(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバの誘電体壁の近くに配置された誘導結合型プラズマ用高周波アンテナであって、所定の幅を有する長形の板形状を有しかつ前記幅の方向に曲げ断面を有するように曲げられた金属部材で作られ、前記金属部材の開放端部を前記プラズマ処理チャンバの内部に向けたことを特徴とする誘導結合型プラズマ用高周波アンテナ。
【請求項２】
前記金属部材の開放端部の両縁の距離が２〜５０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ用高周波アンテナ。
【請求項３】
前記金属部材の前記曲げ断面の形状が、半円形、半楕円形、馬蹄形のいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ用高周波アンテナ。
【請求項４】
前記金属部材は前記誘電体壁に接触して配置されることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ用高周波アンテナ。
【請求項５】
前記金属部材は前記誘電体壁に距離をあけて配置されることを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ用高周波アンテナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載された前記高周波アンテナを装備し、円筒型であることを特徴とする誘導結合型プラズマ源。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載された前記高周波アンテナを装備し、平板型であることを特徴とする誘導結合型プラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘導結合型プラズマ用高周波アンテナとこの高周波アンテナを備えた誘導結合型プラズマ源に関し、特に、高周波（ｒｆ）アンテナからプラズマへの電力伝送効率を増大できる高周波アンテナの形状と、この高周波アンテナを備えた誘導結合型プラズマ源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき問題】
誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）は、従来、半導体物質の処理に広くプラズマ源として用いられている。当該ＩＣＰは、低く、かつ制御可能なイオン衝撃エネルギを有する高プラズマ密度を生成する。ＩＣＰは、大きなシース電圧による不必要なイオン加速により消費される電力が小さいことによって、本質的に高い効率を持っている。
【０００３】
従来ＩＣＰに関し、円筒型と平板型と呼ばれる２つの基本的構成が存在する。これらの２つの構成の各々は図７と図８に示される。
【０００４】
図７に示された反応容器は、金属で作られた上部プレート５０と底部プレート５２を有し、上部プレートと底部プレートの間に円筒形の側壁５１を有している。円筒形の側壁５１は誘電体物質によって作られている。反応容器の内部には、底部プレート５２に近い低位置に基板ホルダ５４が配置され、基板ホルダ５４は電気的に絶縁されている。Ｃｕ（銅）またはＡｌ（アルミニウム）で作られたｒｆ（高周波）コイル５３が、円筒形側壁５１の周りに配置される。ｒｆコイル５３の断面形状は、通常円形である。ｒｆコイル５３にはｒｆ電力源５５からｒｆ電力（高周波電力）が供給されている。
【０００５】
図８に示された反応容器も、同様に、上部プレート６１、底部プレート６２、そして円筒形側壁６３を備えている。上部プレート６１は誘電体で作られているのに対し、他の部分（６２と６３）は金属で作られている。反応容器の内部には、同様に基板ホルダ６４が配置され、これは電気的に絶縁されている。ＣｕあるいはＡｌで作られた平板螺旋形ｒｆコイル６５が、上部プレート６１上に配置されている。平板螺旋形ｒｆコイル６５は、実際には、図９に示される金属管６５Ａまたは図１０に示された金属ストリップ６５Ｂのいずれかで作られている。もし金属ストリップ６５Ｂがｒｆアンテナ６５に用いられるとすれば、それは通常垂直方向に配置される。平板螺旋形ｒｆコイル６５にはｒｆ電力源６６からｒｆ電力が供給される。
【０００６】
誘電体の上部プレート６１上に配置された金属管６５Ａと金属ストリップ６５Ｂの周りに生成された誘導磁界７０，７１が、それぞれ図９と図１０に示されている。図１０で明らかなように、金属ストリップ６５Ｂの反応容器の内部に対向する面積はより小さくなるので、容量結合の成分は重要ではない。金属管６５Ａと金属ストリップ６５Ｂの周りに生成された誘導磁界７０，７１の一部のみが各反応容器の中を通過する。それ故に、反応容器内で発生誘導電界の占める領域は小さくなる。このことはｒｆアンテナ６５から反応容器内のプラズマへの電力伝送効率が低くなる原因となる。
【０００７】
本発明の目的は、ｒｆアンテナから誘導結合型プラズマへの電力伝送効率を増大することを実現できる、誘導結合型プラズマ用高周波アンテナを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、プラズマを効率よく発生させることができる誘導結合型プラズマ源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘導結合型プラズマ用高周波アンテナは、前述の目的を達成するため、プラズマ処理チャンバの誘電体壁の近くに配置され、所定の幅を有する長形の板形状を有しかつ当該幅の方向に曲げ断面を有するように曲げられた金属部材で作られ、この金属部材の開放端部をプラズマ処理チャンバの内部に向けるように構成される。この金属部材は長形の金属板であり、その幅方向に沿って曲げられており、そして全体としてリング形状あるいは螺旋形状である。
【００１１】
上記の構成において、金属部材の開放端部の両縁の間の距離は２〜５０ｍｍの範囲内に含まれる。
【００１２】
上記の構成において、金属部材の断面の形状は、半円形、半楕円形、馬蹄形のうちのいずれかである。
【００１３】
上記の構成において、金属部材は、誘電体壁に接触して配置されるかあるいは誘電体壁に対して距離をあけて配置される。
【００１４】
本発明に係る誘導結合型プラズマ源は、前述の目的を達成するため、円筒形のタイプであり、上記本発明の係る高周波アンテナを備えるように構成される。
【００１５】
本発明に係る誘導結合型プラズマ源は、前述の目的を達成するため、平板のタイプであり、本発明に係る高周波アンテナを備えるように構成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、添付された図面に従って好ましい実施形態が説明される。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにされる。
【００１７】
図１と図２は本発明の代表的な実施形態を示す。図１に示された実施形態において、全体としてリング形状を有するｒｆ（高周波）アンテナ１１が平板型ＩＣＰ反応容器１３の上部プレート１２に近づけて配置されている。図２に示された実施形態では、全体として螺旋形状を有する他のｒｆアンテナ２２が円筒形ＩＣＰ反応容器２３の円筒形側壁２３ａに近づけ、かつその周りに配置されている。上部プレート１２と円筒形側壁２３ａは誘電体物質によって作られている。反応容器１３，２３の他の壁部は金属で作られ、さらに反応容器１３，２３の内部には基板ホルダ２４、ガス導入口２５、ガス排出口２６が、それぞれ設けられている。
【００１８】
前述の構成において、ｒｆアンテナ１１は上部プレート１２に接触して配置され、あるいは上部プレートに対して距離をあけて配置される。加えて、ｒｆアンテナ２２もまた円筒形側壁２３ａに接触して配置され、あるいは円筒形側壁に対して距離をあけて配置される。
【００１９】
以下にｒｆアンテナ１１が詳細に説明される。ｒｆアンテナ１１は電気的に導電性を有する金属部材であり、狭い幅を有し、相対的に長形の板形状を持つ金属ストリップによって作られている。ｒｆアンテナ１１は、ｒｆアンテナの断面形状がＵ字形状になるようにその幅方向に沿って上記金属ストリップを曲げるようにして形成されている。Ｕ字形状のｒｆアンテナ１１の開放された端部は反応容器１３の内部に対向している。ｒｆアンテナ１１の厚み１４（図３に示される）は、好ましくは１〜３ｍｍの範囲に含まれる。ｒｆアンテナ１１の高さ１５（図３に示される）は重要なことではなく、好ましくは１０〜５０ｍｍの範囲に含まれる。
【００２０】
図４に示されるように、開放された端部の縁（端縁）１１ａ，１１ｂの間の距離（Ｄ）も同様に重要なことではなく、２〜５０ｍｍの範囲に含まれる。もしこの距離（Ｄ）が余りにも小さい場合には、誘導される磁界１６のパターンは、図１０に示された金属ストリップ６５Ｂの周りに生成されたパターンと差異を生じない。もし距離（Ｄ）が余りにも大きい場合には、誘導された磁界１６はＵ字形状のｒｆアンテナの内部へ曲がる傾向にある、すなわち誘導された磁界１６はＵ字形状のｒｆアンテナの表面により平行になる。この場合、それ故に、ｒｆアンテナの端縁に生成された磁界のみが反応容器１３の内部を通過することになるであろう。
【００２１】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、ｒｆアンテナ１１の断面形状は実際には半円形（図３（ａ））、または半楕円形（図３（ｂ））、または馬蹄形（図３（ｃ））の各形状にすることができる。図４には、一例として、その断面形状が半円形であるｒｆアンテナ１１の周りに生成された誘導磁界の予想される形状１６が示されている。
【００２２】
ｒｆアンテナ１１にはｒｆ電力源１７から整合回路１８を通してｒｆ電流を供給される。ｒｆ電流の周波数は重要なことではなく、１〜５０ＭＨｚの範囲に含まれる。アンテナの開放端部においては、ｒｆアンテナ１１の同一半径軸上であれば、どの端部においてもその両側の電圧は同じである。それ故に、ｒｆアンテナ１１の開放された端縁の間で静電的結合は存在しない。この構成に基づいて、ｒｆアンテナ１１の開放端縁の両方において、誘導磁界１６が、反応容器１３の内部を通過する。誘導磁界１６が、ｒｆアンテナ１１の提案構成に基づいて反応容器１３内で占める領域は、同じ寸法を有する直線的金属ストリップによる同領域よりも広くなる（大きくなる）。このことは、ｒｆアンテナ１１から反応容器１３で生成されるプラズマへのより高い電力伝送効率をもたらす。
【００２３】
プラズマに近い箇所の容量結合を減少するため、ｒｆアンテナは低電圧で作動されなければならない。このことは低いインダクタンスを要求する。
【００２４】
図５で示された金属ストリップで作られたループアンテナ３１のインダクタンス（Ｌ）は、２つの文献、すなわち”F.W.Grover,Inductance calculations,New York,Van Nostrand,1946 ”及び”T.Intrator and J.Menard,Plasma Sources andTecnol. 5,371,1996”に示されている。
【００２５】
Ｌ＝１．９７×１０-2（２ａ／ｂ）Ｎ-2ｃｋ    （ＬはμＨ）
ここで、ａ＝金属ストリップ３１の半径
ｂ＝金属ストリップ３１の幅
Ｎ＝巻数
ｃ＝金属ストリップ３１の厚み
ｋ＝0.0674＋1.358 ｂ／２ａ−0.7423（ｂ／２ａ）２
【００２６】
金属ストリップの幅を増大することは、正味のインダクタンス、ループアンテナ３１のＬを減少させる最も簡単な方法である。それ故に、図６に示されるように、より大きなストリップ幅を選択することは、より低いインダクタンスと、前述のＵ字形状の断面を持つように１８０°で曲げるに足りる十分な幅との両方を実現させる。
【００２７】
上記の物質、縦断面の形状、反応容器２３における誘導磁界の特徴などに関して、上記ｒｆアンテナ２２は、上記ｒｆアンテナ１１のそれらとまったく同じである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る誘導結合型プラズマ用高周波アンテナは、当該高周波アンテナがＵ字形状の断面を有するので、高周波アンテナから誘導結合型プラズマへの電力伝送効率を増加することを実現できる。その結果、高密度プラズマを実現することができる。
【００２９】
本発明に係る誘導結合型プラズマ源は、前述の特徴を持った高周波アンテナを利用することによって、プラズマを効率よく生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この図は、発明された高周波アンテナの第１の実施形態を示す部分的断面と外観を示す図である。
【図２】この図は、発明された高周波アンテナの第２の実施形態を示す垂直断面と模式的構成を示す図である。
【図３】この図は、発明された高周波アンテナの３つの可能な形状を示す縦断面図である。
【図４】この図は、発明された半円形の高周波アンテナの周りの誘導磁界を示す仮想的な図である。
【図５】この図は、金属ストリップで形成されたｒｆループアンテナを示す外観図である。
【図６】この図は、図５に示された金属ストリップを曲げた後のＵ字型アンテナを示す外観図である。
【図７】この図は、円筒型の誘導結合型プラズマ源を示す模式図である。
【図８】この図は、平板型の誘導結合型プラズマ源を示す模式図である。
【図９】この図は、金属管の周りの誘導磁界を示す図である。
【図１０】この図は、金属ストリップの周りの誘導磁界を示す図である。
【符号の説明】
１１                  Ｕ字形状の断面を有する高周波アンテナ
１２                  上部プレート（誘電体プレート）
１３                  平板型のＩＣＰ反応容器
１７                  高周波電力源
１８                  整合回路
２２                  高周波アンテナ（ｒｆアンテナ）
２３                  円筒型のＩＣＰ反応容器
２３ａ                円筒形の側壁
２４                  基板ホルダ
【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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