(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数を有する電力を内部に導入するための窓部を備えた基板処理用容器と、前記窓部の外側に配置される電力放射手段と、前記電力放射手段に前記電力を供給する電力供給手段とを備え、前記電力放射手段は前記電力を分割して導入する複数の分岐通電部と当該複数の分岐通電部のそれぞれへ電流を流すための２本の電流供給通路とを含み、前記複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が前記窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置において、
２本の前記電流共通通路のそれぞれは前記電力供給手段と接続される給電点を有し、
前記複数の分岐通電部は並列に配置され、２本の前記電流供給通路のそれぞれと前記複数の分岐通電部との接続位置に基づいて決まる前記電流供給通路の長さに応じて前記複数の分岐通電部の各々の表面積を決め、これにより前記複数の分岐通電部の各々は、一方の前記電流供給通路の前記給電点から他方の前記電流供給通路の前記給電点までの各分岐通電部を含んで成る電流路部分のインピーダンスが等しくなるように形成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記複数の分岐通電部の各々は、２本の前記電流供給通路の間に配列される等間隔で平行な直線状通電部であって同じ長さおよび表面積を有し、かつ前記複数の分岐通電部で形成される矩形平面領域で２つの前記給電点が対角線位置にあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記複数の分岐通電部の各々は、２本の前記電流供給通路の間に配列される平行な直線状通電部であって、前記２本の電流供給通路における前記給電点と前記複数の分岐通電部の前記接続位置との位置関係に応じて表面積を異ならせたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理装置において、前記複数の分岐通電部の各々は、前記窓部と垂直な方向の高さまたは前記窓部に平行な方向の幅を変えることにより表面積を異ならせたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
周波数を有する電力を内部に導入するための窓部を備えた基板処理用容器と、前記窓部の外側に配置される電力放射手段と、前記電力放射手段に前記電力を供給する電力供給手段とを備え、前記電力放射手段は前記電力を分割して導入する複数の分岐通電部を含み、前記複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が前記窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置において、
前記複数の分岐通電部は放射状に配置され、かつ周縁部になるほど幅が広くなるように形成され、前記複数の分岐通電部の各々の間の間隔が一定幅であるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記放射状に配置された前記複数の分岐通電部は渦形状を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５または６項に記載のプラズマ処理装置において、放射状に配置された前記複数の分岐通電部の周縁先部がさらに分割された形状を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【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適したプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の例として、図３１を参照してＥＣＲプラズマ処理装置を説明し、図３２と図３３を参照してＴＣＰ(Transformer Coupled Plasma)処理装置を説明する。各図において、実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【０００３】
図３１において、放電チャンバ１１と処理チャンバ１２は金属製真空容器で一体的に形成され、両チャンバ１１，１２は連通され、図示しない排気機構によって所要の減圧レベルに排気される。また減圧状態にある処理チャンバ１２と放電チャンバ１１内には、図示しないガス導入機構を介して反応ガス１３が導入される。放電チャンバ１１内には、導波管１４を介して導かれたマイクロ波電力がマイクロ波電力導入窓（誘電体で形成される）１５を通して導入される。また放電チャンバ１１の周囲には磁場印加用コイル１６が配置され、このコイル１６によって放電チャンバ１１にＥＣＲ条件を満たす磁場が印加される。プラズマ中の電子は、マイクロ波導入窓１５から導入されたマイクロ波（電場）とコイル１６による磁場の相互作用により加速される。放電チャンバ１１内に導入された反応ガスの分子または原子は、加速された電子と衝突して励起エネルギを得、プラズマを発生する。プラズマ内に存在する活性種は、処理チャンバ１２内に移動し、基板保持機構１７上に配置された基板１８の表面を処理する。
【０００４】
また図３２において、図３３に示すような渦巻き状同心円群からなる平面状アンテナ２１が、処理チャンバ１２の上壁の設けられた高周波電力導入窓２２の大気側に載置されている。アンテナ２１には整合回路２３から高周波電力が供給される。反応ガス１３は、図示しないガス導入機構により処理チャンバ１２内に供給される。アンテナ２１に高周波電力を供給すると、アンテナ２１の電流通路に高周波電流が流れる。このとき、高周波電流により電流通路周囲に振動磁場が形成される。この振動磁場は高周波電力導入窓２２を透過して処理チャンバ１２内に導入される。このとき、この振動磁場により誘導電場が処理チャンバ１２内に誘起される。処理チャンバ１２内の電子は、この誘導電場により加速される。反応ガスの分子または原子は、加速された電子と衝突することにより励起エネルギを得て、プラズマが発生する。プラズマ内に存在する活性種は、基板保持機構１７に配置された基板１８の表面を処理する。
【０００５】
プラズマ処理装置の処理様式には、複数枚の基板をまとめて同時に処理するバッチ式と基板を一枚ずつ処理する枚様式があるが、処理様式については従来次のような傾向がある。近年の電子部品加工では生産性を高めるため、基板の大口径化が進められており、基板の大口径化が進むと、バッチ式の処理装置では規模が大きくなり占有面積が大きくなるので、現在枚様式の処理装置が主流となっている。しかし、枚様式の処理装置では、基板一枚ずつの処理速度を上げ、単位時間当りの処理枚数を増加させることが要求される。このため、現在のところ、従来のプラズマよりも活性の高い活性種をより多く発生させる高密度プラズマを用いた高速プラズマ処理装置が開発されている。高密度プラズマとして例えば前述のＥＣＲプラズマおよびＴＣＰ（特開平３−７９０２５号）、さらにヘリコンプラズマ等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高密度プラズマは、以下のような問題点がある。
【０００７】
ＥＣＲプラズマでは、マイクロ波(2.45GHz）に対して、プラズマ発生機構に定常的な磁場(875Gauss)を印加する必要があり、このため、磁場印加用に前記コイル１６または永久磁石が用いられる。コイル１６を用いる場合、プラズマ発生機構の大型化に従ってコイル１６も大型にする必要性があり、処理装置の大型化は避けられない。また永久磁石を用いる場合には、プラズマの発生する熱による磁石の劣化や経時変化による磁石の劣化により、プラズマ処理の再現性が低下するという不具合がある。
【０００８】
ＴＣＰでより大口径のプラズマを得る場合、平面状アンテナ２１の巻き数を増加することが最も容易な方法である。しかし、巻き数を増加させた場合、アンテナ部分の経路が長くなり、高周波電力の減衰のため、前記平面状アンテナの面内において誘導電場の均一性を保つことが容易でない。またＴＣＰにおいて巻き数を増した前記平面状アンテナの面内でプラズマの均一性を保つためには、構成している各輪の間隔を変化させることで対応可能と考えられる。この間隔が適当な幅より狭い場合には、そこに発生する誘導電場が強く、プラズマ密度が上昇する。そして、この間隔が適当な幅より広い場合には、そこに発生する誘導電場が弱く、プラズマ密度は低下する。従って、この間隔を適当な幅に調整することが難しく、大面積で均一なプラズマを生成することが難しい。
【０００９】
また、平面状アンテナは誘導成分（Ｌ）とプラズマとアンテナの間に生じる容量成分（Ｃｐ）を持つ。そして整合回路における共鳴条件は、ω2 ＝１／ＬＣで満たされる。ωは高周波電力の周波数、Ｃは、Ｃｐと、このＣｐに対し並列である整合回路の整合調整用の容量成分（ＣＴ）との和である。平面状アンテナの巻き数を増加させた場合、ＬとＣｐは大きく、Ｃは小さくなる。従って、共鳴条件を満たすためにはＣＴが小さくなることが必要である。そして、これは整合回路のＱ値が大きくなり、整合のとれる幅が小さくなることを示しており、実質的に整合が難しくなることである。平面状アンテナの巻き数の増加で大口径に対応させた場合、整合回路の共鳴条件を満たすことが技術的に難しくなり、大面積で均一なプラズマを生成することが難しい。
【００１０】
ヘリコンプラズマでは、放電チャンバと処理チャンバを備える前述のＥＣＲプラズマ処理装置と類似した装置構造を利用し、放電チャンバから処理チャンバへのプラズマの引出しを拡散によって行い、基板の処理を行う。ヘリコンプラズマを生成する場合にも、定常的磁場を印加する必要があるので、放電チャンバ等の大型化を図る場合、ＥＣＲプラズマの場合と同様な問題が発生する。さらに、放電チャンバの口径を単純に大型化した場合には、高周波電力を導入するアンテナ近傍に強い振動電場ができるため、プラズマの生成はアンテナ近傍でのみ行われることになる。従って、放電チャンバ内でのプラズマ密度の分布は、アンテナ近傍でプラズマ密度が高くなり、中央に向うほどプラズマ密度が低くなるという傾向が生じる。処理チャンバの体積を十分に大きくすることが可能な場合には、拡散の作用によりプラズマ密度の均一性を改善できる。しかし、現在のプラズマ処理装置では装置の大きさを小さくすることが要求されている。従って、放電チャンバの単純な大口径化では基板の大口径化に対応できないという欠点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を解決するため、占有体積が小さく、大面積にわたり均一性の良好なプラズマを発生し、被処理基板の大口径化に容易に対応できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
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、周波数を有する電力（好ましくは高周波電力）を内部に導入するための例えば誘電体で作られた窓部を備えた基板処理用容器（内部を真空にし得る容器）と、窓部の外側に配置される電力放射手段（アンテナ）と、電力放射手段に電力を供給する電力供給手段（整合回路）とを備え、電力放射手段は電力を分割して導入する複数の分岐通電部と当該複数の分岐通電部のそれぞれへ電流を流すための２本の電流供給通路とを含み、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置であり、２本の電流共通通路のそれぞれは電力供給手段と接続される給電点を有し、複数の分岐通電部は並列に配置され、２本の電流供給通路のそれぞれと複数の分岐通電部との接続位置に基づいて決まる電流供給路の長さに応じて複数の分岐通電部の各々の表面積を決め、これにより複数の分岐通電部の各々は、一方の電流供給通路の給電点から他方の電流供給通路の給電点までの各分岐通電部を含んで成る電流路部分のインピーダンスが等しくなるように形成される。なおプラズマ処理装置であることから、当然のことながら、その他に、処理対象である基板を保持するための基板保持機構、プラズマを生成するための反応ガスを導入する機構、容器内を所要の減圧状態にする排気機構等を備えている。
【００１３】
前記の構成において、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される等間隔で平行な直線状通電部であって同じ長さおよび表面積を有し、かつ複数の分岐通電部で形成される矩形平面領域で２つの給電点が対角線位置にある。
【００１４】
前記の構成において、好ましくは、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される平行な直線状通電部であって、２本の電流供給通路における給電点と複数の分岐通電部の接続位置との位置関係に応じて表面積を異ならせる。
【００１５】
前記の構成において、好ましくは、複数の分岐通電部の各々は、２本の電流供給通路の間に配列される通電部であって、窓部と垂直な方向の高さまたは窓部に平行な方向の幅を異ならせることにより表面積を異ならせる。
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置は、周波数を有する電力を内部に導入するための窓部を備えた基板処理用容器と、窓部の外側に配置される電力放射手段と、電力放射手段に電力を供給する電力供給手段とを備え、電力放射手段は電力を分割して導入する複数の分岐通電部を含み、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が窓部に実質的に平行になるプラズマ処理装置であり、複数の分岐通電部は放射状に配置され、かつ周縁部になるほど幅が広くなるように形成され、複数の分岐通電部の各々の間の間隔が一定幅であるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
前記の構成において、放射状に配置された複数の分岐通電部は渦形状を有することを特徴とする。
【００１８】
前記の構成において、放射状に配置された前記複数の分岐通電部の周縁先部がさらに分割された形状を有する。
【００１９】
【作用】
本発明では、電力放射手段すなわちアンテナに高周波電力を与えると、アンテナの各分岐通電部すなわち各電流通路に大きさと位相の実質的に等しい高周波電流が流れる。各電流通路での通電で形成される振動磁場を合成すると、アンテナに平行な振動磁場が、アンテナ上で良好な均一性で得られる。
【００２０】
窓部すなわち高周波電力導入窓に設けられた前述のアンテナに高周波電力を与えると、振動磁場は高周波電力導入窓を透過し、所定の減圧状態にある基板処理用の容器内の既に供給された反応ガスに導入される。反応ガス内に存在する電子は、振動磁場を打ち消そうとして生成された誘導電場により加速される。加速された電子は、反応ガス分子との衝突により反応ガスを活性化し、プラズマを生成する。プラズマ状態になることによって活性化された反応ガスに基づき、基板保持機構に載置された基板の表面を処理する。このとき、本発明によるアンテナで得られた均一な振動磁場により均一なプラズマが得られ、このため基板の表面で均一な処理が行われる。
【００２１】
加速された電子の運動エネルギを効率よくプラズマ生成・維持に利用するためには、誘導電場が容器と交差することを極力避けることが望ましい。従って、アンテナを複数個配置し、誘導電場の容器と交差するまでの距離を延長し、または完全に閉じた振動電場の輪を形成することによって、容器と交差しないようにする。これにより容易なプラズマの生成・維持が可能になる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１〜図６は、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施例を示す。各図において、前述の図３１〜図３３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、高周波電力導入窓の上に複数の直線状電流通路が平行に並列配置されてなるすだれ状の平面状アンテナが配置される。
【００２４】
３１は内部に処理チャンバ１２が形成されかつ内部を所要の真空状態（減圧状態）にして使用される真空容器、１７は処理チャンバ１２内に配置される基板保持機構、１８は基板保持機構１７上に載置される被処理基板（以下基板という）、２２は処理チャンバ１２の上壁に形成された高周波電力導入窓、３２は高周波電力導入窓２２の上に設けられた平面状アンテナ（以下アンテナという）である。アンテナ３２は周波数を有する電力（例えば１３．５６MHz の高周波電力）を処理チャンバ１２内に供給する電力放射手段であり、図２に示すごとく複数の直線状電流通路３３が平行に並列配置されている電流通路群を持つアンテナである。高周波電力導入窓２２を設けた処理チャンバ１２の内部に、高周波電力導入窓２２に対向して設置された基板保持機構１７が設置されている。基板保持機構１７の上に、処理対象である基板１８が載置されている。真空容器３１には、処理チャンバ１２内を真空排気するための真空排気機構（図示せず）と、処理チャンバ１２内に必要な反応ガス１３を導入する反応ガス導入機構（図示せず）が付設される。
【００２５】
上記プラズマ処理装置では、処理チャンバ１２内を油回転ポンプ、油拡散ポンプ等の真空排気機構により一度真空排気した後、反応ガス導入機構により反応ガスを処理チャンバ１２に導入しながら、同時に真空排気して所定の減圧状態を保ち、さらにアンテナ３２に高周波電力を印加して処理チャンバ１２内に高周波放電を発生させる。これにより、処理チャンバ１２内に導入された反応ガスは活性化され、この活性種により基板保持機構１７に載置された基板１８の表面を処理する。
【００２６】
アンテナ３２は、図２に示すように、平行に並列配置された複数本の電流通路３３からなる電流通路群と、電流通路群の両側に配置されかつこの電流通路群に高周波電流を供給する電流供給通路３４から形成される。各電流通路３３は同じ長さと表面積を有しかつ好ましくは等間隔で配置されている。整合回路２３から供給される高周波電流は電流供給通路３４に与えられ、電流供給通路３４から電流通路群に供給された高周波電流は分割され、分岐された各電流通路３３に流れる。各電流通路３３を流れる高周波電流によって振動磁場が生成され、この振動磁場によって誘導電場が誘起され、この誘導電場によって処理チャンバ１２内の電子が加速される。これにより処理チャンバ１２内の原子および分子が励起され、プラズマが生成・維持される。
【００２７】
複数の電流通路３３のそれぞれに高周波電流が流れることによって発生する振動磁場および誘導電場を図３および図４に従って説明する。図３は電流通路群の一部の平面拡大図、図４は図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】  図３および図４において、アンテナ３２に高周波電流を供給すると、アンテナ３２の各電流通路３３にはそれぞれ同一方向に大きさと位相が実質的に等しい高周波電流３５が流れる。このため、各電流通路３３の周囲に形成された振動磁場３６の回転方向はすべて同一方向で、その強さはほぼ等しい。従って、各電流通路３３の周囲に形成された振動磁場３６を合成すると、高周波電力導入窓２２に平行な成分が相対的に大きくなった振動磁場３７となる。なお、平面状アンテナ３２の寸法が例えば160mm ×180mm で、複数の電流通路３３の配列方向の長さが160mm である場合に、両端に位置する電流通路３３の間で位相が１〜２度ずれる。また電流通路３３の配列方向の長さが例えば320mm であると、両端に位置する電流通路３３の間で位相が２〜４度ずれる。
【００２９】
上記アンテナ３２が高周波電力導入窓２２上に設けられると、振動磁場３６は高周波電力導入窓２２を透過し、減圧状態にある処理チャンバ１２内において高周波電力導入窓２２に平行な成分を有する振動磁場３７を生成する。合成された振動磁場３７の時間変化によって、誘導電場３８が誘起される。この誘導電場３８は反応ガス内に存在する電子の加速を引き起こす。加速された電子は、反応ガス分子との衝突により反応ガスを励起してイオン化しプラズマを生成する。
【００３０】
アンテナ３２では、生成されるプラズマが均一となるように、並列配置された複数の電流通路３３の間隔が適切に設定される。かかる構造を有するアンテナ３２によって、処理チャンバ１２内のプラズマが生成、維持される。なお本実施例では、アンテナ３２では各電流通路３３の間隔を一定にし、振動磁場３６における当該間隔に形成される高周波電力導入窓２２に垂直な成分を最小にしている。これにより、合成された振動磁場では高周波電力導入窓２２に平行な成分を有する振動磁場３７が相対的に強くなるため、合成された振動磁場３７を高周波電力導入窓２２に平行に近づけ、プラズマの均一性を良好に保つことができる。
【００３１】
上記第１の実施例によるアンテナ３２に定常直流電流を流した場合に、生成される定常磁場の方向を図５に示し、定常磁場強度の分布を図６に示す。図５と図６において、２２は高周波電力導入窓、３２はアンテナ、３３は電流通路、３４は電流供給通路である。図５では矢印を用いてベクトルで定常磁場の方向を示している。図６では、濃淡（斜線の線の密度）の領域で区分けすることによって定常磁場強度を示している。各領域の濃度が濃くなるにつれて磁場の強度が高くなる。
【００３２】
プラズマ生成に実際に必要なのは、高周波電流により生成される振動磁場３７が誘起する誘導電場３８である。そこで、アンテナ３２に定常直流電流を流し、それによって生成される定常磁場の方向および強度分布を計算することで、誘導電場３８の均一性を予測する。
【００３３】
図５および図６では、一例として平面状アンテナ３２の寸法は160mm ×180mm の矩形として計算を行い、アンテナ３２の位置と高周波電力導入窓２２（例えば厚さ20mm）を計算結果に重ねて示している。図６で、最も濃い色で示した領域を、最大磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色が淡くなる（斜線の線密度が小さくなる）ごとに最大磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域である。
【００３４】
図５で、高周波電力導入窓２２より下の領域におけるアンテナ３２の直下では定常磁場の向きが高周波電力導入窓２２にほぼ平行になっている。さらに図６で高周波電力導入窓２２より下の領域におけるアンテナ３２の直下では、定常磁場強度はほぼ等しい。このことから、アンテナ３２により生成されるプラズマが良好な均一性であることが理解される。
【００３５】
大面積の基板を処理するためのプラズマの生成することに対しては、上記のアンテナ３２自体を大型化すること、またはアンテナ３２を複数個配置することにより対応することができる。単純に大型化されたアンテナ３２を用いる場合、各アンテナの個体差によるプラズマの均一性が問題となることが予想される。均一性の悪化を最小に抑えるためには、電流通路群を形成する電流通路３３の数を増やすことで対処できる。しかし、電流通路３３の数を増やすと、分岐数が増えることになるので各電流通路３３を流れる高周波電流が減少する。このため、各電流通路に流れる高周波電流により誘起される誘導電場が弱くなり、大面積のためのプラズマの生成効率は低下する。
【００３６】
しかし、複数個の規格化されたアンテナ３２の直列接続または並列接続の組合せでは、各アンテナ３２の配置を調整することにより、生成された大面積プラズマの均一性を容易に向上することができる。特に、直列にアンテナ３２を組み合わせた場合、大面積プラズマの生成効率の低下を最小に抑えることができる。
【００３７】
図７は本発明の第２の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例では、前述のアンテナ３２を４つ配置し、これらのアンテナ３２を電気的に接続する。詳しくは、図７において、上側の２つのアンテナ、下側の２つのアンテナで、それぞれ直列に接続し、かつ上側と下側では並列の接続となっている。このようにアンテナ３２を４つ配置することにより、大面積プラズマの生成に対応できる。本実施例では、それぞれ同一構造を有する前記アンテナ３２を４つ配置したが、アンテナの数を適宜増加することで、より大面積のプラズマの生成に容易に対応することできる。
【００３８】
図８は本発明の第３の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例では、４つのアンテナ３２を環状に配置して全体として広い面積領域に配置し、かつ４つのアンテナ３２をすべて直列に接続した場合の例を示す。この配置によって４つのアンテナ３２が形成する高周波電流導入窓２２に平行な振動磁場３７は閉じるように形成される。本実施例の構成によれば、第２の実施例と同様に、大面積プラズマの生成に対応することができる。
【００３９】
また上記構成において、各アンテナ３２の間に例えばコンデンサ４１を設け、隣合うアンテナ３２との間に適当な位相差を作ることによって、プラズマ中の電子を高周波電力導入窓２２に平行な平面内で回転させながら加速することができる。これにより、加速された電子が真空容器３１の内壁面に衝突してその運動エネルギが損失することを防ぐことができ、プラズマを容易に生成・維持できる。なおコンデンサ４１の代わりにコイルを用いてアンテナ３２間の位相差を作ることもできる。また本実施例では、それぞれ同一の構造を有するアンテナ３２を４つ配置したが、その数を適宜増加することで、より大面積のプラズマの生成に対応できる。
【００４０】
図９は上記第３の実施例によるアンテナ３２を備えたプラズマ処理でプラズマを生成した場合の電子の回転運動を示す。各アンテナ３２の間のコンデンサ４１により各アンテナ間の位相差をπ／２とした場合、各アンテナ３２が形成する誘導電場で強い誘導電界を持つ部分がπ／２ごとに移動する。このときの強い誘導電場の方向は、プラズマ中の電子をπ／２後に強い誘導電場が形成されるアンテナの方向に加速する方向である。誘導電場は、各アンテナ３２を設けている高周波導入窓２２と平行な平面内で回転する。プラズマ中の電子群４２は、回転する誘導電場により高周波電力導入窓２２と平行な平面内で回転する。これにより、プラズマ中の電子は、真空容器３１等との衝突による損失を最小に抑えることができ、プラズマの生成・維持を容易に行える。
【００４１】
図１０は本発明の第４の実施例を示す。この実施例では、第３の実施例で説明したアンテナの構造において、その外周にさらに複数のアンテナ３２を配置し、合計で１６個のアンテナを用いて構成している。本実施例によれば、第３の実施例で説明した原理と同一の原理によって大面積のプラズマを発生させることができる。
【００４２】
図１１は本発明の第５の実施例を示すアンテナ部分の外観斜視図である。この実施例によるアンテナ４３は、前述した各実施例の平面的形態のアンテナにおいて、各電流通路をコ字型にし、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離した構造を有する。アンテナ４３において４４はコ字型に折り曲げられた電流通路である。プラズマの生成および維持は、振動磁場で誘起される誘導電場３８により加速された電子の運動エネルギが反応ガスの分子または原子の励起することで、行われる。従って、処理チャンバ２１内に形成される誘導電場の強度を均一にすることで、良好な均一性を有するプラズマが生成される。本実施例によれば、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離すことで、処理チャンバ２１内に発生する振動磁場の均一性を良好にできる。
【００４３】
図１２と図１３に基づき第５の実施例に係るアンテナ４３の作用を説明する。図１２は図１１におけるＢ−Ｂ線の一部断面図、図１３は同図におけるＣ−Ｃ線の一部断面図である。本実施例に係るアンテナ４３の特徴は、前述のごとく、電流通路群によって処理チャンバ１２内に生成され合成された振動磁場を均一にするため、アンテナ４３の給電部すなわち電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から離したことにある。
【００４４】
本実施例の電流供給通路３４は各電流通路４４と垂直に交わる。このため、電流供給通路３４に流れる高周波電流で形成される振動磁場４５は、電流通路群に流れる高周波電流により形成される振動磁場における高周波電力導入窓２２に平行な成分３７と垂直になっている。また上記振動磁場４５は、給電点４６から遠い場所ほど弱くなっている。これは、図１３に示すごとく給電点４６から供給された高周波電流３５が矢印に示すごとく流れると、電流供給通路３４に流れる高周波電流は各電流通路４４によって分割して流れるため、給電点４６から離れるに従って少なくなるからである。従って、前述の実施例のアンテナ３２の場合には、給電点近傍の電流供給通路３４に流れる高周波電流によって形成される振動磁場が強いために、この近傍でのプラズマの密度が高くなる。これに対して本実施例のアンテナ４３の場合、電流供給通路３４に流れる高周波電流によって形成される振動磁場４５を処理チャンバ内で低く抑えることができる。この結果、高周波電力導入窓２２を通して処理チャンバ１２内に生成された振動磁場の均一性は良好となり、アンテナ４３の高周波電力導入窓２２に接した部分では均一なプラズマを生成することができる。
【００４５】
上記２つのアンテナ３２，４３の作用の違いを比較するために、アンテナ３２，４３を用いて定常磁場強度の計算を行った例を、それぞれ、図１４と図１５、図１６と図１７に示す。図１４と図１６は断面図、図１５と図１７は定常磁場強度の分布を示した平面図をそれぞれ示す。
【００４６】
図１４と図１５では、アンテナ３２に定常の直流電流を流した場合に生成される定常磁場強度の計算例を示す。平面状アンテナ３２の寸法は160mm ×180mm の矩形として計算を行い、アンテナ３２の位置を計算結果に重ねて記載した。この計算結果では、アンテナ３２を高周波電力導入窓２２に配置した状態においてアンテナ３２の下端から30mm離れた位置での定常磁場強度の分布を示している。図１５で定常磁場強度は濃淡（斜線の線の密度の違い）により示している。最も濃い色で示した領域を最大定常磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色の淡くなるごとに、最大定常磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域とした。全体として、最大磁場強度の領域４７は、２つの給電点４６を結ぶ対角線上に沿う形で分布しており、給電点４６の近傍で定常磁場強度が強くなっていることを示している。アンテナ３２の直下においても最大定常磁場強度の５割程度の定常磁場強度の減少が観察された。
【００４７】
図１６と図１７では、アンテナ４３に定常の直流電流を流した場合に生成される定常磁場強度の計算例を示す。アンテナ４３の高周波電力導入窓２２に設置した部分の寸法を160mm ×180mm の矩形として、電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から100mm 離した例を示す。アンテナ４３を高周波電力導入窓２２に配置した状態において、アンテナ４３の下端から30mm離れた位置での定常磁場強度の分布を示している。なお図１７では、アンテナ４３の配置も計算結果に重ねて記載した。磁場強度は濃淡により示している。最も濃い色で示した領域を最大定常磁場強度から１割減少するまでの位置とし、順次色の淡くなるごとに最大定常磁場強度の１割に相当する磁場強度の減少した領域とした。アンテナ４３の直下では、最大定常磁場強度の３割の定常磁場強度の減少に抑えられている。そして、最大定常磁場強度の領域は、給電点４６の近傍、または２つの給電点を結ぶ対角線上に偏らず、並列の直線電流通路群の各電流通路４４のほぼ直下に位置している。アンテナ３２が生成する磁場強度の均一性に比較して、アンテナ４３の有する形状に基づいて給電点４６の影響を最小限に抑えることができ、処理チャンバ１２内で磁場強度の均一性を向上できることが理解される。以上のことから、アンテナ４３によって生成されるプラズマは、アンテナ４３に比較して良好な均一性を有する。
【００４８】
なお第５の実施例によるアンテナ４３についても、より大面積のプラズマを生成するには、第２、第３または第４の各実施例と同様に、複数のアンテナ４３を組み合せることによって対応することができる。
【００４９】
図１８は本発明の第６の実施例のアンテナ部分の外観斜視図である。この実施例では、平面状アンテナ３２の電流通路群における直線電流通路３３のそれぞれにおいて、表面積を異ならせるように形成した。アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の中心軸（電流供給通路３４の中央の位置）上に設定された給電点（または接地点）５１から離れるに従って表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスがいずれも電流通路によらず等しくなるように表面積が決定される。
【００５０】
上記実施例で各電流通路の表面積は、高周波電力導入窓２２と接触する面の面積を変えることで変化させている。これにより電流通路群の各電流通路３３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。好ましくは、第５の実施例と同様に、電流通路群に交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナ３２の組み合せることで対応できる。
【００５１】
図１９に本発明の第７の実施例を示す。本実施例によるアンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の端部に設けられた給電点（または接地点）５１から離れるに従って表面積の広いものとし、アンテナ３２における給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、高周波電力導入窓２２と接触する面の面積を変えることで調整する。これにより電流通路群の各電流通路に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５２】
また第５の実施例と同様に、電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることも好ましい。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例の場合と同様に、複数のアンテナ３２を組み合せることで対応できる。
【００５３】
図２０に本発明の第８の実施例を示す。この実施例では、第７の実施例によるアンテナ３２を２つ組み合わせてなるアンテナを示す。この実施例のアンテナでは、図２０中の手前側の電流供給通路３４は２つのアンテナ３２の間で接続されている。この実施例でも、第５の実施例と同様に、電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、さらなる大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナの組み合せることで対応できる。
【００５４】
図２１と図２２に本発明の第９の実施例を示す。図２１はアンテナ部の外観斜視図、図２２は図２１におけるＤ−Ｄ線断面図である。この実施例では、平行な直線電流通路３３が並列配置された電流通路群を持つアンテナ３２において、各電流通路３３が、アンテナ３２の中心軸上にある給電点５１から離れるに従い表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路３３のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、高周波電力導入窓２２と垂直な方向に各電流通路の高さを変えることで調整される。これにより、電流通路群の各電流通路に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５５】
本実施例において、好ましくは、第５の実施例と同様に電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることでプラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることで対応できる。
【００５６】
図２３と図２４に本発明の第１０の実施例を示す。図２３はアンテナ部の外観斜視図、図２４は図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。本実施例では、アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路３３は、アンテナ３２の中心軸上にある給電点５１から離れるに従って表面積の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路３３のインピーダンスを等しくしている。各電流通路３３の表面積は、各電流通路の幅を変えることで調整される。なお図に示すように、各電流通路を折り曲げることでアンテナの高さを低くすることもできる。これにより電流通路群の各電流通路３３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができる。
【００５７】
本実施例の場合も、好ましくは、第５の実施例と同様に電流通路群と交わる電流供給通路３４を高周波電力導入窓２２から遠ざけることで、プラズマの均一性を向上させることができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることで対応できる。
【００５８】
図２５は本発明の第１１の実施例を示すアンテナ平面図である。本実施例による平面状アンテナ３２は、並列に配列された複数の曲線電流通路５２で構成される電流通路群を有する。アンテナ３２を構成する電流通路群の各電流通路５２は、給電点（または接地点）から離れるに従って幅の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路のインピーダンスを等しくしている。これにより、電流通路群の各電流通路５２に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくすることができ、均一性の良好なプラズマを生成することができる。
【００５９】
図２６は本発明の第１２の実施例を示すアンテナ平面図である。本実施例で、電流通路群を持つ平面状アンテナ３２は、電流通路群の各電流通路５３が、線状位置に配置された２つの電流供給通路３４を中心軸として両側に対称的に配置され、かつ各電流通路５３はコ字型に折曲され、さらに外側になるに従って幅の広いものとし、給電点から接地点までの各電流通路５３のインピーダンスが等しくなっている。これにより各電流通路５３に流れる高周波電流の大きさと位相を実質的に等しくし、均一性の良好なプラズマを生成することができる。また、より大面積のプラズマの生成には、第２、第３または第４の実施例と同様に複数のアンテナを組み合せることにより対応できる。
【００６０】
図２７は本発明の第１３の実施例を示すアンテナ平面図である。この実施例による平面状アンテナ５４では、放射状に配置された複数の電流通路５５から構成される電流通路群を備える。アンテナ５４は、点対称である放射状平面状アンテナであり、各電流通路５５は扇型の形状を有する。各電流通路５５は周縁部になるほど幅が広くなる。整合回路２３の２つの出力端子は、１つの出力端子がアンテナ５４の中心部に接続され、他の出力端子が複数の電流通路５５のそれぞれの周縁部に接続される。従って電流通路５５は放射状に配置されると共に、電気回路的には並列に接続されている。
【００６１】
本実施例のアンテナ５４の作用を説明するために、アンテナ５４の電流通路群の一部断面図を図２８に示す。アンテナ中央部からアンテナ５４に高周波電流を供給すると、放射状に配置された各電流通路５５には中心部から周縁部に向かって高周波電流が流れる。このため、放射状に配置された各電流通路５５の周囲に形成される振動磁場３６の回転方向は、同一の方向になる。また、放射状である各電流通路５５の間隔を一定とすることにより、当該間隔に生じる合成された振動磁場の高周波電力導入窓２２に垂直な成分を互いに打ち消すようにした。従って、放射状の各電流通路５５の周囲に形成された振動磁場３６を合成すると、高周波電力導入窓２２の面にほぼ平行な成分３７を持つ同心円状の振動磁場が形成される。放射状平面状アンテナ５４が高周波電力導入窓２２の上に設けた場合、振動磁場３６は高周波電力導入窓２２を透過し、真空容器３１内にて図２８に示す方向に同心円状の合成された振動磁場３７を発生させる。合成された振動磁場３７の時間変化は、誘導電場３８を誘起する。そして、この誘導電場３８は、反応ガス内に存在する電子を加速させ、合成された振動磁場３７を打ち消そうとする。加速した電子はプラズマを生成する。
【００６２】
図２９は本発明の第１４の実施例を示すアンテナ平面図であり、図２７に示したアンテナ５４を変形したものである。複数の電流通路が放射状となった電流通路群を持つアンテナ５４おいて、各電流通路５５の周縁先部がさらに２つの部分５５ａに分割された構造を有する。各電流通路５５の各部分５５ａが整合回路２３の１つの出力端子に接続される。プラズマの生成、維持の作用は、第１３の実施例の場合と同様である。しかし、第１３の実施例による放射状平面状アンテナ５４によって大面積プラズマを生成する場合には、電流通路群の各電流通路５５の幅は、点対称の中心から離れるに従って広くなっているため、各電流通路５５に流れる高周波電流の分布が不均一になる。従って、高周波電流が形成する合成された振動磁場の強度が同一半径上において不均一になる。各電流通路５５において高周波電流が多く流れる部分では振動磁場が強くなるために、生成されるプラズマの同一半径上での均一性の悪化を引き起こす。そこで、各電流通路５５の周縁部をさらに２つの部分５５ａに分割し、電流通路に流れる高周波電流の差を最小とする。これにより、各電流通路５５の末端に流れる高周波電流が均一となり、プラズマの同一半径上の均一性を向上させることができる。本実施例では、各電流通路５５は１箇所の分割としたが、より大面積のプラズマの生成に対しても数回分割することで対応できる。
【００６３】
図３０は本発明の第１５の実施例をアンテナ平面図である。本実施例によるアンテナ５６は、並列に配置された複数の電流通路５７を放射状でかつ部分的な渦形状を有するように形成した電流通路群を持ち、電流通路群の各電流通路５７が末端部になるに従ってさらに分割されている点対称な平面状アンテナである。プラズマの生成、維持は第１３の実施例と同様である。本実施例の各電流通路５７（分岐部分を含む）では一定範囲で幅を一定とするように形成されるため、同一半径上で振動磁場３６を均一に保つことができ、さらにプラズマの同一半径上の均一性を向上させることができる。また電流通路群の各電流通路５７は１箇所の分割としたが、より大面積のプラズマの生成に対しても数回分割することで対応できる。
【００６４】
前述した各実施例を任意に組み合せて本発明に係るアンテナを備えるプラズマ処理装置を構成できるのは勿論である。
【００６５】
【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、大口径の基板処理チャンバの電力導入窓部に設けたにアンテナを、電力を分割して通電する複数の分岐通電部を含んで形成し、複数の分岐通電部のそれぞれによって生成される振動磁場が電力導入窓部に実質的に平行になるようにしたため、合成された振動磁場で誘導電場を誘起し、被処理基板の処理におけるプラズマの大面積化と均一性の向上を容易に得ることができ、また占有体積を小さくすることができる。特に、矩形の平面状アンテナによる矩形領域のプラズマを発生させるプラズマ処理装置は、大型化が進行している液晶基板等の矩形基板のプラズマ処理に対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の内部構造を示す構成図である
【図２】プラズマ処理装置の高周波電力導入窓に設けられたアンテナの第１実施例を示す外観斜視図である。
【図３】図２における一部拡大平面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線一部拡大断面図である。
【図５】第１実施例のアンテナに定常直流電流を流したときのアンテナ周囲の定常磁場の生成状態を示す方向分布図である。
【図６】第１実施例のアンテナに定常直流電流を流したときのアンテナ周囲の定常磁場の強度状態を示す強度分布図である。
【図７】アンテナの第２実施例を示す平面図である。
【図８】アンテナの第３実施例を示す平面図である
【図９】第３実施例によるアンテナの作用を説明するための図である。
【図１０】アンテナの第４実施例を示す平面図である。
【図１１】アンテナの第５実施例を示す外観斜視図である。
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】第１実施例のアンテナの一例を示す断面図である。
【図１５】図１４で示したアンテナによる定常磁場強度の分布を示す図である。
【図１６】第５実施例のアンテナの一例を示す断面図である。
【図１７】図１６で示したアンテナによる定常磁場強度の分布を示す図である。
【図１８】アンテナの第６実施例を示す外観斜視図である。
【図１９】アンテナの第７実施例を示す外観斜視図である。
【図２０】アンテナの第８実施例を示す外観斜視図である。
【図２１】アンテナの第９実施例を示す外観斜視図である。
【図２２】図２１におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図２３】アンテナの第１０実施例を示す外観斜視図である。
【図２４】図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図２５】アンテナの第１１実施例を示す平面図である。
【図２６】アンテナの第１２実施例を示す平面図である。
【図２７】アンテナの第１３実施例を示す平面図である。
【図２８】第１３実施例のアンテナの作用を説明するための部分断面図である。
【図２９】アンテナの第１４実施例を示す平面図である。
【図３０】アンテナの第１５実施例を示す平面図である。
【図３１】従来のＥＣＲプラズマ処理装置の構成図である。
【図３２】ＴＣＰ処理装置の構成図である。
【図３３】ＴＣＰ処理装置に使用されるアンテナの平面図である。
【符号の説明】
１２                     処理チャンバ
１３                     反応ガス
１７                     基板保持機構
１８                     基板
２２                     高周波電力導入窓
３１                     真空容器
３２，４３               アンテナ
５４，５６               アンテナ  
３３，４４               電流通路
５２，５３               電流通路
５５，５７               電流通路
３４                     電流供給通路
３５                     高周波電流
３６，３７               振動磁場
３８                     誘導電場
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003640420.tif 000007
【図７】
0003640420.tif 000008
【図８】
0003640420.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003640420.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003640420.tif 000013
【図１３】
0003640420.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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