される。このため、アンテナ要素３１は、周方向について、延設端Ｅ１と延設端Ｅ２との間の角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１に渡って、連続して延設される。アンテナ要素３１は、延設端Ｅ１において、給電端片部２６に接続される。給電端片部２６は、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。

アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２は、延設端（第３の延設端）Ｅ３、及び、延設端Ｅ３とは反対側の延設端（第４の延設端）Ｅ４を備える。アンテナ要素３２は、延設端Ｅ３から延設端Ｅ４まで、周方向に沿って、すなわち、中心軸Ｏの軸回りに沿って、連続して延設される。このため、アンテナ要素３２は、周方向について、延設端Ｅ３と延設端Ｅ４との間の角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２に渡って、連続して延設される。アンテナ要素３２は、延設端Ｅ４において、接地端片部２７に接続される。接地端片部２７は、アンテナ要素３２の延設端Ｅ４から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。

高周波アンテナ１７では、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２が延設される角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２は、周方向について、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１が延設される角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１からずれる。本実施形態では、角度範囲Ｓ２の一部が角度範囲Ｓ１と重なり、角度範囲Ｓ２の残りの一部が角度範囲Ｓ１から外れる。このため、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２は、角度範囲Ｓ２において角度範囲Ｓ１から外れた領域に延設される延設部（第１の延設部）３７と、角度範囲Ｓ２において角度範囲Ｓ１と重なる領域に延設される延設部（第２の延設部）３８と、を備える。

また、本実施形態では、アンテナ要素３１が延設される角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１は、アンテナ要素３２が延設される角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２に比べて、大きい。ある一例では、角度範囲Ｓ１は、２７０°より大きく、角度範囲Ｓ２は、９０°より小さい。ただし、いずれの場合も、角度範囲Ｓ１，Ｓ２のそれぞれは、３６０°より小さい。このため、アンテナ要素３１，３２のそれぞれは、周方向について、全周に渡ってではなく、一部の範囲に渡ってのみ延設される。

また、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２は、中心軸Ｏに沿う方向について、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１比べて、ウィンドウ１６から離れて配置される。すなわち、アンテナ要素３２は、アンテナ要素３１に比べて、ウィンドウ１６から遠位の位置に配置される。また、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２及び接地端片部２７は、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１および給電端片部２６に対して外周側に配置される。このため、中心軸Ｏからアンテナ要素３２までの距離は、中心軸Ｏからアンテナ要素３１までの距離に比べて、大きい。

アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１は、延設端（第２の延設端）Ｅ２において、中継部（第１の中継部）３５に接続される。中継部３５は、アンテナ要素３１の延設端Ｅ２から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。したがって、中継部３５は、一端で、すなわち、ウィンドウ１６に対して近位側の端で、アンテナ要素３１の延設端Ｅ２に接続される。

アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２は、延設端（第３の延設端）Ｅ３において、中継部（第２の中継部）３６に接続される。また、中継部３５は、ウィンドウ１６に対して遠位側の端で、中継部３６に接続される。そして、中継部３６は、中継部３５からアンテナ要素３２まで、径方向について、外周側に向かって延設される。このため、中継部３６は、一端である内周端で、中継部３５に接続される。そして、中継部３６は、他端である外周端で、アンテナ要素３２に接続される。また、中継部（第２の中継部）３６は、中心軸Ｏに沿う方向について、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１比べて、ウィンドウ１６から離れて配置される。すなわち、中継部３６は、アンテナ要素３１に比べて、ウィンドウ１６から遠位の位置に配置される。
本実施形態では、周方向について、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端（第２の延設端）Ｅ２の角度位置は、中継部３５，３６、及び、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端（第３の延設端）Ｅ３のそれぞれの角度位置と、一致又は略一致する。すなわち、アンテナ要素３１の延設端Ｅ２、中継部３５，３６及びアンテナ要素３２の延設端Ｅ３は、周方向について、すなわち、中心軸Ｏの軸回りについて、互いに対してずれていない、又は、ほとんどずれていない。

また、本実施形態では、アンテナ要素３２において、延設部（第１の延設部）３７が延設端Ｅ３を形成し、延設部（第２の延設部）３８が延設端Ｅ４を形成する。このため、アンテナ要素３２では、延設部３７が中継部３５に接続され、延設部３８が接地端片部２７に接続される。このため、延設部（第２の延設部）３８は、周方向について、延設部（第１の延設部）３７に比べて、中継部３６（中継部３５）から離れる。

また、高周波アンテナ１７は、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１からアンテナ要素３２の延設端Ｅ４まで、周方向について１周以上に渡って延設される。すなわち、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１からアンテナ要素３２の延設端Ｅ４までの延設部分の周方向についての周回度合いは、１周以上となる。ただし、本実施形態では、延設端Ｅ１から延設端Ｅ４までの延設部分の周方向についての周回度合いは、１周半以下となる。前述のような構成であるため、本実施形態では、高周波アンテナ１７のターン数、すなわち、高周波アンテナ１７に形成されるループの数は１となる。また、高周波アンテナ１７のターン数が少ないため、本実施形態では、高周波アンテナ１７は、小径に形成される。

本実施形態のプラズマ処理装置１では、処理空間３におけるプラズマの密度分布は、処理空間３で発生する前述の誘導電界の強度分布に依存する。そして、処理空間３における誘導電界の強度分布は、高周波アンテナ１７の形状及び寸法、及び、高周波アンテナ１７とウィンドウ１６との位置関係等に対応して、変化する。特に、アンテナ要素３１，３２及び中継部３６の形状、寸法、及び、ウィンドウ１６に対する位置関係等が、処理空間３における誘導電界の強度分布に影響を与え、処理空間３におけるプラズマの密度分布に影響を与える。

アンテナ要素３１，３２及び中継部３６のそれぞれの延設方向は、中心軸Ｏに対して交差する（垂直又は略垂直になる）。したがって、高周波アンテナ１７において中心軸Ｏに対して交差する（垂直又は略垂直な）方向に延設される部分の寸法及び形状等が、処理空間３における誘導電界の強度分布に影響を与え、処理空間３におけるプラズマの密度分布に影響を与える。なお、給電端片部２６、接地端片部２７及び中継部３５のそれぞれは、中心軸Ｏに沿って延設される。このため、給電端片部２６、接地端片部２７及び中継部３５のそれぞれの形状及び寸法等は、処理空間３における誘導電界の強度分布にほとんど影響を与えず、処理空間３におけるプラズマの密度分布にほとんど影響を与えない。

ここで、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の要素ベクトルＶ１、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の要素ベクトルＶ２、及び、中継部（第２の中継部）３６の要素ベクトルＶ３を規定する。要素ベクトルＶ１～Ｖ３のそれぞれは、中心軸Ｏに対して垂直な平面上で規定されるベクトルであり、中心軸Ｏを始点とする位置ベクトルである。以下、要素ベクトルＶ１～Ｖ３について説明する。

図５は、３つの要素ベクトルＶ１～Ｖ３の算出に用いられるパラメータを説明する。図５に示すように、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の算出においては、中心軸Ｏに垂直な平面においてＸ軸及びＹ軸を規定する。図５の一例では、中心軸ＯがＸ軸とＹ軸とが交差する原点となり、かつ、Ｘ軸の正方向からＹ軸の正方向までの中心軸Ｏの軸回りの角度が９０°になる状態に、Ｘ軸及びＹ軸が規定される。そして、Ｘ軸の正方向からアンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端（第１の延設端）Ｅ１までの中心軸Ｏの軸回りの角度を、θ１とする。また、Ｘ軸の正方向からアンテナ要素３１の延設端（第２の延設端）Ｅ２、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端（第３の延設端）Ｅ３及び中継部３６までの中心軸Ｏの軸回りの角度を、θ２とする。そして、Ｘ軸の正方向からアンテナ要素３２の延設端（第４の延設端）Ｅ４までの中心軸Ｏの軸回りの角度を、θ３とする。

また、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１及び中継部３６の内周端までの中心軸Ｏからの径方向の距離を、ｒ１とする。そして、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２及び中継部３６の外周端までの中心軸Ｏからの径方向の距離を、ｒ２とする。また、図４に示すように、ウィンドウ１６の内表面からアンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１までの中心軸Ｏに沿う方向についての距離を、ｈ１とする。そして、ウィンドウ１６の内表面からアンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２及び中継部３６までの中心軸Ｏに沿う方向についての距離を、ｈ２とする。要素ベクトルＶ１の単位ベクトルｕ１、要素ベクトルＶ２の単位ベクトルｕ２及び要素ベクトルＶ３の単位ベクトルｕ３は、前述のパラメータを用いて、以下のようになる。以下の式（１）～（３）では、単位ベクトルｕ１～ｕ３は、Ｘ－Ｙ座標において原点（中心軸Ｏ）を始点とする位置ベクトルで、示される。

また、要素ベクトルＶ１の大きさ｜Ｖ１｜の算出には、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端Ｅ１，Ｅ２の間の延設長Ｌ１、及び、Ｘ－Ｙ座標での中心軸Ｏ（原点）からアンテナ要素３１の重心までの距離ｄ１が、用いられる。同様に、要素ベクトルＶ２の大きさ｜Ｖ２｜の算出には、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端Ｅ３，Ｅ４の間の延設長Ｌ２、及び、Ｘ－Ｙ座標での中心軸Ｏ（原点）からアンテナ要素３２の重心までの距離ｄ２が、用いられる。そして、要素ベクトルＶ３の大きさ｜Ｖ３｜の算出には、中継部３６の内周端と外周端との間の延設長Ｌ３、及び、Ｘ－Ｙ座標での中心軸Ｏ（原点）から中継部３６の重心までの距離ｄ３が、用いられる。延設長Ｌ１～Ｌ３、及び、距離ｄ１～ｄ３は、前述のパラメータを用いて、以下のようになる。

そして、要素ベクトルＶ１の大きさ｜Ｖ１｜は、延設長Ｌ１及び距離ｄ１を用いて以下のように算出される。同様に、要素ベクトルＶ２の大きさ｜Ｖ２｜は、延設長Ｌ２及び距離ｄ２を用いて以下のように算出され、要素ベクトルＶ３の大きさ｜Ｖ３｜は、延設長Ｌ３及び距離ｄ３を用いて以下のように算出される。

そして、要素ベクトルＶ１は、式（１）及び式（１０）を用いて、以下のようになる。同様に、要素ベクトルＶ２は、式（２）及び式（１１）を用いて、以下ようになり、要素ベクトルＶ３は、式（３）及び式（１２）を用いて、以下のようになる。

ここで、式（１０）～（１５）において、Ａは、定数である。ある一例では、角度θ１～θ３、及び、距離ｒ１，ｒ２，ｈ１，ｈ２等のパラメータのそれぞれが任意のある値になる状態で、前述のように処理空間３にプラズマＰを発生させ、プラズマＰを用いて被処理物１２をエッチングする。そして、被処理物１２におけるエッチングレートの分布を取得する。そして、被処理物１２においてエッチングレートが最も高い箇所に対して、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルのＸ－Ｙ座標における位置が一致又は略一致する状態に、定数Ａを設定する。定数Ａは、例えば、１．０に設定される。

高周波アンテナ１７では、角度θ１～θ３、及び、距離ｒ１，ｒ２，ｈ１，ｈ２等のパラメータは、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルの大きさがゼロ又は略ゼロになる状態に、設定される。すなわち、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルは、ゼロベクトル、又は、ほぼゼロベクトルとなる。そして、Ｘ－Ｙ座標において、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルは、中心軸Ｏ（原点）上、又は、中心軸Ｏから僅かにずれた位置に、位置する。

前述のように、本実施形態では、高周波アンテナ１７のターン数は少なく、高周波アンテナ１７は小径である。ただし、本実施形態では、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１が角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１に渡って延設され、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２が角度範囲Ｓ１からずれる角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２に渡って延設される。そして、アンテナ要素３２は、アンテナ要素３１に比べてウィンドウ１６から離れて配置されるとともに、アンテナ要素３１に対して外周側に配置される。そして、中継部（第１の中継部）３５が、ウィンドウ１６から離れる側に向かってアンテナ要素３１から延設され、中継部（第２の中継部）３６が、中継部３５からアンテナ要素３２まで外周側へ向かって延設される。

このような構成であるため、アンテナ要素３１，３２及び中継部３６のそれぞれの形状及び寸法、及び、アンテナ要素３１，３２及び中継部３６のそれぞれのウィンドウ１６に対する位置を調整することにより、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルの大きさをゼロ又は略ゼロにすることが可能になる。すなわち、角度θ１～θ３、及び、距離ｒ１，ｒ２，ｈ１，ｈ２等のパラメータのそれぞれを調整することにより、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルの大きさをゼロ又は略ゼロにすることが可能になる。

要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルの大きさがゼロ又は略ゼロになることにより、処理空間３で発生する前述の誘導電界の強度が、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏを中心として対称又は略対称になる。これにより、処理空間３におけるプラズマＰの密度が、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏを中心として対称又は略対称になる。したがって、本実施形態では、小径の高周波アンテナ１７が用いられても、処理空間３における中心軸Ｏを中心とするプラズマの密度の対称性が確保される。

前述のようにプラズマの密度の対称性が確保されることにより、プラズマを用いた被処理物１２のエッチングにおいて、エッチングレートが最も高い箇所が、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏに対してずれない、又は、ほとんどずれない。これより、被処理物１２のエッチング等のプラズマＰを用いた処理の処理性能が確保される。

（変形例）
ある変形例では、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端（第１の延設端）Ｅ１が、接地端片部２７に接続され、接地端片部２７は、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。そして、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端（第４の延設端）Ｅ４が、給電端片部２６に接続され、給電端片部２６は、アンテナ要素３２の延設端Ｅ３から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。

また、図６に示すある変形例では、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端（第３の延設端）Ｅ３の角度位置は、中継部３５、及び、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端（第２の延設端）Ｅ２のそれぞれの角度位置に対して、ずれる。すなわち、アンテナ要素３２の延設端Ｅ３は、周方向について、すなわち、中心軸Ｏの軸回りについて、アンテナ要素３１の延設端Ｅ２及び中継部（第１の中継部）３５に対してずれる。ただし、本変形例でも、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１の延設端Ｅ２に中継部（第１の中継部）３５が接続され、中継部３５は、アンテナ要素３１の延設端Ｅ２から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。そして、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２の延設端Ｅ３に中継部（第２の中継部）３６が接続され、中継部３６は、中継部３５からアンテナ要素３２まで外周側に向かって延設される。

また、本変形例では、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２が延設される角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２の全体が、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１が延設される角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１から外れる。したがって、本変形例では、アンテナ要素３２は、角度範囲Ｓ１から外れた領域に延設される延設部３７のみから形成される。本変形例でも、角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２は、周方向について、角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１からずれる。

本変形例でも、前述の実施形態等で規定したように、アンテナ要素３１の要素ベクトルＶ１、アンテナ要素３２の要素ベクトルＶ２、及び、中継部３６の要素ベクトルＶ３を規定可能である。そして、アンテナ要素３１，３２及び中継部３６のそれぞれの形状及び寸法、及び、アンテナ要素３１，３２及び中継部３６のそれぞれのウィンドウ１６に対する位置を調整することにより、要素ベクトルＶ１～Ｖ３の合成ベクトルの大きさをゼロ又は略ゼロにすることが可能になる。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

なお、図６の変形例では、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１が給電端片部２６に接続され、アンテナ要素３２の延設端Ｅ４が接地端片部２７に接続される。ただし、別のある変形例では、アンテナ要素３１の延設端Ｅ１が接地端片部２７に接続され、アンテナ要素３２の延設端Ｅ４が給電端片部２６に接続されてもよい。

また、図７に示す変形例では、図２乃至図４等の第１の実施形態と同様にして、接地端片部２７、アンテナ要素３１，３２及び中継部３５，３６が形成される。ただし、本変形例では、高周波アンテナ１７に、アンテナ要素（第３のアンテナ要素）４１及び中継部（第３の中継部）４２が、設けられる。

アンテナ要素４１は、一端から他端まで、周方向に沿って、すなわち、中心軸Ｏの軸回りに沿って、連続して延設される。そして、アンテナ要素４１は、周方向について、一端と他端との間の角度範囲（第３の角度範囲）Ｓ３に渡って、連続して延設される。本変形例では、アンテナ要素４１の一端が、給電端片部２６に接続される。そして、給電端片部２６は、アンテナ要素４１から、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から離れる側に向かって延設される。

本変形例の高周波アンテナ１７では、アンテナ要素（第３のアンテナ要素）４１が延設される角度範囲（第３の角度範囲）Ｓ３は、周方向について、アンテナ要素（第１のアンテナ要素）３１が延設される角度範囲（第１の角度範囲）Ｓ１、及び、アンテナ要素（第２のアンテナ要素）３２が延設される角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２からずれる。そして、角度範囲Ｓ３の一部は、角度範囲Ｓ１と重なり、角度範囲Ｓ３の残りの一部は、角度範囲Ｓ１から外れる。また、角度範囲Ｓ３の一部は、角度範囲Ｓ２と重なり、角度範囲Ｓ３の残りの一部は、角度範囲Ｓ２から外れる。また、本変形例では、アンテナ要素４１が延設される角度範囲（第３の角度範囲）Ｓ３は、アンテナ要素３２が延設される角度範囲（第２の角度範囲）Ｓ２に比べて、大きい。例えば、角度範囲Ｓ３は、２７０°より大きい。ただし、いずれの場合も、角度範囲Ｓ３は、３６０°より小さい。

また、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６からアンテナ要素４１までの距離は、ウィンドウ１６からアンテナ要素３１までの距離と、同一又は略同一になる。このため、アンテナ要素４１は、中心軸Ｏに沿う方向について、アンテナ要素３２及び中継部３６に比べて、ウィンドウ１６に近い側に配置される。また、アンテナ要素４１は、アンテナ要素３１，３２に対して、内周側に配置される。

アンテナ要素３１の延設端Ｅ１は、中継部（第３の中継部）４２に接続される。そして、アンテナ要素４１は、給電端片部２６への接続端とは反対側の端で、中継部４２に接続される。このため、中継部４２は、一端である内周端で、アンテナ要素４１に接続され、他端である外周端で、アンテナ要素３１に接続される。中継部４２は、アンテナ要素４１からアンテナ要素３１まで、径方向について、外周側に向かって延設される。また、中心軸Ｏに沿う方向について、ウィンドウ１６から中継部４２までの距離は、ウィンドウ１６からアンテナ要素３１までの距離と、同一又は略同一になる。このため、中継部４２は、中心軸Ｏに沿う方向について、アンテナ要素３２及び中継部３６に比べて、ウィンドウ１６に近い側に配置される。

前述のようにアンテナ要素４１及び中継部４２が設けられるため、本変形例では、アンテナ要素４１の給電端片部２６への接続端からアンテナ要素３２の延設端Ｅ４までの延設部分の周方向についての周回度合いは、２周以上となる。ただし、本変形例では、アンテナ要素４１の給電端片部２６への接続端から延設端Ｅ４までの延設部分の周方向についての周回度合いは、２周半以下となる。前述のような構成であるため、本変形例では、高周波アンテナ１７のターン数、すなわち、高周波アンテナ１７に形成されるループの数は２となる。本変形例でも、高周波アンテナ１７のターン数が少なく、高周波アンテナ１７は、小径に形成される。

本変形例でも、前述の実施形態等で規定したように、アンテナ要素３１の要素ベクトルＶ１、アンテナ要素３２の要素ベクトルＶ２、及び、中継部３６の要素ベクトルＶ３を規定可能である。また、本変形例では、アンテナ要素４１の要素ベクトルＶ４、及び、中継部４２の要素ベクトルＶ５を規定可能である。本変形例では、要素ベクトルＶ１～Ｖ５の合成ベクトルの大きさがゼロ又は略ゼロになることにより、処理空間３で発生する前述の誘導電界の強度が、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏを中心として対称又は略対称になり、処理空間３におけるプラズマＰの密度が、高周波アンテナ１７の中心軸Ｏを中心として対称又は略対称になる。

本変形例では、アンテナ要素３１，３２，４１及び中継部３６，４２のそれぞれの形状及び寸法、及び、アンテナ要素３１，３２，４１及び中継部３６，４２のそれぞれのウィンドウ１６に対する位置を調整することにより、要素ベクトルＶ１～Ｖ５の合成ベクトルの大きさをゼロ又は略ゼロにすることが可能になる。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

なお、図７の変形例では、アンテナ要素４１の一端が給電端片部２６に接続され、アンテナ要素３２の延設端Ｅ４が接地端片部２７に接続される。ただし、別のある変形例では、アンテナ要素４１の一端が接地端片部２７に接続され、アンテナ要素３２の延設端Ｅ４が給電端片部２６に接続されてもよい。

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例の高周波アンテナでは、第１のアンテナ要素が延設される第１の角度範囲が、周方向について、第２のアンテナ要素が延設される第２の角度範囲からずれる。そして、第２のアンテナ要素は、第１のアンテナ要素に比べてウィンドウから離れて配置されるとともに、第１のアンテナ要素に対して外周側に配置される。そして、第１の中継部は、ウィンドウから離れる側に向かって第１のアンテナ要素から延設され、第２の中継部は、第１の中継部から第２のアンテナ要素まで外周側へ向かって延設される。これにより、小径であっても処理空間において発生するプラズマの密度の対称性を確保する高周波アンテナを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…プラズマ処理装置、２…チャンバ、３…処理空間、５…ガス供給源、１１…載置台、１２…被処理物、１６…ウィンドウ、１７…高周波アンテナ、１８，２２…電源、２５…コントローラ、２６…給電端片部、２７…接地端片部、３１…アンテナ要素（第１のアンテナ要素）、３２…アンテナ要素（第２のアンテナ要素）、３５…中継部（第１の中継部）、３６…中継部（第２の中継部）。

Claims (6)

1. ウィンドウが形成されるチャンバにおいて前記ウィンドウの外表面に設置され、高周波電流が流れることにより前記チャンバの内部の処理空間に誘導電界を発生させるとともに、前記誘導電界によって前記処理空間においてプラズマを発生させる高周波アンテナであって、
   周方向について第１の角度範囲に渡って、前記周方向に沿って延設される第１のアンテナ要素と、
   前記周方向について前記第１の角度範囲からずれる第２の角度範囲に渡って、前記周方向に沿って延設される第２のアンテナ要素であって、前記第１のアンテナ要素に比べて前記ウィンドウから離れて配置されるとともに、前記第１のアンテナ要素に対して外周側に配置される第２のアンテナ要素と、
   前記ウィンドウから離れる側に向かって前記第１のアンテナ要素から延設される第１の中継部と、
   前記第１の中継部から前記第２のアンテナ要素まで前記外周側へ向かって延設され、前記第１のアンテナ要素に比べて前記ウィンドウから離れて配置される第２の中継部と、
   を具備する、高周波アンテナ。
2. 前記第１の角度範囲は、前記第２の角度範囲に比べて大きい、請求項１の高周波アンテナ。
3. 前記第２の角度範囲の一部は、前記第１の角度範囲と重なる、請求項１又は２の高周波アンテナ。
4. 前記第２のアンテナ要素は、
   前記第２の角度範囲において前記第１の角度範囲から外れた領域に延設され、前記第２の中継部に接続される第１の延設部と、
   前記第２の角度範囲において前記第１の角度範囲と重なる領域に延設され、前記周方向について前記第１の延設部に比べて前記第２の中継部から離れる第２の延設部と、
   を備える、請求項３の高周波アンテナ。
5. 前記第１のアンテナ要素は、第１の延設端及び前記第１の延設端とは反対側の第２の延設端を備えるとともに、前記第２の延設端で前記第１の中継部に接続され、
   前記第２のアンテナ要素は、第３の延設端及び前記第３の延設端とは反対側の第４の延設端を備えるとともに、前記第３の延設端で前記第２の中継部に接続され、
   前記周方向について、前記第１のアンテナ要素の前記第２の延設端の角度位置は、前記第１の中継部、前記第２の中継部、及び、前記第２のアンテナ要素の前記第３の延設端のそれぞれの角度位置と一致する、
   請求項１乃至４のいずれか１項の高周波アンテナ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項の高周波アンテナと、
   前記高周波アンテナが前記外表面に設置される前記ウィンドウを備え、前記処理空間が内部に形成される前記チャンバと、
   前記処理空間にガスを供給するガス供給源と、
   前記高周波アンテナに高周波電力を供給することにより、前記高周波アンテナに前記高周波電流を流し、前記処理空間において前記誘導電界を発生させる電源であって、前記処理空間に前記ガスが供給されている状態において前記処理空間に前記誘導電界を発生させることにより、前記処理空間において前記プラズマを発生させる電源と、
   を具備する、プラズマ処理装置。

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