(57)【要約】【課題】膜の移動度を高め高周波電力をサセプタに印加する際、誘導磁場の発生をキャンセルする。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１０は、処理容器１００と、処理容器内に設けられ、基板Ｇを載置するサセプタ１０５と、サセプタ１０５の同一円周上に設けられた３つの位置Ｐ１〜Ｐ３にてサセプタに接触する３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３と、３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３に接続され、３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３を介して３以上の位置Ｐ１〜Ｐ３からサセプタ１０５に高周波電力を供給する高周波電源１３０とを含む。サセプタ１０５の同一円周上の３つの位置Ｐにてサセプタ１０５に３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３を接触させる。３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３に高周波電源１３０を接続し、高周波電源１３０から出力された高周波電力を３本の給電線Ｂを介して３つの位置Ｐ１〜Ｐ３からサセプタ１０５に供給する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを励起することにより生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置されるサセプタと、
前記サセプタの同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記給電ポイントにて前記サセプタに電気的に接続された３本以上の給電線と、
前記３本以上の給電線に接続され、前記３本以上の給電線を介して前記３以上の給電ポイントから前記サセプタに高周波電力を供給する高周波電源と、を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記３本以上の給電線は、同じ中心点を有する１又は２以上の円の各円周上にそれぞれ３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記サセプタに電気的に接続される請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記３本以上の給電線は、異なる中心点を有する１又は２以上の円の各円周上にそれぞれ３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記サセプタに電気的に接続される請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記サセプタに埋設されたヒータをさらに備え、
前記３本以上の給電線は、前記ヒータの同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントにて前記サセプタ内のヒータに接続される請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記３本以上の給電線は、前記ヒータのシース管１２０ｂに接続される請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記３本以上の給電線は、棒状に形成される請求項１〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記３本以上の給電線は、互いに平行に配置される請求項１〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記３本以上の給電線には、前記高周波電源から同一方向に電流が流れる請求項１〜７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記３本以上の給電線は、複数の前記高周波電源と接続されるまたは単一の前記高周波電源に並列に接続される請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記高周波電源と前記３本以上の給電線との間に設けられ、前記高周波電源の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとの整合をとる整合器をさらに備え、
前記整合器は、前記高周波電源と前記３本以上の給電線とを接続する基幹電源線に設けられた可変コンデンサ及びインダクタと、前記３本以上の給電線の各給電線に設けられた可変コンデンサとを有する請求項１〜９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記サセプタは、対称的に複数に分割され、
前記分割された複数のサセプタのうち、同一サセプタ内の同一円周上又は複数のサセプタに跨った同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように、前記分割された複数のサセプタのいずれにも、前記３本以上の給電線の少なくとも１本が接続される請求項１〜１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記分割された複数のサセプタにはヒータがそれぞれ埋設され、
前記分割された複数のサセプタのいずれにも、前記ヒータのシース管１２０ｂを給電ポイントとして前記３本以上の給電線の少なくとも１本が接続される請求項１１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置、ダイポールリングマグネトロンプラズマ処理装置のいずれかである請求項１〜１２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１４】
ガスを励起することにより生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に高周波電力を供給する方法であって、
被処理体が載置されるサセプタの同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記給電ポイントにて３本以上の給電線を前記サセプタに電気的に接続し、
前記３本以上の給電線に接続された高周波電源から高周波電力を出力し、
前記３本以上の給電線を介して前記同一円周上に位置づけられた３以上の給電ポイントから前記サセプタに前記高周波電力を供給する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを励起することにより生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関し、より詳しくは、前記プラズマ処理装置内に設けられたサセプタに高周波電力を給電する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置では、ガスを励起してプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて被処理体にエッチングや成膜などのプラズマ処理を施す。ガスを励起してプラズマを生成するためのエネルギー源としては、マイクロ波源、高周波電源、マグネトロン等が知られている。
【０００３】
このようなエネルギー源の他に、プラズマ処理装置には、一般的に、サセプタ(載置台)に所定のバイアス電圧を印加するためのエネルギー源として別途、高周波電源が設けられている（たとえば、特許文献１を参照）。高周波電源から出力された高周波電力により、サセプタ内に所定のバイアス電圧が印可され、このエネルギーによってプラズマに含まれるイオンがサセプタに向かって引き込まれる。このように、サセプタに高周波電源から出力された高周波電力を印加することにより、電荷が被処理体に衝突する際のエネルギーを増加させることができる。
【０００４】
サセプタ内に高周波電力を供給する方法としては、次の二通りが考えられる。その一つは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体で覆われた金属電極をアルミニウムなどの基材上に配設し、その金属電極に高周波電源に接続された給電線を接続し、給電線を介して高周波電源から高周波電力を印加する方法である。もう一つは、絶縁体で覆われたアルミニウムなどの基材自体に給電線を埋め込むことにより基材と給電線とを電気的に接続し、給電線を介して高周波電源から高周波電力を印加する方法である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７３９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、いずれの方法によっても、給電線からサセプタに高周波電力が印加される際、給電線に電流が流れると、右ねじの法則により図１６（ｂ）に示したように誘電線Ｂの周りに誘導磁場Ｍａが発生する。このとき、給電線は１本であるから、発生した誘導磁場は弱めあったりキャンセルされたりすることはない。プラズマは、電子やイオン等の荷電粒子やラジカルから構成されているので、このようにして発生した誘導磁場により、プラズマ中の荷電粒子の挙動が乱れ、プラズマの制御が不安定になる恐れがある。
【０００７】
また、給電線とサセプタとの給電ポイントは一点であり、その接触面積は小さい。よって、ハイパワーの高周波電力をサセプタに供給する際、給電線とサセプタとのコンタクト部分（給電ポイント）に大きな負荷が掛かり、コンタクト部分が熱などにより損傷する懸念もある。また、１本の給電線を介して高周波電力を伝搬させるため、複数本のラインから並行して高周波電力を印加する場合に比べて、給電線が持つ抵抗により高周波電力の損失が大きくなる。
【０００８】
上記課題を解消するために、本発明では、高周波電力をサセプタに印加する際、誘導磁場の発生を低減させるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、ガスを励起することにより生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置されるサセプタと、前記サセプタの同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記給電ポイントにて前記サセプタに電気的に接続された３本以上の給電線と、前記３本以上の給電線に接続され、前記３本以上の給電線を介して前記３以上の給電ポイントから前記サセプタに前記高周波電力を供給する高周波電源と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
これによれば、３本以上の給電線を介して同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントからサセプタに高周波電力が供給される。その一例を図３を参照しながら説明する。図３では、３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３が３つの給電ポイントＰ１〜Ｐ３にてサセプタ１０５に電気的に接続されている。これにより、中心点Ｏに対して同一円周上の各給電ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３からサセプタにそれぞれ高周波電力が供給される。
【００１１】
各給電ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３をその端部とする各給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に、紙面の背面側から手前に向かって電流が流れている場合、各給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３には、右ねじの法則により時計と反対周りに誘導磁場ｍ１、ｍ２、ｍ３が発生する。各誘導磁場ｍ１、ｍ２、ｍ３は、同一円周上の位置から発生しているので、互いに均等に渦巻き状に干渉し合い、全体として互いに逆回りの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂを形成する。この２つの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂは打ち消し合う。このようにして、３本以上の給電線からサセプタに高周波電力を供給する際、給電線の外周に発生した誘導磁場をキャンセルすることができる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００１２】
３本以上の給電線は、同じ中心点を有する１又は２以上の円の各円周上にそれぞれ３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記サセプタに電気的に接続されてもよい。たとえば、図９（ｂ）に示したように、同じ中心点Ｏを持つ同心円Ｓ、Ｔの各円周上に給電ポイントＰ１〜Ｐ６及び位置Ｐ７〜Ｐ１０を有している場合である。これによれば、円Ｓの円周上に位置する６つの給電ポイントから発生する誘電磁場は、図３に示した原理によりキャンセルされる。また、円Ｔの円周上に位置する４つの給電ポイントから発生する誘電磁場も同様の原理によりキャンセルされる。
【００１３】
このように、同心円上の各円に３以上の給電ポイントをそれぞれ位置づけることにより、各給電ポイントから生じる磁場は円毎にそれぞれキャンセルされる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００１４】
３本以上の給電線は、異なる中心点を有する１又は２以上の円の各円周上にそれぞれ３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記サセプタに電気的に接続されてもよい。たとえば、図９（ａ）に示したように、異なる中心点Ｏ１、Ｏ２をもつ異なる２つの円Ｓ、Ｔの各円周上に給電ポイントＰ１〜Ｐ４及び位置Ｐ５〜Ｐ８を有している場合である。これによれば、円Ｓ、Ｔの円周上にそれぞれ４つずつ位置する給電ポイントから発生する誘電磁場は、円毎にそれぞれキャンセルされる。
【００１５】
このように、異なる複数の円上の各円に３以上の給電ポイントをそれぞれ位置づけることにより、各給電ポイントから生じる磁場は円毎にそれぞれキャンセルされる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００１６】
また、前記サセプタに埋設されたヒータを備え、前記３本以上の給電線は、前記ヒータの同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントにて前記サセプタ内のヒータに接続されてもよい。このとき、前記３本以上の給電線は、ヒータのシース管１２０ｂに接続されてもよい。
【００１７】
特に、３本以上の給電線をヒータの同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントにてヒータに接触させることにより、ヒータのシース管１２０ｂを電極として使用することができる。シース管の表面積は大きいため、単位面積当たりに流れる電流を小さくして高周波電力の損失を減らすことができる。
【００１８】
また、シース管全体が、高周波電力をサセプタに供給する際のコンタクト部分になるので、コンタクト部分の負荷を小さくすることができる。この結果、よりハイパワーな高周波電力をサセプタに投入することができる。また、シース管を電極としても用いることにより、サセプタ内にヒータ以外の電極を設ける必要がなくなり、コストを軽減することができる。
【００１９】
もちろん、シース管を電極として用いた場合にも、前述したように、３本以上の給電線をシース管の同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントにてヒータに接続させることにより、給電線からサセプタ内に高周波電力を供給する際、給電線の外周に発生した誘導磁場をキャンセルすることができる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００２０】
前記３本以上の給電線は、棒状に形成されていてもよい。また、前記３本以上の給電線は、互いに平行に配置されていてもよい。このように構成することにより、３本以上の給電線に前記高周波電源から同一方向に電流が流れた場合、これに応じて発生する誘電磁場を全体として確実にキャンセルすることができる。
【００２１】
３本以上の給電線は、複数の高周波電源と接続されるまたは単一の高周波電源に並列に接続されていてもよい。すなわち、給電線と高周波電源とは１対１に接続されていてもよく、多対１に接続されていてもよい。いずれの場合も３本以上の給電線を介して３以上の給電ポイントからサセプタに高周波電力を供給することにより、各給電ポイントから発生した誘導磁場をキャンセルすることができ、誘導磁場によるプラズマの乱れを回避することができる。
【００２２】
前記高周波電源と前記３本以上の給電線との間に設けられ、前記高周波電源の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとの整合をとる整合器をさらに備え、前記整合器は、前記高周波電源と前記３本以上の給電線とを接続する基幹電源線に設けられた可変コンデンサ及びインダクタと、前記３本以上の給電線の各給電線に設けられた可変コンデンサとを有していてもよい。
【００２３】
これによれば、基幹電源線に設けられた可変コンデンサ及びインダクタにより、高周波電源側の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとの整合をとり、各給電線にそれぞれ設けられた可変コンデンサにより微調整することができる。この結果、高周波電力を均一にサセプタに供給することにより、プラズマを精度良く制御し、プロセスをより安定的に遂行することができる。
【００２４】
図１１に示されているように、前記サセプタは、対称的に複数に分割され、前記分割された複数のサセプタのうち、同一サセプタ内の同一円周上又は複数のサセプタに跨った同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように、前記分割された複数のサセプタのいずれにも、前記３本以上の給電線の少なくとも１本が接続されていてもよい。
【００２５】
また、図１３に示されているように、前記分割された複数のサセプタにはヒータがそれぞれ埋設され、前記分割された複数のサセプタのいずれにも、前記シース管を給電ポイントとして前記３本以上の給電線の少なくとも１本が接続されていてもよい。
【００２６】
前記プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置、ダイポールリングマグネトロンプラズマ処理装置のいずれかであってもよい。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、ガスを励起することにより生成されたプラズマを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に高周波電力を供給する方法であって、被処理体が載置されるサセプタの同一円周上に３以上の給電ポイントが位置づけられるように前記給電ポイントにて３本以上の給電線を前記サセプタに電気的に接続し、前記３本以上の給電線に接続された高周波電源から高周波電力を出力し、前記３本以上の給電線を介して前記同一円周上に位置づけられた３以上の給電ポイントから前記サセプタに前記高周波電力を供給する方法が提供される。
【００２８】
これによれば、３本以上の給電線を介して同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントからサセプタに高周波電力が供給される。各給電ポイントから発生する誘導磁場は、同一円周上の各位置から発生しているので、互いに均等に渦巻き状に干渉し合い、全体として互いに逆回りの誘導磁場と時計周りの誘導磁場とを形成する。この２つの誘導磁場は打ち消し合う。このようにして、給電線からサセプタに高周波電力を供給する際、給電線の外周に発生した誘導磁場をキャンセルすることにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように本発明によれば、高周波電力をサセプタに印加する際、誘導磁場の発生を低減させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
まず、以下の添付図面を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について、図１を参照しながら説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置の一例として、マイクロ波プラズマ処理装置を挙げて説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については同一符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
第１実施形態では、マイクロ波の電界エネルギーによりガスを励起し、これにより生成されたプラズマを用いて基板に微細加工を施すプラズマ処理装置として、ＣＭＥＰ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ処理装置１０）を用いる。
【００３２】
マイクロ波プラズマ処理装置１０は、処理容器１００と蓋体２００とを有している。処理容器１００は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１００と蓋体２００との接触面にはＯリング３００が配設されている。これにより処理容器１００は密閉され、プラズマ処理を施す処理室Ｕが画成される。処理容器１００および蓋体２００は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００３３】
処理容器１００の底部には、基板Ｇを載置するサセプタ（載置台）１０５が絶縁体１１０を介して設置されていて、これにより、サセプタ１０５と処理容器１００とは電気的に絶縁される。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１５（給電ポイントに相当）およびヒータ１２０が設けられている。
【００３４】
給電部１１５には、整合器１２５を介して高周波電源（ＲＦ）１３０が接続されていて、高周波電源１３０から出力された高周波電力により処理容器１００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。高周波電源１３０は処理容器１００の外部に設けられ、接地されている。
【００３５】
ヒータ１２０は、たとえば、図７に示したように、複数のヒータがパターン化させてサセプタ１０５内に張り巡らされている。各ヒータ１２０には、図１に示したフィルタ１３５、ＳＳＲ１４０を介して交流電源１４５がそれぞれ接続されている。交流電源１４５は処理容器１００の外部に設けられ、接地されている。
【００３６】
サセプタ１０５の周囲には、処理室Ｕ内のガスを好ましい流れに制御するためにバッフル板１５０が設けられている。処理容器１００の底部には、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１５５を介して処理容器１００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
【００３７】
蓋体２００には、６本の方形導波管２０５、スロットアンテナ２１０および複数枚の誘電体板２１５が設けられている。６本の方形導波管２０５は、その断面形状が矩形状であり、蓋体２００内にて等間隔に配置されている。各方形導波管２０５の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材２０５ａにより充填されていて、その誘電部材２０５ａにより、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各方形導波管２０５を伝搬するマイクロ波の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間を伝搬するマイクロ波の波長、ε１は誘電部材２０５ａの比誘電率である。なお、各方形導波管２０５は、図示しないマイクロ波源と連結している。
【００３８】
スロットアンテナ２１０は、アルミニウムなどの金属であって非磁性体により形成されている。スロットアンテナ２１０には、各方形導波管２０５の下面にてスロット２１０ａ（開口）がそれぞれ等間隔に開けられている。各スロット２１０ａの内部には、フッ素樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材２１０ａ１が充填されていて、その誘電部材２１０ａ１により、λｇ２＝λｃ／（ε２）１／２の式に従って各スロット２１０ａ内を伝搬するマイクロ波の管内波長λｇ２が制御される。ここで、ε２はスロット２１０ａ内部の誘電部材２１０ａ１の比誘電率である。
【００３９】
各誘電体板２１５はタイル状に形成されていて、格子状の金属梁２２０に支持されながらスロット２１０ａの下面に位置するように取り付けられる。これにより、多数の誘電体板２１５が、天井面全体に等ピッチでアレイ状に配置される。金属梁２２０の内部にはガス導入管２２５が貫通している。
【００４０】
各誘電体板２１５は、石英ガラス、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、サファイア、ＳｉＮ、セラミックスなどの誘電材料を用いて形成されている。各誘電体板２１５の基板Ｇと対向する面には凹凸が形成されている。これにより、各誘電体板２１５から供給されるマイクロ波の電界エネルギーの強度をより均一にすることができる。
【００４１】
冷却水配管４００には、冷却水供給源４０５が接続されていて、冷却水供給源４０５から供給された冷却水が冷却水配管４００内を循環して冷却水供給源４０５に戻ることにより、蓋体２００は、所望の温度に保たれるようになっている。
【００４２】
ガス供給源５００は、ガスライン５０５を介してガス導入管２２５と連通する。各バルブの開閉および各マスフローコントローラの開度（いずれも図示せず）をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のガスがガスライン５０５及びガス導入管２２５から処理容器１００内に供給する。
【００４３】
以上に説明した構成により、マイクロ波源から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、各方形導波管２０５を伝搬し、各スロット２１０ａを通って各誘電体板２１５を等方向に透過し、各誘電体板の下面から処理室Ｕ内に放射されるようになっている。処理室Ｕに放射されたマイクロ波は、ガス導入管２２５から各誘電体板２１５の近傍に導入されたガスを励起させ、これにより、天井面の下方にてプラズマが生成される。基板Ｇには、生成されたプラズマの作用によりエッチングや成膜などのプラズマ処理が施される。
【００４４】
（サセプタに接続された電源系回路Ｃｉｒ）
次に、図１に示したサセプタに接続された電源系の回路Ｃｉｒについて、図２を参照しながら説明する。前述したように、整合器１２５は、給電部１１５と高周波電源１３０との間に設けられている。３本の給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、給電部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃと整合器１２５とをそれぞれ接続する。高周波電源１３０と整合器１２５との間は、基幹電源線１３０ａにより接続されている。
【００４５】
整合器１２５は、各給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３にそれぞれ直列に接続された可変コンデンサ可変コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、基幹電源線１３０ａと接地線１３０ｂとの間に接続された可変コンデンサＣＣおよびインダクタＬから構成されている。
【００４６】
整合器１２５は、高周波電源１３０の出力インピーダンスと、整合器１２５の負荷および処理容器１００内部の負荷を結合させた負荷インピーダンスと、を見かけ上一致させるように機能する。具体的には、可変コンデンサＣＣ及びインダクタＬにより、高周波電源１３０の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとを整合し、各給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３にそれぞれ接続された可変コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を用いて微調整することにより、各給電部１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃからの高周波電力の反射をキャンセルするようになっている。これにより、高周波電源１３０を保護するとともに高周波電源１３０から出力された高周波電力を均一に供給することができる。この結果、プラズマを精度良く制御し、プロセスをより安定的に遂行することができる。
【００４７】
ヒータ１２０には、ＲＦフィルタ１３５、トランスＴｒ、ＳＳＲ１４０（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｅｌａｙ：半導体リレー）を介して交流電源１４５が接続されている。フィルタ１３５は、高周波電源１３０から出力された高周波を取り除き、交流電源１４５を保護する。トランスＴｒは、高周波電源１３０のコモンモードノイズを絶縁する。ＳＳＲ１４０は、ヒータの電力を制御する。これにより、ヒータ１２０は、交流電源１４５から出力された交流電圧によって基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００４８】
（磁場レス）
つぎに、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０において、誘導磁場をキャンセルする仕組みについて、図１６（ａ）に示した一般的なマイクロ波プラズマ処理装置と比較しながら説明する。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の切断線Ｚ−Ｚにてサセプタ１０５を切断した断面を、サセプタ上部から見たときの誘導磁場を示す。なお、以下では、すべて、サセプタ１０５の断面をサセプタ上部から見た場合について説明する。
【００４９】
図１６（ｂ）では、給電線Ｂには紙面の背面側から手前に向かって電流が流れている。この場合、給電線Ｂの外周には、右ねじの法則により時計と反対周りに誘導磁場Ｍａが発生する。発生した誘導磁場は、プラズマの状態を乱す場合がある。
【００５０】
前述したように、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０では、３本の給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を用いて高周波電力がサセプタ（給電部１１５）に供給される。このとき、誘導磁場がキャンセルされる様子について図３を参照しながら説明する。図３は図１に示したＡ−Ａ断面をサセプタ上部から見た図である。給電線Ｂ１〜Ｂ３には紙面の背面側から手前に向かって電流が流れている。
【００５１】
給電部１１５では、中心点Ｏに対して同一円周Ｃ上の給電ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３にて３本の給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３がサセプタ１０５と接続されている。この場合、各給電線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３には、右ねじの法則により時計と反対周りに誘導磁場ｍ１、ｍ２、ｍ３が発生する。各誘導磁場ｍ１、ｍ２、ｍ３は、同一円周上の各給電ポイントＰ１、Ｐ２及びＰ３から発生しているので、互いに均等に渦巻き状に干渉し合い、全体として時計と反対周りの誘導磁場Ｍａと時計周りの誘導磁場Ｍｂとを形成する。２つの誘導磁場Ｍａ及び誘導磁場Ｍｂは打ち消し合う。
【００５２】
このようにして、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、給電線からサセプタに高周波電力を供給する際、給電線の外周に発生した誘導磁場をキャンセルすることにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００５３】
なお、給電部１１５では、同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントＰにて３本以上の給電線Ｂがサセプタ１０５に電気的に接続される必要がある。「同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントＰ」としたのは、前述したよう、１本の給電線Ｂでは誘導磁場をキャンセルすることができなかったのと同様、２本の給電線を用いても誘導磁場をキャンセルすることはできないためである。
【００５４】
図４（ａ）に示したように、各誘導磁場ｍ１、ｍ２は、同一円周上の各給電ポイントＰ１、Ｐ２から発生しているので、互いに均等に干渉し合い、給電線Ｂ１，Ｂ２の内側にて打ち消し合うが、給電線Ｂ１，Ｂ２の外側にて生成された誘導磁場Ｍａはキャンセルされず、残ってしまう。このように、給電線が２本の場合、誘導磁場をキャンセルすることができず、誘導磁場によりプラズマが乱れる場合が生じるおそれがある。
【００５５】
また、１つの円周上に設けられた３以上の給電ポイントにて３本以上の給電線がサセプタに接続されていても、他の給電ポイントが１つまたは２つである場合、誘導磁場をキャンセルすることはできない。図４（ｂ）に示したように、各誘導磁場ｍ１〜ｍ４は、同一円周上の各給電ポイントＰ１〜Ｐ４から発生しているので、互いに均等に干渉し合い、給電線Ｂ１〜Ｂ４の外側の誘導磁場Ｍａおよび内側の誘導磁場Ｍｂを形成して打ち消し合う。しかしながら、給電線Ｂ５に電流を流すことにより発生する誘導磁場ｍ５はそのまま残ってしまう。このように、「同一円周上に設けられた３以上の給電ポイントＰ」は、複数の円が存在する場合には、円毎に３以上の給電ポイントが必要であることを意味している。
【００５６】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０について、図５を参照しながら説明する。第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０では、シース管１２０ｂに給電ポイントを設け、シース管１２０ｂを電極として高周波電力を供給する点で第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０と異なる。
【００５７】
具体的には、第１実施形態では、図２に示したように、高周波電力は、高周波電源１３０から出力され、整合器１２５を介して３本の給電線Ｂ１〜Ｂ３の先端部（給電部１１５）からサセプタ１０５に供給された。これに対して、第２実施形態では、図５に示したように、高周波電力は、高周波電源１３０から出力され、整合器１２５を介して４本の給電線Ｂ１〜Ｂ４と連結されたヒータ用シース管からサセプタ１０５に供給される。
【００５８】
図７は、図５に示したＢ−Ｂ断面をサセプタ上部から見た図である。ヒータ１２０は、対称的にパターン化され、サセプタ１０５内を万遍なく温調できるようにサセプタ内に張り巡らされている。
【００５９】
図８にヒータ１２０の一部を拡大して示したように、サセプタ１０５に埋設されたヒータ１２０は、ニクロム線などの発熱体１２０ａをシース管１２０ｂにて覆い、その内部を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の絶縁物１２０ｃで充填したものである。シース管１２０ｂは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）やハステロイ（登録商標）等の金属により形成されている。各給電線Ｂは、シース管１２０ｂに接続されている。
【００６０】
このようにヒータのシース管１２０ｂを電送ラインに使用した場合には次のような利点がある。ヒータ１２０は、前述したように、サセプタ１０５内を万遍なく温調できるようにサセプタ内に張り巡らされているため、サセプタと強固に接続され、かつ、その表面積は大きい。よって、電極にシース管１２０ｂを用いることにより、単位面積当たりに流れる電流を小さくして高周波電力の損失を減らすことができる。また、ヒータ１２０のシース管１２０ｂを電極として用いることにより、サセプタ内にヒータ以外の電極を設ける必要がなくなるため、コストが低減する。
【００６１】
もちろん、ヒータのシース管１２０ｂを電極として用いた場合にもシース管１２０ｂの同一円周上に３以上の給電ポイントが設けられ、その給電ポイントにて３本以上の給電線がヒータ１２０に接続される。たとえば、図７に示したように、中心点Ｏに対して同一円周Ｃ上の各給電ポイントＰ１〜Ｐ４にて４本の給電線Ｂ１〜Ｂ４がシース管１２０ｂと接触するように配置される。各給電線Ｂには、紙面の背面側から手前に向かって電流が流れているので、各給電線Ｂ１〜Ｂ４には、右ねじの法則により時計と反対周りに誘導磁場ｍ１〜ｍ４がそれぞれ発生する。各誘導磁場は、同一円周上の各位置Ｐ１〜Ｐ４から発生し、互いに均等に渦巻き状に干渉し合い、反転する誘導磁場Ｍａ及び誘導磁場Ｍｂを形成する。２つの誘導磁場Ｍａ及び誘導磁場Ｍｂは打ち消し合う。このようにして給電線Ｂからサセプタ１０５に高周波電力を供給する際、給電線近傍から発生した誘導磁場をキャンセルすることにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００６２】
（第２実施形態の変形例）
次に、第２実施形態の変形例について説明する。図９（ａ）（ｂ）にヒータ１２０に給電線Ｂを連結する場合の変形例を挙げる。図９（ａ）では、８本の給電線が、異なる中心点Ｏ１、Ｏ２の異なる２つの円Ｓ、Ｔの各円周上の位置Ｐ１〜Ｐ４及び位置Ｐ５〜Ｐ８にてヒータ１２０のシース管１２０ｂに接触している。これによれば、円Ｓ、Ｔの円周上にそれぞれ４つずつ位置する給電ポイントＰから発生する誘電磁場は、円毎にそれぞれキャンセルされる。
【００６３】
このように、異なる複数の円上の各円周に対して３本以上の給電線をサセプタに接続させることにより、給電線の外周から発生した誘導磁場をトータルとしてキャンセルすることができる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００６４】
図９（ｂ）では、同じ中心点Ｏに対して異なる２つの円Ｓ、Ｔの各円周上に給電ポイントＰ１〜Ｐ６及び位置Ｐ７〜Ｐ１０がそれぞれ設けられている。これによれば、円Ｓの円周上に位置する６つの給電線から発生する誘電磁場は、図３に示した原理によりキャンセルされる。また、円Ｔの円周上に位置する４つの給電線から発生する誘電磁場も同様の原理でキャンセルされる。
【００６５】
このように、同心円上の各円周に対して３以上の給電ポイントＰを設け、各給電ポイントにて３本以上の給電線Ｂをサセプタ１０５に接続させることにより、給電線Ｂからサセプタ１０５に高周波電力を供給する際、給電線の外周に発生した誘導磁場をキャンセルすることができる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００６６】
（変形例１：分割サセプタ）
次に、第１及び第２実施形態の変形例１について説明する。図１０及び図１０のＣ−Ｃ断面である図１１に示したように、サセプタ１０５自体を４分割し、各分割サセプタ１０５にそれぞれ１本以上の給電線Ｂを設けて給電するようにしてもよい。この場合にも、給電線Ｂ１〜Ｂ４と分割サセプタ１０５との接続位置である給電ポイントＰ１〜Ｐ４を同一円周Ｃ上に設けることにより、各給電線の外周に発生した誘導磁場ｍ１〜ｍ４が互いに干渉し合い、全体として互いに逆回りの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂを形成する。この２つの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂは打ち消し合う。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００６７】
また、基板の大面積化に応じてサセプタが大面積になった場合にも、分割サセプタにそれぞれ給電ポイントを設けることによって、供給される高周波電力の面内均一性を良好にすることができる。
【００６８】
（変形例２：分割サセプタ）
次に、第１及び第２実施形態の変形例２について説明する。図１２及び図１２のＤ−Ｄ断面である図１３に示したように、サセプタ１０５を４分割し、各分割サセプタ１０５に設けられたヒータに給電線Ｂを接続させるようにしてもよい。この場合にも、給電線Ｂ１〜Ｂ４と分割サセプタ１０５との接続位置(給電ポイントＰ１〜Ｐ４)を一円周Ｃ上に配置する。これによっても、各給電線の外周に発生した誘導磁場ｍ１〜ｍ４から全体として互いに逆回りの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂが形成され、この２つの誘導磁場Ｍａ、Ｍｂは打ち消し合ってキャンセルされる。これにより、誘導磁場によってプラズマが乱れることを防止し、プラズマを安定的に制御することができる。
【００６９】
（その他の変形例）
分割サセプタに関するその他の変形例を図１４及び図１５に示す。図１４（ａ）では、サセプタ１０５は、中央に１つ及び周囲に対称的に４つのサセプタに分割されている。２つの円Ｓ、Ｔの各円周上の位置Ｐ１〜Ｐ４及び位置Ｐ５〜Ｐ７に給電ポイントが設けられている。これによれば、各円Ｓ、Ｔの円周上に位置する給電線から発生する誘電磁場を図３に示した原理によりそれぞれキャンセルすることができる。なお、中央の分割サセプタに１つまたは２つの給電ポイントを設けることは好ましくない。図４（ｂ）に示した原理により磁場が残るからである。
【００７０】
図１４（ｂ）では、サセプタ１０５は、上下に４つのサセプタと両端から中央に張り出した２つのサセプタとに分割されている。同一円周Ｃ上には各分割サセプタに１つずつ給電する給電ポイントＰ１〜Ｐ６が設けられている。これによれば、円Ｃの円周上に位置する給電線から発生する誘電磁場をキャンセルすることができる。
【００７１】
分割サセプタは、図１５（ａ)〜（ｃ）に例示したパターンであってもよい。いずれも分割サセプタに対称性があり、各分割サセプタに少なくとも１つの給電ポイントを有し、かつ、１または２以上の円の各円周上に３以上の各給電ポイントをそれぞれ有している。
【００７２】
以上に説明した分割サセプタにおいても、１または２以上の円の各円周上に３以上の各給電ポイントをそれぞれ設けることにより、各円周上に位置する給電線の外周に発生する誘電磁場をキャンセルすることができ、これにより、均一なプラズマを生成することができ
る。
【００７３】
以上に説明した各実施形態及び各変形例に係るマイクロ波プラズマ処理装置１０によれば、高周波電力をサセプタ１０５に印加する際、誘導磁場をキャンセルすることができる。これにより、誘導磁場によるプラズマの乱れを回避することができる。
【００７４】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置内のサセプタへの給電方法の実施形態とすることができる。
【００７５】
なお、上記実施形態では、プラズマ処理装置の一例として、ＣＭＥＰプラズマ処理装置を挙げた。しかしながら、プラズマ処理装置はこれに限られず、たとえば、ラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を用いたＲＬＳＡプラズマ処理装置（マイクロ波プラズマ処理装置）や、誘導結合型（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理装置、ダイポールリングマグネトロン（Ｄｉｐｏｌｅ  Ｒｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）プラズマ処理装置などのあらゆるプラズマ処理装置に利用することができる。
【００７６】
また、本発明に係るプラズマ処理装置のサセプタに載置される被処理体は、基板Ｇに限られず、シリコンウエハであってもよい。
【００７７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる電源系の回路図である。
【図３】同実施形態の場合の磁場の発生及びキャンセルを説明するための図である。
【図４】磁場をキャンセルできない場合を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図６】同実施形態にかかる電源系の回路図である。
【図７】同実施形態において磁場の発生及びキャンセルを説明するための図である。
【図８】ヒータ近傍を示した図である。
【図９】第２実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１０】各実施形態の変形例１にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１１】同変形例の場合の磁場の発生及びキャンセルを説明するための図である。
【図１２】各実施形態の変形例２にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図１３】同変形例の場合の磁場の発生及びキャンセルを説明するための図である。
【図１４】分割サセプタのその他の変形例である。
【図１５】分割サセプタのその他の変形例である。
【図１６】一般的なサセプタへの給電方法及び誘電磁場の発生を示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０        マイクロ波プラズマ処理装置
１００      処理容器
１０５      サセプタ
１１５      給電部
１２０      ヒータ
１２０ａ    発熱体
１２０ｂ    シース管
１２０ｃ    絶縁物
１２５      整合器
１３０      高周波電源
１３０ａ    基幹電源線
１３５      フィルタ
１４０      ＳＳＲ
１４５      交流電源
２００      蓋体
２０５      方形導波管
２１０      スロットアンテナ
２１０ａ    スロット
２１５      誘電体板
２２０      金属梁
２２５      ガス導入管
Ｂ          給電線
Ｐ          給電ポイント
ｍ、Ｍａ、Ｍｂ  誘導磁場
【図１】
2009231247.tif 000003
【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】
2009231247.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2009231247.tif 000014
【図１３】
2009231247.tif 000015
【図１４】
2009231247.tif 000016
【図１５】
2009231247.tif 000017
【図１６】
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