JPH08203695A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH08203695A JPH08203695A JP7027582A JP2758295A JPH08203695A JP H08203695 A JPH08203695 A JP H08203695A JP 7027582 A JP7027582 A JP 7027582A JP 2758295 A JP2758295 A JP 2758295A JP H08203695 A JPH08203695 A JP H08203695A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマ処理装置で、放電容器壁のスパッタ
を防止し、半導体プロセスの汚染を防止し、放電容器の
耐久性と安全性を向上する。 【構成】 高周波電力を導入するための誘電体部12を備
える真空容器14と、真空容器の内部を減圧状態に保持す
る排気機構15と、真空容器の内部に反応ガスを導入する
ガス導入機構16と、誘電体部に近接して配置されるアン
テナ21と、アンテナに高周波電力を供給し、誘電体部を
通して誘導結合によって真空容器の内部に高周波電力を
導入する高周波電力導入機構13と、真空容器内で誘電体
部に対向して設置される基板保持機構17を備え、アンテ
ナの高周波電流が流れる方向に対して垂直な断面の形状
が偏平であり、断面の長軸が誘電体部の表面に対して実
質的に垂直で、アンテナの前記誘電体部に対する対向面
積が小さくなるようにアンテナを配置するように構成さ
れる。
を防止し、半導体プロセスの汚染を防止し、放電容器の
耐久性と安全性を向上する。 【構成】 高周波電力を導入するための誘電体部12を備
える真空容器14と、真空容器の内部を減圧状態に保持す
る排気機構15と、真空容器の内部に反応ガスを導入する
ガス導入機構16と、誘電体部に近接して配置されるアン
テナ21と、アンテナに高周波電力を供給し、誘電体部を
通して誘導結合によって真空容器の内部に高周波電力を
導入する高周波電力導入機構13と、真空容器内で誘電体
部に対向して設置される基板保持機構17を備え、アンテ
ナの高周波電流が流れる方向に対して垂直な断面の形状
が偏平であり、断面の長軸が誘電体部の表面に対して実
質的に垂直で、アンテナの前記誘電体部に対する対向面
積が小さくなるようにアンテナを配置するように構成さ
れる。
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
利用されるプラズマ処理装置である。
し、特に、プラズマＣＶＤおよびプラズマエッチングに
利用されるプラズマ処理装置である。
【０００２】
【従来の技術】誘導結合型プラズマ処理装置の従来例を
図１９を参照して説明する。図１９において、環状の高
周波電力導入用アンテナ１１から高周波電力が誘電体で
形成された円筒形の放電容器１２に導入される。アンテ
ナ１１は高周波電力導入機構１３に接続される。内部で
プラズマ処理が行われる真空容器１４は金属材で作ら
れ、真空容器１４と放電容器１２は内部の空間が通じて
いる。なお図中、真空容器１４の手前壁部は内部の様子
を示すため切り欠いて示している。真空容器１４と放電
容器１２の内部は排気機構１５によって所要レベルに減
圧され、さらにガス導入機構１６によって反応ガスが導
入される。放電容器１２と真空容器１４に供給された反
応ガスは、アンテナ１１より導入された高周波電力によ
り放電し、これによりプラズマが発生する。そしてプラ
ズマ内に存在する活性種は、基板保持機構１７に配置さ
れた被処理基板１８の表面を処理する。従来のプラズマ
処理装置では、高周波電力導入用アンテナ１１は帯形状
の長形板材を円形に曲げた環状形態を有し、この環状ア
ンテナ１１は、面が放電容器壁面に対向するような位置
関係で放電容器１２の周囲に巻くような状態で配置され
る。アンテナ１１を形成する帯形状板材にはその幅が１
０〜２０ｍｍ程度の導電性部材が一般的に用いられる。
図１９を参照して説明する。図１９において、環状の高
周波電力導入用アンテナ１１から高周波電力が誘電体で
形成された円筒形の放電容器１２に導入される。アンテ
ナ１１は高周波電力導入機構１３に接続される。内部で
プラズマ処理が行われる真空容器１４は金属材で作ら
れ、真空容器１４と放電容器１２は内部の空間が通じて
いる。なお図中、真空容器１４の手前壁部は内部の様子
を示すため切り欠いて示している。真空容器１４と放電
容器１２の内部は排気機構１５によって所要レベルに減
圧され、さらにガス導入機構１６によって反応ガスが導
入される。放電容器１２と真空容器１４に供給された反
応ガスは、アンテナ１１より導入された高周波電力によ
り放電し、これによりプラズマが発生する。そしてプラ
ズマ内に存在する活性種は、基板保持機構１７に配置さ
れた被処理基板１８の表面を処理する。従来のプラズマ
処理装置では、高周波電力導入用アンテナ１１は帯形状
の長形板材を円形に曲げた環状形態を有し、この環状ア
ンテナ１１は、面が放電容器壁面に対向するような位置
関係で放電容器１２の周囲に巻くような状態で配置され
る。アンテナ１１を形成する帯形状板材にはその幅が１
０〜２０ｍｍ程度の導電性部材が一般的に用いられる。
【０００３】
【発明解決しようとする課題】上記放電容器１２のごと
き誘導結合型プラズマ源は、近年要求される半導体プロ
セスの高速処理に必要な高密度プラズマを容易に生成で
き、また装置の構造上、比較的簡単に大口径化が可能な
ため、今後の被処理基板の大口径化に伴う均一性の良い
大面積プラズマの生成に容易に対応できるという利点を
有する。このため誘導結合型プラズマ源の様々な研究が
盛んに行われている。
き誘導結合型プラズマ源は、近年要求される半導体プロ
セスの高速処理に必要な高密度プラズマを容易に生成で
き、また装置の構造上、比較的簡単に大口径化が可能な
ため、今後の被処理基板の大口径化に伴う均一性の良い
大面積プラズマの生成に容易に対応できるという利点を
有する。このため誘導結合型プラズマ源の様々な研究が
盛んに行われている。
【０００４】一般的な環状アンテナを用いた誘導結合型
プラズマ処理装置では、放電容器に巻かれた環状アンテ
ナによって発生する振動磁場により生成されるプラズマ
中の誘導電場によりプラズマの生成維持を行っていると
考えられていた。しかし最近の研究（Y.Hikosaka, M.Na
kamura and H.Sugai: Proc.15th Symp. Dry Process(T
okyo, 1993), pp.97. ）により、環状アンテナを用いた
誘導結合型プラズマ処理装置で、放電容器に対してアン
テナを投影した部分が削られている現象が報告されてい
る。この原因はアンテナとプラズマの間の容量結合によ
ることから、容量結合によるプラズマ生成も無視できな
いことが判ってきた。これは、アンテナ近傍に存在する
近接電場のために、誘電体で形成された放電容器に対し
てアンテナが投影された放電容器の表面部分には強い負
の自己バイアスが形成され、強い電場のイオンシースが
形成され、このイオンシースによりイオンが放電容器に
向かい加速されるために、放電容器が削られると考えら
れる。この現象は、通常の平行平板型プラズマ処理装置
の主たるプラズマ生成維持機構である容量結合によるプ
ラズマの生成と同一である。実際のプロセスにおいて、
放電容器壁のスパッタは最終的に半導体プロセスの汚染
の原因となる。また一般的に用いられる石英製放電容器
では、耐久性、安全性の面で問題が起こる。これらの問
題は、２つの環状アンテナを用いたヘリコン波プラズマ
処理装置においても同様に起こっている。
プラズマ処理装置では、放電容器に巻かれた環状アンテ
ナによって発生する振動磁場により生成されるプラズマ
中の誘導電場によりプラズマの生成維持を行っていると
考えられていた。しかし最近の研究（Y.Hikosaka, M.Na
kamura and H.Sugai: Proc.15th Symp. Dry Process(T
okyo, 1993), pp.97. ）により、環状アンテナを用いた
誘導結合型プラズマ処理装置で、放電容器に対してアン
テナを投影した部分が削られている現象が報告されてい
る。この原因はアンテナとプラズマの間の容量結合によ
ることから、容量結合によるプラズマ生成も無視できな
いことが判ってきた。これは、アンテナ近傍に存在する
近接電場のために、誘電体で形成された放電容器に対し
てアンテナが投影された放電容器の表面部分には強い負
の自己バイアスが形成され、強い電場のイオンシースが
形成され、このイオンシースによりイオンが放電容器に
向かい加速されるために、放電容器が削られると考えら
れる。この現象は、通常の平行平板型プラズマ処理装置
の主たるプラズマ生成維持機構である容量結合によるプ
ラズマの生成と同一である。実際のプロセスにおいて、
放電容器壁のスパッタは最終的に半導体プロセスの汚染
の原因となる。また一般的に用いられる石英製放電容器
では、耐久性、安全性の面で問題が起こる。これらの問
題は、２つの環状アンテナを用いたヘリコン波プラズマ
処理装置においても同様に起こっている。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、放電容器壁のスパッタを防止し、半導体プロ
セスの汚染を防止すると共に、放電容器の耐久性と安全
性を向上した、簡単な構造を有するプラズマ処理装置を
提供することにある。
とにあり、放電容器壁のスパッタを防止し、半導体プロ
セスの汚染を防止すると共に、放電容器の耐久性と安全
性を向上した、簡単な構造を有するプラズマ処理装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の本発明に係るプラ
ズマ処理装置は、高周波電力を導入するための誘電体部
を備える真空容器と、真空容器の内部を減圧状態に保持
する排気機構と、真空容器の内部に反応ガスを導入する
ガス導入機構と、誘電体部に近接して配置されるアンテ
ナと、アンテナに高周波電力を供給し、誘電体部を通し
て誘導結合によって真空容器の内部に高周波電力を導入
する高周波電力導入機構と、真空容器内で誘電体部に対
向して設置される基板保持機構を備え、さらに、アンテ
ナの高周波電流が流れる方向に対して垂直な断面の形状
が偏平であり、断面の長軸が誘電体部の表面に対して実
質的に垂直で、アンテナの前記誘電体部に対する対向面
積が小さくなるようにアンテナを配置するように構成さ
れる。
ズマ処理装置は、高周波電力を導入するための誘電体部
を備える真空容器と、真空容器の内部を減圧状態に保持
する排気機構と、真空容器の内部に反応ガスを導入する
ガス導入機構と、誘電体部に近接して配置されるアンテ
ナと、アンテナに高周波電力を供給し、誘電体部を通し
て誘導結合によって真空容器の内部に高周波電力を導入
する高周波電力導入機構と、真空容器内で誘電体部に対
向して設置される基板保持機構を備え、さらに、アンテ
ナの高周波電流が流れる方向に対して垂直な断面の形状
が偏平であり、断面の長軸が誘電体部の表面に対して実
質的に垂直で、アンテナの前記誘電体部に対する対向面
積が小さくなるようにアンテナを配置するように構成さ
れる。
【０００７】第２の本発明は、第１の発明において、ア
ンテナの断面の長軸と短軸の比が３以上であることを特
徴とする。
ンテナの断面の長軸と短軸の比が３以上であることを特
徴とする。
【０００８】第３の本発明は、第１の発明において、ア
ンテナの断面が誘電体部の表面に向かって鋭角となる縁
部を有するように形成されることを特徴とする。
ンテナの断面が誘電体部の表面に向かって鋭角となる縁
部を有するように形成されることを特徴とする。
【０００９】第４の本発明は、第１〜第３の発明におい
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、誘電体部を一巻きする偏平な環状形状を有
することを特徴とする。
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、誘電体部を一巻きする偏平な環状形状を有
することを特徴とする。
【００１０】第５の本発明は、第１〜第３の発明におい
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、前記誘電体部を囲んで螺旋状に複数回巻か
れた形状を有することを特徴とする。
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、前記誘電体部を囲んで螺旋状に複数回巻か
れた形状を有することを特徴とする。
【００１１】第６の本発明は、第１〜第３の発明におい
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、誘電体部を囲んで一巻きの偏平な環状アン
テナが適当な間隔を置いて複数個配置されてなることを
特徴とする。
て、誘電体部の形状は放電容器を形成する形状であり、
アンテナは、誘電体部を囲んで一巻きの偏平な環状アン
テナが適当な間隔を置いて複数個配置されてなることを
特徴とする。
【００１２】第７の本発明は、第１〜第６の発明におい
て、アンテナが平板状の偏平な環状アンテナで、このア
ンテナが、誘電体部の表面に対して実質的に常に垂直に
配置されることを特徴とする。
て、アンテナが平板状の偏平な環状アンテナで、このア
ンテナが、誘電体部の表面に対して実質的に常に垂直に
配置されることを特徴とする。
【００１３】第８の本発明は、第４〜第６の発明におい
て、放電容器を形成する誘電体部の形状は円筒形または
半球形であることを特徴とする。
て、放電容器を形成する誘電体部の形状は円筒形または
半球形であることを特徴とする。
【００１４】第９の本発明は、第１〜第８の発明におい
て、真空容器内のプラズマを発生する空間に所定磁場を
印加する磁場発生装置を設けたことを特徴とする。
て、真空容器内のプラズマを発生する空間に所定磁場を
印加する磁場発生装置を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明では、内部に配置された被処理基板を、
生成されたプラズマで処理するための真空容器に設けら
れた誘電体部であって、誘導結合によって真空容器の内
部にプラズマ生成用高周波電力を導入する誘電体部の周
囲に、当該高周波電力を供給するアンテナが配置され
る。誘電体部の外部近傍におけるアンテナの配置は、高
周波電流が流れる方向に垂直な断面が偏平に形成され、
その長軸は誘電体部の表面に対してほぼ垂直に配置され
ることにより、誘電体部の表面に対するアンテナの対向
面の面積が可能限り減少され、これにより、誘電体部に
おけるアンテナ投影部分のスパッタが最少限に抑制され
る。このように誘電体部を通して容量結合に起因して生
じるプラズマ生成を最少限に低減した。
生成されたプラズマで処理するための真空容器に設けら
れた誘電体部であって、誘導結合によって真空容器の内
部にプラズマ生成用高周波電力を導入する誘電体部の周
囲に、当該高周波電力を供給するアンテナが配置され
る。誘電体部の外部近傍におけるアンテナの配置は、高
周波電流が流れる方向に垂直な断面が偏平に形成され、
その長軸は誘電体部の表面に対してほぼ垂直に配置され
ることにより、誘電体部の表面に対するアンテナの対向
面の面積が可能限り減少され、これにより、誘電体部に
おけるアンテナ投影部分のスパッタが最少限に抑制され
る。このように誘電体部を通して容量結合に起因して生
じるプラズマ生成を最少限に低減した。
【００１６】
【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。
て説明する。
【００１７】図１は本発明に係るプラズマ処理装置の実
施例を示し、図１で、図１９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アンテナとして平板状の偏平な
環状アンテナが使用される。真空容器１４の上には、上
部が塞がれた円筒形の放電容器１２が設けられる。真空
容器１４と放電容器１２の内部空間は連通している。放
電容器１２は、例えば容器内径２６６ｍｍ、少なくとも
容器側壁が石英等の誘電体で作られている。また放電容
器１２の全体を石英等の誘電体で作ることもできる。真
空容器１４は金属材で形成され、その内部には放電容器
１２に対向する位置に基板保持機構１７が設けられ、基
板保持機構１７の上に被処理基板１８が載置される。真
空容器１４と放電容器１２の内部は排気機構１５によっ
て所要のレベルに減圧され、さらにこの内部空間に対し
てガス導入機構１６が必要な反応ガスが供給される。放
電容器１２の円筒側壁の周囲にはこれを取り巻くように
平板状の偏平な環状アンテナ２１が配置される。この環
状アンテナ２１は高周波電力導入機構１３に接続され、
高周波電力導入機構１３から高周波電力が供給される。
施例を示し、図１で、図１９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アンテナとして平板状の偏平な
環状アンテナが使用される。真空容器１４の上には、上
部が塞がれた円筒形の放電容器１２が設けられる。真空
容器１４と放電容器１２の内部空間は連通している。放
電容器１２は、例えば容器内径２６６ｍｍ、少なくとも
容器側壁が石英等の誘電体で作られている。また放電容
器１２の全体を石英等の誘電体で作ることもできる。真
空容器１４は金属材で形成され、その内部には放電容器
１２に対向する位置に基板保持機構１７が設けられ、基
板保持機構１７の上に被処理基板１８が載置される。真
空容器１４と放電容器１２の内部は排気機構１５によっ
て所要のレベルに減圧され、さらにこの内部空間に対し
てガス導入機構１６が必要な反応ガスが供給される。放
電容器１２の円筒側壁の周囲にはこれを取り巻くように
平板状の偏平な環状アンテナ２１が配置される。この環
状アンテナ２１は高周波電力導入機構１３に接続され、
高周波電力導入機構１３から高周波電力が供給される。
【００１８】上記プラズマ処理装置の作動は次の通りで
ある。最初に油回転ポンプ、油拡散ポンプ等からなる排
気機構１５により真空容器１４および放電容器１２内を
所要レベルの真空状態にし、その後、ガス導入機構１６
により反応ガスを真空容器１４に導入しながら、同時に
真空排気して所要の減圧状態を保ち、高周波電力導入機
構１３から環状アンテナ２１に高周波電力を印加して放
電容器１２内で高周波放電を起しプラズマを生成する。
これにより真空容器１４内に導入された反応ガスは活性
化し、プラズマ中の活性種によって基板保持機構１７上
に載置された被処理基板１８の表面を処理する。
ある。最初に油回転ポンプ、油拡散ポンプ等からなる排
気機構１５により真空容器１４および放電容器１２内を
所要レベルの真空状態にし、その後、ガス導入機構１６
により反応ガスを真空容器１４に導入しながら、同時に
真空排気して所要の減圧状態を保ち、高周波電力導入機
構１３から環状アンテナ２１に高周波電力を印加して放
電容器１２内で高周波放電を起しプラズマを生成する。
これにより真空容器１４内に導入された反応ガスは活性
化し、プラズマ中の活性種によって基板保持機構１７上
に載置された被処理基板１８の表面を処理する。
【００１９】次に平板状の偏平な上記環状アンテナ２１
の構成を詳述する。図２は環状アンテナの第１実施例を
示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１−Ｃ１線断面
図である。図２（Ｂ）に示す断面はアンテナ２１におけ
る高周波電流が流れる方向に垂直な断面であり、このこ
とは以下に説明する図２（Ｂ）と同等な断面図でも同じ
である。実験装置に用いた実際の環状アンテナ２１は、
図２（Ｂ）に示すようにその断面寸法において厚さ
（ａ）が１５mm、アンテナ幅（ｂ）が２mmである。環状
アンテナ２１の断面形状は、厚さ（ａ＝１５mm）が長
辺、アンテナ幅（ｂ＝２mm）が短辺となる長方形となっ
ている。なお、アンテナにおいて放電容器１２に面する
寸法を「アンテナ幅」、放電容器１２に垂直な寸法を
「厚さ」といい、さらに、高周波電流が流れるアンテナ
における高周波電流が流れる方向に垂直である偏平な断
面では、長軸および短軸が定義される。
の構成を詳述する。図２は環状アンテナの第１実施例を
示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１−Ｃ１線断面
図である。図２（Ｂ）に示す断面はアンテナ２１におけ
る高周波電流が流れる方向に垂直な断面であり、このこ
とは以下に説明する図２（Ｂ）と同等な断面図でも同じ
である。実験装置に用いた実際の環状アンテナ２１は、
図２（Ｂ）に示すようにその断面寸法において厚さ
（ａ）が１５mm、アンテナ幅（ｂ）が２mmである。環状
アンテナ２１の断面形状は、厚さ（ａ＝１５mm）が長
辺、アンテナ幅（ｂ＝２mm）が短辺となる長方形となっ
ている。なお、アンテナにおいて放電容器１２に面する
寸法を「アンテナ幅」、放電容器１２に垂直な寸法を
「厚さ」といい、さらに、高周波電流が流れるアンテナ
における高周波電流が流れる方向に垂直である偏平な断
面では、長軸および短軸が定義される。
【００２０】環状アンテナと放電容器の間の容量結合に
よるプラズマへの電力供給は、放電容器に対して投影さ
れた環状アンテナの面積に比例している。そのため、放
電容器１２に対して投影される面積を小さくすること
で、容量結合によるプラズマへの電力供給を小さくでき
ると考えられる。従って、放電容器１２に対して投影さ
れた面積を小さくするには、環状アンテナ１１の寸法
（ｂ）を小さくすることである。しかし、単にアンテナ
の寸法（ｂ）を小さくした場合、アンテナ自身の抵抗が
増加してしまうために、アンテナ表面電流によるジュー
ル熱の発生が大きく、電力損失が大きくなる。さらに、
アンテナに流すことが可能な許容電流値が低くなる。こ
れを解決するためには、環状アンテナの偏平断面におい
てその長軸の方向が、放電容器１２の側壁の表面に対し
て垂直となることが最適である。
よるプラズマへの電力供給は、放電容器に対して投影さ
れた環状アンテナの面積に比例している。そのため、放
電容器１２に対して投影される面積を小さくすること
で、容量結合によるプラズマへの電力供給を小さくでき
ると考えられる。従って、放電容器１２に対して投影さ
れた面積を小さくするには、環状アンテナ１１の寸法
（ｂ）を小さくすることである。しかし、単にアンテナ
の寸法（ｂ）を小さくした場合、アンテナ自身の抵抗が
増加してしまうために、アンテナ表面電流によるジュー
ル熱の発生が大きく、電力損失が大きくなる。さらに、
アンテナに流すことが可能な許容電流値が低くなる。こ
れを解決するためには、環状アンテナの偏平断面におい
てその長軸の方向が、放電容器１２の側壁の表面に対し
て垂直となることが最適である。
【００２１】環状アンテナ２１は、上記条件を満たす断
面形状を有するように形成される。このような構造の環
状アンテナ２１は、従来例で用いたアンテナ幅１５mm×
厚さ１mmの前記アンテナ１１と比較して、放電容器１２
の側壁の表面に対向するアンテナ幅の寸法を約１／８に
しているにもかかわらず、高周波電流の流れる表面積を
ほぼ同一とすることができ、アンテナ表面電流によるジ
ュール熱の発生による電力損失を抑え、アンテナ２１を
流れる許容電流値を従来例のアンテナ１１と等しくする
ことができる。
面形状を有するように形成される。このような構造の環
状アンテナ２１は、従来例で用いたアンテナ幅１５mm×
厚さ１mmの前記アンテナ１１と比較して、放電容器１２
の側壁の表面に対向するアンテナ幅の寸法を約１／８に
しているにもかかわらず、高周波電流の流れる表面積を
ほぼ同一とすることができ、アンテナ表面電流によるジ
ュール熱の発生による電力損失を抑え、アンテナ２１を
流れる許容電流値を従来例のアンテナ１１と等しくする
ことができる。
【００２２】放電容器１２の壁面に対して環状アンテナ
２１の断面形状の長軸（または長辺）が垂直となるアン
テナ形状は、放電容器１２に対して投影された面積を最
小とする。放電容器１２の内部空間に対する環状アンテ
ナ２１からの影響は、容量結合、および誘導結合の両方
共にアンテナ表面全体での積分に依って決定される。そ
して、容量結合はアンテナの対向面からの距離（ｄ）に
対して１／ｄ2 で依存し、誘導結合はアンテナの対向面
からの距離（ｄ）に対して１／ｄで依存する。このた
め、放電容器１２に最も近いアンテナの面部分の幅を小
さくし、放電容器１２の壁面に対してアンテナ断面形状
の長軸が垂直となるアンテナ形状によって、放電容器１
２に対して投影された面積を最小とすることで、容量結
合を誘導結合に対して相対的に小さくすることができ
る。この結果、従来例で用いたアンテナ幅１５mm×厚さ
１mmのアンテナ１１と比較して、アンテナ表面を流れる
高周波電流がほぼ同一であることから誘導結合によるプ
ラズマへの電力供給をあまり変化させることなく、容量
結合によるプラズマへの電力供給を小さくすることが可
能である。
２１の断面形状の長軸（または長辺）が垂直となるアン
テナ形状は、放電容器１２に対して投影された面積を最
小とする。放電容器１２の内部空間に対する環状アンテ
ナ２１からの影響は、容量結合、および誘導結合の両方
共にアンテナ表面全体での積分に依って決定される。そ
して、容量結合はアンテナの対向面からの距離（ｄ）に
対して１／ｄ2 で依存し、誘導結合はアンテナの対向面
からの距離（ｄ）に対して１／ｄで依存する。このた
め、放電容器１２に最も近いアンテナの面部分の幅を小
さくし、放電容器１２の壁面に対してアンテナ断面形状
の長軸が垂直となるアンテナ形状によって、放電容器１
２に対して投影された面積を最小とすることで、容量結
合を誘導結合に対して相対的に小さくすることができ
る。この結果、従来例で用いたアンテナ幅１５mm×厚さ
１mmのアンテナ１１と比較して、アンテナ表面を流れる
高周波電流がほぼ同一であることから誘導結合によるプ
ラズマへの電力供給をあまり変化させることなく、容量
結合によるプラズマへの電力供給を小さくすることが可
能である。
【００２３】一般的な平行平板電極によるプラズマ生成
においては、電力測定等の際のプラズマを挟む平行平板
電極の両端における電圧に対する電流の位相差の測定が
報告されている（F.Tochikubo, T.Kokubo, S.Kakuta,
A.Suzuki and T.Makabe, J.Phys.D : Appl. Phys. 23
(1990) 1184 ）。それらの報告によれば、工業周波数で
ある１３．５６ＭＨｚでは、電圧に対する電流の位相の
進みから容量性の議論がなされている。これはプラズマ
を含む平行平板電極を１つの電気素子と考えた場合、交
流回路において電圧に対する電流の位相の進みは容量性
が強くなることを示している。同様に、誘導結合型プラ
ズマ源において、プラズマに対する電力供給が誘導結合
によるか、容量結合によるかの判定は、アンテナ両端で
の位相角の差により可能であると考えられる。プラズマ
を含むアンテナの等価回路を図３に示す。図３で、ブロ
ック３１はアンテナの等価回路、ブロック３２，３３は
プラズマの等価回路を示す。Ｃ1 およびＣ2 はアンテナ
とプラズマの間の容量、ＲPはプラズマの抵抗、Ｒa は
アンテナの自己抵抗、Ｌはアンテナの誘導成分、Ｍはア
ンテナとプラズマの間の相互誘導成分である。ただし図
３では誘導結合による生成と容量結合による生成とに大
別するために、プラズマの電気的成分を、誘導結合によ
る成分３２と容量結合による成分３３の２種類に分割し
て考えた。このアンテナの両端間のインピーダンスＺ
は、次式で与えられる。
においては、電力測定等の際のプラズマを挟む平行平板
電極の両端における電圧に対する電流の位相差の測定が
報告されている（F.Tochikubo, T.Kokubo, S.Kakuta,
A.Suzuki and T.Makabe, J.Phys.D : Appl. Phys. 23
(1990) 1184 ）。それらの報告によれば、工業周波数で
ある１３．５６ＭＨｚでは、電圧に対する電流の位相の
進みから容量性の議論がなされている。これはプラズマ
を含む平行平板電極を１つの電気素子と考えた場合、交
流回路において電圧に対する電流の位相の進みは容量性
が強くなることを示している。同様に、誘導結合型プラ
ズマ源において、プラズマに対する電力供給が誘導結合
によるか、容量結合によるかの判定は、アンテナ両端で
の位相角の差により可能であると考えられる。プラズマ
を含むアンテナの等価回路を図３に示す。図３で、ブロ
ック３１はアンテナの等価回路、ブロック３２，３３は
プラズマの等価回路を示す。Ｃ1 およびＣ2 はアンテナ
とプラズマの間の容量、ＲPはプラズマの抵抗、Ｒa は
アンテナの自己抵抗、Ｌはアンテナの誘導成分、Ｍはア
ンテナとプラズマの間の相互誘導成分である。ただし図
３では誘導結合による生成と容量結合による生成とに大
別するために、プラズマの電気的成分を、誘導結合によ
る成分３２と容量結合による成分３３の２種類に分割し
て考えた。このアンテナの両端間のインピーダンスＺ
は、次式で与えられる。
【００２４】
【数１】Ｚ＝｛２ＲP Ｒa γ＋２ＲP α2 ＋Ｒa β2 ｝
／｛（α−β）2 ＋γ2 ｝＋ｊ｛４ＲP 2 α＋αβ2 −
α2 β−Ｒa 2 β｝／｛（α−β）2 ＋γ2 ｝ ここで、 α＝Ｌω＋Ｍω β＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／Ｃ1 Ｃ2 ω γ＝Ｒa ＋２ＲP
／｛（α−β）2 ＋γ2 ｝＋ｊ｛４ＲP 2 α＋αβ2 −
α2 β−Ｒa 2 β｝／｛（α−β）2 ＋γ2 ｝ ここで、 α＝Ｌω＋Ｍω β＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／Ｃ1 Ｃ2 ω γ＝Ｒa ＋２ＲP
【００２５】アンテナ部分の容量成分（Ｃ1 および
Ｃ2 ）が小さくなると、βが増加する。βはαおよびγ
に比較して大きいため、インピーダンスのリアクタンス
はβに支配される。リアクタンスは正の方向に大きくな
る。このため、プラズマを含むアンテナ部分を１つの電
気素子と考えた場合、誘導成分が大きい場合には位相差
は９０度に近づき、容量成分が大きくなると−９０度に
近づくと考えられる。従って、プラズマを含むアンテナ
部分のアンテナ両端の位相差の測定に基づいてプラズマ
を含むアンテナ部分の電気的成分を判定すると、アンテ
ナとプラズマの間の結合度合を判定できる。
Ｃ2 ）が小さくなると、βが増加する。βはαおよびγ
に比較して大きいため、インピーダンスのリアクタンス
はβに支配される。リアクタンスは正の方向に大きくな
る。このため、プラズマを含むアンテナ部分を１つの電
気素子と考えた場合、誘導成分が大きい場合には位相差
は９０度に近づき、容量成分が大きくなると−９０度に
近づくと考えられる。従って、プラズマを含むアンテナ
部分のアンテナ両端の位相差の測定に基づいてプラズマ
を含むアンテナ部分の電気的成分を判定すると、アンテ
ナとプラズマの間の結合度合を判定できる。
【００２６】次に以上の考察を踏まえて、本実施例によ
るアンテナ２１の特徴を従来のアンテナ１１の特性を実
験的に比較して考察する。高周波電力１０００Ｗで酸素
プラズマを生成した際の環状アンテナの両端における電
圧波形４１（実線で表す）と電流波形４２（点線で表
す）の測定結果を、環状アンテナの放電容器１２に対向
する面の幅（図２の寸法ｂに対応する；以下「対向面
幅」という）が２mm、１５mm、１５０mmの場合について
それぞれ図４、図５、図６に示す。対向面幅が２mmは本
実施例による環状アンテナ２１の場合であり、対向面幅
１５mm、１５０mmは従来の環境アンテナ１１の場合であ
る。各図において（Ａ）と（Ｂ）は、図７の整合回路図
に示すように、それぞれ環状アンテナ５１（アンテナ２
１またはアンテナ１１に対応）の高周波電源側Ａ１と接
地側Ｂ１の特性を示す。なお図７で、５２は高周波電力
導入機構１３に含まれる高周波電源であり、可変容量成
分５３、誘導成分５４は整合回路を形成する電気的要素
である。図４〜図６によれば、高周波電源側Ａ１におけ
る電流電圧位相差を基準にすると、接地側Ｂ１における
電流電圧位相差は遅れていることが判る。そして、アン
テナの対向面幅が細くなると、接地側Ｂ１における電流
電圧位相差の遅れは大きくなっていた。表１に、各高周
波電力におけるアンテナ両端間での位相差の測定結果を
示す。
るアンテナ２１の特徴を従来のアンテナ１１の特性を実
験的に比較して考察する。高周波電力１０００Ｗで酸素
プラズマを生成した際の環状アンテナの両端における電
圧波形４１（実線で表す）と電流波形４２（点線で表
す）の測定結果を、環状アンテナの放電容器１２に対向
する面の幅（図２の寸法ｂに対応する；以下「対向面
幅」という）が２mm、１５mm、１５０mmの場合について
それぞれ図４、図５、図６に示す。対向面幅が２mmは本
実施例による環状アンテナ２１の場合であり、対向面幅
１５mm、１５０mmは従来の環境アンテナ１１の場合であ
る。各図において（Ａ）と（Ｂ）は、図７の整合回路図
に示すように、それぞれ環状アンテナ５１（アンテナ２
１またはアンテナ１１に対応）の高周波電源側Ａ１と接
地側Ｂ１の特性を示す。なお図７で、５２は高周波電力
導入機構１３に含まれる高周波電源であり、可変容量成
分５３、誘導成分５４は整合回路を形成する電気的要素
である。図４〜図６によれば、高周波電源側Ａ１におけ
る電流電圧位相差を基準にすると、接地側Ｂ１における
電流電圧位相差は遅れていることが判る。そして、アン
テナの対向面幅が細くなると、接地側Ｂ１における電流
電圧位相差の遅れは大きくなっていた。表１に、各高周
波電力におけるアンテナ両端間での位相差の測定結果を
示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】また、これらの位相差の各高周波電力依存
特性を図８に示す。図８の高周波電力依存特性は、放電
ガスがＯ2 、放電圧力が１．３Ｐａという放電条件の下
で得られた。図８において、特性６１はアンテナの対向
面幅が２mmの場合、特性６２は対向面幅が１５mmの場
合、特性６３は対向面幅が１５０mmの場合を示す。アン
テナの対向面幅が２mmの場合、すなわち本実施例による
環状アンテナ２１の場合には、特性６１に示されるよう
に高周波電力に依らずほぼ９０度の位相差が観測され、
（数１）の式を考慮した場合、プラズマを含むアンテナ
部分はほぼ完全な誘導成分のみであると考えられる。な
おアンテナの対向面幅が２mmの場合には、電流波形に高
周波成分によるノイズが大きく、位相差の算出する際の
誤差により９０度以上の値が算出されていると考えられ
る。
特性を図８に示す。図８の高周波電力依存特性は、放電
ガスがＯ2 、放電圧力が１．３Ｐａという放電条件の下
で得られた。図８において、特性６１はアンテナの対向
面幅が２mmの場合、特性６２は対向面幅が１５mmの場
合、特性６３は対向面幅が１５０mmの場合を示す。アン
テナの対向面幅が２mmの場合、すなわち本実施例による
環状アンテナ２１の場合には、特性６１に示されるよう
に高周波電力に依らずほぼ９０度の位相差が観測され、
（数１）の式を考慮した場合、プラズマを含むアンテナ
部分はほぼ完全な誘導成分のみであると考えられる。な
おアンテナの対向面幅が２mmの場合には、電流波形に高
周波成分によるノイズが大きく、位相差の算出する際の
誤差により９０度以上の値が算出されていると考えられ
る。
【００２９】従来装置を用いてＳｉＯ2 エッチングプロ
セスにおいて用いられるＣ4 Ｆ8 ガスを用いた放電実験
を行った際、石英製放電容器ではアンテナ投影部分でス
パッタが起きた。アンテナの対向面幅１５０mmの場合に
は、放電容器のアンテナ投影部分が数百μｍ／時間程度
のスパッタ速度を持ち、対向面幅が１５mmの場合には、
対向面幅が１５０mm程のスパッタ速度ではないが、アン
テナ投影部分のスパッタの発生が確認された。これに対
して、本実施例によるアンテナ２１を備えた装置で対向
面幅２mmの場合には、アンテナ投影部分のスパッタは観
測されなかった。すなわち、本実施例による環状アンテ
ナ２１を備えたプラズマ処理装置を用いることで、アン
テナ投影部分のスパッタを最小限に抑えることができ
た。この実験結果および酸素プラズマの生成を行った場
合におけるアンテナ両端での位相差の結果から、アンテ
ナとプラズマの間の容量は放電容器のスパッタと明確な
関係があることが判明した。また以上の結果から概算し
た場合、プラズマを含むアンテナ部分の位相差が７０度
以上であるような誘導結合が強く、放電容器のスパッタ
が少ないプラズマ生成を行う場合には、アンテナ断面の
長方形の長辺と短辺の比が３以上であることが望まし
い。
セスにおいて用いられるＣ4 Ｆ8 ガスを用いた放電実験
を行った際、石英製放電容器ではアンテナ投影部分でス
パッタが起きた。アンテナの対向面幅１５０mmの場合に
は、放電容器のアンテナ投影部分が数百μｍ／時間程度
のスパッタ速度を持ち、対向面幅が１５mmの場合には、
対向面幅が１５０mm程のスパッタ速度ではないが、アン
テナ投影部分のスパッタの発生が確認された。これに対
して、本実施例によるアンテナ２１を備えた装置で対向
面幅２mmの場合には、アンテナ投影部分のスパッタは観
測されなかった。すなわち、本実施例による環状アンテ
ナ２１を備えたプラズマ処理装置を用いることで、アン
テナ投影部分のスパッタを最小限に抑えることができ
た。この実験結果および酸素プラズマの生成を行った場
合におけるアンテナ両端での位相差の結果から、アンテ
ナとプラズマの間の容量は放電容器のスパッタと明確な
関係があることが判明した。また以上の結果から概算し
た場合、プラズマを含むアンテナ部分の位相差が７０度
以上であるような誘導結合が強く、放電容器のスパッタ
が少ないプラズマ生成を行う場合には、アンテナ断面の
長方形の長辺と短辺の比が３以上であることが望まし
い。
【００３０】図９は本発明に係る環状アンテナの第２実
施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ２−Ｃ２
線断面図である。平板の偏平な環状アンテナ１２１の断
面における寸法は厚さ（ａ）が１５mm、アンテナ幅
（ｂ）が２mmである。アンテナ１２１の放電容器壁側の
内縁部１２１ａは、その断面が鋭角なるように小刃形状
に形成される。これにより放電容器１２におけるアンテ
ナ投影部分の面積をさらに小さくすることができ、これ
に伴い、アンテナとプラズマの間の容量を小さくするこ
とができる。第２実施例による環状アンテナ１２１の実
質的な対向面幅は、第１実施例の環状アンテナ２１の対
向面幅よりも小さく、第１実施例の環状アンテナ２１よ
りもさらにスパッタを抑制することができる。
施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ２−Ｃ２
線断面図である。平板の偏平な環状アンテナ１２１の断
面における寸法は厚さ（ａ）が１５mm、アンテナ幅
（ｂ）が２mmである。アンテナ１２１の放電容器壁側の
内縁部１２１ａは、その断面が鋭角なるように小刃形状
に形成される。これにより放電容器１２におけるアンテ
ナ投影部分の面積をさらに小さくすることができ、これ
に伴い、アンテナとプラズマの間の容量を小さくするこ
とができる。第２実施例による環状アンテナ１２１の実
質的な対向面幅は、第１実施例の環状アンテナ２１の対
向面幅よりも小さく、第１実施例の環状アンテナ２１よ
りもさらにスパッタを抑制することができる。
【００３１】図１０図は本発明に係る環状アンテナの第
３実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ３−
Ｃ３線断面図である。環状アンテナ２２１の断面におけ
る寸法は厚さ（ａ）が１５mm、アンテナ幅（ｂ）が２mm
である。またアンテナ２２１の放電容器壁側の内縁部２
２１ａは、鋭角に形成され、ナイフ状とされる。これに
より、放電容器１２におけるアンテナ投影部分の面積を
さらに小さくすることが可能であり、これに伴ってアン
テナとプラズマの間の容量は小さくなる。第３実施例に
よる環状アンテナ２２１の実質的な対向面幅は、第１実
施例の環状アンテナ２１の対向面幅よりも小さく、第１
実施例の環状アンテナ２１よりもさらにスパッタを抑制
することができる。
３実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ３−
Ｃ３線断面図である。環状アンテナ２２１の断面におけ
る寸法は厚さ（ａ）が１５mm、アンテナ幅（ｂ）が２mm
である。またアンテナ２２１の放電容器壁側の内縁部２
２１ａは、鋭角に形成され、ナイフ状とされる。これに
より、放電容器１２におけるアンテナ投影部分の面積を
さらに小さくすることが可能であり、これに伴ってアン
テナとプラズマの間の容量は小さくなる。第３実施例に
よる環状アンテナ２２１の実質的な対向面幅は、第１実
施例の環状アンテナ２１の対向面幅よりも小さく、第１
実施例の環状アンテナ２１よりもさらにスパッタを抑制
することができる。
【００３２】図１１図は本発明に係る環状アンテナの第
４実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ４−
Ｃ４線断面図である。環状アンテナ３２１の断面におけ
る寸法は厚さ（ａ）が１５mm、最大アンテナ幅（ｂ）が
２mmで、断面形状は楕円形状に形成される。またアンテ
ナ３２１の放電容器壁側の内縁部３２１ａは、鈍角の凸
部に形成される。これにより、放電容器１２におけるア
ンテナ投影部分の面積をさらに小さくすることが可能で
あり、これに伴ってアンテナとプラズマの間の容量は小
さくなる。第４実施例による環状アンテナ３２１の実質
的な対向面幅は、第１実施例の環状アンテナ２１の対向
面幅よりも小さく、第１実施例の環状アンテナ２１より
もさらにスパッタを抑制することができる。
４実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ４−
Ｃ４線断面図である。環状アンテナ３２１の断面におけ
る寸法は厚さ（ａ）が１５mm、最大アンテナ幅（ｂ）が
２mmで、断面形状は楕円形状に形成される。またアンテ
ナ３２１の放電容器壁側の内縁部３２１ａは、鈍角の凸
部に形成される。これにより、放電容器１２におけるア
ンテナ投影部分の面積をさらに小さくすることが可能で
あり、これに伴ってアンテナとプラズマの間の容量は小
さくなる。第４実施例による環状アンテナ３２１の実質
的な対向面幅は、第１実施例の環状アンテナ２１の対向
面幅よりも小さく、第１実施例の環状アンテナ２１より
もさらにスパッタを抑制することができる。
【００３３】図１２は本発明に係る環状アンテナの第５
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ５−Ｃ
５線断面図である。この環状アンテナは螺旋形態を有
し、以下螺旋状アンテナ４２１という。螺旋状アンテナ
４２１の一巻分の各環状アンテナ４２１ａの断面におけ
る寸法は、図２で説明した環状アンテナ２１と同じであ
る。螺旋状アンテナ４２１の各環状アンテナは、放電容
器１２におけるアンテナ投影部分の面積を小さくでき、
これに伴ってアンテナとプラズマの間の容量を小さくで
きる。本実施例による螺旋状アンテナ４２１を用いた場
合、放電容器１２のスパッタに対してもこれを抑制でき
る。螺旋状アンテナ４２１の放電容器側縁部は、第２実
施例や第３実施例に示したような小刀形状またはナイフ
形状の断面形状に形成することもできる。これにより、
放電容器１２におけるアンテナ投影部分は実質的に最小
限とすることが可能であり、実質的なアンテナの対向面
幅は第５実施例の螺旋状アンテナ４２１の場合よりも小
さく、さらにスパッタを抑制することができる。
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ５−Ｃ
５線断面図である。この環状アンテナは螺旋形態を有
し、以下螺旋状アンテナ４２１という。螺旋状アンテナ
４２１の一巻分の各環状アンテナ４２１ａの断面におけ
る寸法は、図２で説明した環状アンテナ２１と同じであ
る。螺旋状アンテナ４２１の各環状アンテナは、放電容
器１２におけるアンテナ投影部分の面積を小さくでき、
これに伴ってアンテナとプラズマの間の容量を小さくで
きる。本実施例による螺旋状アンテナ４２１を用いた場
合、放電容器１２のスパッタに対してもこれを抑制でき
る。螺旋状アンテナ４２１の放電容器側縁部は、第２実
施例や第３実施例に示したような小刀形状またはナイフ
形状の断面形状に形成することもできる。これにより、
放電容器１２におけるアンテナ投影部分は実質的に最小
限とすることが可能であり、実質的なアンテナの対向面
幅は第５実施例の螺旋状アンテナ４２１の場合よりも小
さく、さらにスパッタを抑制することができる。
【００３４】図１３は本発明に係る環状アンテナの第６
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ６−Ｃ
６線断面図である。このアンテナ５２１は、ヘリコン波
励起用アンテナとして適用したアンテナである。アンテ
ナ５２１は、第１実施例の環状アンテナ１１と同一のア
ンテナ断面形状を有する２つの環状アンテナ５２１ａを
使用し、２つのアンテナ５２１ａは接続部材５２１ｂで
結合される。本実施例に示すようなヘリコン波励起用ア
ンテナ５２１を用いて所定の定常磁場を印加した場合、
放電容器１２のスパッタを従来に比し抑制できる。アン
テナ５２１の放電容器側縁部は、第２実施例や第３実施
例に示したような小刀形状またはナイフ形状の断面形状
に形成することもできる。これにより、放電容器１２に
おけるアンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが
可能であり、実質的なアンテナの対向面幅は第６実施例
のアンテナ５２１の場合よりも小さく、さらにスパッタ
を抑制することができる。
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ６−Ｃ
６線断面図である。このアンテナ５２１は、ヘリコン波
励起用アンテナとして適用したアンテナである。アンテ
ナ５２１は、第１実施例の環状アンテナ１１と同一のア
ンテナ断面形状を有する２つの環状アンテナ５２１ａを
使用し、２つのアンテナ５２１ａは接続部材５２１ｂで
結合される。本実施例に示すようなヘリコン波励起用ア
ンテナ５２１を用いて所定の定常磁場を印加した場合、
放電容器１２のスパッタを従来に比し抑制できる。アン
テナ５２１の放電容器側縁部は、第２実施例や第３実施
例に示したような小刀形状またはナイフ形状の断面形状
に形成することもできる。これにより、放電容器１２に
おけるアンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが
可能であり、実質的なアンテナの対向面幅は第６実施例
のアンテナ５２１の場合よりも小さく、さらにスパッタ
を抑制することができる。
【００３５】上記の各実施例では、一巻の環状アンテ
ナ、または螺旋状アンテナ等の複数巻の環状アンテナを
利用して構成される内径２６６mmの円筒形放電容器１２
を採用した誘導結合型プラズマ処理装置に適用した例を
示した。しかし、どのような放電容器形状においても、
使用するアンテナ径または巻数等に依存する誘導成分に
対して位相差が７０度以上となるアンテナの対向面幅
（ｂ）を適用し、誘導結合の強いプラズマを生成するこ
とで、放電容器１２の壁面のスパッタを最小とすること
が可能であることはいうまでもない。
ナ、または螺旋状アンテナ等の複数巻の環状アンテナを
利用して構成される内径２６６mmの円筒形放電容器１２
を採用した誘導結合型プラズマ処理装置に適用した例を
示した。しかし、どのような放電容器形状においても、
使用するアンテナ径または巻数等に依存する誘導成分に
対して位相差が７０度以上となるアンテナの対向面幅
（ｂ）を適用し、誘導結合の強いプラズマを生成するこ
とで、放電容器１２の壁面のスパッタを最小とすること
が可能であることはいうまでもない。
【００３６】図１４は本発明に係る環状アンテナの第７
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ７−Ｃ
７線断面図である。このアンテナは、半球状放電容器を
持つ誘導結合型プラズマ処理装置に適用した場合の螺旋
状アンテナ６２１である。螺旋状アンテナ６２１の断面
形状は、第１実施例の環状アンテナ２１とほぼ同一であ
る。本実施例に示すような螺旋状アンテナを用いた場
合、従来の通常の螺旋状アンテナを用いた場合の放電容
器スパッタに比較しスパッタを抑制できる。アンテナ６
２１の放電容器側縁部は、第２実施例や第３実施例に示
したような小刀形状またはナイフ形状の断面形状に形成
することもできる。これにより、半球状放電容器におけ
るアンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが可能
であり、実質的なアンテナの対向面幅は第７実施例のア
ンテナ６２１の場合よりも小さく、さらにスパッタを抑
制することができる。
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ７−Ｃ
７線断面図である。このアンテナは、半球状放電容器を
持つ誘導結合型プラズマ処理装置に適用した場合の螺旋
状アンテナ６２１である。螺旋状アンテナ６２１の断面
形状は、第１実施例の環状アンテナ２１とほぼ同一であ
る。本実施例に示すような螺旋状アンテナを用いた場
合、従来の通常の螺旋状アンテナを用いた場合の放電容
器スパッタに比較しスパッタを抑制できる。アンテナ６
２１の放電容器側縁部は、第２実施例や第３実施例に示
したような小刀形状またはナイフ形状の断面形状に形成
することもできる。これにより、半球状放電容器におけ
るアンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが可能
であり、実質的なアンテナの対向面幅は第７実施例のア
ンテナ６２１の場合よりも小さく、さらにスパッタを抑
制することができる。
【００３７】図１５は本発明に係る環状アンテナの第８
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ８−Ｃ
８線断面図である。この実施例による環状アンテナ７２
１は、高周波電力導入用誘電体部分として平板状のもの
を有する誘導結合型プラズマ処理装置に適用した場合の
アンテナである。図１５（Ｂ）に示す７１は平板状の高
周波電力導入用誘電体部である。環状アンテナ７２１の
断面形状は、第１実施例の環状アンテナ２１とほぼ同一
である。本実施例による環状アンテナ７２１を用いた場
合、従来の通常の環状アンテナを用いた場合の放電容器
のスパッタに比較してスパッタを抑制できる。アンテナ
７２１の誘電体部７１側の縁部は、第２実施例や第３実
施例に示したような小刀形状またはナイフ形状の断面形
状に形成することもできる。これにより、放電容器の誘
電体部７１におけるアンテナ投影部分は実質的に最小限
とすることが可能であり、実質的なアンテナの対向面幅
は第８実施例のアンテナ７２１の場合よりも小さく、さ
らにスパッタを抑制することができる。
実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ８−Ｃ
８線断面図である。この実施例による環状アンテナ７２
１は、高周波電力導入用誘電体部分として平板状のもの
を有する誘導結合型プラズマ処理装置に適用した場合の
アンテナである。図１５（Ｂ）に示す７１は平板状の高
周波電力導入用誘電体部である。環状アンテナ７２１の
断面形状は、第１実施例の環状アンテナ２１とほぼ同一
である。本実施例による環状アンテナ７２１を用いた場
合、従来の通常の環状アンテナを用いた場合の放電容器
のスパッタに比較してスパッタを抑制できる。アンテナ
７２１の誘電体部７１側の縁部は、第２実施例や第３実
施例に示したような小刀形状またはナイフ形状の断面形
状に形成することもできる。これにより、放電容器の誘
電体部７１におけるアンテナ投影部分は実質的に最小限
とすることが可能であり、実質的なアンテナの対向面幅
は第８実施例のアンテナ７２１の場合よりも小さく、さ
らにスパッタを抑制することができる。
【００３８】図１６は本発明に係るアンテナの第９実施
例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ９−Ｃ９線
断面図である。この実施例によるアンテナ８２１は、第
８実施例と同様に、高周波電力導入用誘電体部分として
平板状のものを有する誘導結合型プラズマ処理装置に適
用した場合のすだれ状アンテナである。図１６（Ｂ）に
示す７１は平板状の高周波電力導入用誘電体部である。
すだれ状アンテナ８２１における誘電体部７１に接触す
る平板部の断面は、第１実施例の環状アンテナ２１の断
面形状とほぼ同じである。本実施例によるすだれ状アン
テナ８２１を用いた場合、従来の通常のすだれ状アンテ
ナを用いた場合の放電容器のスパッタに比較してスパッ
タを抑制できる。すだれ状アンテナ８２１の誘電体部７
１側の縁部は、第２実施例や第３実施例に示したような
小刀形状またはナイフ形状の断面形状に形成することも
できる。これにより、放電容器の誘電体部７１における
アンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが可能で
あり、実質的なアンテナの対向面幅は第９実施例のアン
テナ８２１の場合よりも小さく、さらにスパッタを抑制
することができる。
例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ９−Ｃ９線
断面図である。この実施例によるアンテナ８２１は、第
８実施例と同様に、高周波電力導入用誘電体部分として
平板状のものを有する誘導結合型プラズマ処理装置に適
用した場合のすだれ状アンテナである。図１６（Ｂ）に
示す７１は平板状の高周波電力導入用誘電体部である。
すだれ状アンテナ８２１における誘電体部７１に接触す
る平板部の断面は、第１実施例の環状アンテナ２１の断
面形状とほぼ同じである。本実施例によるすだれ状アン
テナ８２１を用いた場合、従来の通常のすだれ状アンテ
ナを用いた場合の放電容器のスパッタに比較してスパッ
タを抑制できる。すだれ状アンテナ８２１の誘電体部７
１側の縁部は、第２実施例や第３実施例に示したような
小刀形状またはナイフ形状の断面形状に形成することも
できる。これにより、放電容器の誘電体部７１における
アンテナ投影部分は実質的に最小限とすることが可能で
あり、実質的なアンテナの対向面幅は第９実施例のアン
テナ８２１の場合よりも小さく、さらにスパッタを抑制
することができる。
【００３９】以上の各実施例の説明では、実際必要であ
るアンテナの冷却機構については説明の便宜上省略し
た。上記のいずれのアンテナを用いて連続放電を行って
も、アンテナには大量の高周波電流が流れるためにアン
テナはジュール熱により加熱され、その結果、アンテナ
自身のインピーダンスが変化し整合条件が変化するた
め、放電が不安定となる場合も起こり得る。そこで、ア
ンテナの加熱を抑制するためのアンテナの冷却機構を備
えた環状アンテナの実施例を以下に説明する。
るアンテナの冷却機構については説明の便宜上省略し
た。上記のいずれのアンテナを用いて連続放電を行って
も、アンテナには大量の高周波電流が流れるためにアン
テナはジュール熱により加熱され、その結果、アンテナ
自身のインピーダンスが変化し整合条件が変化するた
め、放電が不安定となる場合も起こり得る。そこで、ア
ンテナの加熱を抑制するためのアンテナの冷却機構を備
えた環状アンテナの実施例を以下に説明する。
【００４０】図１７は本発明に係る環状アンテナの第１
０実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１０
−Ｃ１０線断面図である。環状アンテナ９２１は、実施
例１で説明したスパッタの抑制効果を損ねず、アンテナ
の冷却を行うための冷却機構を内蔵する。この実施例の
環状アンテナ９２１は、外観形状が第１実施例の環状ア
ンテナ２１と同じであって、かつ管状に形成され、内部
の通路９２１ａを冷却水用経路として使用している。ま
た図１７（Ａ）に示す９２１ｂは通路９２１ａの入り口
または出口である。冷却水経路９２１ａに冷却水を流す
ことにより、前述したスパッタの抑制効果を損ねず、ジ
ュール熱によるアンテナの加熱を抑え、放電を安定に保
つことが可能となる。
０実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１０
−Ｃ１０線断面図である。環状アンテナ９２１は、実施
例１で説明したスパッタの抑制効果を損ねず、アンテナ
の冷却を行うための冷却機構を内蔵する。この実施例の
環状アンテナ９２１は、外観形状が第１実施例の環状ア
ンテナ２１と同じであって、かつ管状に形成され、内部
の通路９２１ａを冷却水用経路として使用している。ま
た図１７（Ａ）に示す９２１ｂは通路９２１ａの入り口
または出口である。冷却水経路９２１ａに冷却水を流す
ことにより、前述したスパッタの抑制効果を損ねず、ジ
ュール熱によるアンテナの加熱を抑え、放電を安定に保
つことが可能となる。
【００４１】図１８は本発明に係る環状アンテナの第１
１実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１１
−Ｃ１１線断面図である。この実施例による構造は、第
１実施例の環状アンテナ２１の外周に冷却水用経路を有
するチューブ８１を設けている。本実施例による環状ア
ンテナは、前述したスパッタの抑制効果を損ねず、チュ
ーブ８１を流れる冷却水によってアンテナ２１を冷却で
きるため、ジュール熱によるアンテナ２１の加熱を抑
え、放電を安定に保つことができる。
１実施例を示し、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１１
−Ｃ１１線断面図である。この実施例による構造は、第
１実施例の環状アンテナ２１の外周に冷却水用経路を有
するチューブ８１を設けている。本実施例による環状ア
ンテナは、前述したスパッタの抑制効果を損ねず、チュ
ーブ８１を流れる冷却水によってアンテナ２１を冷却で
きるため、ジュール熱によるアンテナ２１の加熱を抑
え、放電を安定に保つことができる。
【００４２】前述の各実施例において、真空容器１４の
外部に磁場発生装置を設けることにより、真空容器１４
または放電容器１２の内部に磁場を印加するように構成
することも可能である。
外部に磁場発生装置を設けることにより、真空容器１４
または放電容器１２の内部に磁場を印加するように構成
することも可能である。
【００４３】
【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、石英等の誘電体で形成された放電容器に巻かれ
る高周波電力導入用アンテナを、放電容器壁面における
アンテナ投影部分の面積ができる限り小さくなるように
形成して配置したため、放電容器壁におけるアンテナ投
影部分のスパッタを最小限に抑えることができ、また被
処理基板の処理中における汚染を最小に抑えることがで
き、誘電体の放電容器の破壊を抑え、誘電体部分の耐久
性および安全性を向上できる。
よれば、石英等の誘電体で形成された放電容器に巻かれ
る高周波電力導入用アンテナを、放電容器壁面における
アンテナ投影部分の面積ができる限り小さくなるように
形成して配置したため、放電容器壁におけるアンテナ投
影部分のスパッタを最小限に抑えることができ、また被
処理基板の処理中における汚染を最小に抑えることがで
き、誘電体の放電容器の破壊を抑え、誘電体部分の耐久
性および安全性を向上できる。
【図１】本発明の係るプラズマ処理装置の実施例を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】図１で示した実施例で使用される平板状の偏平
な環状アンテナの第１実施例を示し、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ１−Ｃ１線断面図である。
な環状アンテナの第１実施例を示し、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図３】誘導結合型プラズマ源におけるプラズマを含む
アンテナ部分の等価回路図である。
アンテナ部分の等価回路図である。
【図４】第１実施例の環状アンテナ（アンテナの対向面
幅２mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波形
図を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形
図、（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
幅２mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波形
図を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形
図、（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
【図５】従来の通常の環状アンテナ（アンテナの対向面
幅１５mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波
形図を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形
図、（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
幅１５mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波
形図を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形
図、（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
【図６】従来の環状アンテナ（アンテナの対向面幅１５
０mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波形図
を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形図、
（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
０mm）を用いた場合のアンテナ両端での電圧電流波形図
を示し、（Ａ）は高周波電力供給側の電圧電流波形図、
（Ｂ）は接地側での電圧電流波形図を示す。
【図７】図１で示した装置の整合回路の回路図である。
【図８】第１実施例の環状アンテナと従来の環状アンテ
ナを用いた場合のアンテナ両端での位相差の高周波電力
依存性を示す図である。
ナを用いた場合のアンテナ両端での位相差の高周波電力
依存性を示す図である。
【図９】本発明の環状アンテナの第２実施例を示し、
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ２−Ｃ２線断面図であ
る。
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ２−Ｃ２線断面図であ
る。
【図１０】本発明の環状アンテナの第３実施例を示し、
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ３−Ｃ３線断面図であ
る。
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ３−Ｃ３線断面図であ
る。
【図１１】本発明の環状アンテナの第４実施例を示し、
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ４−Ｃ４線断面図であ
る。
（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ４−Ｃ４線断面図であ
る。
【図１２】本発明のアンテナの第５実施例を示し、環状
アンテナを複数組み合わせて螺旋形状に形成し、（Ａ）
は外観斜視図、（Ｂ）はＣ５−Ｃ５線断面図である。
アンテナを複数組み合わせて螺旋形状に形成し、（Ａ）
は外観斜視図、（Ｂ）はＣ５−Ｃ５線断面図である。
【図１３】本発明のアンテナの第６実施例を示し、環状
アンテナを２個組み合わせて形成し、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ６−Ｃ６線断面図である。
アンテナを２個組み合わせて形成し、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ６−Ｃ６線断面図である。
【図１４】本発明のアンテナの第７実施例を示し、高周
波電力導入用半球状放電容器を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ７−Ｃ７線断面図である。
波電力導入用半球状放電容器を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ７−Ｃ７線断面図である。
【図１５】本発明のアンテナの第８実施例を示し、高周
波電力導入用平板状誘電体部を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ８−Ｃ８線断面図である。
波電力導入用平板状誘電体部を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ８−Ｃ８線断面図である。
【図１６】本発明のアンテナの第９実施例を示し、高周
波電力導入用平板状誘電体部を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ９−Ｃ９線断面図である。
波電力導入用平板状誘電体部を持つ誘導結合型プラズマ
処理装置に適用した場合の例であり、（Ａ）は外観斜視
図、（Ｂ）はＣ９−Ｃ９線断面図である。
【図１７】本発明の環状アンテナの第１０実施例であ
り、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１０−Ｃ１０線断
面図である。
り、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１０−Ｃ１０線断
面図である。
【図１８】本発明の環状アンテナの第１１実施例であ
り、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１１−Ｃ１１線断
面図である。
り、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）はＣ１１−Ｃ１１線断
面図である。
【図１９】従来の誘導結合型プラズマ処理装置を示す構
成図である。
成図である。
１２ 放電容器 １３ 高周波電力導入機構 １４ 真空容器 １５ 排気機構 １６ ガス導入機構 １７ 基板保持機構 １８ 基板 ２１ 環状アンテナ ４１ 電圧特性 ４２ 電流特性 １２１ 環状アンテナ ２２１ 環状アンテナ ３２１ 環状アンテナ ４２１ 螺旋状アンテナ ５２１ アンテナ ６２１ アンテナ ７２１ アンテナ ８２１ すだれ状アンテナ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 Ｈ０５Ｂ 6/72 6908−3Ｋ
Claims (9)
- 【請求項１】 高周波電力を導入するための誘電体部を
備える真空容器と、前記真空容器の内部を減圧状態に保
持する排気機構と、前記真空容器の内部に反応ガスを導
入するガス導入機構と、前記誘電体部に近接して配置さ
れるアンテナと、前記アンテナに高周波電力を供給し、
前記誘電体部を通して誘導結合によって前記真空容器の
内部に高周波電力を導入する高周波電力導入機構と、前
記真空容器内で前記誘電体部に対向して設置される基板
保持機構を備えたプラズマ処理装置において、 前記アンテナの高周波電流が流れる方向に対して垂直な
断面の形状が偏平であり、前記断面の長軸が前記誘電体
部の表面に対して実質的に垂直で、前記アンテナの前記
誘電体部に対する対向面積が小さくなるように前記アン
テナを配置することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 前記アンテナの前記断面の長軸と短軸の
比が３以上であることを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項３】 前記アンテナの前記断面が前記誘電体部
の表面に向かって鋭角となる縁部を有するように形成さ
れることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項４】 前記誘電体部の形状は放電容器を形成す
る形状であり、前記アンテナは、前記誘電体部を一巻き
する偏平な環状形状を有することを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 前記誘電体部の形状は放電容器を形成す
る形状であり、前記アンテナは、前記誘電体部を囲んで
螺旋状に複数回巻かれた形状を有することを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項６】 前記誘電体部の形状は放電容器を形成す
る形状であり、前記アンテナは、前記誘電体部を囲んで
一巻きの偏平な環状アンテナが適当な間隔を置いて複数
個配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 前記アンテナが平板状の偏平な環状アン
テナで、このアンテナが、前記誘電体部の表面に対して
実質的に常に垂直に配置されることを特徴とする請求項
１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置 - 【請求項８】 放電容器を形成する前記誘電体部の形状
は円筒形または半球形であることを特徴とする請求項４
〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項９】 前記真空容器内のプラズマを発生する空
間に所定磁場を印加する磁場発生装置を設けたことを特
徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ
処理装置
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02758295A JP3426382B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | プラズマ処理装置 |
| TW084113767A TW384499B (en) | 1995-01-24 | 1995-12-22 | Plasma processing apparatus |
| US08/585,166 US5681393A (en) | 1995-01-24 | 1996-01-11 | Plasma processing apparatus |
| KR1019960000774A KR100203572B1 (ko) | 1995-01-24 | 1996-01-17 | 플라즈마처리장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02758295A JP3426382B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203695A true JPH08203695A (ja) | 1996-08-09 |
| JP3426382B2 JP3426382B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=12224966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02758295A Expired - Lifetime JP3426382B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | プラズマ処理装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5681393A (ja) |
| JP (1) | JP3426382B2 (ja) |
| KR (1) | KR100203572B1 (ja) |
| TW (1) | TW384499B (ja) |
Cited By (9)
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