JPH10134996A

JPH10134996A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH10134996A
Application number: JP8307208A
Authority: JP
Inventors: Seiji Sagawa; 誠二寒川; Kojin Nakagawa; 行人中川; Hisaaki Sato; 久明佐藤; Tsutomu Tsukada; 勉塚田; Kibatsu Shinohara; 己拔篠原; Yasuo Niimura; 保夫新村
Original assignee: Nihon Koshuha Co Ltd; NEC Corp; Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp; Nihon Koshuha Co Ltd; NEC Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22
Also published as: TW350977B; US6043608A; KR19980033361A

Abstract

(57)【要約】【課題】１００ＭＨｚから１０００ＭＨｚの範囲の周
波数の高周波を使用してプラズマ形成することができる
実用的な装置を提供する。【解決手段】プラズマ形成のための高周波電界を設定
するアンテナ４４は、放射線上に中心対称的に配置され
た複数のアンテナ素子４４１と、各アンテナ素子４４１
の先端を短絡した同心円環状の先端短絡用導体４４２
と、各アンテナ素子４４３の周辺側端部を保持した円筒
状の保持枠４４３で構成されており、５００ＭＨｚ２ｋ
ｗ程度の高周波電源４３から高周波電力を高周波線路４
５は一つのアンテナ素子４４１にのみ接続されている。
隣接する二つのアンテナ素子４４１と先端短絡用導体は
高周波の波長の１／２の長さを有して共振回路を構成す
る。一つのアンテナ素子４４１に供給された高周波が共
振しながら隣接するアンテナ素子４４１に効率よく伝搬
するため、アンテナ４４全体が均一に励振され、均一性
の高いプラズマが高効率で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、プラズマを利
用して半導体ウェーハ等の基板の所定の処理を施すプラ
ズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用して半導体ウェーハや液
晶基板等の表面に所定の処理を施す装置は、プラズマＣ
ＶＤ（化学的気相成長）装置やプラズマエッチング装置
等として広く知られている。このようなプラズマ処理装
置では、処理速度を高めるなどの要請から高密度プラズ
マを形成する必要があり、しかも、微細加工の精度向上
などの観点から、より低い圧力で高密度プラズマを形成
することが要求されている。

【０００３】より低い圧力でより高い密度のプラズマを
形成するには、電離効率の向上等の改良が必要となって
くるが、高密度プラズマを低圧で形成できる装置とし
て、ヘリコン波プラズマ処理装置、ＥＣＲプラズマ処理
装置、誘導結合型プラズマ処理装置等が開発されてき
た。図１２は、このような従来のプラズマ処理装置の一
例を示したものであり、特開平３−７９０２５号公報に
開示された誘導結合型プラズマ処理装置の概略を示した
正面断面斜視図である。

【０００４】図１２に示すプラズマ処理装置は、上部壁
面に誘電体窓１１を有する真空容器１と、真空容器１内
の所定位置に基板を配置するための基板ホルダー２と、
真空容器内にプラズマ形成用ガスを導入する不図示のガ
ス導入手段３と、真空容器１の外側であって誘電体窓１
１に近接した位置に配置された高周波コイル４０と、整
合器４１を介して高周波コイル４０に所定の高周波電力
を印加する高周波電源４２等から主に構成されている。

【０００５】真空容器１は、排気系１２を備えた気密な
容器であり、ガス導入手段３によって所定のプラズマ形
成用ガスが導入されるようになっている。また、真空容
器１内の下方には、基板ホルダ２が配設されており、上
面に基板２０を保持するようになっている。そして、高
周波コイル４０は、基板２０の板面に垂直な方向を中心
軸として基板２０の板面に平行な面内に渦巻き状に形成
されたものである。

【０００６】高周波電源４２から高周波コイル４０に印
加された高周波電力は、誘電体窓１１を通して真空容器
１内に誘導電界を発生させる。真空容器１内に導入され
たプラズマ形成用ガスはこの誘導電界によって放電を生
じ、プラズマが形成される。この際、高周波コイル４０
とプラズマとは、誘電体窓１１を通してインダクティブ
に結合していることから、誘導結合型プラズマと呼ばれ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１２に例示したよう
なプラズマ処理装置は、１０^-3Torr台で１０¹¹cm^-3台の
高密度プラズマを形成することが可能である。しかしな
がら、このようなプラズマ処理装置では、高密度のプラ
ズマを発生させようとすると、同時にエネルギーの高い
電子も生じ、この高エネルギーの電子が表面処理に悪影
響を与える問題がある。

【０００８】具体的に説明すると、例えばＣ４Ｆ８等の
反応性ガスを利用したＳｉＯ₂ ／Ｓｉの選択エッチング
をプラズマエッチング法により行うことが従来から研究
されている。この選択エッチングは、ＳｉＯ₂ 層では酸
素が存在するため揮発性のＣＯ，ＣＯ₂ ，ＣＯＦ₂ が生
成されて炭素重合膜が形成されないものの、Ｓｉ層では
酸素がないため炭素重合膜が形成されてエッチングが停
止するという現象を利用している。

【０００９】発明者の研究によると、ＳｉＯ₂ ／Ｓｉの
選択エッチングでは、プラズマに対する投入エネルギー
を大きくするにつれてＳｉＯ₂ ／Ｓｉの選択性が低下す
ることが明らかになっている。この理由は、投入エネル
ギーの増大によって高エネルギーの電子が多く生成さ
れ、この高エネルギーの電子によってＣ₄Ｆ₈ガスが過度
に解離してしまうことが原因と考えられる。詳細なメカ
ニズムは断定できないが、例えば、高エネルギーの電子
によって活性化したフッ素系化学種を取り込んで炭素重
合膜が形成されるか、または炭素重合膜の形成過程がフ
ッ素活性種の存在下で行われることで、Ｓｉのエッチン
グが進行してしまうこと等によるものと推定できる。

【００１０】図１２に例示したようなプラズマ処理装置
を使用した場合、上記のような問題を生ずる高エネルギ
ー電子の生成が行われる可能性が高い。この原因には、
使用する高周波の周波数が関係している。即ち、図１２
に示す装置では、１３．５６ＭＨｚのような１０数ＭＨ
ｚ帯の高周波を発生させる電源を使用し、この程度の周
波数の交番電界をプラズマ形成空間に印加している。こ
の場合、電子は電界の向きが変わるたびに向きを変えて
プラズマ形成空間中を移動する。この際、交番電界によ
る周期的な運動（振動）だけでなく中性粒子との衝突に
よって電子の運動の向きが変化している場合、当該電子
は交番電界に追従して運動することによりエネルギーが
増大し、高エネルギー電子が生成される。

【００１１】交番電界に追従することでエネルギーが増
大する電子の割合を減少させるには、印加する高周波の
周波数を１００ＭＨｚ以上にしてやればよい。この程度
まで周波数を高くすると、電界の逆転により反転移動す
る際の電子の移動距離が短くなるので、エネルギーの増
大が抑えられ、高エネルギー電子の生成が抑制される。
しかしながら、図１２に示すような渦巻き状の高周波コ
イルによって１００ＭＨｚ以上の高周波を励振すること
は、非常に困難である。

【００１２】ここで、数ＧＨｚ程度の高周波（マイクロ
波）を使用する場合には、高周波コイルではなく導波管
等の立体回路を用いて高周波を結合させることができ
る。例えば、ＥＣＲプラズマ処理装置は、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を方形導波管等で導いて使用している。
この程度まで周波数が高くなると、電界の逆転により反
転移動する際の電子の移動距離が短くなるので、１０数
ＭＨｚ帯の周波数で見られたような有害な高エネルギー
電子の生成は確かに抑制される。

【００１３】しかしながら、この程度まで周波数を高く
してしまうと、逆に、電界による電子の運動エネルギー
のみではプラズマを形成又は維持することが困難になっ
てしまい、磁界によるサイクロトロン運動等の力を借り
る必要がある。事実、ＥＣＲプラズマ処理装置は、１０
００ガウス近くの強い磁界を設定してＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）条件を成立させ、これを利用して高密
度プラズマを形成するようにしている。

【００１４】しかし、上記ＥＣＲプラズマ処理装置のよ
うに強い磁界を設定してプラズマを形成する場合、電子
は磁界と電界との相互作用によって連続的に加速される
ため、磁界の影響によって基板に対する処理が不均一に
なる問題がある。また、磁力線によって荷電粒子が運ば
れる結果、基板上の磁場分布に応じたチャージアップが
基板表面に発生し、不均一なチャージアップにより生ず
る基板面内電位差によって絶縁膜が絶縁破壊して損傷す
るチャージアップダメージが発生する問題も生じやす
い。

【００１５】発明者の研究によれば、処理に有害な高エ
ネルギー電子の生成が抑制でき、かつ、ＥＣＲプラズマ
処理装置のような高い磁界の設定も不要である高周波の
周波数は、１００ＭＨｚから１０００Ｍ（１Ｇ）Ｈｚの
範囲である。しかしながら、この帯域の周波数の高周波
を使用してプラズマを形成する実用的な装置は、従来に
は存在しなかった。本願の発明は、上述したような各課
題を解決するためになされたものであり、１００ＭＨｚ
から１０００ＭＨｚの範囲の周波数の高周波を使用して
プラズマ形成することができる実用的な装置を提供する
ことを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、プラズマ形成用のガ
スに所定の高周波電力を供給するアンテナを具備してお
り、アンテナから供給された高周波電力によってプラズ
マを形成し、形成されたプラズマによって基板の表面に
所定の処理を行うプラズマ処理装置であって、前記アン
テナは、基板と同軸上の中心点に対して中心対称的に配
置された複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子の
先端は、中心点に対して中心対称的に高周波電流の経路
を設定する先端短絡用導体によって短絡されているとい
う構成を有する。また、上記課題を解決するため、請求
項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、各ア
ンテナ素子と先端短絡用導体によって、供給する高周波
電力の周波数で共振する複数の共振回路が中心対称的に
形成されているという構成を有する。また、上記課題を
解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又
は２の構成において、複数のアンテナ素子のうちの隣り
合う二本のアンテナ素子の合計の長さと、その隣り合う
アンテナ素子の先端を短絡する先端短絡用導体による高
周波電流の経路の長さとの和が、当該高周波電流の経路
における高周波の波長の１／２の長さに相当していると
いう構成を有する。また、上記課題を解決するため、請
求項４記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成に
おいて、複数のアンテナ素子は、基板の表面と平行な方
向のアンテナ面の上に配設されており、これらのアンテ
ナ素子が配設される空間とプラズマが形成される基板側
の空間とを隔絶する誘電体製の隔壁が設けられていると
いう構成を有する。また、上記課題を解決するため、請
求項５記載の発明は、上記請求項１、２、又は３の構成
において、複数のアンテナ素子は、基板の表面と平行な
方向のアンテナ面の上に配設されており、これらのアン
テナ素子と先端短絡用導体とによってアンテナ面上に形
成される開口を気密に塞ぐ誘電体製の隔絶ブロックを備
えているという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項６記載の発明は、上記請求項１、２、
３、４又は５の構成において、複数のアンテナ素子は、
基板の中心と同軸上の中心点を中心とした等間隔の放射
線上に中心点から等距離離間して配設された同一長さの
棒状のものであり、これらのアンテナ素子の周辺側の端
部を一体に保持した円環状又は円筒状の保持枠が設けら
れているという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項７記載の発明は、上記請求項１、２、
３、４，５又は６の構成において、高周波電力の周波数
が１００から１０００ＭＨｚであるという構成を有す
る。また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発
明は、上記請求項１、２、３、４，５，６又は７の構成
において、アンテナは、当該アンテナを構成する複数の
アンテナ素子のうちの一つのアンテナ素子にのみ高周波
線路が接続されているという構成を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は、本願発明の第一の実施形態のプ
ラズマ処理装置の概略構成を示す正面図である。また、
図２は、図１に示す及びこのプラズマ処理装置における
アンテナの概略構成を示した平面図である。図１に示す
プラズマ処理装置は、排気系１２を備えた真空容器１
と、この真空容器１内の所定位置に処理する基板２０を
配置する基板ホルダー２と、真空容器１内の基板２０の
上方の空間にプラズマ形成用のガスを導入するガス導入
手段３と、導入されたガスに高周波電力を供給してプラ
ズマを形成する電力供給手段４とから主に構成されてい
る。

【００１８】まず、真空容器１は、不図示のゲートバル
ブを備えた気密な容器であり、電気的には接地されてい
る。真空容器１に付設された排気系１２は、油回転ポン
プとターボ分子ポンプの組み合わせのように多段の真空
ポンプを備えた構成とされ、真空容器１内を例えば１０
^-6Ｔｏｒｒ程度以下の圧力まで排気可能に構成されてい
る。

【００１９】また、基板ホルダー２は、不図示の静電吸
着機構等を備えて真空容器１内の下方の所定位置で基板
２０を保持するようになっている。基板ホルダー２内に
は、基板２０を所定温度に加熱するヒーター等の温度調
節機構が必要に応じて設けられる。さらに、基板ホルダ
ー２に所定の高周波電圧を印加してプラズマとの相互作
用によって基板２０に所定のバイアス電圧を与える基板
バイアス電源が、必要に応じて基板ホルダー２に接続さ
れる。

【００２０】ガス導入手段３は、所定のガスを溜めた不
図示のボンベと真空容器１とを繋ぐガス導入用配管３１
と、ガス導入用配管３１に設けられたバルブ３２や流量
調整器３３等から構成されている。導入されるガスはプ
ラズマ形成用のものであるが、基板２０に対する処理の
内容によっても異なる。例えば、基板２０の表面に対し
てプラズマエッチングを行う場合には、フッ素化合物ガ
ス等の反応性ガスを導入してプラズマを形成し、プラズ
マ中で生成されるフッ素活性種の作用を利用してエッチ
ングを行う。また、アモルファスシリコン膜の作成を行
う処理の場合には、シラン系のガスと水素の混合ガスを
導入してプラズマを形成し、プラズマ中でのシラン系ガ
スの分解を利用して基板２０上にアモルファスシリコン
膜を作成する。

【００２１】電力供給手段４は、所定の高周波電力を発
生させる高周波電源４３と、高周波電源４３が発生させ
た高周波電力を真空容器１内のプラズマ形成用ガスに供
給するアンテナ４４と、高周波電源４３とアンテナ４４
とを接続する高周波線路４５と、高周波線路４５上に設
けられたスタブチューナー４６とから主に構成されてい
る。

【００２２】高周波電源４３としては、１００Ｍから１
０００ＭＨｚの帯域の高周波電力を発生させるものが好
ましい。即ち、１００Ｍ以下であると、前述したような
有害な高エネルギー電子の生成を抑制できない。また、
１０００ＭＨｚ以上であると、磁界の設定等の手段を併
用しなくては高密度プラズマの形成が不可能である。よ
り具体的には、高周波電源４３としては、本実施形態で
は発振周波数５００ＭＨｚのＵＨＦ波を発生させるもの
が使用されており、出力は２ｋＷのものが使用されてい
る。

【００２３】高周波線路４５としては、例えば同軸ケー
ブルが使用される。スタブチューナー４６は、下流側の
インピーダンスを所定の値に整合を取るものであり、高
周波電源４３への反射波が無いように調整される。

【００２４】アンテナ４４の構成は、本実施形態の装置
の大きな特徴点を成している。図１及び図２に示すよう
に、アンテナ４４は、基板２０と同軸上の中心点に対し
て中心対称的に配置された複数のアンテナ素子４４１
と、各アンテナ素子４４１の先端を短絡した中心点に対
して中心対称的な高周波電流の経路を設定する先端短絡
用導体４４２と、各アンテナ素子４４１の周辺側の端部
を一体に保持した円筒状の保持枠４４３とから構成され
ている。

【００２５】各アンテナ素子４４１は、図１及び図２に
示すように、基板２０の中心と同軸上の中心点を中心と
した等間隔の放射線上に中心点から等距離離間して配設
された同一長さの丸棒状のものである。また、各アンテ
ナ素子４４１は、同一平面上に、より具体的には、基板
２０の表面と平行な方向のアンテナ面の上に配設されて
いる。アンテナ素子４４１は、計６本設けられており、
６０度間隔で配設されている。各アンテナ素子４４１の
長さは、例えば１２０ｍｍ程度である。太さは直径１５
ｍｍ程度である。

【００２６】また、先端短絡用導体４４２は、本実施形
態では、各アンテナ素子４４１の先端をつなぐように設
けられた円環状の部材で構成されている。先端短絡用導
体４４２は、幅１０ｍｍ程度、厚さ１ｍｍ程度の帯状の
部材を円周状に形成した形状であり、幅方向の中央部分
で見た円の直径は１００ｍｍ程度になっている。先端短
絡用導体４４２は、その上面を各アンテナ素子４４１の
先端の下縁に接合することで各アンテナ素子４４１に保
持されている。

【００２７】さらに、保持枠４４３は、上壁部を有し、
下面が開口になっている円筒状のものであり、各アンテ
ナ素子４４１の周辺側の端部を内側面に固定して保持し
ている。保持枠４４３の内径は３５０ｍｍ程度、外径は
３６０ｍｍ程度である。図１に示すように、真空容器１
の上壁部分には、保持枠４４３の直径よりも少し小さい
開口が設けられており、保持枠４４３はこの開口を上か
ら塞ぐように真空容器１に対して気密に接続されてい
る。保持枠４４３は、高周波線路４５等の貫通部分を気
密に封止した気密な容器であり、保持枠４４３は真空容
器１の器壁の一部を成すよう兼用されている。

【００２８】また、各アンテナ素子４４１、先端短絡用
導体４４２及び保持枠４４３は、いずれもアルミニウム
又は銅等の金属又は合金で形成されており、各々の接合
は、溶接、ハンダ付け、ロー付け又はネジ止め等の方法
により行われる。

【００２９】さて、本実施形態におけるアンテナ４４の
構成では、六本のアンテナ素子４４１のうちの特定の一
本のアンテナ素子４４１に高周波線路４５が接続されて
おり、このアンテナ素子４４１にまず高周波が供給され
るようになっている。そして、各アンテナ素子４４１
は、隣接する他のアンテナ素子４４１に高周波が結合
（カップリング）可能な状態となっており、一本のアン
テナ素子４４１に印加された高周波は、隣接する他のア
ンテナ素子４４１に結合されて伝わり、各アンテナ素子
４４１が均一に励振されるようになっている。尚、各ア
ンテナ素子４４１を保持した保持枠４４３は、高周波線
路４５として用いた同軸ケーブルのアース線が接続され
ている。

【００３０】また、隣り合う二本のアンテナ素子４４１
と先端短絡用導体４４２内の高周波電流の経路とが、供
給される高周波電力の周波数における共振回路を構成し
ている。具体的に説明すると、隣り合う二本のアンテナ
素子４４１と先端短絡用導体４４２内の高周波電流の経
路とによって形成される高周波の伝送線が共振する構成
は、受電端短絡の高周波線路の共振の場合に相当してい
る。受電端短絡の高周波線路の共振条件は、周知のよう
に、ｌ＝ｎλ／２……（１）である。この式（１）において、ｌは線路の長さ、ｎは
自然数、λは高周波の波長である。

【００３１】図３は、共振条件を説明した図である。図
３の（Ａ）は、上記（１）において、ｎ＝１の場合、
（Ｂ）はｎ＝２の場合を示している。例えば（Ａ）のｎ
＝１の場合の寸法例について説明すると、上記式（１）
は、λ＝ｃ／ｆ（ｃは真空中の光速）から、ｌ＝ｎｃ／２ｆ……（２）となる。従って、この式（２）に、ｎ＝１、ｆ＝５００
×１０⁶ （Ｈｚ）、ｃ＝２．９９７９２４５８×１０⁸
（ｍ／ｓ）を代入すると、ｌ≒０．２９（ｍ）となる。

【００３２】一方、前述したアンテナ素子４４１及び先
端短絡用導体４４２の寸法例から線路の長さを求める
と、線路の長さは、（アンテナ素子４４１の長さ）×２
＋（先端短絡用導体４４２の周の長さ）／６に相当して
いるから、１２０×２＋１００π／６より、ほぼ２９２
ｍｍとなって前記ｌに殆ど一致していることが分かる。
つまり、前述した寸法例によると、図３に示す（Ａ）の
状態で共振することになるのである。尚、この図３
（Ａ）から分かるように、共振状態では、線路の中央部
分即ち先端短絡用導体４４２の部分で電圧最大で電流最
小、接地されている保持枠４４３の接合部分で電圧最小
で電流最大の分布となる。

【００３３】上記計算による共振条件は、線路の誘導性
リアクタンスＬ及び容量性リアクタンスＣが自由空間に
おける場合と同様であるとしているが、発明者が確認し
たところでは、充分満足できる共振状態が得られてい
る。但し、厳密に言えば、各アンテナ素子４４１と先端
短絡用導体４４２による高周波電流の経路の長さとの和
が、「当該高周波電流の経路における高周波の波長の１
／２」に相当している場合、最も良好な共振状態とな
る。つまり、自由空間における高周波の波長ではなく、
各アンテナ素子４４１と先端短絡用導体４４２とで形成
される高周波線路が有する誘導性リアクタンス及び容量
性リアクタンスのもとでの高周波の波長の１／２という
ことである。

【００３４】また、図１に示すように、各アンテナ素子
４４１を臨む保持枠４４３の上壁部分に導体よりなる保
持棒４４４をアンテナ素子４４１に向けてそれぞれ上下
動可能に設け、各保持棒４４４の下端に導体板４４５を
固定するとともに保持棒４４４を上下動させることによ
って各アンテナ素子４４１の上側の空間容量を調節する
ようにすると、線路の容量性リアクタンスＣを調整する
ことが可能である。

【００３５】実際の設計では、各アンテナ素子４４１の
長さや先端短絡用導体４４２の大きさは、処理する基板
２０の大きさ等の関係から決まってしまう場合が多い。
この場合には、上記のようにして容量性リアクタンスを
調整し、「高周波の波長の１／２」の方を「二本のアン
テナ素子と先端短絡用導体による高周波電流の経路の長
さ」に一致させていくことが行われる。

【００３６】次に、上記アンテナ４４の動作について説
明する。図４は、アンテナ４４の動作を説明するための
概略図である。上述した六本のアンテナ素子４４１を便
宜上時計回りに第一アンテナ素子４４１ａ、第二アンテ
ナ素子４４１ｂ、第三アンテナ素子４４１ｃ、第四アン
テナ素子４４１ｄ、第五アンテナ素子４４１ｅ、第六ア
ンテナ素子４４１ｆとする。また、第一アンテナ素子４
４１ａに高周波線路４５が接続されて高周波電力が最初
に供給されるものとする。

【００３７】第一アンテナ素子４４１ａに高周波電力が
供給されると、その第一アンテナ素子４４１ａから先端
短絡用導体４４２を経由して隣接する第二アンテナ素子
４４１ｂ及び第六アンテナ素子４４１ｆに高周波電流ｉ
が流れる。この際、第一アンテナ素子４４１ａと第二ア
ンテナ素子４４１ｂ、及び、第一アンテナ素子４４１ａ
と第六アンテナ素子４４１ｆによって共振回路が形成さ
れ、共振状態で三つのアンテナ素子４４１ａ，ｂ，ｃが
励振される。

【００３８】そして、第二アンテナ素子４４１ｂとの結
合によって第三アンテナ素子４４１ｃに高周波電流ｉが
流れ、第六アンテナ素子４４１ｆとの結合によって第五
アンテナ素子４４１ｅに流れる。即ち、第二アンテナ素
子４４１ｂに流れる高周波電流ｉによって誘起された磁
界により第三アンテナ素子４４１ｃに高周波電流ｉが流
れ、第六アンテナ素子４４１ｆに流れる高周波電流ｉに
よって誘起された磁界により第五アンテナ素子４４１ｅ
に高周波電流ｉが流れる。そして、第二アンテナ素子４
４１ｂと第三アンテナ素子４４１ｃ、及び、第六アンテ
ナ素子４４１ｆと第五アンテナ素子４４１ｅによってそ
れぞれ共振回路が形成され、共振状態でこれらのアンテ
ナ素子４４１ｂ，ｃ，ｅ，ｆが励振される。

【００３９】そして、第四アンテナ素子４４１ｄには、
第三アンテナ素子４４１ｃの高周波と第五アンテナ素子
４４１ｆの高周波とが結合されて高周波電流ｉが流れ、
第三アンテナ素子４４１ｃと第四アンテナ素子４４１
ｄ、及び、第五アンテナ素子４４１ｅと第四アンテナ素
子４４１ｄによって共振回路が形成されて共振状態で励
振される。

【００４０】このようにして、第一アンテナ素子４４１
ａに供給された高周波は、隣接するアンテナ素子４４１
との間で共振状態を作りながら周方向に伝搬し、アンテ
ナ４４全体が均一に励振される。上記のように、一つの
アンテナ素子４４１のみに高周波線路４５を接続して一
つのアンテナ素子４４１のみに最初に高周波を供給する
ようにする構成は、アンテナ４４までの高周波の伝送手
段を簡略化させる大きなメリットがある。

【００４１】即ち、他のアンテナ素子４４１への高周波
の伝搬が充分でない場合、例えば１８０度離れた二本の
アンテナ素子４４１等のように複数のアンテナ素子４４
１に高周波線路４５を接続して複数のアンテナ４４１に
同時に高周波を供給する構成が採用される場合がある。
しかし、この場合には、高周波を二以上の線路に分配す
る分配器が必要になり、伝送手段の構成が複雑化する。
また、分配器を使用して充分均等に高周波を分配するこ
とは技術的に難しい面があり、各アンテナ素子４４１に
供給される高周波のバランスが悪くなるためにアンテナ
４４全体が均一に励振できないことがある。

【００４２】一方、本実施形態の装置では、各アンテナ
素子４４１の結合が強化されているため、二以上のアン
テナ素子４４１に最初に高周波を供給するようにする必
要はない。従って、伝送手段の構成が簡略化でき、ま
た、アンテナ４４全体の励振バランスが悪くなることも
ない。

【００４３】上述した構成及び作用のアンテナ４４を備
えた本実施形態の装置では、アンテナ面に平行な面内で
極めて均一なプラズマを高い効率で形成させることがで
きる。この点を以下に説明する。

【００４４】図５は、本実施形態の装置の効果を確認し
た実験の結果を示した図である。この実験は、真空容器
１内のプラズマ形成空間においてアンテナ面に平行な面
方向（図１にＸ−Ｘで示す）でのプラズマ密度の分布を
測定したものである。図５の実線が本実施形態の装置の
プラズマ密度分布、点線が本実施形態の装置において先
端短絡用導体４４２を設けない構成（以下、比較例）の
プラズマ密度分布を示している。両方とも、アンテナ４
４への投入電力は同じである。

【００４５】図５に点線で示す通り、比較例の装置で
は、高周波線路４５が接続されたアンテナ素子４４１の
直下の部分でプラズマ密度が突出しており、他の部分で
はプラズマ密度はかなり低下している。これは、高周波
線路４５が接続されたアンテナ素子４４１の部分で高周
波電力が多く消費され、他のアンテナ素子４４１には伝
搬していかない状況を示している。

【００４６】一方、図５に実線で示す通り、本実施形態
の装置によれば、プラズマ密度はアンテナ面に平行な面
内で均一となり、均一なプラズマが形成されることが分
かる。また、プラズマ密度の平均値も比較例の装置より
も向上しており、プラズマの形成効率の点でも改善され
ていることが分かる。

【００４７】このようなプラズマ密度の均一化及びプラ
ズマ形成効率の向上の原因については、一概に明らかで
はないが、以下のような点が原因していると想像され
る。まず、プラズマ密度の均一化については、図６を使
用して説明する。図６は、比較例のアンテナ４４におけ
る高周波の伝搬状況を示した斜視概略図である。

【００４８】先端短絡用導体４４２を使用しなかった場
合、隣接するアンテナ素子４４１同士は、図６に示すよ
うに、アンテナ素子４４１の先端部分で挟まれた空間の
容量Ｃ₁ を介して結合して一つの共振回路を形成すると
想定される。即ち、二本のアンテナ素子４４１と空間容
量Ｃ₁ とによって一つの共振回路が形成されているもの
と思われる。

【００４９】この場合、各アンテナ素子４４１の結合
は、空間容量Ｃ₁ を介した容量性結合であり、先端短絡
用導体４４２によって直接結合している本実施形態の場
合に比べかなり弱くなっているものと思われる。つま
り、高周波線路４５が接続されたアンテナ素子４４１が
励振された際に、隣接するアンテナ素子４４１に流れる
高周波電流は、先端短絡用導体４４２で直結された場合
に比べ相当程度低くなっているものと思われる。

【００５０】一方、各アンテナ素子４４１から放射され
る電界によって形成されたプラズマＰと各アンテナ素子
４４１との間にも空間容量Ｃ₂ が存在し、各アンテナ素
子４４１とプラズマＰとは容量性結合している。即ち、
プラズマＰとアンテナ素子４４１とを結ぶ方向（アンテ
ナ面に垂直な方向）に成分を持つ電界が空間容量Ｃ₂を
介して各アンテナ素子４４１によってプラズマ形成空間
に設定され、この電界によって周期的に電子は加速され
る。そして、各アンテナ素子４４１に供給された高周波
電力は、この空間容量Ｃ₂ を介したプラズマＰとの結合
によって消費される。即ち、電子にエネルギーを与えて
プラズマを形成又は維持する。

【００５１】ここで、比較例の場合、アンテナ素子４４
１同士の結合が弱いため、高周波は、最初に供給された
アンテナ素子４４１とプラズマＰとの結合を経て消費さ
れる割合が高いものと推定される。つまり、アンテナ４
４１同士の結合が弱いため、高周波は隣接するアンテナ
素子４４１には伝搬せず、最初に供給されたアンテナ素
子４４１の直下の部分でのプラズマＰへのエネルギー供
給に専ら消費されてしまうものと考えられる。

【００５２】図５に示した点線で示したプラズマ密度の
突出は、このようなメカニズムによって生じているもの
と思われる。そして、プラズマ密度の高い領域がいった
ん形成されると、その領域のインピーダンスが低下し、
この結果、更に結合が強くなってプラズマ密度が高くな
る。これは、丁度正のフィードバックがかかって発振が
始まるのと同じ原理であり、プラズマがどんどん局在化
するようになってしまう。

【００５３】一方、本実施形態の装置では、先端短絡用
導体４４２によって隣接するアンテナ素子４４１の結合
が強化されているため、一つのアンテナ素子４４１に供
給された高周波は、そのアンテナ素子４４１の直下の部
分で消費される量に対して相対的に多くの量が各アンテ
ナ素子４４１に伝搬していくものと思われる。この結
果、各アンテナ素子４４１から放射される電界は均一で
バランスが取れたものとなり、従って、各アンテナ素子
４４１の直下の部分で消費される高周波電力の量も均一
でバランスの取れたものとなる。このようなメカニズム
によって、前述したプラズマ密度の均一化が達成されて
いるものと思われる。

【００５４】尚、本実施形態の装置では、各アンテナ素
子４４１により多くの電流が流れるため、プラズマに対
する高周波の結合は、比較例の場合に比べ、容量性結合
よりも誘導性結合の割合が増加しているものと推定され
る。即ち、各アンテナ素子４４１中に流れる高周波電流
により誘起された磁界によってプラズマ形成空間に電界
が誘導され、この誘導電界によって電子が加速されてエ
ネルギーを受け取る割合が高くなっているものと推定さ
れる。但し、投入電力が同じである場合、単に先端短絡
用導体４４２を設けただけでは、アンテナ４４に流れる
高周波電流の増大はそれ程大きくなく、誘導結合が完全
に支配的となるには投入電力の増大が必要であると思わ
れる。

【００５５】次に、プラズマ形成効率の改善について説
明する。前述したプラズマ形成効率改善の効果は、以下
のような理由によるものと考えられる。即ち、プラズマ
形成効率は、投入全エネルギーに対する平均プラズマ密
度の割合であると概略的には表現できる。上記のように
アンテナ４４を介して高周波エネルギーをプラズマに供
給する構成では、アンテナ４４までの高周波線路４５に
おける損失が一定であるとすると、アンテナ４４の部分
における高周波エネルギーの損失がプラズマ形成効率を
決定することになる。

【００５６】アンテナ４４における高周波エネルギーの
損失は、まずアンテナ素子４４１が完全導体ではないこ
とに起因する損失が上げられる。これは、アンテナ素子
４４１のインピーダンスの実数部が影響するが、同一の
材質や表面状態のアンテナ素子４４１を使用する限りは
基本的に改善はない。アンテナ４４の部分における高周
波電力の損失を低減させる最も効果的な方法は、前述し
たようにアンテナ素子４４１によって共振回路が形成さ
れるようにすることである。共振条件が達成されれば、
リアクタンスは最低になるので、アンテナ素子４４１の
部分における高周波エネルギーの損失は最低となる。

【００５７】ここで、周知のように、プラズマを気体放
電によって形成する場合、プラズマと電極との間にはプ
ラズマシースが形成され、このプラズマシースの電界に
よって荷電粒子が加速される。本実施形態及び参考例の
構成では、プラズマのアンテナ４４側の境界部分に隣接
してプラズマシースが形成され、前記空間容量Ｃ２には
このプラズマシースの部分の空間容量が含まれる。

【００５８】プラズマシースの厚さは、プラズマ密度に
よって影響を受け、プラズマ密度が高くなった部分では
プラズマシースの幅が狭くなり、プラズマ密度が低くな
った部分ではプラズマシースの幅が広くなる。プラズマ
シースが狭くなると、その部分の空間容量が大きくなる
ので結果的に空間容量Ｃ₂ が大きくなり、プラズマシー
スが広くなると、その部分の空間容量が小さくなるので
結果的に空間容量Ｃ２が小さくなる。つまり、各アンテ
ナ素子４４１の部分で空間容量Ｃ₂ が不均一になる。

【００５９】この空間容量Ｃ₂ は、前述した共振回路を
構成する線路の容量性リアクタンスＣに含まれるから、
空間容量Ｃ₂ の不均一化は、共振周波数のずれをもたら
す。即ち、特定のアンテナ素子４４１では共振するが、
他のアンテナ素子４４２では共振しなくなったり、もし
くは全てのアンテナ素子４４１で共振しなくなってしま
ったりする。

【００６０】アンテナ素子４４１が共振しなくなると、
アンテナ４４とスタブチューナー４６との間に定在波が
発生し、この定在波によってアンテナ４４とスタブチュ
ーナー４６との間の伝送路に変位電流が流れるため、損
失が増大する。この結果、プラズマの形成効率が低下す
る。また、アンテナ素子４４１相互に共振周波数のずれ
が生じると、各アンテナ素子４４１相互の高周波の結合
が充分でなくなり、反射波の発生等の損失が生じる。

【００６１】一方、本実施形態の装置では、前述のよう
に均一な密度のプラズマが形成されるため、プラズマシ
ースの空間容量の不均一化が生じない。また、本実施形
態の装置では、前述した通り、プラズマが各アンテナ素
子４４１と誘導性結合してエネルギーを受け取る割合が
相対的に高くなっている。誘導性結合では、アンテナ素
子４４１の長さ方向に成分を持った誘導電界によって電
子が加速されてプラズマが形成されるので、容量性結合
のようにプラズマ密度の高いところプラズマシースが狭
くなるようなことはない。従って、何らかの事情でプラ
ズマ密度が不均一化しても、それによって共振周波数が
影響を受けることは少ない。このようなことから、本実
施形態の装置の高いプラズマ形成効率が得られるものと
思われる。

【００６２】尚、各アンテナ素子４４１とプラズマとの
容量性結合をどの程度弱くしておけばよいかは、次のよ
うに説明できる。図７は、各アンテナ素子４４１とプラ
ズマとの容量性結合の度合いについての説明図である。
各アンテナ素子４４１とプラズマとの容量性結合の程度
は、「プラズマ密度の変化が共振周波数の変動に影響を
与えない程度」と表現できる。即ち、図７に示すよう
に、共振周波数の半値幅をΔｆとし、予想されるプラズ
マ密度の変化に伴う共振周波数のずれの最大値をΔｆ０
とした場合、Δｆに対してΔｆ₀ が充分小さく（Δ
ｆ》Δｆ₀ ）なる程度に容量性結合を弱くしておけば良
い。

【００６３】また、前述した通り、アンテナ４４とプラ
ズマとが誘導性結合する割合を大きくためには、アンテ
ナ４４への投入電力を大きくすることが重要である。こ
の点を図８を使用して説明する。図８は、誘導性結合に
ついての説明図であり、図１の装置において投入電力を
大きくしていった場合のプラズマ密度分布の変化を示し
た図である。図８中、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４はいずれ
も高周波電力であり、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４である。

【００６４】図８に示すように、高周波電力が小さい
（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）うちは、アンテナ素子４４１の先
端部分の直下においてプラズマ密度が高く、保持枠４４
３との接合部分である周辺側の端部の部分でプラズマ密
度が弱くなる。前述の通り、アンテナ素子４４１が形成
する共振回路では、アンテナ素子４４１の先端部分で電
圧が最も高く（電流が最も低く）、周辺部の端部の部分
で電圧が最も低くなる（電流が最も高くなる）ので、図
８に示す電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の場合のプラズマ密度の
分布は、アンテナ素子４４１とプラズマとの結合は容量
性結合が支配的であることを示している。

【００６５】一方、高周波電力がある限度を越えて大き
くなると（Ｐ４）、アンテナ素子４４１の周辺側の端部
の下方でもプラズマ密度は高くなり、ほぼ均一な分布と
なる。これは、アンテナ素子４４１に流れる電流が高く
なる部分でプラズマ密度が高くなることを示しており、
アンテナ素子４４１とプラズマとの結合は誘導性結合が
支配的になったことを示している。尚、原理的には、中
央部分に比べて周辺部分でプラズマ密度が高くなるはず
であるが、周辺部分では保持枠４４３（又は真空容器
１）の側壁でのプラズマの損失があるので、この分で相
殺される。電力とともに圧力をある程度高くすると、周
辺部分でのプラズマ密度の突出が見られる。

【００６６】誘導性結合は、各アンテナ素子４４１を先
端短絡用導体４４２で短絡させたために、大電力の投入
によって大きな電流を流すことが可能になり、この結果
可能になったものである。誘導性結合させると、前述し
た通りプラズマ密度の変動によっては共振周波数が変化
することがなくなり、均一で高密度のプラズマを安定し
て形成することが可能になる。従って、実用的なメリッ
トは大きい。

【００６７】どの程度まで、投入電力を大きくすれば誘
導性結合に移行するかは、圧力等によっても異なるので
一概には言えないが、アンテナ４４への投入電力を保持
枠４４３の断面積で割った電力密度でいうと、１Ｗ／ｃ
ｍ² 程度以上であれば誘導性結合が支配的になるものと
考えられる。

【００６８】上述したようなアンテナ４４の下方には、
隔壁５が設けられている。隔壁５は、図１に示すよう
に、アンテナ素子４４１が配設される空間とプラズマが
形成される基板２０側の空間とを隔絶するようにして設
けられている。隔壁５は、石英ガラスやアルミナ等の誘
電体で形成された板状の部材である。隔壁５は、保持枠
４４３の内側に保持枠４４３に対して気密に取り付けら
れている。

【００６９】このような隔壁５は、プラズマが基板２０
側の空間のみに形成されるようにする作用を有してい
る。即ち、アンテナ素子４４１は基板２０側のみなら
ず、基板２０と反対側の空間に対しても高周波電界を放
射しているので、隔壁５が無いと、基板２０とは反対側
の空間にもプラズマ形成用ガスが拡散してプラズマが形
成されてしまう恐れがある。

【００７０】このような場所に形成されたプラズマは基
板２０の処理には利用できない無駄なものであり、単な
る高周波電力の損失になる。また、図１に示すようなア
ンテナ４４の構成では、各アンテナ素子４４１と保持枠
４４３の上壁部分との間の空間の容量が共振条件に影響
を与えるが、この空間にプラズマが形成されると、この
空間の容量が大きく変化し、この結果共振周波数が激し
く変動する。従って、隔壁５は、無駄な場所でのプラズ
マ形成を抑制するとともに共振状態を安定化させるのに
顕著な効果がある。

【００７１】次に、本実施形態の装置の全体の動作につ
いて説明する。まず、真空容器１には不図示のロードロ
ックチャンバーが気密に接続されており、ロードロック
チャンバー内に基板２０を配置してロードロックチャン
バーと真空容器１とを１０^-6Ｔｏｒｒ程度まで排気す
る。この状態で不図示のゲートバルブを開けて基板２０
を真空容器１１内に搬入し、基板ホルダー２上に載置す
る。そして、ゲートバルブを閉めた後、ガス導入手段３
を動作させ、所定のガスを所定の流量で真空容器１内に
導入する。導入されたガスは真空容器１内を拡散し、ア
ンテナ４４の下方のプラズマ形成空間に達する。

【００７２】次に、電力供給手段４を動作させ、高周波
電源４３から高周波線路４５を伝ってアンテナ４４に高
周波電力を供給する。供給された高周波電力は、前述し
たように各アンテナ素子４４１に均一に伝搬し、プラズ
マ形成空間に均一な放射電界又は誘導電界を設定する。
この電界によってプラズマが形成され、プラズマの作用
によって基板２０の表面に所定の処理が施される。即
ち、前述したに、フッ素化合物ガスを導入して形成した
プラズマによってエッチングを行ったり、シランと水素
の混合ガスを導入してアモルファスシリコン膜を作成し
たりする処理を行う。このような処理を所定時間行った
後、真空容器１内を再度排気し、その後基板２０を真空
容器１から取り出す。上記動作において、前述したよう
に均一で高密度のプラズマが形成されるので、均一性の
高い処理を高効率で行うことが可能になる。

【００７３】次に、本願発明の他の実施形態について説
明する。図９は、本願発明の第二の実施形態の主要部を
示した図であり、第二の実施形態におけるアンテナ４４
の概略構成を示した平面図である。この第二の実施形態
では、先端短絡用導体４４２として円板状の部材を使用
している。各アンテナ素子４４１の先端は、円板状の先
端短絡用導体４４２の端面に接合されている。円板の厚
さはアンテナ素子４４１と同程度であり、材質は第一の
実施形態と同じくアルミニウムや銅等の金属又は合金で
ある。この第二の実施形態においても、第一の実施形態
と同様、先端短絡用導体４４２によってアンテナ素子４
４１同士の結合が強化され、前述したのと同様のプラズ
マ密度の均一化とプラズマ形成効率の向上の効果が得ら
れる。

【００７４】図１０は、本願発明の第三の実施形態の主
要部を示したものであり、第三の実施形態におけるアン
テナ４４の概略構成を示した平面図である。この第三の
実施形態では、先端短絡用導体４４２として、帯板状の
部材を丸めて円環状にした形状のものを使用している。
帯板の幅はアンテナ素子４４１の太さと同程度であり、
材質は同様にアルミニウムや銅等の金属又は合金であ
る。この第三の実施形態においても、第一第二の実施形
態と同様、先端短絡用導体４４２によってアンテナ素子
４４１同士の結合が強化され、前述したのと同様にプラ
ズマ密度の均一化とプラズマ形成効率の向上の効果が得
られる。

【００７５】また、この第三の実施形態では、先端短絡
用導体４４２がプラズマに対向する面の面積は、前述し
た第一第二の実施形態に比べ小さくなる。このため、先
端短絡用導体４４２の部分におけるプラズマとの高周波
結合は、第一第二の実施形態の場合に比べ、容量性結合
の度合いはさらに少なくなる。従って、隣接するアンテ
ナ素子４４１への結合の強化によるプラズマ密度の均一
化や共振周波数のずれの抑制によるプラズマ形成効率改
善の効果が向上する。

【００７６】さらに図１１は、本願発明の第四の実施形
態の主要部を示したものであり、第四の実施形態におけ
るアンテナ４４の概略構成を示した平面図である。この
第四の実施形態では、アンテナ４４の構成は上記第三実
施形態の場合とほぼ同様であるが、アンテナ素子４４１
と先端短絡用導体４４２とによってアンテナ面上に形成
される開口を気密に塞ぐ誘電体製の隔絶ブロック６が備
えられている。そして、この第四の実施形態では、図１
に示すような隔壁５は設けられない。絶縁ブロック６が
隔壁５の代わりになっている。

【００７７】この第四の実施形態によれば、隔壁５を使
用しないので、各アンテナ素子４４１とプラズマ形成空
間と距離を短くすることができ、プラズマの形成効率を
さらに高くすることができる。即ち、アンテナ４４によ
る電界のうち、放射電界は距離に反比例して小さくなる
傾向を示すは、アンテナ素子４４１とプラズマ形成空間
との距離を小さくすることで、放射電界の高い領域を利
用してプラズマ形成することができるので、プラズマ形
成効率が向上する。また、隔絶ブロック６の合計の体積
は、図１に示す隔壁５の場合に比べて小さくすることが
できるので、誘電体損も図１の場合に比べて小さくする
ことができる。この点もプラズマ形成効率の向上に寄与
している。

【００７８】上述した各実施形態の装置の構成におい
て、等間隔の放射線上への各アンテナ素子４４１の配置
は中心対称的な配置の一例であり、これ以外にも多くの
ものが考えられる。例えば、棒状のアンテナ素子を平行
に等間隔をおいて並べた配置等である。また、先端短絡
用導体４４２の構成も同様であり、前述した円環状又は
円板状の構成の他、中心対称的な構成として他の多くの
ものが採用できる。例えば、アンテナ素子４４１の数に
応じた正多角形状のリング状又は板状等である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１の発
明によれば、各アンテナ素子と先端短絡用導体によって
中心対称的な高周波電流の経路が設定されるので、アン
テナ素子同士の高周波の結合が強化される。このため、
各アンテナ素子に高周波が均一に伝搬し、この結果、均
一なプラズマが形成されて基板の処理の均一化が図られ
る。また、請求項２又は３の発明によれば、上記効果に
加え、各アンテナ素子と先端短絡用導体によって共振回
路が形成されるので、アンテナの部分における損失が最
低となり、高効率のプラズマ形成に寄与する。また、請
求項４又は５の発明によれば、上記効果に加え、不必要
な場所へのプラズマの形成が無くなるので、電力の無駄
が無くなり、この点でさらにプラズマ形成効率が向上す
る。また、請求項６の発明によれば、上記効果に加え、
アンテナ素子とプラズマ形成空間との距離が小さくなる
ので、さらにプラズマ形成効率が向上する。また、請求
項７の発明によれば、上記効果に加え、有害な高エネル
ギー電子の生成が抑制されるとともに、磁場印加の必要
なくして高密度プラズマが得られるという効果が得られ
る。また、請求項８の発明によれば、上記効果に加え、
アンテナへの高周波の伝送路の構成が簡略化され、アン
テナ全体の励振のバランスが悪くなることがないという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第一の実施形態のプラズマ処理の概
略構成を示した正面図である。

【図２】図１に示す及びこのプラズマ処理装置における
アンテナの概略構成を示した平面図である。

【図３】図１の装置におけるアンテナの共振条件を説明
した図である。

【図４】図１の装置におけるアンテナの動作を説明する
ための外略図である。

【図５】本実施形態の装置の効果を確認した実験の結果
を示した図である。

【図６】比較例のアンテナにおける高周波の伝搬状況を
示した斜視概略図である。

【図７】各アンテナ素子とプラズマとの容量性結合の度
合いについての説明図である。

【図８】誘導性結合についての説明図であり、図１の装
置において投入電力を大きくしていった場合のプラズマ
密度分布の変化を示した図である。

【図９】本願発明の第二の実施形態の主要部を示した図
であり、第二の実施形態におけるアンテナの概略構成を
示した平面図である。

【図１０】本願発明の第三の実施形態の主要部を示した
ものであり、第三の実施形態におけるアンテナの概略構
成を示した平面図である。

【図１１】本願発明の第四の実施形態の主要部を示した
ものであり、第四の実施形態におけるアンテナの概略構
成を示した平面図である。

【図１２】従来のプラズマ処理装置の一例を示した図で
ある。

【符号の説明】

１真空容器１２排気系２基板ホルダー２０基板３ガス導入手段４電力供給手段４３高周波電源４４アンテナ４４１アンテナ素子４４２先端短絡用導体４４３保持枠４５高周波線路５隔壁６隔絶ブロック

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】図１２に示すプラズマ処理装置は、上部壁
面に誘電体窓１１を有する真空容器１と、真空容器１内
の所定位置に基板を配置するための基板ホルダー２と、
真空容器内にプラズマ形成用ガスを導入するガス導入手
段３と、真空容器１の外側であって誘電体窓１１に近接
した位置に配置された高周波コイル４０と、整合器４１
を介して高周波コイル４０に所定の高周波電力を印加す
る高周波電源４２等から主に構成されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】真空容器１は、排気系１２を備えた気密な
容器であり、ガス導入手段３によって所定のプラズマ形
成用ガスが導入されるようになっている。また、真空容
器１内の下方には、基板ホルダー２が配設されており、
上面に基板２０を保持するようになっている。そして、
高周波コイル４０は、基板２０の板面に垂直な方向を中
心軸として基板２０の板面に平行な面内に渦巻き状に形
成されたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】具体的に説明すると、例えばＣ_４Ｆ_８等の
反応性ガスを利用したＳｉＯ_２／Ｓｉの選択エッチング
をプラズマエッチング法により行うことが従来から研究
されている。この選択エッチングは、ＳｉＯ_２層では酸
素が存在するため揮発性のＣＯ，ＣＯ_２，ＣＯＦ_２が生
成されて炭素重合膜が形成されないものの、Ｓｉ層では
酸素がないため炭素重合膜が形成されてエッチングが停
止するという現象を利用している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】アンテナ４４の構成は、本実施形態の装置
の大きな特徴点を成している。図１及び図２に示すよう
に、アンテナ４４は、基板２０と同軸上の中心点に対し
て中心対称的に配置された複数のアンテナ素子４４１
と、各アンテナ素子４４１の先端を短絡して中心点に対
して中心対称的な高周波電流の経路を設定する先端短絡
用導体４４２と、各アンテナ素子４４１の周辺側の端部
を一体に保持した円筒状の保持枠４４３とから構成され
ている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】アンテナ４４における高周波エネルギーの
損失は、まずアンテナ素子４４１が完全導体ではないこ
とに起因する損失があげられる。これは、アンテナ素子
４４１のインピーダンスの実数部が影響するが、同一の
材質や表面状態のアンテナ素子４４１を使用する限りは
基本的に改善はない。アンテナ４４の部分における高周
波電力の損失を低減させる最も効果的な方法は、前述し
たようにアンテナ素子４４１によって共振回路が形成さ
れるようにすることである。共振条件が達成されれば、
リアクタンスは最低になるので、アンテナ素子４４１の
部分における高周波エネルギーの損失は最低となる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】ここで、周知のように、プラズマを気体放
電によって形成する場合、プラズマと電極との間にはプ
ラズマシースが形成され、このプラズマシースの電界に
よって荷電粒子が加速される。本実施形態及び参考例の
構成では、プラズマのアンテナ４４側の境界部分に隣接
してプラズマシースが形成され、前記空間容量Ｃ_２には
このプラズマシースの部分の空間容量が含まれる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】プラズマシースの厚さは、プラズマ密度に
よって影響を受け、プラズマ密度が高くなった部分では
プラズマシースの幅が狭くなり、プラズマ密度が低くな
った部分ではプラズマシースの幅が広くなる。プラズマ
シースが狭くなると、その部分の空間容量が大きくなる
ので結果的に空間容量Ｃ_２が大きくなり、プラズマシー
スが広くなると、その部分の空間容量が小さくなるので
結果的に空間容量Ｃ_２が小さくなる。つまり、各アンテ
ナ素子４４１の部分で空間容量Ｃ_２が不均一になる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】尚、各アンテナ素子４４１とプラズマとの
容量性結合をどの程度弱くしておけばよいかは、次のよ
うに説明できる。図７は、各アンテナ素子４４１とプラ
ズマとの容量性結合の度合いについての説明図である。
各アンテナ素子４４１とプラズマとの容量性結合の程度
は、「プラズマ密度の変化が共振周波数の変動に影響を
与えない程度」と表現できる。即ち、図７に示すよう
に、共振周波数の半値幅をΔｆとし、予想されるプラズ
マ密度の変化に伴う共振周波数のずれの最大値をΔｆ_０
とした場合、Δｆに対してΔｆ_０が充分小さく（Δｆ》
Δｆ_０）なる程度に容量性結合を弱くしておけば良い。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】この第四の実施形態によれば、隔壁５を使
用しないので、各アンテナ素子４４１とプラズマ形成空
間と距離を短くすることができ、プラズマの形成効率を
さらに高くすることができる。即ち、アンテナ４４によ
る電界のうち、放射電界は距離に反比例して小さくなる
傾向を示すが、アンテナ素子４４１とプラズマ形成空間
との距離を小さくすることで、放射電界の高い領域を利
用してプラズマ形成することができるので、プラズマ形
成効率が向上する。また、隔絶ブロック６の合計の体積
は、図１に示す隔壁５の場合に比べて小さくすることが
できるので、誘電体損も図１の場合に比べて小さくする
ことができる。この点もプラズマ形成効率の向上に寄与
している。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図２】図１に示すプラズマ処理装置におけるアンテナ
の概略構成を示した平面図である。

【図４】図１の装置におけるアンテナの動作を説明する
ための概略図である。

【符号の説明】１真空容器１２排気系２基板ホルダー２０基板３ガス導入手段４電力供給手段４３高周波電源４４アンテナ４４１アンテナ素子４４２先端短絡用導体４４３保持枠４５高周波線路５隔壁６隔絶ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川行人東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者佐藤久明東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者塚田勉東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者篠原己拔神奈川県横浜市緑区中山町1119番地日本高周波株式会社内 (72)発明者新村保夫神奈川県横浜市緑区中山町1119番地日本高周波株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ形成用のガスに所定の高周波電
力を供給するアンテナを具備しており、アンテナから供
給された高周波電力によってプラズマを形成し、形成さ
れたプラズマによって基板の表面に所定の処理を行うプ
ラズマ処理装置であって、前記アンテナは、基板と同軸上の中心点に対して中心対
称的に配置された複数のアンテナ素子を有し、各アンテ
ナ素子の先端は、中心点に対して中心対称的に高周波電
流の経路を設定する先端短絡用導体によって短絡されて
いることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記各アンテナ素子と前記先端短絡用導
体によって、供給する高周波電力の周波数で共振する複
数の共振回路が中心対称的に形成されていることを特徴
とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記複数のアンテナ素子のうちの隣り合
う二本のアンテナ素子の合計の長さと、その隣り合うア
ンテナ素子の先端を短絡する前記先端短絡用導体による
高周波電流の経路の長さとの和が、当該高周波電流の経
路における高周波の波長の１／２の長さに相当している
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装
置。
【請求項４】前記複数のアンテナ素子は、基板の表面
と平行な方向のアンテナ面の上に配設されており、これ
らのアンテナ素子が配設される空間とプラズマが形成さ
れる基板側の空間とを隔絶する誘電体製の隔壁が設けら
れていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項５】前記複数のアンテナ素子は、基板の表面
と平行な方向のアンテナ面の上に配設されており、これ
らのアンテナ素子と前記先端短絡用導体とによってアン
テナ面上に形成される開口を気密に塞ぐ誘電体製の隔絶
ブロックを備えていることを特徴とする請求項１、２又
は３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記複数のアンテナ素子は、基板の中心
と同軸上の中心点を中心とした等間隔の放射線上に中心
点から等距離離間して配設された同一長さの棒状のもの
であり、これらのアンテナ素子の周辺側の端部を一体に
保持した円環状又は円筒状の保持枠が設けられているこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項７】前記高周波電力の周波数が１００から１
０００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５又は６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記アンテナは、当該アンテナを構成す
る複数のアンテナ素子のうちの一つのアンテナ素子にの
み高周波線路が接続されていることを特徴とする請求項
１，２，３，４，５，６又は７記載のプラズマ処理装
置。