JPH1064697A

JPH1064697A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH1064697A
Application number: JP8229393A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takagi; 憲一高木
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を用いる
ときアンテナのインピーダンスを低く抑え、アンテナで
の電力損失を低減し、プラズマ生成効率を向上し、プロ
セス特性とプロセス速度を両立したプラズマ処理装置を
提供する。【解決手段】電力導入窓11を備える放電容器13と、放
電容器と連通される真空容器15と、放電容器内に高周波
電力を供給するアンテナを備えたプラズマ生成機構と、
放電容器等内を減圧する排気機構と、放電容器等内に反
応ガスを導入するガス導入機構と、真空容器内に設置さ
れる基板保持機構を備え、さらに、アンテナ100 が、環
状であって電力導入窓の周囲に配置され、かつ電力導入
窓に対する投影面積が小さくなるように形成され、電気
的に並列接続された等しい長さの複数の通電経路101-10
4 で構成され、複数の通電経路の各々が電力導入窓の大
気側の表面に沿って配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
関し、特に、主にプラズマＣＶＤやプラズマエッチング
に応用されるプラズマ処理装置の誘導結合型プラズマ源
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導結合型プラズマ処理装置は、
処理すべき基板が内部に配置された真空容器と、真空容
器の上側に取り付けられた放電容器を備える。放電容器
は、側部周囲壁を形成する誘電体製の電力導入窓と、こ
の電力導入窓の一方の端部を閉じる電極と、電力導入窓
の周囲に配置され、放電容器内に高周波電力を供給する
環状アンテナから構成される。放電容器の下部は開放さ
れ、上記真空容器の内部空間に通じている。放電容器の
内部空間にはプラズマが生成される。当該放電容器は誘
導結合型プラズマ源を構成する。真空容器内に配置され
る基板は、放電容器の下部開口部を通して、その内部空
間に生成されるプラズマに臨む。基板はプラズマに含ま
れる活性種によって処理される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】誘導結合型のプラズマ
処理装置について、本発明者は先に、放電容器の内側壁
面のスパッタを防止し、基板処理中の汚染をなくし、放
電容器の耐久性と安全性を高めたプラズマ処理装置を提
案した（特願平７−２７５８２号）。当該プラズマ処理
装置を図９〜図１２を参照して説明する。

【０００４】図９で、プラズマ処理装置の構成を説明す
る。プラズマ処理装置は、誘電体製で円筒状電力導入窓
５１を備える。電力導入窓５１は、例えば内径φ４２０
ｍｍ、高さ１００ｍｍであり、その上方の端部は、導電
性で接地電位に保持された電極５２により閉じられてい
る。電力導入窓５１と電極５２により放電容器５３が形
成され、その内部空間にプラズマが生成される。放電容
器５３の周囲には、環状で一巻きのアンテナ５４が配置
される。また電極５２はヒータ線５５からなる温度調整
機構を備えている。

【０００５】放電容器５３は金属製の真空容器５６の上
に載置され、放電容器５３と真空容器５６の内部は連通
し、真空槽を形成している。反応ガスは電極５２または
真空容器５６等から図示しないガス導入系により放電容
器５２等の内部に導入される。真空容器５６と放電容器
５３の中を排気系により１００Ｐａ以下の圧力に維持し
た状態で、アンテナ５４と電力導入窓５１から例えば周
波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を導入し、放電容器
５３内にプラズマを発生する。放電容器５３の出口近傍
において基板保持機構５７に配置された基板５８の表面
は、当該プラズマ内に存在する活性種によって処理され
る。

【０００６】次に図１０〜図１２を参照してアンテナ５
４について説明する。図１０はアンテナ５４の外観図で
あり、図１１はＣ１−Ｃ１線断面図である。アンテナ５
４の断面形状は図１１に示すように例えばアンテナ幅
（ａ）が２ｍｍ、アンテナ厚み（ｂ）が１５ｍｍの矩形
である。通常、誘導結合型プラズマ処理装置のプラズマ
源におけるプラズマとアンテナの間の電力結合は誘導結
合と容量結合からなる。アンテナ５４とプラズマを等価
回路で示すと、図１２のようになる。この等価回路で、
Ｌ₁₀は自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、
Ｃ₁，Ｃ₂はアンテナ５４とプラズマの間の容量、Ｒ₁₀
はアンテナ５４の抵抗、Ｒ_pはプラズマの抵抗である。
アンテナ５４自身のアンテナ両端でのインピーダンスＺ
₁₀は下記の（数１）式となる。

【０００７】

【数１】

【０００８】プラズマを生成した場合、アンテナ５４の
等価回路はＡ−Ａ’間で観測されるインピーダンスＺ
_10pは下記の（数２）式となる。

【０００９】

【数２】

【００１０】ここでアンテナ５４を用いた誘導結合型プ
ラズマ源で周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を用い
た場合には、ほぼ完全な誘導結合によるプラズマ生成を
行うことが可能である。アンテナ５４では、プラズマに
対する、すなわち電力導入窓５１に対するアンテナの投
影面積を、アンテナ幅を狭くしかつ一重の環状アンテナ
とすることで小さくし、容量結合Ｃ₁，Ｃ₂を無視でき
るほど小さくすることで、ほぼ完全な誘導結合（Ｌ，
Ｍ）のみによるプラズマ生成を達成した。このとき、プ
ラズマ生成時におけるアンテナ両端の位相角の差は約９
０゜となり、プラズマ密度が上昇した。この結果から、
アンテナ５４を用いると、誘導結合による効率的なプラ
ズマ生成を行える誘導結合型プラズマ源を実現できるこ
とが判明した。

【００１１】次に上記プラズマ処理装置によるプロセス
特性の課題を述べる。

【００１２】上記プラズマ処理装置のプロセス特性は、
導入された反応ガスの励起状態に依存する。例えば酸化
膜エッチングではフロン系ガスが用いられる。フロン系
ガスを用いる場合、分解して発生するＦの原子およびイ
オンが相対的に増加したプラズマほど、プロセス特性の
１つである、酸化膜に対するマスク材の選択比が悪化す
る傾向にある。これは、プロセス特性を良好にするため
には、解離度の低いフロン系ガスのプラズマが有効であ
ることを意味している。

【００１３】他方、プロセス速度を上昇させるために
は、高周波電力を上昇させ、プラズマ密度を上昇させる
ことが必要である。誘導結合プラズマの解離度は高周波
電力にほぼ比例して上昇する。従って、解離度の低いプ
ラズマが有効であるとされる上記酸化膜エッチングのご
ときプロセスでは、プロセス特性の向上とプロセス速度
の上昇との両立を図ることが難しい。これを解決するた
めには、解離度の低いプラズマを効率的に生成して、プ
ロセス特性とプロセス速度の両立を図る必要がある。

【００１４】一方、生成されるプラズマの特性を制御す
る因子として高周波電力の周波数が挙げられる。誘導結
合型プラズマ源では、高周波電力の周波数を高くするこ
とにより、ガスの解離度が低いプラズマを得ることがで
きると考えられる。これは、高周波電力では１周期の時
間が短いため、１周期の間にプラズマ生成を主に担う電
子に与えるエネルギを低くすることが可能であることに
よる。

【００１５】しかしながら、前述の誘導結合型プラズマ
源では、高周波電力の周波数が高くなると、アンテナ５
４の自己インダクタンスが大きくなり、アンテナ５４の
インピーダンスが大きくなるので、アンテナ５４での電
力損失が大きくなる。さらにアンテナ５４に流れる高周
波電流が小さくなるため、高いプラズマ密度のプラズマ
を効率的に生成することができない問題がある。

【００１６】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、例えば１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を
用いた場合に、アンテナのインピーダンスを低く抑える
ことによりアンテナでの電力損失を低減し、プラズマ生
成効率を向上し、解離度の低いプラズマを効率的に生成
してプロセス特性とプロセス速度の両立を図ることので
きるプラズマ処理装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
プラズマ処理装置は、上記の目的を達成するために、次
のように構成される。

【００１８】第１の本発明（請求項１に対応）は、電力
導入窓を備える放電容器と、放電容器の内部と連通され
る真空容器と、放電容器内に高周波電力を供給するアン
テナを備えたプラズマ生成機構と、放電容器と真空容器
の内部を減圧状態に保つ排気機構と、放電容器等の内部
に反応ガスを導入するガス導入機構と、放電容器の内部
に向けて真空容器内に設置される基板保持機構を備える
ものであって、さらに特徴的構成として、上記アンテナ
が、環状であって電力導入窓の周囲に配置され、かつ電
力導入窓に対する投影面積が小さくなるように形成さ
れ、さらに、電気的に並列接続された好ましくは等しい
長さの複数の通電経路で構成され、複数の通電経路の各
々が電力導入窓の大気側の表面に沿って配置される。

【００１９】第１の本発明では、環状のアンテナが、高
周波電力の周波数との関係で決まる経路長を有するよう
に、例えば４分割された通電経路から構成され、これら
の通電経路が電気的に並列に接続されることにより、ア
ンテナ全体のインピーダンスが低減され、より高い周波
数の高周波電力の供給を可能にする。これにより、アン
テナでの電力損失を低減し、プラズマ生成効率を向上
し、解離度の低いプラズマを効率的に生成してプロセス
特性とプロセス速度の両立を達成する。

【００２０】第２の本発明（請求項２に対応）は、第１
の発明の構成において、上記複数の通電経路の各々の経
路長は、各通電経路に導入される高周波電力の周波数の
波長の実質的に１／４（１／４程度）以下であることが
ことが好ましく、さらに好ましくは１／２５〜１／４で
あることを特徴とする。ここで、通電経路の経路長と
は、例えば円弧形状の通電経路では好ましくは内周弧長
であり、高周波電力の周波数が２００ＭＨｚであると
き、約３００ｍｍ程度の長さである。

【００２１】第３の本発明（請求項３に対応）は、第１
または第２の発明の構成において、好ましくは、複数の
通電経路の各々には共通な電力導入系から高周波電力が
導入されることを特徴とする。この場合、各通電経路に
導入される高周波電力の周波数は同じになるので、各通
電経路の経路長は等しくなる。

【００２２】第４の本発明（請求項４に対応）は、第１
または第２の発明の構成において、好ましくは、複数の
通電経路の各々は独立な電力導入系を備えることを特徴
とする。

【００２３】第５の本発明（請求項５に対応）は、第１
または第２の発明の構成において、複数の通電経路の電
力導入系が、１つの信号発生器と各通電経路ごとの位相
調整器とから構成され、各通電経路に導入される高周波
電力が位相差を有するように位相調整器で制御されるこ
とを特徴とする。

【００２４】第６の本発明（請求項６に対応）は、上記
の各発明の構成において、好ましくは、複数の通電経路
で構成されるアンテナは１重ループの形態を有すること
を特徴とする。

【００２５】第７の本発明（請求項７に対応）は、上記
の各発明の構成において、複数の通電経路の各々は複数
の平行な枝路によって構成されることを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００２７】図１〜図３を参照して第１の実施形態を説
明する。図１で、誘電体製の好ましくは円筒状の電力導
入窓１１は例えば内径φが４２０ｍｍ、高さ１００ｍｍ
である。電力導入窓１１の材質としては耐熱衝撃性が強
い例えば石英が用いられる。電力導入窓１１の上端の開
口部には金属製の電極１２が取り付けられ、電力導入窓
１１の端部を封じる真空フランジの役目を持っている。
電極１２は好ましくは接地電位に保持され、また電力導
入窓側の電極表面は、ヒータ線１４からなる温度調整機
構により所望温度、例えば７０℃以上の温度に保持され
ている。上記の電力導入窓１１と電極１２は放電容器１
３を形成する。放電容器１３は真空容器１５の上側に固
定される。放電容器１３の下側は開放され、放電容器１
３の内部空間と真空容器１５の内部空間は連通されてい
る。放電容器１３と真空容器１５によって真空槽が形成
されている。なお真空容器１５の下部は、図示例では開
放されているが、実際の装置では真空槽を形成すべく閉
じた構造をなっている。

【００２８】上記電極１２には、交流バイアスもしくは
直流バイアスを印加することができ、または併用するこ
ともできる。これらのバイアスにより電極１３の表面を
常に正常に保つことが可能である。

【００２９】また図１の構造ではガス導入機構を図示し
ていないが、ガス導入機構として例えば電極１２にシャ
ワーヘッド状のガス吹出し口を設けることができる。真
空容器１５の内部には基板保持機構１６が配置され、基
板保持機構１６の上には被処理基板１７が載置される。

【００３０】電力導入窓１１の周囲には、電力導入窓１
１を取り囲むようにして配置された全体としてほぼ環状
の形状を有するアンテナ１００が設けられる。ただしア
ンテナ１００は、例えば４分割され、好ましくは等しい
長さの円弧状の通電経路１０１〜１０４から構成され
る。通電経路１０１〜１０４の各々の間隔は等しい。ア
ンテナ１００の形態や構造の特徴は後で詳細に説明され
る。

【００３１】上記プラズマ処理装置を動作させるために
は、真空容器１５に付設された排気系により真空槽内を
所定の真空状態にした後、ガス導入系（図示せず）によ
り反応ガスを放電容器１３等内に導入し、同時に真空排
気を行いながら１００Ｐａ以下の所定の減圧状態を保
つ。次に図１中で図示しない電力導入系からアンテナ１
００に高周波電力を供給し、アンテナ１００から放電容
器１３内に高周波電力を導入し、放電容器１３内でプラ
ズマを生成する。このプラズマによって反応ガスの粒子
は活性化される。電極１２に対向するように設けられた
基板保持機構１６上の基板１７の表面は、放電容器１３
内で生成されたプラズマ中の活性種により処理される。

【００３２】図２に示すように、アンテナ１００の通電
経路１０１〜１０４は、円筒形の電力導入窓１１の周囲
面に接近して当該周囲面に沿うように配置されている。
アンテナ１００は、既に（発明の解決しようとする課
題）の欄で説明したように、アンテナ幅２ｍｍ、アンテ
ナ厚み１５ｍｍの偏平な断面を有する全体として環状の
アンテナである。換言すれば、アンテナ１００（個々の
通電経路１０１〜１０４）は、電力導入窓１１に対する
投影面積が小さくなるように形成されている。アンテナ
１００は、本実施形態の場合４等分され、さらに各々の
アンテナ弧長（通電経路の経路長）を数十ｍｍ短くする
ことにより各通電経路１０１〜１０４が形成される。通
電経路１０１〜１０４の各々の内周弧長（経路長）は、
例えば約３００ｍｍである。なお、アンテナ１００の通
電経路１０１〜１０４の内周弧長は、導入される高周波
電力の波長（または周波数）に依存して決定され、通常
では、波長の１／４程度とする。本実施形態では、給電
される高周波電力の周波数を２００ＭＨｚ程度としてい
る。さらに、通電経路１０１〜１０４の内周弧長は、導
入される高周波電力の波長に対して実質的に１／４であ
ればよく、実際には当該高周波電力の波長の１／４以下
であることが好ましい。さらに好ましくは通電経路１０
１〜１０４の内周弧長は１／２５〜１／４である。この
「１／２５」は、高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨ
ｚであり、使用されるアンテナの直径が１０００ｍｍで
ある場合に、電磁波速度を当該周波数で割って得られる
値と、当該アンテナの直径とに基づいて得られる数値で
ある。本実施形態の場合、共通の電力導入系１８から同
じ周波数の高周波電力が各通電経路に導入されるため、
各通電経路１０１〜１０４の内周弧長は等しくなってい
る。

【００３３】アンテナ１００は、４つの通電経路１０１
〜１０４を１つの単位として構成されている。アンテナ
１００では、各通電経路１０１〜１０４が電力導入窓１
１に沿うように同心円上で等間隔の配置になっている。
電力導入窓１１の中心軸方向における通電経路１０１〜
１０４の配置位置は、電力導入窓１１の側面中央とし、
接地電位である真空容器１５または電極１２との間で大
気放電等の異常放電が発生しない程度の配置になってい
る。通電経路１０１〜１０４と、接地電位である真空容
器１５または電極１２との距離は、整合回路の違い、使
用する高周波電力、高周波電力の周波数に依存して異な
る。さらに通電経路１０１〜１０４と接地電位である部
分の間にテフロン等の絶縁体を設け、大気放電の発生を
抑制し、これにより放電容器１３の高さをさらに短くす
ることもできる。通電経路１０１〜１０４では、円弧部
分の一端が接地電位に保持され、円弧部分の他の一端に
は電力導入系１８から同位相で等しい電力の高周波電力
が導入される。このとき、通電経路１０１〜１０４に流
れる電流の方向が、放電容器１３の中心軸を中心として
同じ回転方向となるよう構成されている。

【００３４】アンテナ１００を電気回路として等価回路
で示すと、図３のごとくなる。図３で、Ｒ_i（ｉ＝１０
１〜１０４）は通電経路１０１〜１０４の抵抗であり、
Ｌ_i（ｉ＝１０１〜１０４）は通電経路１０１〜１０４
の自己インダクタンスである。ここで、通電経路１０１
〜１０４の抵抗Ｒ_iおよび自己インダクタンスＬ_iは、
それぞれ前述したアンテナ５４の抵抗Ｒ₁₀、自己インダ
クタンスＬ₁₀のおよそ１／４となる。関係を示すと、下
記の（数３）式となる。

【００３５】

【数３】

【００３６】従って通電経路１０１〜１０４のインピー
ダンスＺ_i（ｉ＝１０１〜１０４）は、次の（数４）式
で与えられる。ただし本実施形態では、計算の簡単化の
ため、上記の「およそ１／４」を「１／４」としてい
る。

【００３７】

【数４】

【００３８】またアンテナ１００として図３のＢ−Ｂ’
の間でのインピーダンスＺ₁₀₀は、次の（数５）式で与
えられる。

【００３９】

【数５】

【００４０】（数１）式で与えられるアンテナ５４のイ
ンピーダンスＺ₁₀と、（数５）式で与えられるアンテナ
１００のインピーダンスＺ₁₀₀を比較すると、本実施形
態によるアンテナ１００のインピーダンスは、アンテナ
１０のインピーダンスの約１／１６程度に低く抑えられ
ることが判る。放電容器１３で、アンテナ１００を用い
てプラズマを生成した場合のインピーダンスＺ_100pは、
（数２）式で算出されるインピーダンスＺ_10pの１／１
０程度の値となる。アンテナ１００の両端における位相
差は８９゜程度と算出され、ほぼ完全な誘導結合が達成
される。

【００４１】以上の結果から、第１の実施形態によれ
ば、アンテナ１００を通電経路１０１〜１０４によって
構成したため、アンテナのインピーダンスを低く抑え、
かつほぼ完全な誘導結合によるプラズマ生成機構を実現
することができる。すなわち、アンテナ１００のインピ
ーダンスが低いことから、アンテナ１００での電力損失
を抑制できる。さらに、アンテナに流れる高周波電流を
大きくできることから、誘導結合によるプラズマ生成の
効率を向上できる。そして、誘導結合によるプラズマ生
成で問題となる周波数の高さに比例してアンテナのイン
ピーダンスが大きくなる点も、アンテナ１００によれ
ば、インピーダンスを小さくすることで対応できる。な
お上記実施形態では、アンテナ１００を４分割とした
が、導入される高周波電力の周波数との関係において２
分割、３分割、または他の分割数で分割することも可能
である。

【００４２】図４を参照して本発明の第２の実施形態を
説明する。図４は図２と同様な図であり、図２に示した
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。上記第１実施形態では、１つの電力導入系１８から
出力した高周波電力を４つに分割し、通電経路１０１〜
１０４の各々に導入した。これに対して第２実施形態で
は、図４に示すように、通電経路１０１〜１０４のそれ
ぞれに１つの電力導入系１８ａ〜１８ｄを設けるように
した。この実施形態の場合には、各電力導入系の電源を
通電経路１０１〜１０４に実質的に直結し、高周波電力
を給電するための電流通路長を短くすることができ、こ
れにより、全体の電流通路におけるジュール損失を小さ
くすることができる。なおこの実施形態では、各電力導
入系１８ａ〜１８ｄから出力される高周波電力の周波数
を等しいものとしている。この場合には各通電経路１０
１〜１０４の経路長は等しくなる。また各電力導入系１
８ａ〜１８ｄから出力される高周波電力の周波数を異な
らせることも可能である。この場合には、通電経路１０
１〜１０４の経路長は、各々に導入される高周波電力の
周波数に応じて前述の通りに決められる。

【００４３】図５を参照して本発明の第３の実施形態を
説明する。図５は図２と同様な図であり、図２に示した
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。本実施形態では、１つの信号発信器１９から複数の
位相調整器２０ａ〜２０ｄの各々を経由して複数の増幅
回路２１ａ〜２１ｄに信号を送り、その信号を増幅回路
２１ａ〜２１ｄで増幅して通電経路１０１〜１０４の各
々に高周波電力を導入している。第３の実施形態の構成
によれば、増幅回路２１ａ〜２１ｄに入力される、信号
発信器１９からの信号の位相を、位相調整器２０ａ〜２
０ｄで制御することで、各増幅回路２１ａ〜２１ｄから
各通電経路１０１〜１０４に導入される高周波電力の位
相を制御している。従って各通電経路１０１〜１０４に
導入された高周波電力の位相を最適化でき、プラズマ生
成の最適化を図ることができる。

【００４４】図６〜図８を参照して本発明の第４の実施
形態を説明する。図６は第４実施形態の要部の外観図で
ある。本実施形態では、第１実施形態と同様に、４つの
通電経路２０１〜２０４を電力導入窓１１の大気側の表
面に沿って配置することによってアンテナ２００を構成
する。第１実施形態と相違する特徴的な構造は、図６か
ら明らかなように、通電経路２０１〜２０４の各々が好
ましくは平行な円弧状枝路１ａ〜１ｅを有するように形
成されることである。

【００４５】図６では通電経路２０１のみの構造を示し
ているが、通電経路２０２〜２０４も同じ構造を有す
る。通電経路２０１は、電力導入窓１１の表面に沿って
５つの円弧状枝路１ａ〜１ｅが一定の間隔をあけて平行
に積み重ねられた状態で配置されている。各円弧状経路
１ａ〜１ｅの一端には電力分岐枝路２ａ〜２ｅ、他端に
は接地分岐枝路３ａ〜３ｅが設けられる。電力分岐枝路
２ａ〜２ｅは電力導入部２２に接合されており、電力導
入部２２から導入される電力が５つの電力分岐枝路２ａ
〜２ｅに等分に分配される。接地分岐枝路３ａ〜３ｅ
は、接地集合部２３に接合され、接地電位に保持され
る。

【００４６】上記アンテナ２００の平面形状を図７に示
す。平面形状は図２で示した第１実施形態の場合と同じ
であり、１つの電力導入系１８から、アンテナ２００を
構成する複数の通電経路２０１〜２０４の各々に同じ高
周波電力が供給される。

【００４７】電力導入部２２の電力導入点Ｃから接地集
合部２３の接地点Ｄに至るその間の経路は各円弧状枝路
１ａ〜１ｅを経由する経路であり、その経路長は、導入
される高周波電力の波長の１／４程度とした。円弧状枝
路１ａ〜１ｅの各々は、断面形状に関して、第１の実施
形態で説明された通電経路１０１〜１０４と実質的に同
じ寸法の形状を有している。かかる第４実施形態の構造
により、各円弧状枝路１ａ〜１ｅに導入される高周波電
力は、実質的に同位相で等しい高周波電力である。

【００４８】通電経路２０１の等価回路を図８に示す。
ここで、Ｒ_201-i（ｉ＝１〜５）は円弧状枝路１ａ〜１
ｅの抵抗であり、Ｌ_201-i（ｉ＝１〜５）は円弧状枝路
１ａ〜１ｅの自己インダクタンスである。ここで、本実
施形態に示した円弧状枝路１ａ〜１ｅの抵抗Ｒ_201-iと
自己インダクタンスＬ_201-iは、それぞれ、アンテナ５
４の抵抗Ｒ₁₀と自己インダクタンスＬ₁₀のおよそ１／４
となり、次の（数６）式でその関係を表すことができ
る。

【００４９】

【数６】

【００５０】従って、通電経路２０１の円弧状枝路１ａ
〜１ｅを経由する電力導入点Ｃから接地集合部２３の接
地点Ｄの間の最短通電路のインピーダンスＺ_201-iは、
次の（数７）式で与えられる。ただし本実施形態での計
算でも、第１実施形態の場合と同様に、上記「およそ１
／４」を「１／４」として行っている。

【００５１】

【数７】

【００５２】上記の場合において、通電経路２０１のＥ
−Ｅ’間で観測されるインピーダンスＺ₂₀₁は、次の
（数８）式で与えられる。

【００５３】

【数８】

【００５４】先に述べたように通電経路２０２〜２０４
は通電経路２０１と同一である。通電経路２０１〜２０
４を並列に接続したアンテナ２００のインピーダンスＺ
₂₀₀は、次の（数９）式で与えられる。

【００５５】

【数９】

【００５６】前述したアンテナ５４のインピーダンスＺ
₁₀と、（数９）式のインピーダンスＺ₂₀₀とを比較する
と、本実施形態によるアンテナ２００のインピーダンス
Ｚ₂₀₀はアンテナ５４の約１／８０程度となり、第１の
実施形態に比較してもさらに低く抑えることができる。
このアンテナ２００を用いてプラズマを生成した場合に
は、（数２）式で算出されたインピーダンスＺ_10pの１
／６０程度の値となる。またアンテナ２００の両端にお
ける位相差は８９゜程度と算出され、ほぼ完全な誘導結
合も達成することできる。

【００５７】以上の結果から、第４の実施形態を用いる
ことにより、アンテナのインピーダンスを第１実施形態
よりもさらに低く抑えることできる。アンテナでの電力
損失を抑制し、アンテナに流れる高周波電流を大きくす
ることで、誘導結合によるプラズマ生成効率を向上でき
る。また誘導結合によるプラズマ生成で問題となる周波
数の高さに比例してアンテナのインピーダンスが大きく
なる点も、より低いインピーダンスを実現できることか
ら、プラズマの生成効率を高い周波数の高周波電力に対
しても維持できる。本実施例では、通電経路２０１〜２
０４を４分割とした例を示したが、第１実施形態の場合
と同様に分割数は任意に設定できる。

【００５８】なお、上記第４実施形態に対して前述の図
４および図５に示した構成を組み合わせることが可能で
ある。

【００５９】上記の実施形態は次のように変更すること
ができる。１重ループ形態の環状アンテナを用いる代わ
りに多重ループ形態の環状のアンテナを用いることがで
きる。１３．５６ＭＨｚ以上の高い周波数の高周波電力
に対して適用する場合を説明したが、それよりも低い周
波数の高周波電力を用いることも可能である。放電容器
１３内に磁場を形成する磁場形成機構を設け、プラズマ
の効率的な維持を図ることも可能である。また円筒状の
電力導入窓を用いた例を示したが、矩形または多角形状
の筒となった放電容器に対しても適用可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、誘導結
合型プラズマ処理装置の誘導結合型プラズマ源に本発明
のアンテナ構造を適用することで、当該プラズマ源のア
ンテナのインピーダンスを低くでき、アンテナでの電力
損失を低減でき、プラズマ生成機構をほぼ完全な誘導結
合によるものとすることができる。これにより、誘導結
合型プラズマ源に高い周波数ので高周波電力を導入して
も、高いプラズマ生成効率を維持することができる。ま
た従来用いていた周波数の高周波電力、例えば１３．５
６ＭＨｚを印加する場合に、プラズマ生成効率を向上す
ることができる。さらに、解離度の低いプラズマを効率
的に生成してプロセス特性とプロセス速度の両立を達成
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置
の一部を切り欠いた外観図である。

【図２】第１実施形態でのアンテナの平面形状と電力供
給回路を示す図である。

【図３】第１実施形態のアンテナの等価回路図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す図２と同様な図
である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す図２と同様な図
である。

【図６】本発明の第４の実施形態の要部を示す外観図で
ある。

【図７】第４実施形態でのアンテナの平面形状と電力供
給回路を示す図である。

【図８】第４実施形態のアンテナの等価回路図である。

【図９】従来のプラズマ処理装置の一部を切り欠いた外
観図である。

【図１０】従来のアンテナの図である。

【図１１】図１０におけるＣ１−Ｃ１線断面図である。

【図１２】従来のアンテナとプラズマの等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１１電力導入窓１２電極１３放電容器１５真空容器１６基板保持機構１７基板１００，２００アンテナ１０１〜１０４通電経路２０１〜２０４通電経路

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力導入窓を備える放電容器と、前記放
電容器の内部と連通される真空容器と、前記放電容器内
に高周波電力を供給するアンテナを備えたプラズマ生成
機構と、前記放電容器と前記真空容器の内部を減圧状態
に保つ排気機構と、前記放電容器内に反応ガスを導入す
るガス導入機構と、前記放電容器の内部に向けて前記真
空容器内に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、前記アンテナは、環状であって前記電力導入窓の周囲に
配置され、前記電力導入窓に対する投影面積が小さくな
るように形成され、さらに、電気的に並列接続された等
しい長さの複数の通電経路で構成され、前記複数の通電
経路の各々は前記電力導入窓の大気側の表面に沿って配
置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記複数の通電経路の各々の経路長は、
各通電経路に導入される高周波電力の周波数の波長の実
質的に１／２５〜１／４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】前記複数の通電経路の各々には共通な電
力導入系から高周波電力が導入されることを特徴とする
請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記複数の通電経路の各々は独立な電力
導入系を備えることを特徴とする請求項１または２記載
のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記複数の通電経路の電力導入系は、１
つの信号発生器と各通電経路ごとの位相調整器とからな
り、各通電経路に導入される高周波電力が位相差を有す
るように前記位相調整器で制御されることを特徴とする
請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記複数の通電経路で構成される前記ア
ンテナは１重ループの形態を有することを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記複数の通電経路の各々は複数の並列
の枝路からな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。