(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナの周囲を、接地された円筒形状の筐体で囲むと共に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路に、前記筐体と同軸の円筒部材を設けて、前記筐体と前記円筒部材により同軸コンデンサを形成し、当該同軸コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項２】
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナに接続される接地側の伝送線路に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路を中心軸とする円筒部材を設けて、前記高電圧側の伝送線路と前記円筒部材により同軸コンデンサを形成し、当該同軸コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項３】
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナの上方に、接地された平板部材を設けると共に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路に、前記平板部材と平行に他の平板部材を設けて、前記平板部材と前記他の平板部材により平板コンデンサを形成し、当該平板コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の誘導結合プラズマ発生装置において、
前記アンテナを、互いに並列に接続した大きさの異なる複数のアンテナから構成すると共に、前記複数のアンテナを同一平面上に同一中心となるように配置したことを特徴とする誘導結合プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内にプラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造の際には、円盤状基板（ウェハ）に対し、プラズマ処理を施すことにより、薄膜の形成やエッチング等が行われている。中でも、電磁波を誘導結合により供給する誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）型のプラズマ発生装置は、高密度のプラズマを生成できることから、高効率のプラズマ発生装置として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＩＣＰ型プラズマ発生装置の回路構成を図１０に示す。このＩＣＰ型プラズマ発生装置において、高周波電源５１は、ＲＦ電源ＰＳ（例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ）と内部抵抗Ｒ（５０Ω）で表され、アンテナ部５３のアンテナ５４は、コイルで表される。高周波電源５１は、インピーダンスを整合させる整合器５２を介して、アンテナ部５３と接続されているが、整合器５２としては、半固定コイルＬ１及び可変コンデンサＣ１と半固定コイルＬ２及び可変コンデンサＣ２がＬ型に配置された、所謂、Ｌ型整合回路と呼ばれる整合器が用いられている。
【０００５】
このような構成により、電磁波をアンテナ５４からプラズマ処理装置の真空容器内へ供給し、真空容器内にプラズマを生成するが、生成されたプラズマの電気的なプラズマ負荷５５は、アンテナ５４を１次巻線、プラズマをコイル、抵抗からなる２次巻線とするトランス結合とみなすことができる。
【０００６】
従来のＩＣＰ型プラズマ発生装置においては、どのようなアンテナ形状やプラズマ処理条件であってもプラズマ生成できるように、整合範囲を広く確保できるＬ型整合回路の整合器５２が用いられてきた。例えば、図１０に示した回路構成について、調整可能な整合範囲Ａ１とアンテナ形状やプラズマ処理条件をカバーする整合範囲Ａ２とを、インピーダンスの整合計算に用いるスミスチャートを使用して表すと、図１１（ａ）に示すような範囲となる。整合範囲Ａ２で示されるような範囲であれば、整合範囲としては十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用できる。そのため、多種の整合器を準備する必要がなく、装置としての品種管理が容易となる。
【０００７】
ところが、図１０に示すような回路構成の場合、整合器５２より下流側のアンテナ５４及びプラズマ負荷５５のインピーダンス（負荷インピーダンス）が小さいと、多くの電流がコイルＬ１、Ｌ２に流れるため、コイルＬ１、Ｌ２の純抵抗により発生するジュール熱が大きくなり、投入電力の損失が大きい。近年、処理対象、つまり、円盤状基板の大型化が進んできているが、基板が大型化するほどコイルや伝送線路の冷却が大掛かりとなるため、投入電力の損失低減が望まれている。
【０００８】
整合器５２において、コイルＬ１、Ｌ２が無ければ、主たるジュール熱発生源がなくなり、投入電力の損失低減が可能である。しかしながら、この場合において、その調整可能な整合範囲Ａ３とアンテナ形状をカバーする整合範囲Ａ４とを、スミスチャートを使用して表すと、図１１（ｂ）に示すような範囲となり、整合範囲Ａ４は極めて狭くなる。これは、アンテナ形状毎にコンデンサ容量Ｃ１、Ｃ２を調整する必要があることを意味する。そのため、アンテナ形状毎に多種類の整合器を準備する必要があり、装置の在庫品種管理が容易ではなくなる。当然、プラズマ処理条件に対する整合範囲も、アンテナ形状をカバーする整合範囲Ａ４により更に制限を受けることとなる。
【０００９】
このように、従来のＩＣＰ型プラズマ発生装置においては、広い整合範囲と損失の低減の両立が課題となっていた。
【００１０】
ここで、本発明と類似している特許文献１について、その違いを述べておく。特許文献１には、直列に接続された２つ以上のアンテナのうち、少なくとも１つと並列にコンデンサを接続する構成が示されている。これは、２つ以上のアンテナに流れる高周波電流を、接続したコンデンサにより比率調整することを目的とし、これにより、プラズマ密度の均一性を向上させている（特許文献１の段落００１５、００１６、００２４等参照）。これは、後述する本発明とは、目的、そして、作用効果が全く相違する。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能な誘導結合プラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
上記課題を解決する第１の発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナの周囲を、接地された円筒形状の筐体で囲むと共に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路に、前記筐体と同軸の円筒部材を設けて、前記筐体と前記円筒部材により同軸コンデンサを形成し、当該同軸コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第２の発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナに接続される接地側の伝送線路に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路を中心軸とする円筒部材を設けて、前記高電圧側の伝送線路と前記円筒部材により同軸コンデンサを形成し、当該同軸コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第３の発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、
高周波電源からの高周波を、インピーダンスを整合させる整合器を介して、アンテナに供給し、当該アンテナからの電磁波により、真空容器内にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置において、
前記整合器としてＬ型整合回路を用いると共に、当該Ｌ型整合回路中のコンデンサより前記アンテナに近い位置に、前記アンテナと並列に他のコンデンサを設けた誘導結合プラズマ発生装置であって、
前記アンテナの上方に、接地された平板部材を設けると共に、前記アンテナに接続される高電圧側の伝送線路に、前記平板部材と平行に他の平板部材を設けて、前記平板部材と前記他の平板部材により平板コンデンサを形成し、当該平板コンデンサを前記他のコンデンサとして用いることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第４の発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、
上記第３の発明に記載の誘導結合プラズマ発生装置において、
前記アンテナを、互いに並列に接続した大きさの異なる複数のアンテナから構成すると共に、前記複数のアンテナを同一平面上に同一中心となるように配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１〜第４の発明によれば、整合器としてＬ型整合回路を用いても、アンテナの近傍に設けた他のコンデンサにより、Ｌ型整合回路中のコイルに流れる電流量を低減することができるので、コイルにおけるジュール熱の発生を低減して、投入電力の損失を抑えることができる。コイルとコンデンサを組み合わせたＬ型整合回路の整合器は、その整合範囲が十分に広いため、これにより、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。又、Ｌ型整合回路中のコイルに流れる電流量を低減するので、Ｌ型整合回路中のコンデンサの電流定格容量と耐電圧も低いものを選択可能となり、整合器の小型化、低コスト化を図ることができる。又、コイルにおけるジュール熱の発生を低減するので、整合器の冷却機構を空冷化し、その構造を簡素化して、更に低コスト化を図ることができる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
加えて、第１〜第４の発明によれば、高電圧側若しくは接地側の伝送線路に設けた円筒部材、又は、接地側及び高電圧側の伝送線路に設けた平板部材及び他の平板部材が、伝送線路を幅広いものにすることになり、伝送線路の抵抗成分を下げて、ジュール熱の発生を抑制すると共に、放熱面積の増加による放熱効果が高まり、冷却機構を簡素化できる。又、接地側の筐体と円筒部材若しくは高電圧側の伝送線路と円筒部材からなる同軸コンデンサ、又は、平板部材と他の平板部材からなる平板コンデンサは、一般的に、耐電圧が高く、許容電流量も多く取れ、更に、構造が単純であるため安価であり、故障しないためメンテナンスも不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態の参考例（参考例１）として、その回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態の一例（実施例１）として、その概略構成を示す側面図である。
【図３】図２に示した誘導結合プラズマ発生装置のアンテナ部分の上面である。
【図４】本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態の他の一例（実施例２）として、その概略構成を示す側面図である。
【図５】図４に示した誘導結合プラズマ発生装置のアンテナ部分の上面である。
【図６】本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態の他の一例（実施例３）として、その概略構成を示す側面図である。
【図７】図６に示した誘導結合プラズマ発生装置のアンテナ部分の上面図である。
【図８】本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態の他の一例（実施例４）として、その概略構成を示す側面図である。
【図９】図８に示した誘導結合プラズマ発生装置のアンテナ部分の上面図である。
【図１０】従来の誘導結合プラズマ発生装置の回路構成を示す回路図である。
【図１１】インピーダンスの整合計算に用いるスミスチャートを示す図であり、（ａ）は、図１０に示した回路構成の場合であり、（ｂ）は、図１０に示した回路構成からコイルＬ１、Ｌ２を除いた場合である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置の実施形態について、そのいくつかを図１〜図９を参照して説明する。なお、以下の参考例、実施例においては、円盤状基板（ウェハ）にプラズマ処理を施すことにより、半導体装置を製造するプラズマ処理装置（例えば、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置等）を前提に説明を行うが、本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、プラズマを生成する装置であれば、どのようなものにも適用可能である。又、誘導結合プラズマ発生装置で用いるアンテナの形状は、誘導結合タイプであれば、どのような形状（例えば、矩形リング状等）でもよいが、ここでは、円形リング状のアンテナを例示して説明している。
【００２４】
（参考例１）
本参考例の誘導結合プラズマ発生装置は、プラズマ処理装置（例えば、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置等）のプラズマソースとして設けられるものである。図示は省略するが、プラズマ処理装置の概略構成を説明すると、所望の真空度に制御されると共に所望のガスが供給される真空容器と、真空容器内部にウェハを支持する支持台と、真空容器内部にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置等を有する。
【００２５】
真空容器は、後述する図２にも示すように、筒状容器（図２中の符号３１）と、筒状容器の上部を密閉する天井板（図２中の符号３２）とからなる。天井板の上部には、電磁波を供給するアンテナが配置されており、このアンテナに、インピーダンスを整合する整合器を介して、高周波電源が接続されて、誘導結合プラズマ発生装置が構成されている。
【００２６】
このような構成のプラズマ処理装置においては、高周波電源から高周波が供給されると、セラミクス等の誘電体材料からなる天井板を透過して、アンテナから真空容器内へ電磁波が供給されることになる。そして、供給された電磁波により、真空容器内のガスが励起、電離されて、プラズマが生成され、生成されたプラズマにより、プラズマ処理を基板に施すことになる。
【００２７】
ここで、本参考例の誘導結合プラズマ発生装置の回路構成について、図１に示す回路図を参照して、詳細に説明する。
【００２８】
本参考例の誘導結合プラズマ発生装置は、高周波電源１１、整合器１２、アンテナ部１３とからなる。本参考例の誘導結合プラズマ発生装置において、高周波電源１１は、ＲＦ電源ＰＳ（例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ）と内部抵抗Ｒ（５０Ω）で表され、アンテナ部１３のアンテナ１４は、コイルで表される。高周波電源１１は、Ｌ型整合回路の整合器１２を介して、アンテナ部１３と接続されている。整合器１２は、具体的には、半固定コイルＬ１及び可変コンデンサＣ１と半固定コイルＬ２及び可変コンデンサＣ２がＬ型に配置されている。
【００２９】
このような構成により、電磁波をアンテナ１４から真空容器内へ供給し、真空容器内にプラズマを生成するが、生成されたプラズマのプラズマ負荷１５は、アンテナ１４を１次巻線、プラズマをコイル、抵抗からなる２次巻線とするトランス結合とみなすことができる。
【００３０】
つまり、本参考例の誘導結合プラズマ発生装置は、基本的には、図１０に示した従来の誘導結合プラズマ発生装置と同等の構成を有しているが、整合器１２内のコンデンサＣ１、Ｃ２よりアンテナ１４に近い位置に、つまり、アンテナ１４の近傍に、アンテナ１４と並列に接続した固定コンデンサＣ３（他のコンデンサ）を追加した点が相違する。固定コンデンサＣ３としては、市販のコンデンサでよい。なお、固定コンデンサＣ３の配置位置を、後述する図２を参照して説明すると、コンデンサＣ２とアンテナ１４間の伝送線路１６と、アンテナ１４を接地する接地線路１７との間であって、アンテナ１４の近傍、つまり、後述する円筒部材２０がある周辺がよい。
【００３１】
図１に示した回路構成において、プラズマ負荷１５のインピーダンスは変化せず、アンテナ１４に流れる電流は、コンデンサＣ３追加前と変わらないように整合させることができる。これにより、アンテナ１４に流れる電流は、整合器１２のコンデンサＣ２と追加した固定コンデンサＣ３からの電流の合計となるため、固定コンデンサＣ３追加前と比べて、コンデンサＣ２からの電流量が低減される。その結果、コンデンサＣ２と直列接続のコイルＬ２に流れる電流量も同じく低減されることになり、コイルＬ１、Ｌ２におけるジュール熱の発生も低減されるため、投入電力の損失を抑えることができる。
【００３２】
なお、Ｌ型整合回路の整合器１２と固定コンデンサＣ３との組合せは、電気回路的には、π型整合回路として一般に知られている。しかしながら、本参考例においては、コンデンサＣ３を、整合器１２内ではなく、アンテナ１４の近傍に設置するため、整合器１２からは、コンデンサＣ３、アンテナ１４を含むアンテナ部１３と、プラズマ負荷１５とが負荷とみなされる。そのため、整合器１２の整合範囲としては、前述の図１１（ａ）で説明したように、十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用可能である。
【００３３】
又、コンデンサＣ３が整合器１２内にあるπ型整合回路の整合器と比較すると、本参考例の場合、コンデンサＣ３がアンテナ１４の近傍にあり、コンデンサＣ３からアンテナ１４までの伝送線路１６、接地線路１７における線路Ｗの長さ（図１中の太線部分）が異なり、本参考例の方が明らかに短い（図１参照）。π型整合回路では、線路Ｗに該当する部分に大電流が流れ、ジュール熱による損失が発生するが、本参考例では、線路Ｗの長さが短いので、ジュール熱による損失を低減することができる。
【００３４】
このように、本参考例の誘導結合プラズマ発生装置においては、幅広い整合範囲を持つＬ型整合回路の整合器１２であっても、発熱による損失を抑えることができる。つまり、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。
【００３５】
加えて、本参考例は、以下のような利点も更にある。
まず、整合器１２内の電流量が減少したため、コイルＬ２及びコンデンサＣ２の両端電圧も下がる。その結果、コンデンサＣ２の選択時に、電流定格容量と耐電圧の低い、安価で小型のものを選択できるようになり、整合器１２の小型化、低コスト化を図ることができる。又、コイルＬ１、Ｌ２は冷却のため水冷することが多いが、ジュール熱の発生も低減するので、空冷で冷却できるようになり、整合器１２の構造が簡素化されて、更に低コスト化を図ることができる。又、市販のコンデンサＣ３の取付は、従来の装置にも適用でき、その改造は容易である。
【００３６】
（実施例１）
本実施例の誘導結合プラズマ発生装置は、参考例１の図１に示した回路構成を前提とするが、参考例１とは異なり、固定コンデンサＣ３として、市販のコンデンサを用いるのではなく、伝送線路１６の一部を加工することにより、固定コンデンサＣ３に該当するコンデンサを形成している。そこで、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置の概略構成について、図２に示す側面図、図３に示す上面図を参照して、説明を行う。なお、参考例１と同等の構成については同じ符号を付して説明する。
【００３７】
参考例１でも説明したように、プラズマ処理装置の真空容器は、筒状容器３１と、筒状容器３１の上部を密閉するセラミクス等の天井板３２とからなる。天井板３２の上部には、電磁波を供給する円形リング状のアンテナ１４が、天井板３２の平面に沿って配置されており、このアンテナ１４に、整合器１２を介して、高周波電源が接続されて、真空容器内部にプラズマを生成する誘導結合プラズマ発生装置が構成されている。そして、誘導結合プラズマ発生装置から供給された電磁波により、真空容器内にプラズマが生成されて、プラズマ処理を基板に施すことになる。なお、プラズマ処理装置には、真空容器内部にウェハを支持する支持台も設けられているが、図２では、その図示を省略している。
【００３８】
本実施例において、整合器１２は、アンテナ１４を有するアンテナ部１３の上部に配置されており、整合器１２とアンテナ１４とを接続する伝送線路１６、接地線路１７は、アンテナ１４から鉛直上方に立ち上がるように配置されている。アンテナ１４は、円形リングを略Ｃ字形状にしたものであり、その両端部に、伝送線路１６、接地線路１７が各々接続されている。又、アンテナ部１３の側面の筐体１８は、アンテナ１４の周囲を囲む円筒形状に形成されており、接地されている。
【００３９】
そして、本実施例においては、鉛直上方に立ち上がった高電圧側の伝送線路１６の一部に円筒部材２０を設けている。この円筒部材２０は、上方から見て（図３参照）、筐体１８と同軸になるように配置されており、円筒部材２０の周上の１箇所を伝送線路１６に固定している。通常、アンテナ１４、伝送線路１６、接地線路１７等は銅管から形成されているため、この円筒部材２０も銅板等から形成している。従って、円筒部材２０を伝送線路１６に固定する際には、ロウ付け等の溶接により固定すればよい。
【００４０】
このように、コンデンサＣ２とアンテナ１４間の伝送線路１６に円筒部材２０を設けることにより、この円筒部材２０をコンデンサ用の一方の電極とし、空気を媒介して、接地された筐体１８を他方の電極としている。これにより、筐体１８と円筒部材２０との間で電気容量成分を持つ同軸コンデンサ（円筒コンデンサ）の構成としている。アンテナ部１３内部の空気は、温度及び湿度が一定のクリーンルーム環境の空気であるため、空気の誘電率εは安定している。従って、このような構成とすることにより、図１で示した固定コンデンサＣ３と同じ働きを持たせることができ、市販の固定コンデンサの替わりとなる。この同軸コンデンサは、図１を参照してみると、図１中の伝送線路１６と接地線路１７（＝筐体１８）の間に、アンテナ１４と並列に設けた構成となる。
【００４１】
円筒部材２０を設ける際には、接地線路１７、筐体１８との間で異常放電を起こさないように、接地線路１７、筐体１８との間に所定の距離ｄを取る必要がある。この距離ｄは、規格IEC60950（表２）に示されるように、印加電圧が最大１０ｋＶのときには、距離ｄ＝３７ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４２】
又、円筒部材２０の長さＬは、固定コンデンサＣ３として必要な電気容量Ｃから求めることができる。例えば、固定コンデンサＣ３として、１００ｐＦ必要である場合、筐体１８の半径ａを２５０ｍｍとすると、円筒部材２０の半径ｂは、半径ａと距離ｄとの差分から２１３ｍｍとなり、同軸コンデンサの電気容量を求める式［Ｃ＝２πεＬ／ｌｎ（ａ／ｂ）］を用いて、１００ｐＦ＝（２×３．１４×８．８５×１０-12×Ｌ）／ｌｎ（２５０×１０-3／２１３×１０-3）から計算して、長さＬ≒０．２９ｍとなる。ここで、空気の誘電率εは、真空の誘電率ε0と略等しいので、誘電率としては、真空の誘電率ε0＝８．８５×１０-12を用いた。なお、この計算は一例であり、所望の印加電圧、所望の電気容量、筐体１８のサイズ等の条件に応じて、適宜求めることができる。又、本実施例の場合、円筒部材２０の内側の接地線路１７とも容量結合するので、この容量もコンデンサとして加算可能であるが、この容量は、筐体１８−円筒部材２０間の同軸コンデンサと比較して小さいので、ここでは考慮していない。
【００４３】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においては、伝送線路１６に円筒部材２０を設け、筐体１８との間で同軸コンデンサを構成することにより、参考例１と同様の機能を果たすコンデンサＣ３を形成することになる。そのため、参考例１と同様に、コイルＬ２に流れる電流量を低減することになり、コイルＬ１、Ｌ２におけるジュール熱の発生も低減されるため、投入電力の損失を抑えることができる。
【００４４】
又、本実施例においても、コンデンサＣ３（同軸コンデンサ）を、整合器１２内ではなく、アンテナ１４の近傍に設置することになるため、整合器１２の整合範囲としては、前述の図１１（ａ）で説明したように、十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用可能である。
【００４５】
又、コンデンサＣ３（同軸コンデンサ）をアンテナ１４の近傍に設けることになるので、伝送線路１６、接地線路１７における線路Ｗの長さが短くなり、ジュール熱による損失を低減することができる。
【００４６】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においても、幅広い整合範囲を持つ整合器１２であっても、発熱による損失を抑えることができる。つまり、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。
【００４７】
加えて、本実施例は、以下のような利点も更にある。
本実施例では、高電圧側の伝送線路１６に円筒部材２０を設けているので、実質的には、伝送線路１６を幅広いものにすることになる。その結果、大電流が流れる伝送線路１６の抵抗成分が下がり、ジュール熱の発生が抑制されると共に、放熱面積の増加による放熱効果が高まり、冷却機構を簡素化できる。又、筐体１８、円筒部材２０から形成した同軸コンデンサは、一般的に、市販のコンデンサよりも耐電圧が高く、許容電流量も多く取れ、更に、構造が単純であるため安価であり、故障しないためメンテナンスも不要である。
【００４８】
（実施例２）
本実施例の誘導結合プラズマ発生装置も、参考例１の図１に示した回路構成を前提とするが、参考例１とは異なり、固定コンデンサＣ３として、市販のコンデンサを用いるのではなく、実施例１と同様に、線路の一部を加工することにより、固定コンデンサＣ３に該当するコンデンサを形成している。又、実施例１では、伝送線路１６の一部を加工していたが、本実施例では、接地線路１７の一部を加工して、固定コンデンサＣ３に該当するコンデンサを形成しており、この点が、実施例１とは異なる。そこで、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置の概略構成について、図４に示す側面図、図５に示す上面図を参照して、説明を行うが、参考例１、実施例１と同等の構成については同じ符号を付し、重複する説明については省略する。
【００４９】
本実施例においても、実施例１と同様に、整合器１２は、アンテナ１４を有するアンテナ部１３の上部に配置されており、整合器１２とアンテナ１４とを接続する伝送線路１６、接地線路１７は、アンテナ１４から鉛直上方に立ち上がるように配置されている。アンテナ１４は、円形リングを略Ｃ字形状にしたものであり、その両端部に、伝送線路１６、接地線路１７が各々接続されている。なお、アンテナ部１３の側面の筐体１８は、アンテナ１４の周囲を囲む円筒形状に形成されて、接地されているが、本実施例において、筐体１８は、円筒形状でなくてもよく、又、接地されていなくてもよい。
【００５０】
そして、本実施例においては、鉛直上方に立ち上がった接地線路１７の一部に円筒部材２１を設けている。この円筒部材２１は、上方から見て（図５参照）、高電圧側の伝送線路１６を中心軸とするように配置されており、円筒部材２１の周上の１箇所を接地線路１７に固定している。この円筒部材２１も銅板等から形成しており、円筒部材２１を接地線路１７に固定する際には、ロウ付け等の溶接により固定すればよい。
【００５１】
このように、コンデンサＣ２とアンテナ１４間の接地線路１７に円筒部材２１を設けることにより、この円筒部材２１をコンデンサ用の一方の電極とし、空気を媒介して、伝送線路１６を他方の電極としている。これにより、伝送線路１６と円筒部材２１との間で電気容量成分を持つ同軸コンデンサ（円筒コンデンサ）の構成としている。このような構成とすることにより、図１で示した固定コンデンサＣ３と同じ働きを持たせることができ、市販の固定コンデンサの替わりとなる。この同軸コンデンサは、図１を参照してみると、図１中の伝送線路１６と接地線路１７の間に、アンテナ１４と並列に設けた構成となる。
【００５２】
円筒部材２１を設ける際には、伝送線路１６との間で異常放電を起こさないように、伝送線路１６との間に所定の距離ｄを取る必要がある。例えば、前述したように、規格IEC60950（表２）を参照し、印加電圧が最大１０ｋＶのときには、距離ｄ＝３７ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００５３】
又、円筒部材２１の長さＬも、実施例１で説明した計算を用いて、所望の印加電圧、所望の電気容量等の条件に応じて、適宜求めることができる。なお、所望する電気容量が大きい場合には、伝送線路１６の径を大きくしたり、伝送線路１６自体に円筒部材を設けたりすると共に、これに合わせて、円筒部材２１の径も大きくすればよい。
【００５４】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においては、接地線路１７に円筒部材２１を設け、伝送線路１６との間で同軸コンデンサを構成することにより、参考例１と同様の機能を果たすコンデンサＣ３を形成することになる。そのため、参考例１と同様に、コイルＬ２に流れる電流量を低減することになり、コイルＬ１、Ｌ２におけるジュール熱の発生も低減されるため、投入電力の損失を抑えることができる。
【００５５】
又、本実施例においても、コンデンサＣ３（同軸コンデンサ）を、整合器１２内ではなく、アンテナ１４の近傍に設置することになるため、整合器１２の整合範囲としては、前述の図１１（ａ）で説明したように、十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用可能である。
【００５６】
又、コンデンサＣ３（同軸コンデンサ）をアンテナ１４の近傍に設けることになるので、伝送線路１６、接地線路１７における線路Ｗの長さが短くなり、ジュール熱による損失を低減することができる。
【００５７】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においても、幅広い整合範囲を持つ整合器１２であっても、発熱による損失を抑えることができる。つまり、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。
【００５８】
加えて、本実施例は、以下のような利点も更にある。
本実施例では、接地線路１７に円筒部材２１を設けているので、実質的には、接地線路１７を幅広いものにすることになる。その結果、大電流が流れる接地線路１７の抵抗成分が下がり、ジュール熱の発生が抑制されると共に、放熱面積の増加による放熱効果が高まり、冷却機構を簡素化できる。又、伝送線路１６、円筒部材２１から形成した同軸コンデンサは、一般的に、市販のコンデンサよりも耐電圧が高く、許容電流量も多く取れ、更に、構造が単純であるため安価であり、故障しないためメンテナンスも不要である。
【００５９】
（実施例３）
本実施例の誘導結合プラズマ発生装置も、参考例１の図１に示した回路構成を前提とするが、参考例１とは異なり、固定コンデンサＣ３として、市販のコンデンサを用いるのではなく、実施例１、２のように、線路の一部を加工することにより、固定コンデンサＣ３に該当するコンデンサを形成している。又、実施例１、２では、固定コンデンサＣ３として、同軸コンデンサを形成していたが、本実施例では、平板コンデンサを形成しており、この点が、実施例１、２とは異なる。以下、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置の概略構成について、図６に示す側面図、図７に示す上面図を参照して、説明を行うが、参考例１、実施例１、２と同等の構成については同じ符号を付し、重複する説明については省略する。
【００６０】
本実施例においても、実施例１、２と同様に、整合器１２は、アンテナ１４を有するアンテナ部１３の上部に配置されている。又、アンテナ１４は、図７に示すように、円形リングをＣ字形状にしたものである。又、アンテナ１４の上方には、筐体１８の内壁に水平に支持された円形状の接地円板２３（平板部材）が設けられている。
【００６１】
又、整合器１２の高電圧側とアンテナ１４とを接続する伝送線路１６は、アンテナ１４の一方の端部に接続されて、接地円板２３に設けた貫通孔２３ａを通って、鉛直上方に立ち上がるように配置されている。一方、整合器１２の接地側とアンテナ１４とを接続する接地線路１７は、接地円板２３の上面から鉛直上方に立ち上がるように配置されており、アンテナ１４の他方の端部は、接地円板２３の下面に接続されている。つまり、接地線路１７に接地円板２３を設けた構成である。
【００６２】
そして、本実施例においては、鉛直上方に立ち上がった伝送線路１６の一部に円板部材２２（他の平板部材）を設けている。この円板部材２２は、側方から見て（図６参照）、接地円板２３と平行になるように、水平に幅広く、伝送線路１６と直交して配置されており、円板部材２２の１箇所を伝送線路１６に固定している。円板部材２２、接地円板２３も銅板等から形成しており、円板部材２２、接地円板２３を伝送線路１６、接地線路１７に固定する際には、ロウ付け等の溶接により固定すればよい。
【００６３】
このように、コンデンサＣ２とアンテナ１４間の伝送線路１６に円板部材２２を設けると共に接地線路１７に接地円板２３を設けることにより、円板部材２２をコンデンサ用の一方の電極とし、空気を媒介して、接地された接地円板２３を他方の電極としている。これにより、円板部材２２と接地円板２３との間で電気容量成分を持つ平板コンデンサの構成としている。このような構成とすることにより、図１で示した固定コンデンサＣ３と同じ働きを持たせることができ、市販の固定コンデンサの替わりとなる。この平板コンデンサは、図１を参照してみると、図１中の伝送線路１６と接地線路１７の間に、アンテナ１４と並列に設けた構成となる。
【００６４】
円板部材２２を設ける際には、接地線路１７、筐体１８、接地円板２３との間で異常放電を起こさないように、接地線路１７、筐体１８、接地円板２３との間に所定の距離ｄを取る必要がある。例えば、前述したように、規格IEC60950（表２）を参照し、印加電圧が最大１０ｋＶのときには、距離ｄ＝３７ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００６５】
又、円板部材２２（電極面積が小さい方の平板部材）の面積Ｓは、固定コンデンサＣ３として必要な電気容量Ｃから求めることができる。例えば、固定コンデンサＣ３として、１００ｐＦ必要である場合には、平板コンデンサの電気容量を求める式［Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ］を用いて、１００ｐＦ＝（８．８５×１０-12）×Ｓ／（３７×１０-3）から計算して、面積Ｓ≒０．４ｍ2となる。ここでも、空気の誘電率εとして、真空の誘電率ε0＝８．８５×１０-12を用いた。なお、この計算も一例であり、所望の印加電圧、所望の電気容量等の条件に応じて、適宜求めることができる。
【００６６】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においては、伝送線路１６に円板部材２２を設けると共に接地線路１７に接地円板２３を設け、円板部材２２と接地円板２３との間で平板コンデンサを構成することにより、参考例１と同様の機能を果たすコンデンサＣ３を形成することになる。そのため、参考例１と同様に、コイルＬ２に流れる電流量を低減することになり、コイルＬ１、Ｌ２におけるジュール熱の発生も低減されるため、投入電力の損失を抑えることができる。
【００６７】
又、本実施例においても、コンデンサＣ３（平板コンデンサ）を、整合器１２内ではなく、アンテナ１４の近傍に設置することになるため、整合器１２の整合範囲としては、前述の図１１（ａ）で説明したように、十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用可能である。
【００６８】
又、コンデンサＣ３（平板コンデンサ）をアンテナ１４の近傍に設けることになるので、伝送線路１６、接地線路１７における線路Ｗの長さが短くなり、ジュール熱による損失を低減することができる。
【００６９】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においても、幅広い整合範囲を持つ整合器１２であっても、発熱による損失を抑えることができる。つまり、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。
【００７０】
又、本実施例は、高電圧側の伝送線路１６に円板部材２２を設けると共に接地側の接地線路１７にも接地円板２３を設けているので、実質的には、伝送線路１６及び接地線路１７を幅広いものにすることになる。その結果、大電流が流れる伝送線路１６及び接地線路１７の抵抗成分が下がり、ジュール熱の発生が抑制されると共に、放熱面積の増加による放熱効果が高まり、冷却機構を簡素化できる。又、円板部材２２、接地円板２３から形成した平板コンデンサは、一般的に、市販のコンデンサよりも耐電圧が高く、許容電流量も多く取れ、更に、構造が単純であるため安価であり、故障しないためメンテナンスも不要である。
【００７１】
（実施例４）
本実施例の誘導結合プラズマ発生装置も、参考例１の図１に示した回路構成を前提とするが、参考例１とは異なり、固定コンデンサＣ３として、市販のコンデンサを用いるのではなく、実施例１〜３のように、線路の一部を加工することにより、固定コンデンサＣ３に該当するコンデンサを形成している。又、実施例１、２では、固定コンデンサＣ３として、同軸コンデンサを形成していたが、本実施例では、実施例３と同様に、平板コンデンサを形成しており、この点が、実施例１、２とは異なり、又、実施例３とは、アンテナの数を複数にした点が異なる。以下、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置の概略構成について、図８に示す側面図、図９に示す上面図を参照して、説明を行うが、参考例１、実施例１〜３と同等の構成については同じ符号を付し、重複する説明については省略する。
【００７２】
本実施例においても、実施例１〜３と同様に、整合器１２は、アンテナ１４を有するアンテナ部１３の上部に配置されている。しかしながら、アンテナとしては、大きさの異なる２つのアンテナ１４ａ、１４ｂを、電気的に互いに並列に接続すると共に、同一平面上に同一中心となるように配置しており、図８に示すように、各々円形リングをＣ字形状にしたものである。又、アンテナ１４ａ、１４ｂの上方には、筐体１８の内壁に水平に支持された円形状の接地円板２５（平板部材）が設けられている。
【００７３】
又、各アンテナ１４ａ、１４ｂの一方の端部に接続された各伝送線路１６ａ、１６ｂは、接地円板２５に各々設けた貫通孔２５ａ、２５ｂを通って、鉛直上方に立ち上がるように配置されている。各伝送線路１６ａ、１６ｂは、整合器１２の高電圧側からの伝送線路１６とは、水平方向に配置された接続線路１６ｃにより接続されており、このような線路構成により、整合器１２のコンデンサＣ２とアンテナ１４とを接続している。一方、整合器１２の接地側とアンテナ１４とを接続する接地線路１７は、接地円板２５の上面から鉛直上方に立ち上がるように配置されており、アンテナ１４ａ、１４ｂの他方の端部は、各々接地円板２５の下面に接続されている。つまり、接地線路１７に接地円板２５を設けた構成である。
【００７４】
そして、本実施例においても、伝送線路１６の一部に平板部材２４（他の平板部材）を設けるようにしているが、水平方向に配置された接続線路１６ｃを利用して、この接続線路１６ｃから水平方向に幅広くなるように形成されている。この平板部材２４は、側方から見て（図８参照）、接地円板２５と平行になるように、接続線路１６ｃの長さ方向と同一平面に（伝送線路１６とは直交して）配置されて、接続線路１６ｃに固定されている。平板部材２４、接地円板２５も銅板等から形成しており、平板部材２４、接地円板２５を接続線路１６ｃ、接地線路１７に固定する際には、ロウ付け等の溶接により固定すればよい。
【００７５】
このように、コンデンサＣ２とアンテナ１４間の接続線路１６ｃに平板部材２４を設けると共に接地線路１７に接地円板２５を設けることにより、平板部材２４をコンデンサ用の一方の電極とし、空気を媒介して、接地された接地円板２５を他方の電極としている。これにより、平板部材２４と接地円板２５との間で電気容量成分を持つ平板コンデンサの構成としている。このような構成とすることにより、図１で示した固定コンデンサＣ３と同じ働きを持たせることができ、市販の固定コンデンサの替わりとなる。この平板コンデンサは、図１を参照してみると、図１中の伝送線路１６と接地線路１７の間に、アンテナ１４と並列に設けた構成となる。
【００７６】
平板部材２４を設ける際には、接地線路１７、筐体１８、接地円板２５との間で異常放電を起こさないように、接地線路１７、筐体１８、接地円板２５との間に所定の距離ｄを取る必要がある。本実施例においては、例えば、図９に示すように、接地線路１７との距離を取るため、平板部材２４に凹部２４ａを設けるようにしている。距離ｄとしては、例えば、前述したように、規格IEC60950（表２）を参照し、印加電圧が最大１０ｋＶのときには、距離ｄ＝３７ｍｍ以上とすることが望ましい。又、平板部材２４（電極面積が小さい方の平板部材）の面積Ｓも、実施例３で説明した計算を用いて、所望の印加電圧、所望の電気容量等の条件に応じて、適宜求めることができる。
【００７７】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においても、伝送線路１６（接続線路１６ｃ）に平板部材２４を設けると共に接地線路１７に接地円板２５を設け、平板部材２４と接地円板２５との間で平板コンデンサを構成することにより、参考例１と同様の機能を果たすコンデンサＣ３を形成することになる。そのため、参考例１と同様に、コイルＬ２に流れる電流量を低減することになり、コイルＬ１、Ｌ２におけるジュール熱の発生も低減されるため、投入電力の損失を抑えることができる。
【００７８】
又、本実施例においても、コンデンサＣ３（平板コンデンサ）を、整合器１２内ではなく、アンテナ１４の近傍に設置することになるため、整合器１２の整合範囲としては、前述の図１１（ａ）で説明したように、十分に広く、アンテナ形状やプラズマ処理条件（ガス種、圧力等）によらず使用可能である。
【００７９】
又、コンデンサＣ３（平板コンデンサ）をアンテナ１４の近傍に設けることになるので、伝送線路１６、接地線路１７における線路Ｗの長さが短くなり、ジュール熱による損失を低減することができる。
【００８０】
このように、本実施例の誘導結合プラズマ発生装置においても、幅広い整合範囲を持つ整合器１２であっても、発熱による損失を抑えることができる。つまり、広い整合範囲と損失の低減の両立が可能となる。
【００８１】
又、本実施例は、実施例３と同様に、高電圧側の伝送線路１６（接続線路１６ｃ）に平板部材２４を設けると共に接地側の接地線路１７にも接地円板２５を設けているので、実質的には、伝送線路１６及び接地線路１７を幅広いものにすることになる。その結果、大電流が流れる伝送線路１６及び接地線路１７の抵抗成分が下がり、ジュール熱の発生が抑制されると共に、放熱面積の増加による放熱効果が高まり、冷却機構を簡素化できる。又、平板部材２４、接地円板２５から形成した平板コンデンサは、一般的に、市販のコンデンサよりも耐電圧が高く、許容電流量も多く取れ、更に、構造が単純であるため安価であり、故障しないためメンテナンスも不要である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る誘導結合プラズマ発生装置は、特に、半導体装置の製造に用いるプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等）に好適なものである。
【符号の説明】
【００８３】
１１  高周波電源
１２  整合器
１３  アンテナ部
１４、１４ａ、１４ｂ  アンテナ
１６  伝送線路
１７  接地線路
１８  筐体
２０、２１  円筒部材
２２  円板部材（他の平板部材）
２３  接地円板（平板部材）
２４  平板部材（他の平板部材）
２５  接地円板（平板部材）
Ｃ３  固定コンデンサ（他のコンデンサ）
【図１】
0005595136.tif 000002
【図２】
0005595136.tif 000003
【図３】
0005595136.tif 000004
【図４】
0005595136.tif 000005
【図５】
0005595136.tif 000006
【図６】
0005595136.tif 000007
【図７】
0005595136.tif 000008
【図８】
0005595136.tif 000009
【図９】
0005595136.tif 000010
【図１０】
0005595136.tif 000011
【図１１】
0005595136.tif 000012