(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（イ）〜（ハ）を備えていて、（ニ）及び（ホ）の特徴を有するプラズマ処理装置。
（イ）ガス導入系を接続できて、真空排気系につながる排気口を備えている、少なくとも一部が導電性の真空容器。
（ロ）前記真空容器の内部に配置された基板ホルダー。
（ハ）プラズマを発生させるための交流電力を前記真空容器の内部に導入するための電力導入部であって、次の（ａ）及び（ｂ）の特徴を備えた電力導入部。
（ａ）この電力導入部は誘電体を備えていて、この誘電体の少なくとも一部は前記真空容器の内部空間に露出している。
（ｂ）前記誘電体の前記露出した部分は、プラズマ処理時の位置にある前記基板ホルダーの基板載置面からは見えない位置にあり、かつ、前記基板載置面と前記排気口との間に位置している。
（ニ）前記電力導入部は実質的に円環形状のアンテナを含み、このアンテナと真空容器の内部空間との間に前記誘電体が存在し、前記アンテナに高周波電力が供給される。
（ホ）前記電力導入部と前記基板ホルダーとの間に排気用の隙間が形成され、前記誘電体の前記露出した部分は、前記隙間に近づくにつれて排気方向に傾斜している。
【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、プラズマを発生させる交流電力を真空容器の内部に導入する構造に特徴があるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は誘電結合型のプラズマ発生装置を有する従来のプラズマ処理装置の正面断面図である。真空容器は下部容器１０と上部容器１２からなり、両者は互いに連通している。概略円筒形状の下部容器１０は金属製である。上部容器１２は放電容器となっており、その側壁は誘電体製の電力導入窓１４になっている。電力導入窓１４は例えば内径３６２ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒形状である。電力導入窓１４の周囲には、これを取り囲むように、ほぼ環状（ループ状）のアンテナ１８が配置されている。上部容器１２の上板１６は金属製で接地されている。真空容器の内部は排気口２０から排気される。処理ガスは上板１６に接続されたガス導入系２２から導入される。被処理基板２６は基板ホルダー２４の上に載っている。基板ホルダー２４がプラズマ処理時の位置にあるときは、その表面（基板２６を載せる面）は、上部容器１２の下端（下部容器１０に連通する部分）の近傍に位置している。
【０００３】
図１７のプラズマ処理装置は次のように用いる。真空容器の内部に処理ガスを導入して１００Ｐａ以下の所望の放電圧力に維持する。その状態で、アンテナ１８に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、電力導入窓１４を通して電力を上部容器１２の内部に供給する。これにより、上部容器１２内にプラズマが発生する。プラズマ中の活性種は、基板ホルダー２４に載っている基板２６の表面を処理する（例えば、エッチングしたり成膜したりする）。
【０００４】
図１９は図１７の装置で用いているアンテナ１８の斜視図である。このアンテナ１８は実質的に環状であり、その一部に給電部としての切れ目を入れてある。アンテナ１８の横断面形状は水平方向に細長い矩形である。この横断面の上下方向の寸法ａは２ｍｍ、水平方向の寸法ｂは１５ｍｍである。上下方向の寸法ａは、円筒形状の電力導入窓の中心軸に平行に測った寸法であり、アンテナ幅と呼ぶことができる。水平方向の寸法ｂは、電力導入窓の中心軸に垂直に測った寸法であり、アンテナ厚みと呼ぶことができる。
【０００５】
アンテナ１８を用いてプラズマを生成する場合、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を用いると、ほぼ完全な誘導結合によりプラズマが生成される（特開平８−２０３６９５号公報を参照）。このアンテナ１８は、上部容器１２内のプラズマに向かい合う内周面の部分の面積が小さいので（すなわち、アンテナ幅ａが小さいので）、ほぼ完全な誘導結合のみによってプラズマ生成が実現され、効率的なプラズマ生成が可能となる。
【０００６】
図１８は図１７の装置において基板交換をするときの状態を示す正面断面図である。基板ホルダー２４を下げてから、ゲートバルブ２８を開いて基板搬入出口３０を開放し、適当な基板搬送装置（図示せず）を用いて基板２６を交換する。誘電体製の電力導入窓１４には基板搬入出口３０を設けることが困難であるから、このように下部容器１０に基板搬入出口３０を設けて、基板ホルダー２４を下げてから基板２６を交換する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、真空容器中でプラズマ処理を行うと真空容器の内壁面に膜が堆積する。例えば、基板上の酸化膜をエッチングをする場合には、フロン系の処理ガスを用いるので有機系の膜が堆積する。また、ＣＶＤプロセスでは、基板以外の部分にも膜が堆積する。真空容器の内壁面に堆積した膜は、真空容器の内壁面の温度が変化すると剥離しやすくなる。その理由は、堆積膜の熱膨張係数が真空容器の内壁面の熱膨張係数と異なることに起因して、真空容器の内壁面の温度が変化すると堆積膜に応力が発生するからである。剥離した堆積膜は真空容器内に落下して、ゴミの原因となる。堆積膜の応力による剥離を防ぐためには、真空容器を一定温度に加熱維持する必要がある。
【０００８】
図１７に示すプラズマ処理装置では、高周波電力を導入するための電力導入窓１４は不可欠であるが、この電力導入窓１４は誘電体でできているので、金属製の下部容器１０に比べて、所定温度に均一に加熱することが難しい。電力導入窓１４の加熱方法としては、抵抗加熱や、光加熱、液体による加熱などが考えられる。しかし、電力導入窓１４の近傍では高周波の電界が強くなっているので、抵抗加熱や、ランプによる光加熱の場合には、その電気回路が高周波の電界を乱すとともに、高周波電力が加熱用電気回路に重畳されて電気回路を損傷させるおそれがある。また、誘電体として一般的な石英ガラスを用いると、この石英ガラスは赤外領域の光のほとんどを透過するので、光を用いた加熱方法では加熱効率が悪くて、均一な加熱が難しい。液体を用いた加熱方法では、電力導入窓を二重構造にしてその隙間に液体を流して電力導入窓の温度制御を行うことになるが、液体の漏洩の危険性があり、電力導入窓の構造も複雑になる。このように、誘電体製の電力導入窓を均一に加熱するのは容易ではない。電力導入窓を均一に加熱できなければ、電力導入窓の内壁面に堆積した膜が、応力によって剥離する危険性が増大する。
【０００９】
電力導入窓は、基板の大面積化に伴い大面積化の傾向にあるため、電力導入窓には温度勾配が発生しやすくなる。この温度勾配も堆積膜の剥離をし易くする原因になる。さらに、誘電体製の電力導入窓が大型化すると、破損の危険性も増大する。
【００１０】
結局、従来のプラズマ処理装置では、誘電体製の電力導入窓の内壁面に膜が堆積してしまうと、この堆積膜の剥離を防ぐのが難しい。
【００１１】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電力導入窓に堆積した膜が剥離しても、これが基板に対するゴミとならないプラズマ処理装置を提供することにある。本発明の別の目的は、ゴミの少ない経済効率の良いプラズマ処理装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、放電容器のところで基板交換が可能な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】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを発生させるための交流電力を真空容器の内部に導入するための電力導入部に特徴がある。この電力導入部は誘電体を備えていて、この誘電体の少なくとも一部は真空容器の内部空間に露出している。そして、この誘電体の露出した部分は、プラズマ処理時の位置にある基板ホルダーの基板載置面からは見えない位置にあり、かつ、基板ホルダーの基板載置面と真空容器の排気口との間に位置している。
【００１３】
電力導入部の誘電体の部分をこのような位置に配置すると、基板から見える真空容器の部分を金属材料で作ることができる。この金属製の真空容器部分は、所望の温度に加熱維持することが容易なので、この真空容器部分に膜が堆積しても、この堆積膜に膜応力が発生しない。ゆえに、この真空容器部分からは堆積膜が剥がれにくくなる。一方で、電力導入部の誘電体の部分に堆積した膜は、上述の金属製の真空容器部分に比べれば、温度変化に起因して生じる膜応力によって剥がれやすくなる。しかし、電力導入部は、基板からは見えない位置にあり、かつ基板よりも下流側に位置しているので、電力導入部の堆積膜が剥がれても、これが基板に落下することはなく、基板に対するゴミとして悪影響を及ぼすことがない。
【００１４】
また、基板から見える部分の真空容器部分を金属で作ると、この部分に基板の搬入出口を設けるのも容易になる。このような位置に基板搬入出口を設ければ、基板ホルダーをプラズマ処理時の位置に保ったままで基板交換が可能になる。したがって、基板ホルダーの移動機構が不要になり、基板ホルダーを簡略化できる。
【００１５】
さらに、電力導入部の誘電体を真空容器の一部（真空封止部分）として利用する場合には、従来装置と比較して、真空容器の一部としての誘電体の面積を小さくできる。したがって、誘電体が破損する危険性が少なくなり、安全性が向上する。また、電力導入部を取り外さなくても、金属製の真空容器部分を開放するだけで、真空容器の内部の保守作業が可能になる。すなわち、取り扱いに注意を要する電力導入部の着脱をしなくて済むという点で保守作業が容易になる。
【００１６】
本発明を導入ガスの流れ方向の観点から表現すると次のようになる。ガス導入系から導入された導入ガスが真空容器の内部を流れるときの流れの方向に沿って上流と下流を定義すると、電力導入部の誘電体が真空容器の内部空間に露出している部分よりも上流側に基板ホルダーの基板載置面が存在し、上記露出部分よりも下流側に排気系への排気口が存在している。
【００１７】
電力導入部の代表的な構成は次の通りである。電力導入部は実質的に円環形状のアンテナを含み、このアンテナと真空容器の内部空間との間に誘電体が存在している。このアンテナに高周波電力が供給される。アンテナは、誘電体の内部に埋め込んでもよいし、誘電体製の窓の大気側に配置してもよい。そして、前記電力導入部と前記基板ホルダーとの間に排気用の隙間が形成され、前記誘電体の前記露出した部分は、前記隙間に近づくにつれて基板ホルダーの基板載置面から離れる方向に、すなわち排気方向に、傾斜している。このように傾斜させることで、処理ガスの溜りができにくくなり、処理ガスの流れがスムーズになる。処理ガスの流れがスムーズになれば、それだけ真空容器の内壁に堆積する膜も少なくなり、ゴミの発生が少なくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、特許請求の範囲を補正したことにより、以下の実施例中には、補正後の特許請求の範囲に含まれないものもあるが、出願当初の明細書に記載した通りに実施例として記載している。図１は、本発明の第１の実施形態の正面断面図であり、図２はその一部を切り欠いて示した斜視図である。真空容器は下部容器３２と電力導入部３４と上部容器３６からなり、これらは互いに連通している。電力導入部３４と上部容器３６とで放電容器を構成している。概略円筒形状の下部容器３２は金属製である。電力導入部３４は円環形状であり、放電容器の下方部分を構成している。真空容器の内部には基板ホルダー３８が配置されていて、処理対象である基板２６は基板ホルダー３８の上に載せられる。基板ホルダー３８の表面（基板２６を載せる面）の高さ位置は、電力導入部３４の最上部の高さよりも高い位置にある。放電容器の内部では、電力導入部３４から供給される高周波電力によって放電が生じ、プラズマが発生する。
【００１９】
基板ホルダー３８にはバイアス電圧を印加できるようにしてもよい。バイアス電圧としては、直流バイアス電圧だけ、交流バイアス電圧だけ、直流バイアス電圧と交流バイアス電圧の併用、の３種類のうちのどれかを採用できる。また、基板ホルダー３８には基板温度を調整するための温度調整機構を設けてもよい。
【００２０】
上部容器３６は金属製であり、下部容器３２と同様に接地電位である。上部容器３６の上板にはガス導入系４０が接続されている。このガス導入系４０の先端にはシャワーヘッド状のガス吹き出し口を設けるのが好ましい。ガス導入系４０は上部容器３６の側壁に接続することもできる。上部容器３６の側壁の大気側にはヒータ４２を設けてある。このヒータ４２により、上部容器３６の内壁面を所望温度（例えば７０℃以上の適当な温度）に加熱維持することができる。
【００２１】
上部容器３６の内部は、電力導入部３４と基板ホルダー３８の間の環状の隙間３７を通して下部容器３２の内部とつながっている。ガス導入系４０から供給された処理ガスは、上述の環状の隙間３７を通して下部容器３２内に導かれて、排気口４４から排気される。これにより、上部容器３６の内部が所望の減圧状態に維持される。
【００２２】
電力導入部３４は、実質的に環状の（一部に切れ目を有する）アンテナ４６を内蔵している。図３は電力導入部３４の一部を切り欠いて示した斜視図である。この電力導入部３４は、実質的に環状のアンテナ４６を、横断面が矩形をした環状の誘電体４８（例えばアルミナ等のセラミックス）の内部に埋め込んだものである。そして誘電体４８の表面を導電性（すなわち金属製）の覆い５０で覆っている。覆い５０は誘電体４８の内周面と外周面と底面とを覆っている。誘電体４８の上面は放電空間内に露出している。覆い５０は、真空容器の一部として組み立てられた状態では、上部容器３６及び下部容器３２に接触していて、接地電位となっている。したがって、この電力導入部３４は、覆い５０の存在しない方向すなわち上方に向かって高周波電力を真空容器の内部に供給することになる。アンテナ４６には切れ目があり、この切れ目のところに二つの端子５２が接合されている。これらの端子５２は半径方向外方に延びていて、プラズマ発生用の電源に接続されている。端子５２の付近では、覆い５０が部分的に取り除かれていて誘電体４８が外周面に露出している。この電力導入部３４の寸法は、内径が３４０ｍｍ、外径が５００ｍｍ、高さが８０ｍｍである。
【００２３】
図４（Ａ）は電力導入部３４の横断面の拡大断面図である。誘電体４８の上面（真空容器の内部空間に面している表面）とアンテナ４６の上端との距離Ｈは、放電特性に影響を与える。距離Ｈを短くすると、強い電界を真空容器内に発生できるので、効率の良い放電を行うことができる。一方で、距離Ｈを短くすることについては次のような制約がある。プラズマ５６が発生すると、誘電体４８の上面には負電圧のシース５４が形成される。負シース５４の厚みｔはプラズマ密度に依存している。この厚みｔは、アンテナ４６とプラズマ５６との間の容量結合に影響を与え、整合条件を変化させる。アンテナ４６とプラズマ５６の間の距離（Ｈとｔの合計値にほぼ等しい）のうち、負シース５４の厚みｔの占める割合が相対的に小さくなれば、厚みｔが多少変化しても、アンテナ４６とプラズマ５６の間の距離（Ｈ＋ｔ）の変化割合は比較的少なくて済む。したがって、距離Ｈをある程度大きくしておけば、負シース５４の厚みｔが多少変化しても整合条件はあまり変化しなくなる。そこで、安定した放電を得るためには、距離Ｈは５ｍｍ以上とするのが好ましい。なお、距離Ｈはどんなに大きくしても、アンテナ４６と覆い５０（接地電位）との最短距離までである。距離Ｈがアンテナ４６と覆い５０の最短距離よりも大きくなると、アンテナ４６とプラズマ５６との電気的結合よりも、アンテナ４６と覆い５０との電気的結合の方が強くなってしまい、効率良くプラズマ５６に電力を供給することが不可能になってくるからである。アンテナ４６と覆い５０との距離は、実際上はプラズマ処理装置の大きさの制約から自ずと定まってくるものであり、通常は数十ｍｍ程度である。
【００２４】
この実施形態では誘電体４８を一体型としているが、図４（Ｂ）に示すように、誘電体４８の上に別の円環形状の誘電体５８を重ねるようにしてもよい。この誘電体５８は、安定な放電を得るための距離を確保する役割を果たす。
【００２５】
図４（Ａ）に戻って、アンテナ４６の横断面は矩形であり、その水平方向の寸法ａがアンテナ幅である。この狭いアンテナ幅の部分がプラズマに対向することになる。効率的なプラズマ生成を行うためには、電力導入部３４の横断面において、誘電体４８の水平方向（すなわち半径方向）の寸法における中心位置にアンテナ４６を配置するのが好ましい。この実施形態では、アンテナ４６の内径は４２０ｍｍ、外径は４２２ｍｍ、高さ（アンテナの厚み）は２０ｍｍである。アンテナ幅ａは２ｍｍである。一般的には、アンテナの厚みはアンテナ幅の３倍以上にするのが好ましい。この実施形態ではアンテナの厚みはアンテナ幅の１０倍になっている。
【００２６】
上述の構成を有するプラズマ処理装置は、次のように使用する。図１において、真空容器の内部を排気系で排気し、所定の真空状態にする。その後、ガス導入系４０から処理ガスを上部容器３６内に導入し、同時に排気系で排気して、所望の減圧状態（例えば、１００Ｐａ以下の圧力）に保つ。次に、プラズマ発生用の電源からアンテナ４６に高周波電力を供給して、上部容器３６の内部にプラズマを生成する。高周波電力は、主として誘電体４８の上面近傍の処理ガスの粒子を活性化させてプラズマを生成する。生成されたプラズマは、上部容器３６内で拡散して、基板ホルダー３８上の基板２６の表面に達する。基板２６の表面はプラズマ中の活性種により処理される（エッチングされたり成膜されたりする）。
【００２７】
このようなプラズマ処理装置において、基板２６の表面からは、金属製の上部容器３６の内壁面だけが見えて、電力導入部３４を見ることはできない。上部容器３６の内壁面は一定温度に維持されているので、上部容器３６の内壁面に膜が堆積しても、この堆積膜は剥がれにくい。すなわち、上部容器３６の内壁面の温度変化が小さいので、堆積膜と上部容器との熱膨張係数の差に起因する膜応力があまり発生せず、堆積膜は剥離しにくい。これに対して、電力導入部３４は温度制御をしていないので、電力導入部３４の放電空間への露出面（特に誘電体４８の上面）に堆積した膜は、膜応力により剥離しやすい。しかしながら、電力導入部３４は基板２６の表面からは見えない位置にあるので、電力導入部３４から堆積膜が剥離したとしても、その剥離物が基板表面に落下することがなく、基板表面に対するゴミとして悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
プラズマ処理装置のように高密度プラズマを利用する装置では、供給ガスが過度に解離したときに生成されるガス分子が問題になることがある。例えば、シリコン酸化膜のエッチングで用いるＣ4Ｆ8ガスでは、ＣＦ、ＣＦ2といった高解離の活性種が多く発生する。シリコン酸化膜のエッチングの化学反応式によれば、Ｃ：Ｆの成分比が１：４であることが望ましいが、高解離の活性種ではＣ/Ｆの比率が大きいので、エッチングのための理想的な比率から外れている。したがって、上述の高解離の活性種が増えると、エッチング反応の際に、Ｃの多い堆積膜が逆に形成されてしまう。この高解離の活性種は真空容器の内壁面にも堆積する。ゆえに、高解離の活性種を抑制することは、真空容器の内壁面の堆積膜を減少させることにつながり、ゴミを減少させることになる。
【００２９】
高解離の活性種は次のようなメカニズムで発生すると考えられる。電力導入部３４の誘電体４８の上面近傍は、高周波電力が実際に供給される領域であり、この領域の電子は、処理ガスの分子の結合エネルギーを超える高いエネルギーを有している。このような電子が処理ガスを高度に解離して、高解離の活性種を発生させている。活性種は、荷電粒子と中性粒子とに大別されるが、プラズマ中では、中性粒子密度の方が荷電粒子密度よりも大きい。荷電粒子は、主としてプラズマの空間電位の差（電気的なポテンシャルの差）によって拡散し、一方で、中性粒子は、１Ｐａ程度よりも高い圧力ではガスの流れや圧力差の影響を受ける。この実施形態では、電力導入部３４は基板ホルダー３８の基板載置面（上面）よりも排気側に（図面では下側に）配置されているので、電力導入部３４の近傍で発生した高解離のガス分子は、基板２６の方向に拡散することなく、処理ガスと共に排気されやすい。したがって、高解離のガス分子が基板２６に到達する確率は低くなる。
【００３０】
この実施形態では、真空容器の一部を兼ねた誘電体４８の、真空容器内部に露出する面積は、図１７に示す従来のプラズマ処理装置と比較して小さくできる。したがって、真空容器の一部を兼ねた誘電体を小さくすることができ、誘電体が破損する危険性が小さくなり、安全性が向上する。
【００３１】
プラズマ処理装置は、実際の使用に際しては保守作業も必要である。図１７に示した従来のプラズマ処理装置では、保守作業の際に、誘電体の電力導入窓１４の取り外し・取り付けをする必要があり、その取り扱いには十分注意しなければならない。これに対して、図１に示す本実施形態のプラズマ処理装置では、上部容器３６を取り外すだけで放電容器の内部の保守作業が可能になり、保守作業が容易になる。
【００３２】
本実施形態の電力導入部３４では、図３に示すように、誘電体４８の上面がすべて、放電容器の内部空間に露出している。しかし、放電効率が低下しない程度に、誘電体４８の上面の一部をさらに導電性の覆い５０で覆っても構わない。すなわち、誘電体４８の上面の内周側と外周側とを導電性の覆い５０で覆って、誘電体４８の上面の半径方向の中央部分だけを円環状に露出させるようにしてもよい。その際、誘電体４８の円環状の露出部分の半径方向の露出幅は、アンテナ幅ａの２倍以上にするのが好ましい。
【００３３】
本実施形態のアンテナ４６の横断面の形状は、図４（Ａ）に示すように矩形であるが、これを図４（Ｃ）に示すように、上端が鋭角のナイフ状にしてもよい。こうすると、アンテナ４６ａとプラズマとの間の容量結合はさらに小さくなる。アンテナの形状は本発明の本質に関わるものではないから、これ以外にも、アンテナの形状はさまざまに変更できて、そのようにしても本発明の効果は失われない。
【００３４】
次に、基板の搬入出について述べる。図５は図１のプラズマ処理装置において基板搬入出口が見えるように切断した側面断面図である。上部容器３６の側壁には基板搬入出口５９が設けられている。ゲートバルブ６０を開くことで、適当な基板搬送装置を用いて基板２６を搬入出することができる。このように、上部容器３６に基板搬入出口５９を設けることで、基板ホルダー３８をプラズマ処理を行うときと同じ位置に保ったままで、基板２６の搬入出が可能になる。したがって、基板ホルダー３８の昇降装置は不要になり、基板ホルダー３８を簡略化できる。
【００３５】
図６は本発明の第２の実施形態の正面断面図である。ただし、放電容器とその近傍だけを示している。この第２の実施形態は、上部容器の上部の形状と電力導入部の構造とが第１の実施形態と異なっている。それ以外の部分は第１の実施形態と同じである。上部容器３６ｂの上部はドーム形状（すなわち、丸天井）になっている。また、電力導入部３４ｂは、その横断面形状において、その上面（すなわち誘電体４８ｂの表面）が中心に向かって下がるように（すなわち、中心に近づくにつれて基板ホルダーの基板載置面から離れる方向に）傾斜している。処理ガスはガス導入系４０からシャワー状に導入され、基板には常に新しい処理ガスが供給される。上述のように上部容器３６ｂをドーム形状にし、かつ、電力導入部３４ｂの上面を傾斜させたことにより、放電容器の内部空間には、直角に交差するような隅部がなくなった。これにより、処理ガスの溜りができにくい。これに対して、図１に示す第１の実施形態では、上部容器３６の側壁とその上板との交差個所や、電力導入部３４の上面と上部容器３６の側壁との交差個所において、直角に交差する隅部があるので、この部分に処理ガスの渦ができやすい。したがって、処理ガスの溜りができやすい。第２の実施例は第１の実施例と比較して、処理ガスの流れがスムーズであり、処理ガスが効率的に交換される。さらに、上部容器３６ｂの側壁に補助用のガス導入口を設けてガスの流れを矯正するようにしてもよい。こうすると、処理ガスの交換がさらにスムーズになる。処理ガスの流れがスムーズになれば、それだけ真空容器の内壁に堆積する膜も少なくなり、ゴミの発生が少なくなる。
【００３６】
図４（Ｄ）は図６の第２の実施形態で使用している電力導入部３４ｂの横断面形状を拡大して示したものである。誘電体４８ｂの上面（すなわち、電力導入部３４ｂの上面）は中心に向かって（図の右側に向かって）下がるように傾斜している。アンテナ４６ｂの横断面の形状は２ｍｍ×２０ｍｍの矩形であり、その長手方向は誘電体４８ｂの表面に対して垂直になっている。アンテナ４６ｂの上端から誘電体４８ｂの表面までの距離は、図４（Ａ）の場合と同様に、５ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００３７】
図７は本発明の第３の実施形態の正面断面図である。ただし、放電容器とその近傍だけを示している。この第３の実施形態は、電力導入部の構造だけが第２の実施形態と異なっている。それ以外の部分は第２の実施形態と同じである。電力導入部３４ｃは、その横断面形状において、その上面が、下に凸の曲線となっており（３次元的には曲面になっている）、この曲線が、全体として中心に向かって下がるように傾いている。この実施形態では、図６に示す第２の実施形態よりもさらに渦の発生が少なくなり、処理ガスの流れがスムーズになる。図４（Ｅ）は図７の第３の実施形態で使用している電力導入部３４ｃの横断面形状を拡大して示したものである。誘電体４８ｃの上面（すなわち、電力導入部３４ｃの上面）は曲面となっている。アンテナ４６ｃの横断面の形状は２ｍｍ×２０ｍｍの矩形であり、その長手方向は誘電体４８ｃの表面の接線に対して垂直になっている。アンテナ４６ｃの上端から誘電体４８ｃの表面までの距離は、図４（Ａ）の場合と同様に、５ｍｍ以上にするのが好ましい。
【００３８】
この実施形態のように電力導入部３４ｃの上面を曲面にすることで、クリーニングガスを用いたクリーニングが容易となる。クリーニングに要する時間は、クリーニングガス粒子が最も到達しにくい領域（電力導入部３４ｃの上面と上部容器３６ｃの側壁とが交差する隅部８６）でのクリーニング効率によって決定される。図７に示す第３の実施形態では、電力導入部３４ｃの上面を、曲率の大きな曲面にすることで、図６に示す第２の実施形態よりも、上述の隅部８６でのクリーニングガス粒子の到達率を向上させることができ、クリーニング速度を高めることができる。
【００３９】
図８は本発明の第４の実施形態の正面断面図である。ただし、放電容器とその近傍だけを示している。この第４の実施形態は、電力導入部の構造だけが第３の実施形態と異なっている。それ以外の部分は第３の実施形態と同じである。電力導入部３４ｄの上面の形状は、図７に示す第３の実施形態と同じである。したがって、処理ガスの流れは良好である。ただし、アンテナを誘電体に埋め込む代わりに、板状の電力導入窓６２を用いている。図４（Ｆ）は図８の第４の実施形態で使用している電力導入部３４ｄの横断面形状を拡大して示したものである。電力導入窓６２は、下に凸の曲面となっている曲面板である。その厚さは例えば５ｍｍである。電力導入窓６２の下側にアンテナ４６ｄが配置されている。電力導入窓６２で真空封止がされているので、アンテナ４６ｄは大気中に配置されている。アンテナ４６ｄの形状は図４（Ｅ）に示すものと同じである。アンテナ４６ｄは、その周方向の数箇所において、誘電体製の台座６４で支持されている。台座６４の材料としては例えばポリテトラフルオロエチレン（ＲＴＦＥ）を用いる。誘電体の内部にアンテナを埋め込む場合と比較して、本実施例のように電力導入窓を用いると、電流導入部を安価に製作できる。
【００４０】
図９は本発明の第５の実施形態の正面断面図である。ただし、放電容器とその近傍だけを示している。この第５の実施形態は、磁場印加機構を設けた点だけが第３の実施形態と異なっている。それ以外の部分は第３の実施形態と同じである。この第５の実施形態では、放電容器（上部容器３６ｃと電力導入部３４ｃとから構成される）を取り囲むように磁場印加機構を設けてある。この磁場印加機構は三つのコイル６６で構成されている。この磁場印加機構を用いて、磁場強度がゼロとなる円環形状の領域を作ることができる。この領域はＮＬ（Neutral Line）と呼ばれている。三つのコイル６６のそれぞれを直流電源に接続して、各コイルに流す電流を調整することで、磁場強度及び磁場方向を制御することができ、これによって、上述のＮＬの形状及び位置を変更できる。そして、アンテナ４６ｃの近傍に上述のＮＬ領域がくるように調整して、放電を行う。放電空間内に磁場を印加すると、放電容器の内壁面でプラズマ中の粒子が消滅するのを抑制することができ、効率的にプラズマを維持できる。
【００４１】
上述の第５の実施形態では、三つのコイル６６を用いてＮＬを形成する例を示したが、他の磁場形状を形成したり、他の磁場印加手法を用いたりすることもできる。例えば、磁石を用いて放電容器の内壁面近傍に複数のラインカスプ磁場（すなわち、バケット磁場）を形成してプラズマの効率的な維持を図ることも可能である。
【００４２】
図１０は本発明の第６の実施形態の正面断面図である。これまでに説明した第１〜第５の実施形態では、電力導入部と基板ホルダーの間に排気用の隙間を形成しているが、第６の実施形態では、電力導入部３４ｅと上部容器３６ｅの間に排気用の隙間８０を形成している。電力導入部３４ｅの内周面は基板ホルダー３８ｅの外周面に固定されていて、電力導入部３４ｅは基板ホルダー３８ｅを隙間なく取り囲んでいる。電力導入部３４ｅの外周は下部容器３２ｅに固定されている。電力導入部３４ｅの上面は基板ホルダー３８ｅの上面よりも低い位置にある。処理ガスはガス導入系４０からシャワー状に供給される。処理ガスは基板２６に到達した後、放電容器の中心部から外周部に向かって流れて行く。そして、放電空間の最外周で排気されて行く。したがって、放電容器の内壁面の近傍ではガスの渦が発生しにくく、効率的な処理ガスの交換が行われる。
【００４３】
図１１は図１０のプラズマ処理装置で使用している電力導入部３４ｅの一部を切り欠いて示した斜視図である。実質的に環状のアンテナ４６ｅは環状の誘電体４８ｅの内部に埋め込まれている。誘電体４８ｅの内周面と外周面は導電性の覆い５０ｅで覆われている。この電力導入部３４ｅは誘電体４８ｅと覆い５０ｅの間で真空封止されている。アンテナ４６ｅの端子５２ｅは誘電体４８ｅから下側（大気側）に突き出ている。高周波電力は、下部容器３２ｅの下側から端子５２ｅを介してアンテナ４６ｅに供給され、さらに、誘電体４８ｅの上面から放電容器内に供給される。この実施形態では、電力導入部３４ｅの上面を水平面にしているが、処理ガスの流れを円滑にするために、外側に向かって下がって行くように上面を傾斜させてもよい。その場合に、電力導入部の上面を、横断面形状において、直線状にしてもよいし、曲線状にしてもよい。
【００４４】
図１２は本発明の第７の実施形態の正面断面図である。この実施形態では、電力導入部３４ｆの外周と上部容器３６ｆの間に隙間８２を形成すると共に、電力導入部３４ｆの内周と基板ホルダー３８ｆの間にも、排気用の隙間８４を形成している。電力導入部３４ｆの外周は複数の支持部６８（図１３を参照）によって上部容器３６ｆの内壁面に固定されている。この実施形態では、上述の第６の実施形態と同様に、放電空間の最外周で発生しやすい処理ガスの渦を抑制することができる。さらに、電力導入部３４ｆの内外周で排気できるので、電力導入部３４ｆの近傍での処理ガスの排気を効率的に行うことができる。
【００４５】
図１３は図１２のプラズマ処理装置で使用している電力導入部３４ｆの一部を切り欠いて示した斜視図である。この電力導入部３４ｆは、実質的に円環形状のアンテナ４６ｆを誘電体４８ｆの内部に埋め込んだものである。誘電体４８ｆの内外周は導電性の覆い５０ｆで覆われている。覆い５０ｆの外周面には、複数の支持部６８が周方向に間隔をおいて固定されており、この支持部６８の外周面が上部容器３６ｆの内壁面に固定されている。アンテナ４６ｆの端子５２ｆの近傍には、支持部７０があって、この支持部７０の内部には誘電体４８ｆが埋め込まれている。したがって、端子５２ｆは上部容器３６ｆからは絶縁されている。支持部６８を省略して、支持部７０だけで電力導入部３４ｆを上部容器に固定するようにしてもよい。この実施形態では、電力導入部３４ｆの上面を水平面にしているが、処理ガスの流れを円滑にするために、上面の内周端と外周端を直線状または曲線状に下向きに傾斜させることもできる。
【００４６】
これまで説明してきた実施形態では、実質的に１巻きのアンテナをひとつだけ用いた誘導結合の例を示した。しかし、これ以外にも、渦巻き状のアンテナを用いてもよいし、実質的に１巻きで直径の異なる複数のアンテナを並列に結合させたものを用いてもよい。
【００４７】
以上の実施形態ではアンテナを用いた誘導結合型のプラズマ生成手段を説明してきたが、本発明はその他のプラズマ生成手段にも適用できる。そのような一例として矩形導波管を用いたマイクロ波電力導入部の例を以下に示す。
【００４８】
図１４は本発明の第８の実施形態の正面断面図である。電力導入部３４ｇ以外の構成は第２の実施形態と同じである。電力導入部３４ｇは円形状に巻いた矩形導波管で構成されている。この電力導入部３４ｇは、これまで説明してきたすべての実施形態と同様に、基板ホルダー３８上の基板２６からは見えない位置に配置されている。
【００４９】
図１５は図１４に示した第８の実施形態で使用している電力導入部３４ｇの一部を切り欠いて示した斜視図である。この電力導入部３４ｇは横断面が矩形の導波管を円環状に巻いたものであり、開口する終端７１を備えている。この矩形導波管は下部容器３２（図１４を参照）に接続された状態で接地電位となる。この矩形導波管の上面（放電空間に面している表面）には複数個の誘電体窓７２が設けられている。この誘電体窓７２の設置場所は、マイクロ波電力を投入したときに矩形導波管内に形成される定在波の電界が強い位置となるようにする。矩形導波管の内部は大気となっており、誘電体窓７２で真空封止されている。矩形導波管の終端７１にマイクロ波を導入すると、誘電体窓７２からマイクロ波電力が放電容器内に放射される。これにより、放電容器内にプラズマが発生する。
【００５０】
この実施形態に定常磁場を印加してＥＣＲ放電の条件を満たすことで、効率の良いＥＣＲ放電によるプラズマ生成を行うことも可能である。また、本発明はＵＨＦ帯の高周波を利用する場合にも適用できる。
【００５１】
図１６は本発明の第９の実施形態の一部を切り欠いて示した斜視図である。この実施形態は、上部容器３６ｈの上板の構成が第１の実施形態と異なっており、それ以外の構成は第１の実施形態と同じである。上部容器３６ｈの上板７４には導電性の電極７３が設けられており、上板７４との間は絶縁物７６で電気的に絶縁されている。電極７３には高周波電源７８（または直流電源）から電力が供給される。この電力の供給によって電極７３の表面（図１６における下面）がスパッタされ、基板２６上に薄膜が形成される。これは、よく知られたスパッタリング成膜過程である。一方で、電力導入部３４ｈによって高密度プラズマが生成されるので、通常のスパッタリング装置よりも高速度の成膜が可能になる。そして、電力導入部３４ｈによって基板２６の表面近傍に高密度プラズマが生成されることで、スパッタされた粒子のうちの多くの部分が基板の表面近傍でイオン化されて基板に入射する。したがって、基板表面に凹凸パターンが形成されている場合に、そのパターンの溝の底部にも高速度の成膜が可能である。これは、イオン化により、スパッタされた粒子の直進性が改善されるためである。これに対して、従来のマグネトロンスパッタリング装置を考えると、電極（ターゲット）の表面近傍に高密度プラズマが生成されるため、スパッタされた粒子のイオン化は電極の近傍で生じる。このときには、イオン化された粒子の大部分は電極に再入射するために、本実施形態におけるような効果は得られない。
【００５２】
この実施形態では、導電性の電極７３を使っているが、絶縁性薄膜を成膜するために電極７３の表面に絶縁性の物質を重ねてもよい。そのときは直流電源は使えない。
【００５３】
図１６の実施形態において、電極７３の背面に適切な磁気回路を設置してもよく、こうすると成膜速度をさらに高速化できる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、電力導入部が基板ホルダーの基板載置面からは見えない位置にあるので、基板から見える真空容器の部分を金属材料で作ることができる。金属製の真空容器部分は温度制御が容易になるので、堆積膜が剥がれにくくなる。また、金属製の真空容器部分に基板搬入出口を設けるのも容易になり、基板ホルダーの位置をプラズマ処理時と同じ位置に保ったままで基板交換が可能になる。
【００５５】
さらに、電力導入部の誘電体を真空容器の一部（真空封止部分）として利用する場合には、従来装置と比較して、真空容器の一部としての誘電体の面積を小さくでき、安全性が向上する。また、電力導入部を取り外さなくても、金属製の真空容器部分を開放するだけで、真空容器の内部の保守作業が可能になる。そして、電力導入部と基板ホルダーとの間に排気用の隙間を形成して、誘電体の露出部分を、その隙間に近づくにつれて基板ホルダーの基板載置面から離れる方向に、すなわち排気方向に、傾斜させているので、処理ガスの溜りができにくくなり、処理ガスの流れがスムーズになる。処理ガスの流れがスムーズになれば、それだけ真空容器の内壁に堆積する膜も少なくなり、ゴミの発生が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の正面断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置で使用している電力導入部の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図４】各種の電力導入部の横断面を拡大して示した断面図である。
【図５】図１のプラズマ処理装置において基板搬入出口が見えるように切断した側面断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の放電容器とその近傍を示した正面断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の放電容器とその近傍を示した正面断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の放電容器とその近傍を示した正面断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の放電容器とその近傍を示した正面断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態の正面断面図である。
【図１１】図１０に示すプラズマ処理装置で使用している電力導入部の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の正面断面図である。
【図１３】図１２に示すプラズマ処理装置で使用している電力導入部の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態の正面断面図である。
【図１５】図１４に示すプラズマ処理装置で使用している電力導入部の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図１７】従来のプラズマ処理装置の正面断面図である。
【図１８】図１７に示すプラズマ処理装置の基板交換時の状態を示す正面断面図である。
【図１９】図１７に示すプラズマ処理装置で使用しているアンテナの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【符号の説明】
２６  基板
３２  下部容器
３４  電力導入部
３６  上部容器
３８  基板ホルダー
４０  ガス導入系
４２  ヒータ
４４  排気口
４６  アンテナ
４８  誘電体
５０  覆い
５９  基板搬入出口
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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