JPH11195499A

JPH11195499A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH11195499A
Application number: JP9368308A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takagi; 憲一高木; Kojin Nakagawa; 行人中川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に放電を開始でき、効率の良好なプラズ
マ生成を行うと共に、均一なプラズマ処理を行えるプラ
ズマ生成用アンテナを用いたプラズマ処理装置を提供す
る。【解決手段】アンテナ容器10内に複数のロッド21が一
定間隔で放射状にかつ同一平面状に配置され、アンテナ
容器の上面とロッドの間で容量を形成しかつ共振状態を
作るスタブ25がアンテナ容器の上面に配置され、アンテ
ナ容器の上面の一部を貫通してロッドに高周波電力を供
給する電力供給機構30,34 が設けられ、さらにプラズマ
生成用アンテナ20に、スタブを移動させるスタブ駆動機
構40を設ける。プラズマが生成された状態とプラズマが
生成されていない状態の各々でスタブとロッドの間の容
量を変化させ、プラズマ生成用アンテナが供給される高
周波電力周波数で共振条件を保つ。

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、プラズマＣＶＤおよびプラズマエッチング
への応用されるプラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ処理装置の一例は特開平
７−３０７２００号公報に開示される。このプラズマ処
理装置で使用される従来のプラズマ生成用アンテナを図
１２〜図１６を参照して説明する。

【０００３】図１２は従来のプラズマ生成用アンテナの
作用を説明する図である。プラズマ生成用アンテナ１０
１には、高周波電力を供給するための高周波電力供給系
１０２が付設されている。高周波電力供給系１０２は、
高周波電源１０３とスタブチューナ１０４と電力供給用
同軸コネクタ１０５から構成されている。プラズマ生成
用アンテナ１０１は、放電容器１０６において大気側に
設置され、真空窓１０７を介して放電容器１０６内に高
周波電力を放射する。なお高周波電源１０３は、プラズ
マ生成用アンテナ１０１の共振周波数とほぼ等しい周波
数の高周波電力を発生し、５００ＭＨｚのＵＨＦ波を発
生できるものが好適である。高周波電源１０３の出力電
力は例えば１０００Ｗ程度である。

【０００４】上記装置を動作させるには、一度、真空容
器１０８に配置された排気系１０９により、真空容器１
０８と真空窓１０７を載置した放電容器１０６とからな
る真空槽内を所定の真空状態にする。その後、ガス導入
系１１０により反応ガスを放電容器１０６内に導入し、
同時に真空排気して、１００Ｐａ以下の所定の減圧状態
を保つ。そして、高周波電力供給系１０２によってプラ
ズマ生成用アンテナ１０１に高周波電力を導入し、トリ
ガ１１１を用いて放電容器１０６内で放電を開始し、プ
ラズマを生成して反応ガスの粒子を活性化させる。放電
容器１０６内に設置された基板保持機構１１２に保持さ
れた被処理基板１１３の表面は、放電容器１０６内で生
成されたプラズマ中の活性種により処理される。

【０００５】図１３は上記プラズマ生成用アンテナ１０
１の下面図、図１４はプラズマ生成用アンテナ１０１の
拡大縦断面図を示す。プラズマ生成用アンテナ１０１
は、６本のロッド１２１を、上面部を有する内径３５０
ｍｍ程度の円筒状アンテナ容器１０１ａの内壁から中心
に向かい６０度間隔で放射状に設置し、さらに各ロッド
１２１の先端を導電性のリング１２２で接続して構成し
ている。プラズマ生成用アンテナ１０１において、隣り
合う２本のロッド１２１とそれを結合するリング１２２
とにより構成される伝送路の長さが、供給される高周波
電力の波長の１／２とほぼ等しくなるような構造であ
る。

【０００６】また、上記の電力供給用同軸コネクタ１０
５をプラズマ生成用アンテナ１０１の上面に１ヶ所設
け、高周波電力供給系１０２からプラズマ生成用アンテ
ナ１０１に高周波電力を供給して、放電容器１０６の内
部空間にプラズマを発生させる。ここで、同軸コネクタ
１０５は外部導体１２３と内部導体１２４から構成され
ており、外部導体１２３はアンテナ容器１０１ａに、内
部導体１２４は６本の内の１本のロッド１２１に接続さ
れている。ロッド１２１は、それぞれが外径１５ｍｍ、
長さ１２０ｍｍ程度の金属製の棒または筒状の部材であ
る。またリング１２２は直径１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、
厚さ１ｍｍ程度の金属製の円環である。ロッド１２１お
よびリング１２２の材質としては、アルミニウムまたは
銅等の金属または合金が用いられる。ロッド１２１とア
ンテナ容器１０１ａ、ロッド１２１とリング１２２との
接続は、溶接、半田付け、ロー付けまたはネジ止め等の
方法により行われ、電気的に接続されている。

【０００７】さらにプラズマ生成用アンテナ１０１に
は、スタブ１２５がプラズマ生成用アンテナの上面板
（アンテナ容器１０１ａの上面部）から配置され、各ロ
ッド１２１との間で容量を形成している。ここでスタブ
１２５の材質としては、アルミニウムまたは銅等の金属
または合金が用いられ、プラズマ生成用アンテナ１０１
の上面と電気的に接続されている。プラズマ生成用アン
テナ１０１の調整は、主としてスタブ１２５とロッド１
２１の間隔を調整して容量を変更することによって、各
ロッド１２１およびプラズマ生成用アンテナ１０１の全
体での共振条件が満たされるように、行われる。この状
態でスタブ１２５は固定される。通常、この調整は、真
空窓１０７の真空側にプラズマを想定した導電性のダミ
ーを配置して行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来例に示したプラズ
マ生成用アンテナ１０１は、特定の周波数に対して共振
条件を満たすようにスタブ１２５とロッド１２１の間隔
で容量調整が行って用いられる。実際に調整されたプラ
ズマ生成用アンテナ１０１の周波数特性を図１５に示
す。横軸は周波数、縦軸はリターンロスを示している。
この調整は、真空窓１０７の真空側にプラズマを想定し
た導電性のダミーを配置し、プラズマ生成用アンテナ１
０１が５００ＭＨｚで共振条件を満たすように行われた
例である。図１６には、プラズマを想定したダミーを除
去した状態、すなわちプラズマが生成されていない状態
での、プラズマ生成用アンテナ１０１の周波数特性を示
している。横軸および縦軸は図１５と同じである。図１
６から、プラズマ生成用アンテナ１０１は、プラズマが
生成されていると想定される状態では５００ＭＨｚでの
共振条件を満たしていたが、プラズマを生成していない
状態では共振条件を満たさなくなることが判る。この結
果は、プラズマ生成用アンテナ１０１と真空槽で形成さ
れる空間がいわゆる空胴共振器として作用するため、放
電開始前後で容積が変化することで空胴共振器の共振周
波数が異なることに原因があると考えられる。放電中は
生成されているプラズマが導電性であることから、実質
的なプラズマ生成用アンテナ１０１の容積は、放電中で
は真空窓１０７の真空側の面までが、また放電前の状態
では真空槽の内壁までが、それぞれ、プラズマ生成用ア
ンテナ１０１の容積と考えられる。

【０００９】上記の調整を施されたプラズマ生成用アン
テナ１０１によれば、プラズマの生成されていない場合
には共振により強い電界を放電容器１０６内に発生させ
ることが不可能であり、放電開始が困難であることを示
している。従って、放電開始には、トリガ１１１等によ
り放電開始を促す必要がある。しかし、実際のプラズマ
処理で、トリガ１１１等を放電容器１０６内に挿入する
ことは、汚染の原因となり問題となる。

【００１０】また放電条件が変化した場合には、生成さ
れるプラズマのインピーダンスは変化する。このため、
単一の導電性のダミーで調整されたプラズマ生成用アン
テナ１０１の共振周波数が変化する。従って、プラズマ
が生成されているすべての条件下で、プラズマの生成効
率を良好に保つことが難しくなる問題がある。

【００１１】また前記のプラズマ生成用アンテナ１０１
の調整では、同一の被処理基板１１３内でのプラズマ処
理に不均一性が発生することがある。この原因は、プラ
ズマ生成用アンテナ１０１の調整を行った際、プラズマ
生成用アンテナの各ロッド１２１の共振状態を完全に同
一とすることができないこと、さらに、放電容器１０６
の構造の非対称性等からプラズマを完全な軸対称で生成
不可能なことが挙げられる。このため、最終的なプラズ
マ生成用アンテナ１０１の調整は、実際のプラズマ処理
条件下で、プラズマ処理の均一性を確認しつつ微調整を
行う必要があるという問題がある。

【００１２】本発明の目的は、上記問題を解決するもの
で、容易な放電開始とプラズマ生成時に効率の良好なプ
ラズマ生成を行うと共に、均一なプラズマ処理を行える
プラズマ生成用アンテナを用いたプラズマ処理装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のプラ
ズマ処理装置（請求項１に対応）は、上記目的を達成す
るために、アンテナ容器内に複数のロッドが一定間隔で
アンテナ容器の中心に向かい放射状にかつ同一平面状に
配置され、アンテナ容器の上面とロッドとの間で容量を
形成しかつ共振状態を作るスタブがアンテナ容器の上面
に配置され、アンテナ容器の上面の一部を貫通してロッ
ドに高周波電力を供給する電力供給機構が設けられてお
り、さらに、プラズマ生成用アンテナに、スタブを移動
させるスタブ駆動機構を設けるように構成される。かか
る構成により、プラズマが生成された状態とプラズマが
生成されていない状態の各々で、スタブとロッドの間の
容量を変化させ、プラズマ生成用アンテナが供給される
高周波電力周波数で共振条件を保つことができる。スタ
ブ駆動機構は、複数のスタブを同時に移動させるように
構成することもできるし、各スタブを個別に独立に移動
させるように構成することもできる。

【００１４】本発明に係る第２のプラズマ処理装置（請
求項２に対応）は、上記第１の発明構成において、スタ
ブ駆動機構の動作を制御して上記スタブの位置を変更さ
せる制御部を備え、この制御部は、プラズマ生成前のス
タブの配置位置をプラズマ生成前の共振状態に対応した
位置に予め設定し、プラズマ生成後にスタブの配置位置
をプラズマ生成後の共振状態に対応した他の位置に移動
させる制御を行うように構成される。

【００１５】本発明に係る第３のプラズマ処理装置（請
求項３に対応）は、上記第２の発明構成において、上記
制御部は、上記スタブのプラズマ生成前の配置位置をプ
ラズマ生成前の共振状態に対応した位置に予め設定し、
プラズマ生成後の配置位置をプラズマの共振状態に応じ
て自動的に設定する制御を行うように構成される。

【００１６】本発明に係る第４のプラズマ処理装置（請
求項４に対応）は、上記の各発明構成において、プラズ
マが生成された状態でスタブとロッドの間の容量を独立
に制御することで、各ロッドが、供給される高周波電力
周波数に対して共振条件を満たし、かつ所望範囲のプラ
ズマの均一性を変化させることを特徴とする。

【００１７】本発明に係る第５のプラズマ処理装置（請
求項５に対応）は、上記の各発明構成において、プラズ
マ生成用アンテナ内に形成される伝送路の共振周波数
が、供給される高周波電力の周波数と実質的に等しくな
るように構成される。

【００１８】本発明に係る第６のプラズマ処理装置（請
求項６に対応）は、上記の各発明構成において、好まし
くはロッドのそれぞれの先端部が導電性部材で結合され
ることを特徴とする。

【００１９】本発明に係る第７のプラズマ処理装置（請
求項７に対応）は、上記第６の発明構成において、好ま
しくは導電性部材はリングであり、隣り合う２本のロッ
ドとリングにより構成される伝送路の長さが、供給され
る高周波電力の波長の１／２と実質的に等しくなること
を特徴とする。

【００２０】本発明に係る第８のプラズマ処理装置（請
求項８に対応）は、上記第６の発明構成において、好ま
しくは導電性部材は円盤状部材である。

【００２１】本発明に係る第９のプラズマ処理装置（請
求項９に対応）は、上記の各発明構成において、好まし
くは高周波電力の周波数は１００〜１０００ＭＨｚであ
ることを特徴とする。

【００２２】

【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。

【００２３】図１〜図５を参照して本発明の第１実施形
態を説明する。図１は本実施形態のプラズマ生成用アン
テナを備えたプラズマ処理装置を示す。

【００２４】プラズマ生成用アンテナ２０は、真空窓１
３を介して放電容器１２の開口面部に取り付けられてい
る。本実施形態では、プラズマ生成用アンテナ２０に対
し、これに高周波電力を供給する高周波電力供給系３０
が付設されている。高周波電力供給系３０は高周波電源
３１とスタブチューナ３２と電力供給用同軸コネクタ３
４から構成されている。なお高周波電力供給系３０にお
ける高周波電源３１は、プラズマ生成用アンテナ２０の
共振周波数とほぼ等しい周波数の高周波電力を発生させ
るものであり、本実施形態では例えば５００ＭＨｚのＵ
ＨＦ波を発生可能なものが好適に使用される。高周波電
源３１の出力電力は例えば１０００Ｗ程度である。

【００２５】上記プラズマ処理装置の動作では、真空容
器１１と、真空窓１３を載置した放電容器１２とから成
る真空槽内を、一度、真空容器１１に配置された排気系
１６により所定の真空状態にした後、ガス導入系１７に
より反応ガスを放電容器１２内に導入し、同時に真空排
気して例えば１００Ｐａ以下の所定の減圧状態を保つ。
そして、高周波電力供給系３０によりプラズマ生成用ア
ンテナ２０に高周波電力を導入する。この際に、プラズ
マ生成用アンテナ２０が高周波電力を放電容器１２内に
効率的に導入するように、図示された制御系（制御部）
５０によりスタブ駆動系４０の動作が制御される。この
構成および制御法に関しては、後でプラズマ生成用アン
テナ２０に関連して説明する。その後、放電容器１２内
でプラズマを生成し、反応ガスの粒子を活性化させ、プ
ラズマを生成する。真空槽内部に設置された基板保持機
構１４に保持された被処理基板１５の表面は、放電容器
１２内で生成されたプラズマ中の活性種により処理され
る。

【００２６】本発明によるプラズマ処理装置では、プラ
ズマ生成用アンテナの構成とこのプラズマ生成用アンテ
ナの制御法に特徴がある。上記プラズマ生成用アンテナ
２０は放電容器１２に設置され、高周波電力を放電容器
１２内に放射する目的で使用される。従って実施形態の
説明では、プラズマ生成用アンテナの構成とその制御法
に関して説明する。

【００２７】図２はプラズマ生成用アンテナ２０の拡大
縦断面図、図３はプラズマ生成用アンテナ２０の拡大平
面図である。プラズマ生成用アンテナ２０について、ア
ンテナ容器１０に配置されるロッド２１、リング２２、
電力供給用コネクタ３４の寸法、部材、構成は以下に説
明する通りであり、従来技術で説明したプラズマ生成用
アンテナと実質的に同一である。

【００２８】プラズマ生成用アンテナ２０は、６本のロ
ッド２１を、例えば内径３５０ｍｍ程度の円筒状であっ
て上面部を有するアンテナ容器１０の内壁からその中心
に向かい６０度間隔で放射状にかつ同一平面で設置し、
さらにそれらの先端を導電性のリング２２で接続してい
る。プラズマ生成用アンテナ２０で、隣り合う２本のロ
ッド２１とそれを結合するリング２２とにより構成され
る伝送路の長さは、供給される高周波電力の自由空間で
の波長の１／２とほぼ等しくなることが好ましい。また
電力供給用同軸コネクタ３４を１ヶ所設け、高周波電力
供給系３０から高周波電力を供給して、放電容器１２の
内部空間にプラズマを発生させる。同軸コネクタ３４
は、外部導体２３と内部導体２４とから構成されてい
る。外部導体２３はアンテナ容器１０に、内部導体２４
はロッド２１に接続されている。ロッド２１は、例え
ば、それぞれが外径１５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ程度の金
属製の棒または筒状の部材である。またリング２２は例
えば直径１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度の金
属製の円環である。ロッド２１およびリング２２の材質
としてはアルミニウムまたは銅等の金属または合金が用
いられる。ロッド２１とアンテナ容器１０およびロッド
２１とリング２２との接続は、溶接、半田付け、ロー付
けまたはネジ止め等の方法により行われ、電気的に接続
されている。

【００２９】さらにプラズマ生成用アンテナ２０にもス
タブ２５がプラズマ生成用アンテナ２０の上面板（アン
テナ容器１０の上壁面）から配置されている。スタブ２
５の材質としてはアルミニウムまたは銅等の金属または
合金が用いられる。６本のスタブ２５は、プラズマ生成
用アンテナ２０に上面外側に付設されたスタブ駆動系４
０のスタブ固定板４２に固定されている。スタブ固定板
４２は、固定台４３に固定されたアクチュエータ４１に
支持される。固定台４３はプラズマ生成用アンテナ２０
すなわちアンテナ容器１０の上面部に固定されている。
スタブ固定台４３は、アクチュエータ４１によって、プ
ラズマ生成用アンテナ２０の中心軸方向に移動させられ
る。これにより、６本のスタブ２５とロッド２１との各
々の間の容量を同時に可変とすることが可能となってい
る。スタブ２５は、シールドフィンガ２６等により、駆
動する際にもアンテナ容器１０と電気的に接続されてい
る。プラズマ生成用アンテナ２０のスタブ２５とロッド
２１の間隔調整は、スタブ固定板４２を適当な位置で固
定した後、プラズマを想定した導電性のダミーを真空窓
１３の真空側に配置し、その状態で、高周波電力周波数
すなわち本実施形態では５００ＭＨｚで、ロッド２１と
プラズマ生成用アンテナ２０の全体で共振条件が満たさ
れるように、行われる。このようにしてスタブ固定板４
２にスタブ２５が固定される。

【００３０】次に、プラズマ生成用アンテナ２０の調整
例を示す。プラズマ生成用アンテナ２０の調整は、制御
系５０によってスタブ駆動系４０の動作を制御し、スタ
ブ２５を移動させ、その配置位置を変更することにより
行われる。

【００３１】図４は、導電性のダミーを真空窓１３の真
空側に配置してプラズマ生成時を想定した調整を行った
場合の、プラズマ生成用アンテナ２０の周波数特性を示
している。縦軸はリターンロス、横軸は周波数を示して
いる。以下で、この調整状態を「初期状態１」とする。
図５は、導電性のダミーを除去した状態、すなわちプラ
ズマ生成していない状態で、初期状態１のプラズマ生成
用アンテナ２０を放電容器１２に載置した場合の周波数
特性を示している。図５における縦軸と横軸は図４と同
一である。図４に示したように、初期状態１のプラズマ
生成用アンテナ２０は、スタブ２５のスタブ固定板４２
の設置位置を調整することにより、プラズマ生成状態で
５００ＭＨｚでの共振条件を満たすことが可能である。
しかし、プラズマが生成されていない場合、プラズマ生
成用アンテナ２０は、図５で示したように、５００ＭＨ
ｚの共振条件を満たさなくなる。

【００３２】図６に、初期状態１のプラズマ生成用アン
テナ２０で、６つのスタブ２５をスタブ駆動系４０によ
り駆動し、プラズマが生成されていない放電容器１２で
５００ＭＨｚでの共振条件を満たしたプラズマ生成用ア
ンテナ２０の周波数特性を示す。縦軸と横軸の意味は図
４と図５と同一である。以下この状態を「初期状態２」
とする。図６に示された結果は、初期状態１のプラズマ
生成用アンテナ２０が、６つのスタブ２５を同時に駆動
させることで５００ＭＨｚでの共振条件を満たすことが
可能であることを示している。Ａｒガスを用いて放電開
始を試みたところ、図５の状態であるプラズマ生成用ア
ンテナ２０では、従来技術のごとくトリガを併用して
も、放電開始圧力が５Ｐａ以上であった。これに対し、
スタブ２５を駆動させた初期状態２のプラズマ生成用ア
ンテナ２０では、トリガなしで、放電開始圧力を２Ｐａ
とすることが可能となった。そして放電開始と同時に、
スタブ駆動系４０によりスタブ２５を初期状態１のプラ
ズマ生成用アンテナ２０とすることで、安定でかつ効率
的な放電維持も達成することができる。

【００３３】上記の結果は以下のことを示唆している。
初期状態１のプラズマ生成用アンテナ２０は、プラズマ
が生成されていない状態で５００ＭＨｚの高周波電力が
供給された場合には共振条件を満たさず、プラズマ生成
用アンテナ２０では大電流を発生することができない。
この結果、放電容器１２内に強い電界を形成することが
できず、放電開始が難しいことを示している。しかし、
プラズマ生成用アンテナ２０を初期状態２となるように
スタブ２５を駆動し、プラズマ生成用アンテナ２０を高
周波電力周波数５００ＭＨｚでの共振条件を満たした状
態とすることが可能であった。通常、放電開始は容量結
合による強い電界が発生して促される。このため、プラ
ズマ生成用アンテナ２０が共振条件を満足した場合、ロ
ッド２１の先端に発生する電界が最も強く、放電容器１
２内との容量結合が最も強くなるため、放電開始が容易
となると考えられる。その後、プラズマが生成されると
同時に、上述の駆動したスタブ２５の位置を初期状態１
のプラズマ生成用アンテナ２０の状態に戻す。これによ
り、プラズマが生成された状態でプラズマ生成用アンテ
ナ２０を供給電力周波数５００ＭＨｚでの共振状態と
し、強い電界を放電容器１２内に形成してプラズマの効
率的な維持がなされたことを示している。

【００３４】従って、以上の結果から、本実施形態のプ
ラズマ生成用アンテナ２０を用い、プラズマ生成中には
初期状態１とすることで、またプラズマが生成されてい
ない状態では初期状態２とすることで、それぞれ高周波
電力周波数で共振状態を満たし、放電開始を容易とする
と同時に、効率的な放電の維持を行うことが可能であ
る。換言すれば、制御系５０は、スタブ駆動系４０の動
作を制御してスタブ２５の位置を変更させ、プラズマ生
成前のスタブ２５の配置位置をプラズマ生成前の共振状
態に対応した位置に予め設定し（初期状態２）、プラズ
マ生成後にスタブ２５を配置位置をプラズマ生成後の強
震状態に対応した他の位置（初期状態１）に移動させる
制御を行う。しかし、前述のプラズマ生成用アンテナ２
０の調整のみでは、同一被処理基板１５内でのプラズマ
処理に不均一性が発生する。この原因は、プラズマ生成
用アンテナ２０の調整を行った際、プラズマ生成用アン
テナ２０の各ロッドの共振状態を完全に同一とすること
ができないこと、さらに、放電容器の構造の非対称性等
からプラズマを完全な軸対称で生成不可能なことが挙げ
られる。このため、最終的なプラズマ生成用アンテナ２
０の微調整は、初期状態１のプラズマ生成用アンテナ２
０を用いて実際のプラズマ処理の均一性を観測しながら
行われる。微調整により、プラズマ処理の均一性が例え
ば±５％以下と良好になるスタブ２５の位置でスタブ固
定板４２に固定しても、微調整前と同様の放電開始の効
果は維持可能であった。

【００３５】本実施形態では、スタブ駆動系４０の動作
が、放電開始時（プラズマ生成前）の初期状態２とプラ
ズマ生成中の初期状態１の２段階で行われるようにし
た。また、生成されたプラズマの状態を随時観測し、制
御系５０によって、随時スタブ２５の位置を微調整する
ことで、最大のプラズマの生成効率を維持するように構
成することも可能である。さらに、制御系５０が、上記
スタブ２５の位置に関して、プラズマ生成前の配置位置
とプラズマ生成後の配置位置の各々を最適なプラズマの
共振状態になるごとく自動的に設定する制御を行うよう
に、構成することもできる。以上に説明されたプラズマ
生成用アンテナの制御法は下記の実施形態でも同様に適
用される。

【００３６】図７は上記第１実施形態の変形例の構成を
示す。第１実施形態によるプラズマ処理装置に、プラズ
マの状態の参照信号としてプラズマの発光強度を用いる
プラズマ観測系５１を付設し、スタブ駆動系４０と連動
させるように構成している。放電容器１２の側面には観
測窓５２を設け、この観測窓５２の大気側に配置された
受光素子５３が配置される。プラズマ生成用アンテナ２
０では前述した調整が行われ、初期状態１および初期状
態２が設定される。放電開始は、以上に説明したように
初期状態２で行われる。そして放電が開始されると同時
に、まず、初期状態１へとスタブ２５の位置の駆動が行
われる。その後、プラズマの発光強度は、受光素子５３
の起電力が参照信号として観測される。そして、プラズ
マ監視部５４から制御系５０にスタブ駆動系４０を動作
させるための命令が送られ、プラズマの発光強度が最大
となるようにスタブ２５の微調整が行われる。これによ
り、放電条件の変化に伴うプラズマの変化に随時対応
し、最大のプラズマ生成効率を維持することが可能とな
る。

【００３７】以上の第１の実施形態では、プラズマ生成
用アンテナ２０を用いることで、容易な放電開始、良好
なプラズマ生成効率の維持が達成可能であることを示し
た。しかし、プラズマ処理の均一性に関しては、プラズ
マ処理を行った被処理基板１５の結果から、プラズマ生
成用アンテナ２０の微調整を行わざるを得ない。さら
に、連続してプラズマ処理が行われた場合、放電容器１
２内の状態は経時的に変化する。例えば、放電容器１２
への堆積物の膜厚と堆積状態の不均一性が経時的に変化
する。このため、放電容器１２の内壁の状態に不均一性
が発生し、プラズマ処理の不均一性の原因となってく
る。従って、連続的なプラズマ処理中には、プラズマ生
成用アンテナ２０を断続的に調整せざるを得ない。そこ
で、以下に、第２の実施形態として、プラズマ生成中に
プラズマの均一性を随時制御することが可能なプラズマ
生成用アンテナ６０を示す。

【００３８】次に図８〜図１１を参照して本発明の第２
実施形態を説明する。図８はプラズマ処理装置の全体構
成を示し、図８において図１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。図８におい
て、プラズマ処理装置のプラズマ生成用アンテナ６０の
上面外側にはスタブ駆動系７０が設けられている。スタ
ブ駆動系７０とスタブ２５に関してはプラズマ生成用ア
ンテナ６０と関連して後述される。さらに放電容器１２
には６つのプラズマ観測部８０が取り付けられる。ただ
し図８では便宜上１つのプラズマ観測部８０を示してい
る。プラズマ監視系９０では、プラズマ監視部９１が６
つのプラズマ観測部８０からのプラズマの情報を受信・
解析し、プラズマ密度の均一性を向上させる方向にスタ
ブ駆動系７０を動作させるための命令を制御系５０へ伝
達する。

【００３９】図９はプラズマ生成用アンテナ６０の拡大
縦断面図、図１０は拡大平面図、図１１はＡ−Ａ線断面
図を示す。アンテナ容器１０と６つのロッド２１と電力
供給用同軸コネクタ３４等の寸法や構成等に関しては、
第１実施形態で説明したものと同一である。スタブ駆動
系７０はアンテナ容器１０の上面外側に設けられてい
る。スタブ駆動系７０は、６つのアクチュエータ７１と
固定台４２から構成される。各アクチュエータ７１は、
それぞれ１つのスタブ２５の直上で直結され、固定台４
２に固定される。スタブ駆動系７０の構成により、６つ
のスタブ２５が独立に駆動される。またスタブ２５は、
第１実施形態と同様に、駆動する際にもシールドフィン
ガ２６等にて電気的にアンテナ容器１０と接続状態を維
持される。スタブ駆動系７０は、プラズマ観測部８０と
プラズマ監視系９０のプラズマ監視部９１とにより、各
ロッド２１直下のプラズマ状態に関する情報を参照し
て、それぞれのロッド２１に対応した６つのスタブ２５
の位置を独立に制御する。

【００４０】図１１において、放電容器１２の外周には
６つのプラズマ観測部８０が付設されている。各プラズ
マ観測部８０は、例えば直径（φ）２ｍｍ、長さ３０ｍ
ｍ程度の寸法の観測穴部８１の外周側最終端に取り付け
られる溶融石英製の観測窓８２を介して、受光素子８３
がプラズマの発光を採光する構造となっている。各プラ
ズマ観測部８０を上記構造とすることで、観測窓８２の
プラズマへの接触を抑制することが可能となる。これに
より、観測窓８２のスパッタリング、もしくは、堆積膜
付着を抑制し、観測窓８２を一定の採光状態に維持する
ことが可能となる。さらには、各観測穴部８１から非堆
積性ガス、例えばＡｒ等の希ガスを導入する穴と兼ねさ
せることで、各観測穴部８１への堆積物をさらに抑制す
ることが可能となる。図１１では、各観測穴部８１から
の視野を矢印８４で示している。各観測穴部８１の視野
は、放電容器１２の中心軸に垂直な平面に平行であり、
かつ、各観測穴部８１の中心軸の延長線が、右隣りに配
置されたロッド２１のほぼ直下で基板保持機構１４に載
置される被処理基板１５の端部上方を通過するように配
置されている。図１１では、点線８５にて被処理基板１
５のプラズマ生成用アンテナ６０への投影位置を示して
いる。参照されるプラズマの信号としては、各観測穴部
８１の中心線を軸とする見込角の内のプラズマの発光の
積分値に比例したものとなる。ここで、観測窓８２をレ
ンズとし、焦点距離を右隣のロッド２１の直下とするこ
とも可能である。これにより、プラズマが生成された状
態では、プラズマ生成用アンテナ６０の外周部における
ロッド２１の直下でのプラズマの均一性を知ることが可
能である。

【００４１】第２実施形態の動作を説明する。第１実施
形態と同様に、プラズマ生成用アンテナ６０の調整が行
われ、初期状態１および２を達成可能なスタブ２５の位
置が設定される。ただし本実施形態では、各スタブ２５
がスタブ駆動系７０のアクチュエータ７１に直結されて
いるため、アクチュエータ７１の停止位置で各スタブ２
５の位置が設定されている。放電開始時には、プラズマ
生成用アンテナ６０を初期状態２の状態とし、放電開始
と同時に、６つのスタブ２５を初期状態１を達成するス
タブ位置に駆動させ、プラズマを維持する。ここで、プ
ラズマ生成用アンテナ６０の各スタブ２５の位置が変更
されると、各ロッド２１での共振条件が変化するため、
プラズマ生成の分布は変化する。これを利用し、プラズ
マ生成用アンテナ６０が初期状態１に到達すると同時
に、スタブ２５の位置の微調整を開始する。６つのプラ
ズマ観測部８０より得たプラズマの発光強度は、受光素
子８３の起電力が参照信号として１つのプラズマ観測系
９１に送信される。プラズマ観測系９１は、プラズマ観
測部８０で採光されるプラズマの発光強度を均一とする
ために必要なスタブ２５の駆動命令を制御系に送信し、
スタブ２５が制御系５０により独立に駆動される。以上
の動作により、各プラズマ観測部９１からの発光強度が
等しくなるように各スタブ２５を駆動し、プラズマの均
一性を改善することが可能となり、これによりプラズマ
処理の均一性を常時、良好に保つことが可能となる。

【００４２】また本実施形態で用いた観測穴部８１の寸
法は、この観測穴部へのプラズマの進入状態、観測する
発光強度等により任意に変更される。

【００４３】以上の結果から、スタブの駆動により共振
条件を形成する本発明によるプラズマ生成用アンテナを
用いた場合、プラズマの生成開始を容易とすると同時
に、プラズマ処理中に随時プラズマを観測し、常に良好
な均一性と良好なプラズマ生成効率を維持することがで
きる。

【００４４】以上の実施形態では、６本のロッドを具備
したプラズマ生成用アンテナの例を示したが、ロッドの
本数には任意である。また複数のロッドは導電性のリン
グで結合されたが、その他に円盤状の導電性部材を用い
ることができる。

【００４５】

【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、プラズマ処理装置のプラズマ生成用アンテナに
おいて、アンテナ容器の内部に設けられた複数のロッド
の各々に対して配置された複数のスタブを、同時にまた
は独立にその位置を変化できるように構成したため、容
易に放電を開始でき、さらにプラズマ生成効率を向上で
き、プラズマ処理の均一性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すプラズマ処理装
置の構成図である。

【図２】第１実施形態におけるプラズマ生成用アンテナ
の拡大縦断面図である。

【図３】第１実施形態におけるプラズマ生成用アンテナ
の拡大平面図である。

【図４】第１実施形態によるプラズマ生成用アンテナ
を、プラズマ生成中を想定した導電性のダミーを用い
て、調整した場合の周波数特性図である。

【図５】プラズマ生成中を想定した導電性のダミーを用
いて調整した第１実施形態によるプラズマ生成用アンテ
ナの、プラズマを生成していない状態での周波数特性図
である。

【図６】第１実施形態によるプラズマ生成用アンテナ
で、スタブを駆動して５００ＭＨｚでの共振条件を満足
させた周波数特性図である。

【図７】第１実施形態のプラズマ処理装置にプラズマ監
視系が付設された場合の構成図である。

【図８】本発明の第２の実施形態で示すプラズマ処理装
置の構成図である。

【図９】第２実施形態におけるプラズマ生成用アンテナ
の拡大縦断面図である。

【図１０】第２実施形態におけるプラズマ生成用アンテ
ナの拡大平面図である。

【図１１】図８におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図１２】従来のプラズマ処理装置の一例を示す構成図
である。

【図１３】従来装置のプラズマ生成用アンテナの下面図
である。

【図１４】従来装置におけるプラズマ生成用アンテナの
拡大縦断面図である。

【図１５】従来装置で、導電性のダミーを真空窓の真空
側に配置してプラズマ生成時を想定して調整を行った場
合の、プラズマ生成用アンテナの周波数特性図である。

【図１６】従来装置で、導電性のダミーを除去し、プラ
ズマが生成されていない状態でプラズマ生成用アンテナ
を放電容器に設けた場合のプラズマ生成用アンテナの周
波数特性図である。

【符号の説明】

１０アンテナ容器１１真空容器１２放電容器１３真空窓１４基板保持機構１５被処理基板１６排気系１７ガス導入系２０，６０プラズマ生成用アンテナ２１ロッド２２リング２３外部導体２４内部導体２５スタブ２６シールドフィンガ３４電力供給用同軸コネクタ４０，７０スタブ駆動系４１アクチュエータ４２スタブ固定板４３固定台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンテナ容器内に複数のロッドが一定間
隔で前記アンテナ容器の中心に向かい放射状にかつ同一
平面状に配置され、前記アンテナ容器の上面と前記ロッ
ドとの間で容量を形成しかつ共振状態を作るスタブが前
記アンテナ容器の上面に配置され、前記アンテナ容器の
上面の一部を貫通して前記ロッドに高周波電力を供給す
る電力供給機構が設けられたプラズマ生成用アンテナを
備えたプラズマ処理装置において、前記プラズマ生成用アンテナに前記スタブを移動させる
スタブ駆動機構を設け、プラズマが生成された状態とプ
ラズマが生成されていない状態の各々で、前記スタブと
前記ロッドの間の容量を変化させ、前記プラズマ生成用
アンテナが、供給される高周波電力の周波数で共振条件
を保つようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記スタブ駆動機構の動作を制御して前
記スタブの位置を変更させる制御部を備え、この制御部
は、プラズマ生成前の前記スタブの配置位置を予め設定
し、プラズマ生成後に前記スタブを他の配置位置に移動
させる制御を行う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】前記制御部は、前記スタブのプラズマ生
成前の配置位置とプラズマ生成後の配置位置を自動的に
設定する制御を行うことを特徴とする請求項２記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項４】プラズマが生成された状態で前記スタブ
と前記ロッドの間の容量を独立に制御することで、前記
各ロッドが、供給される高周波電力の周波数に対して共
振条件を満たし、かつ、前記プラズマの均一性を変化さ
せ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】前記プラズマ生成用アンテナ内に形成さ
れる伝送路の共振周波数が、供給される高周波電力の周
波数と実質的に等しくなるように構成されることを特徴
とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処
理装置。
【請求項６】前記ロッドのそれぞれの先端部が導電性
部材で結合され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】前記導電性部材はリングであり、隣り合
う２本の前記ロッドと前記リングにより構成される伝送
路の長さが、供給される高周波電力の波長の１／２と実
質的に等しくなることを特徴とする請求項６記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項８】前記導電性部材は円盤状部材であること
を特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記高周波電力の周波数は１００〜１０
００ＭＨｚである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。