JP4598253B2 - プラズマ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波を導入して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図８は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。このエッチング装置では、上部が開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されている。この載置台５２２はバイアス用の高周波電源５２６に接続されている。
誘電体板５１２の上部には、この誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波を供給するダイポールアンテナ５３０が配置されている。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲はシールド部材５１８によって覆われている。
アンテナ５３０は給電用の高周波電源５４３に接続されている。
【０００４】
図９は、図８に示したダイポールアンテナ５３０の構成を示す図である。ここで、図９（ａ）は、図８におけるIXa−IXa′線方向からみたアンテナ５３０の平面図、図９（ｂ）は、座標系を示す図である。
ダイポールアンテナ５３０は、誘電体板５１２の主面と平行に直線状に配置された２つの導体棒５３１，５３２を有している。アンテナ５３０上における電磁界の波長をλg とすると、導体棒５３１，５３２の長さは共に略λg/４であり、アンテナ５３０の全長Ｌは略λg/２である。一方、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部は離間しており、これらの端部に給電用の高周波電源５４３が接続されている。
ここで、説明の便宜のため、次のように直交座標系を定める。すなわち、導体棒５３１，５３２の中心軸をｘ軸とし、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部の中央を原点Ｏとする。また、ｘ軸に直交してかつ誘電体板５１２の主面と平行にｙ軸をとり、誘電体板５１２の主面と垂直にｚ軸をとる。
【０００５】
次に、図８に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板５２１を載置台５２２の上面に置いた状態で、処理容器５１１内を所定の真空度にした後、ノズル５１７からエッチングガスを流量制御して供給する。この状態で、高周波電源５４５よりダイポールアンテナ５３０に給電を開始すると、アンテナ５３０の全長Ｌが略λg/２であるので共振が起こり、アンテナ５３０に大きな電流が流れ、アンテナ５３０より高周波が放射される。この高周波は誘電体板５１２を透過して処理容器へ導入される。
処理容器５１１内に導入された高周波の電界は、処理容器５１１内のガスを電離させて、処理対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、載置台５２２に印加されたバイアス電圧（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
【０００６】
図１０は、図９に示したダイポールアンテナ５３０の放射特性を示す概念図であり、図１０（ａ）はｘｚ面における電界強度分布、図１０（ｂ）はｙｚ面における電界強度分布を示している。
ダイポールアンテナ５３０が形成する電界の強度は、アンテナ５３０の中心すなわち原点Ｏで最も強く、原点Ｏからｘ軸方向又はｙ軸方向に離れるにつれて徐々に弱くなって行く。ただし、ダイポールアンテナ５３０より放射される高周波はｘ軸に平行な直線偏波であるので、ｙｚ面における電界強度分布の勾配は緩やかであるが、ｘｚ面における電界強度分布の勾配は急である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示したような強度分布の電界を用いてプラズマを生成すると、基板５２１の上部空間５５０の外周部（ｘｙ面と平行な面における周縁部）でプラズマの密度が低くなる。
一方、空間５５０で生成されたプラズマは載置台５２２に向かって拡散して行くが、空間５５０の外周部から処理容器５１１の側壁に向かったプラズマは失活するので、仮に上部空間５５０におけるプラズマの密度が均一であったとしても、基板５２１上面の周縁付近に到達するプラズマは中央付近に到達するプラズマよりも少なくなり、基板５２１上面の周縁付近におけるプラズマ密度は中央付近よりも低くなる。
【０００８】
これら２つの相乗作用により、ダイポールアンテナ５３０を用いてプラズマを生成すると、プラズマ密度が低い基板５２１の周縁付近でプラズマ処理速度が遅くなるという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板などの被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナは、高周波電源に並列に接続された導体線より形成された周囲長が等しい巻数が１未満のループを複数備え、これらのループは、そのループ面が処理容器内に収容された載置台と対向するように配置されていることを特徴とする。このように、ループによってアンテナを構成したことにより、載置台に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。これにより、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善することができる。
【００１０】
ここで、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源の一端に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に高周波電源の他端に接続された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成にしてもよい。
また、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に接地された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成としてもよい。
【００１１】
また、アンテナのループの一部が、載置台に置かれる被処理体の周縁と対向するように配置されるようにしてもよい。
また、アンテナの複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部（すなわち第１，第２の導体部材から遠い部分）における同位相の高周波電流の作用により、それぞれのループの外周部を繋いだ領域にループ状電流が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線のそれぞれが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナを形成することができる。
【００１２】
また、アンテナが偶数個のループを有し、これらのループが同一平面上に配置されている場合、偶数個のループは、これらのループと同一平面上にあり第１の導体部材の中心を通る直線に対して対称に配置され、この直線に対して一方の側に位置する複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部における高周波電流の作用により２つのダイポール電流が形成され、各ループの基部すなわち各導体線が第１，第２の導体部材と接続された部分である接続部付近における高周波電流の作用により１つのダイポール電流が形成される。すなわち、擬似的に多重のダイポールアンテナを形成することができる。
【００１３】
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略自然数倍としてもよい。これにより、共振が起こり大きい高周波電流が流れるので、高出力を得られる。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長より短くしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長と等しくしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略１／４にしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
このエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導体部材で形成されている。
処理容器１１の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌＮなどの）セラミックなどからなる誘電体板１２が配置されている。処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなどのシール部材１３を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１５】
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１６と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１７とが上下に設けられている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなどで形成される。
【００１６】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１を上面に置く載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在となっている。載置台２２はまた、マッチングボックス２５を介して、周波数範囲が数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚであるバイアス用の高周波電源２６に接続されている。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
また、誘電体板１２の上部には、この誘電体板１２を介して処理容器１１内に高周波を供給するアンテナ３０が配置されている。このアンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。
【００１７】
また、誘電体板１２及びアンテナ３０の周囲は、底部が開口している円筒形状のシールド部材１８によって覆われている。このシールド部材１８は、例えばアルミニウムなどの金属で形成され、接地されている。アンテナ３０から放射された高周波は、このシールド部材１８により遮蔽されるので、高周波がエッチング装置の外部に漏れることはない。
アンテナ３０はマッチングボックス４２を介して給電用の高周波電源４３に接続されている。高周波電源４３からは、周波数が１００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの高周波が出力される。また、マッチングボックス４２によってインピーダンスのマッチングを図ることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
【００１８】
次に、図１に示したアンテナ３０の構成を説明する。図２は、このアンテナ３０の構成を示す図である。ここで、図２（ａ）は、図１におけるIIa−IIa′線方向からみたアンテナ３０の平面図であり、図２（ｂ）は、座標系を示す図である。
載置台２２の中央部の上方位置すなわち誘電体板１２の中央部には、円柱状の導体柱（第１の導体部材）３２が配置されており、この導体柱３２の周囲には、円筒状の導体リング（第２の導体部材）３３が配置されている。導体柱３２はマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の一端に接続され、導体リング３３は同じくマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の他端に接続されている。
【００１９】
導体柱３２と導体リング３３との間には、導体リング３３の外側で略円形のループを形成する４つの導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、高周波電源４３に対して並列に接続されている。
各導体線３１Ａ〜３１Ｄは、導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されている。すなわち、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループは、導体柱３２を中心として、載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されている。これらのループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）は、それぞれのループ面が載置台２２と対向するように同一平面上に配置されている。このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部（すなわち、導体柱３２から最も遠い部分）が載置台２２上に置かれる基板２１の周縁の直上付近にくるように配置される。
【００２０】
導体線３１Ａ〜３１Ｄと導体リング３３とが交差する部分の構造を、導体線３１Ｃを例に挙げて説明する。図３は、図２におけるIII−III′線方向の断面図である。導体リング３３には貫通孔が形成されており、導体線３１Ｃはこの貫通孔内を通って導体リング３３の内側から外側へとのびている。また、貫通孔内における導体線３１Ｃと導体リング３３との接触を避けるため、貫通孔の内壁には絶縁部材３４が取り付けられている。他の導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｄについても同様である。
【００２１】
以上の導体線３１Ａ〜３１Ｄ、導体柱３２及び導体リング３３は、銅又はアルミニウムなどで形成される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは同じ部材で形成され、各導体線３１Ａ〜３１Ｄのインピーダンス、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの形状及び周囲長はすべて等しい。ここでは、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。
【００２２】
次に、図２（ａ）を用いてアンテナ３０の動作について説明する。
４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄは高周波電源４３から電気的に等距離にある導体柱３２の側壁下端に接続され、またそれぞれのインピーダンスは等しいので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの周囲長がλg であるので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の基部、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが導体柱３２及び導体リング３３と接続された部分である接続部付近では、隣り合う導体線の高周波電流（図２（ａ）の細い実線矢印を参照）が逆方向に流れることになるので、その高周波電流の効果は互いにキャンセルされる。
【００２３】
その一方で、導体線３１Ａ〜３１Ｄに同位相の定在波が生じることにより、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部には、同位相の大きい高周波電流（図２（ａ）の太い実線矢印を参照）が流れる。これらの同位相の高周波電流により、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部を繋いだ領域にループ状電流（図２（ａ）の太い点線を参照）が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナが形成される。
ループの径が小さいほどインダクタンスが小さいので、このアンテナ３０は径が大きいループのアンテナと等価でありながら、そのインダクタンスは相対的に小さい。よって、同じパワーの高周波電源４３を用いて給電しても、より大きい電流を流せるので、高利得を得られる。また、このアンテナ３０は共振を利用して大きい電流が流れるようにしているので、高出力を得られる。
【００２４】
図４は、図１に示したアンテナ３０の放射特性を示す概念図である。ここで、図４（ａ）は、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の図であり、図４（ｂ）は、ｘｚ面における電界強度分布の図である。前述したようにアンテナ３０は径が大きい１つのループアンテナとして作用し、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流により電界が作られる。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図４（ｂ）に示すようになり、上記ループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで強い電界が作られる。ｙｚ面における電界強度分布も図４（ｂ）と同様になり、やはり上記ループ状電流の近くで強い電界が作られる。
【００２５】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１６からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１７からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、高周波電源４３よりアンテナ３０に給電する。これによりアンテナ３０から高周波が放射される。この高周波は誘電体板１２を透過して処理容器１１内に導入され、処理容器１１内に電界を形成する。
【００２６】
その電界強度分布は図４（ｂ）に示したようになり、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで他の領域より強い電界が作られる。前述したように各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部は処理対象の基板２１の周縁の直上付近に位置しているので、基板２１の周縁の直上付近で比較的強い電界が作られることになる。
このような強度分布をもつ電界は処理容器１１内のＡｒを電離させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成する。電界強度が大きいほど効率的にプラズマが生成されるので、空間５０の外周部である基板２１周縁の直上付近におけるプラズマの密度が他の領域より高くなる。
【００２７】
このエッチング装置では、空間５０で生成されたプラズマは、拡散しつつ下降して行く。空間５０の外周部から処理容器１１内壁に向かい失活するプラズマもあるが、空間５０の外周部には比較的高密度にプラズマが存在しているので、基板２１上面の周縁付近に到達するプラズマを中央付近に到達するプラズマと同程度とすることができる。この結果、基板２１上面におけるプラズマ密度を均一にすることができるので、このプラズマによるエッチング処理の処理速度を基板２１の全域で一定にすることができる。
なお、ここではアンテナ３０のループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいとしたが、λg の自然数倍としてもよい。
また、アンテナ３０が４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上であればよい。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。この図において、図２（ａ）と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図５に示すアンテナ１３０は、４つの導体線１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄがそれぞれ形成するループの周囲長を、その導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg より短くしたものである。ここでは、ループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）の周囲長をλg/４程度とする。
導体柱１３２はマッチングボックス１４２を介して高周波電源４３に接続されているが、導体リング１３３は接地されている。
【００２９】
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄは等振幅かつ等位相で給電される。このとき各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにはそれぞれの両端間で振幅が正弦波的に変化する高周波電流が流れる。これら４つのループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）により、複数の電流素子からなるアンテナが形成される。
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄに流れる高周波電流の振幅は、導体柱１３２に接続される一端で零であり、両端間で正弦波的に変化して、導体リング１３３に接続される他端で最大となる。したがって、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄの他端が接続される導体リング１３３の直径を変化させることにより、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにおいて大きい高周波電流の流れる箇所を処理容器１１の径方向で調整することができる。
【００３０】
導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図１，図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。よって、このアンテナ１３０でも、基板２１周縁の直上付近において大きい高周波電流が流れるように調整することで、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面におけるプラズマの分布を改善することができるので、従来よりも均一な速度で基板２１の全域をエッチング処理することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
図６に示すアンテナ２３０は、４つの導体線の接続を変化させたものである。各導体線２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄが導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されていることは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様である。ただし、導体線２３１Ａ，２３１Ｂがそれぞれ形成するループと導体線２３１Ｄ，２３１Ｃがそれぞれ形成するループとは、導体柱３２の中心を通るｙ軸に対して対称となるように、導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。また、導体線２３１Ａが形成するループと導体線２３１Ｂが形成するループとは、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続され、導体線２３１Ｃが形成するループと導体線２３１Ｄが形成するループとは、同じく導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。
【００３２】
各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループは、二等辺三角形の角を丸めた形状をしている。ここでは、各ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の周囲長を、導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。その他の点は図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【００３３】
図７は、図６に示したアンテナ２３０の動作を説明するための図であり、図７（ａ）はアンテナに形成されるダイポール電流を示しており、図７（ｂ）はｘｚ面における電界強度分布を示している。
アンテナ２３０では、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様に、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電され、また各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
【００３４】
このとき、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄが形成するループの外周部における大きい高周波電流ＩＡ２〜ＩＤ２が、ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の外周部付近に２つのダイポール電流Ｉ１，Ｉ２を形成する。具体的には、導体線２３１Ａ，２３１Ｂが形成するループの外周部における高周波電流ＩＡ２，ＩＢ２がダイポール電流Ｉ１を形成し、導体線２３１Ｃ，２３１Ｄが形成するループの外周部における高周波電流ＩＣ２，ＩＤ２がダイポール電流Ｉ２を形成する。さらに、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄの接続部付近における高周波電流ＩＡ１〜ＩＤ１，ＩＡ３〜ＩＤ３で、相互にキャンセルされずに残ったものが、ダイポール電流Ｉ３を形成する。このように、擬似的に多重のダイポールアンテナが形成される。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図７（ｂ）に示すようになり、ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３の近くで強い電界が作られる。
【００３５】
ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。ダイポール電流Ｉ１，Ｉ２は導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループの外周部付近に作られるので、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面の周縁付近におけるプラズマの密度を高くすることができる。これにより、基板２１上面の周縁付近におけるエッチング速度を従来より速くすることができる。
なお、アンテナ２３０が４つの導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上の偶数であればよい。この場合、ｙ軸に対して一方の側（例えばｘ＞０）に位置する複数のループを、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置するとよい。ｙ軸に対して他方の側（例えばｘ＜０）に位置する複数のループについても同様である。
【００３６】
以上では本発明のプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナとして、それぞれがループを形成する複数の導体線を高周波電源に並列に接続して構成したものを使用する。これにより、載置台上に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。したがって、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を高くすることができる。この結果、この領域での処理速度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図２】 図１に示したアンテナの構成を示す図である。
【図３】 図２におけるIII−III′線方向の断面図である。
【図４】 図１に示したアンテナの放射特性を示す概念図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図７】 図６に示したアンテナの作用効果を説明するための図である。
【図８】 従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図９】 図８に示したダイポールアンテナの構成を示す図である。
【図１０】 図９に示したダイポールアンテナの放射特性を示す概念図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…誘電体板、２１…基板（被処理体）、２２…載置台、３０，１３０，２３０…アンテナ、４３…高周波電源、３１Ａ〜３１Ｄ，１３１Ａ〜１３１Ｄ，２３１Ａ〜２３１Ｄ…導体線、３２，１３２…導体柱（第１の導体部材）、３３，１３３…導体リング（第２の導体部材）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波によりプラズマを生成して所定の処理を行うプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナから処理容器内へ高周波を導入して高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図８は、従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。このエッチング装置では、上部が開口した円筒形状の処理容器５１１と、この処理容器５１１の上部開口を塞ぐ誘電体板５１２とにより、密閉容器が形成されている。処理容器５１１の底部には真空排気用の排気口５１５が設けられており、また処理容器５１１の側壁にはエッチングガス導入用のノズル５１７が設けられている。処理容器５１１内には、エッチング対象の基板５２１を置くための載置台５２２が収容されている。この載置台５２２はバイアス用の高周波電源５２６に接続されている。
誘電体板５１２の上部には、この誘電体板５１２を介して処理容器５１１内に高周波を供給するダイポールアンテナ５３０が配置されている。また、誘電体板５１２及びアンテナ５３０の周囲はシールド部材５１８によって覆われている。
アンテナ５３０は給電用の高周波電源５４３に接続されている。
【０００４】
図９は、図８に示したダイポールアンテナ５３０の構成を示す図である。ここで、図９（ａ）は、図８におけるIXa−IXa′線方向からみたアンテナ５３０の平面図、図９（ｂ）は、座標系を示す図である。
ダイポールアンテナ５３０は、誘電体板５１２の主面と平行に直線状に配置された２つの導体棒５３１，５３２を有している。アンテナ５３０上における電磁界の波長をλg とすると、導体棒５３１，５３２の長さは共に略λg/４であり、アンテナ５３０の全長Ｌは略λg/２である。一方、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部は離間しており、これらの端部に給電用の高周波電源５４３が接続されている。
ここで、説明の便宜のため、次のように直交座標系を定める。すなわち、導体棒５３１，５３２の中心軸をｘ軸とし、導体棒５３１，５３２の向かい合う端部の中央を原点Ｏとする。また、ｘ軸に直交してかつ誘電体板５１２の主面と平行にｙ軸をとり、誘電体板５１２の主面と垂直にｚ軸をとる。
【０００５】
次に、図８に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板５２１を載置台５２２の上面に置いた状態で、処理容器５１１内を所定の真空度にした後、ノズル５１７からエッチングガスを流量制御して供給する。この状態で、高周波電源５４５よりダイポールアンテナ５３０に給電を開始すると、アンテナ５３０の全長Ｌが略λg/２であるので共振が起こり、アンテナ５３０に大きな電流が流れ、アンテナ５３０より高周波が放射される。この高周波は誘電体板５１２を透過して処理容器へ導入される。
処理容器５１１内に導入された高周波の電界は、処理容器５１１内のガスを電離させて、処理対象の基板５２１の上部空間５５０にプラズマを生成する。このプラズマは処理容器５１１内に拡散して行き、載置台５２２に印加されたバイアス電圧（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）によってプラズマのエネルギーや異方性がコントロールされて、エッチング処理に利用される。
【０００６】
図１０は、図９に示したダイポールアンテナ５３０の放射特性を示す概念図であり、図１０（ａ）はｘｚ面における電界強度分布、図１０（ｂ）はｙｚ面における電界強度分布を示している。
ダイポールアンテナ５３０が形成する電界の強度は、アンテナ５３０の中心すなわち原点Ｏで最も強く、原点Ｏからｘ軸方向又はｙ軸方向に離れるにつれて徐々に弱くなって行く。ただし、ダイポールアンテナ５３０より放射される高周波はｘ軸に平行な直線偏波であるので、ｙｚ面における電界強度分布の勾配は緩やかであるが、ｘｚ面における電界強度分布の勾配は急である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示したような強度分布の電界を用いてプラズマを生成すると、基板５２１の上部空間５５０の外周部（ｘｙ面と平行な面における周縁部）でプラズマの密度が低くなる。
一方、空間５５０で生成されたプラズマは載置台５２２に向かって拡散して行くが、空間５５０の外周部から処理容器５１１の側壁に向かったプラズマは失活するので、仮に上部空間５５０におけるプラズマの密度が均一であったとしても、基板５２１上面の周縁付近に到達するプラズマは中央付近に到達するプラズマよりも少なくなり、基板５２１上面の周縁付近におけるプラズマ密度は中央付近よりも低くなる。
【０００８】
これら２つの相乗作用により、ダイポールアンテナ５３０を用いてプラズマを生成すると、プラズマ密度が低い基板５２１の周縁付近でプラズマ処理速度が遅くなるという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板などの被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナは、高周波電源に並列に接続された導体線より形成された周囲長が等しい巻数が１未満のループを複数備え、これらのループは、そのループ面が処理容器内に収容された載置台と対向するように配置されていることを特徴とする。このように、ループによってアンテナを構成したことにより、載置台に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。これにより、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を改善することができる。
【００１０】
ここで、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源の一端に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に高周波電源の他端に接続された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成にしてもよい。
また、アンテナは、載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に高周波電源に接続された第１の導体部材と、この第１の導体部材の周囲に配置されると共に接地された第２の導体部材とを更に備え、ループを形成する導体線のそれぞれが、第１の導体部材に一端が接続され、第２の導体部材に他端が接続され、第２の導体部材の外側でループを形成している構成としてもよい。
【００１１】
また、アンテナのループの一部が、載置台に置かれる被処理体の周縁と対向するように配置されるようにしてもよい。
また、アンテナの複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部（すなわち第１，第２の導体部材から遠い部分）における同位相の高周波電流の作用により、それぞれのループの外周部を繋いだ領域にループ状電流が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線のそれぞれが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナを形成することができる。
【００１２】
また、アンテナが偶数個のループを有し、これらのループが同一平面上に配置されている場合、偶数個のループは、これらのループと同一平面上にあり第１の導体部材の中心を通る直線に対して対称に配置され、この直線に対して一方の側に位置する複数のループは、載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されるようにしてもよい。このように構成すると、各ループの外周部における高周波電流の作用により２つのダイポール電流が形成され、各ループの基部すなわち各導体線が第１，第２の導体部材と接続された部分である接続部付近における高周波電流の作用により１つのダイポール電流が形成される。すなわち、擬似的に多重のダイポールアンテナを形成することができる。
【００１３】
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略自然数倍としてもよい。これにより、共振が起こり大きい高周波電流が流れるので、高出力を得られる。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長より短くしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長と等しくしてもよい。
また、アンテナのループの周囲長を、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の略１／４にしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
このエッチング装置は、上部が開口した円筒形状の処理容器１１を有している。この処理容器１１は、アルミニウムなどの導体部材で形成されている。
処理容器１１の上部開口には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又は（Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌＮなどの）セラミックなどからなる誘電体板１２が配置されている。処理容器１１と誘電体板１２との接合部はＯリングなどのシール部材１３を介在させており、これにより処理容器１１内部の気密性を確保している。
【００１５】
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１４が設けられている。また、この絶縁板１４及び処理容器１１底部を貫通する排気口１５が設けられており、この排気口１５に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
また、処理容器１１の側壁には、処理容器１１内にＡｒなどのプラズマガスを導入するためのプラズマガス供給ノズル１６と、エッチングガスを導入するための処理ガス供給ノズル１７とが上下に設けられている。これらのノズル１６，１７は石英パイプなどで形成される。
【００１６】
処理容器１１内には、エッチング対象の基板（被処理体）２１を上面に置く載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持されており、上下動自在となっている。載置台２２はまた、マッチングボックス２５を介して、周波数範囲が数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚであるバイアス用の高周波電源２６に接続されている。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１４との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
また、誘電体板１２の上部には、この誘電体板１２を介して処理容器１１内に高周波を供給するアンテナ３０が配置されている。このアンテナ３０は、誘電体板１２により処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。
【００１７】
また、誘電体板１２及びアンテナ３０の周囲は、底部が開口している円筒形状のシールド部材１８によって覆われている。このシールド部材１８は、例えばアルミニウムなどの金属で形成され、接地されている。アンテナ３０から放射された高周波は、このシールド部材１８により遮蔽されるので、高周波がエッチング装置の外部に漏れることはない。
アンテナ３０はマッチングボックス４２を介して給電用の高周波電源４３に接続されている。高周波電源４３からは、周波数が１００ＭＨｚ〜８ＧＨｚの高周波が出力される。また、マッチングボックス４２によってインピーダンスのマッチングを図ることにより、電力の使用効率を向上させることができる。
【００１８】
次に、図１に示したアンテナ３０の構成を説明する。図２は、このアンテナ３０の構成を示す図である。ここで、図２（ａ）は、図１におけるIIa−IIa′線方向からみたアンテナ３０の平面図であり、図２（ｂ）は、座標系を示す図である。
載置台２２の中央部の上方位置すなわち誘電体板１２の中央部には、円柱状の導体柱（第１の導体部材）３２が配置されており、この導体柱３２の周囲には、円筒状の導体リング（第２の導体部材）３３が配置されている。導体柱３２はマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の一端に接続され、導体リング３３は同じくマッチングボックス４２を介して高周波電源４３の他端に接続されている。
【００１９】
導体柱３２と導体リング３３との間には、導体リング３３の外側で略円形のループを形成する４つの導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、高周波電源４３に対して並列に接続されている。
各導体線３１Ａ〜３１Ｄは、導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されている。すなわち、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループは、導体柱３２を中心として、載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されている。これらのループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）は、それぞれのループ面が載置台２２と対向するように同一平面上に配置されている。このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部（すなわち、導体柱３２から最も遠い部分）が載置台２２上に置かれる基板２１の周縁の直上付近にくるように配置される。
【００２０】
導体線３１Ａ〜３１Ｄと導体リング３３とが交差する部分の構造を、導体線３１Ｃを例に挙げて説明する。図３は、図２におけるIII−III′線方向の断面図である。導体リング３３には貫通孔が形成されており、導体線３１Ｃはこの貫通孔内を通って導体リング３３の内側から外側へとのびている。また、貫通孔内における導体線３１Ｃと導体リング３３との接触を避けるため、貫通孔の内壁には絶縁部材３４が取り付けられている。他の導体線３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｄについても同様である。
【００２１】
以上の導体線３１Ａ〜３１Ｄ、導体柱３２及び導体リング３３は、銅又はアルミニウムなどで形成される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは同じ部材で形成され、各導体線３１Ａ〜３１Ｄのインピーダンス、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの形状及び周囲長はすべて等しい。ここでは、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。
【００２２】
次に、図２（ａ）を用いてアンテナ３０の動作について説明する。
４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄは高周波電源４３から電気的に等距離にある導体柱３２の側壁下端に接続され、またそれぞれのインピーダンスは等しいので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電される。また、各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの周囲長がλg であるので、各導体線３１Ａ〜３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
このとき、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の基部、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが導体柱３２及び導体リング３３と接続された部分である接続部付近では、隣り合う導体線の高周波電流（図２（ａ）の細い実線矢印を参照）が逆方向に流れることになるので、その高周波電流の効果は互いにキャンセルされる。
【００２３】
その一方で、導体線３１Ａ〜３１Ｄに同位相の定在波が生じることにより、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部には、同位相の大きい高周波電流（図２（ａ）の太い実線矢印を参照）が流れる。これらの同位相の高周波電流により、各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部を繋いだ領域にループ状電流（図２（ａ）の太い点線を参照）が形成されたのと同様の効果が得られる。このループ状電流の径は各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの径よりも大きいので、このループ状電流により擬似的に径が大きいループのアンテナが形成される。
ループの径が小さいほどインダクタンスが小さいので、このアンテナ３０は径が大きいループのアンテナと等価でありながら、そのインダクタンスは相対的に小さい。よって、同じパワーの高周波電源４３を用いて給電しても、より大きい電流を流せるので、高利得を得られる。また、このアンテナ３０は共振を利用して大きい電流が流れるようにしているので、高出力を得られる。
【００２４】
図４は、図１に示したアンテナ３０の放射特性を示す概念図である。ここで、図４（ａ）は、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の図であり、図４（ｂ）は、ｘｚ面における電界強度分布の図である。前述したようにアンテナ３０は径が大きい１つのループアンテナとして作用し、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流により電界が作られる。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図４（ｂ）に示すようになり、上記ループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで強い電界が作られる。ｙｚ面における電界強度分布も図４（ｂ）と同様になり、やはり上記ループ状電流の近くで強い電界が作られる。
【００２５】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。この真空度を維持しつつ、プラズマガス供給ノズル１６からプラズマガスとしてＡｒを供給し、処理ガス供給ノズル１７からＣＦ4 などのエッチングガスを流量制御して供給する。
処理容器１１内にプラズマガス及びエッチングガスが供給された状態で、高周波電源４３よりアンテナ３０に給電する。これによりアンテナ３０から高周波が放射される。この高周波は誘電体板１２を透過して処理容器１１内に導入され、処理容器１１内に電界を形成する。
【００２６】
その電界強度分布は図４（ｂ）に示したようになり、図２（ａ）の太い点線で示したループ状電流の近く、すなわち各導体線３１Ａ〜３１Ｄが形成するループの外周部を繋いだ領域の近くで他の領域より強い電界が作られる。前述したように各ループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の外周部は処理対象の基板２１の周縁の直上付近に位置しているので、基板２１の周縁の直上付近で比較的強い電界が作られることになる。
このような強度分布をもつ電界は処理容器１１内のＡｒを電離させて、基板２１の上部空間５０にプラズマを生成する。電界強度が大きいほど効率的にプラズマが生成されるので、空間５０の外周部である基板２１周縁の直上付近におけるプラズマの密度が他の領域より高くなる。
【００２７】
このエッチング装置では、空間５０で生成されたプラズマは、拡散しつつ下降して行く。空間５０の外周部から処理容器１１内壁に向かい失活するプラズマもあるが、空間５０の外周部には比較的高密度にプラズマが存在しているので、基板２１上面の周縁付近に到達するプラズマを中央付近に到達するプラズマと同程度とすることができる。この結果、基板２１上面におけるプラズマ密度を均一にすることができるので、このプラズマによるエッチング処理の処理速度を基板２１の全域で一定にすることができる。
なお、ここではアンテナ３０のループ（導体線３１Ａ〜３１Ｄ）の周囲長を、導体線３１Ａ〜３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいとしたが、λg の自然数倍としてもよい。
また、アンテナ３０が４つの導体線３１Ａ〜３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上であればよい。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。この図において、図２（ａ）と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図５に示すアンテナ１３０は、４つの導体線１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄがそれぞれ形成するループの周囲長を、その導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg より短くしたものである。ここでは、ループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）の周囲長をλg/４程度とする。
導体柱１３２はマッチングボックス１４２を介して高周波電源４３に接続されているが、導体リング１３３は接地されている。
【００２９】
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄは等振幅かつ等位相で給電される。このとき各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにはそれぞれの両端間で振幅が正弦波的に変化する高周波電流が流れる。これら４つのループ（導体線１３１Ａ〜１３１Ｄ）により、複数の電流素子からなるアンテナが形成される。
各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄに流れる高周波電流の振幅は、導体柱１３２に接続される一端で零であり、両端間で正弦波的に変化して、導体リング１３３に接続される他端で最大となる。したがって、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄの他端が接続される導体リング１３３の直径を変化させることにより、各導体線１３１Ａ〜１３１Ｄにおいて大きい高周波電流の流れる箇所を処理容器１１の径方向で調整することができる。
【００３０】
導体線１３１Ａ〜１３１Ｄを流れる高周波電流が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図１，図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。よって、このアンテナ１３０でも、基板２１周縁の直上付近において大きい高周波電流が流れるように調整することで、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面におけるプラズマの分布を改善することができるので、従来よりも均一な速度で基板２１の全域をエッチング処理することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
図６に示すアンテナ２３０は、４つの導体線の接続を変化させたものである。各導体線２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ，２３１Ｄが導体柱３２の周りに９０゜間隔で配置されていることは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様である。ただし、導体線２３１Ａ，２３１Ｂがそれぞれ形成するループと導体線２３１Ｄ，２３１Ｃがそれぞれ形成するループとは、導体柱３２の中心を通るｙ軸に対して対称となるように、導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。また、導体線２３１Ａが形成するループと導体線２３１Ｂが形成するループとは、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続され、導体線２３１Ｃが形成するループと導体線２３１Ｄが形成するループとは、同じく導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに９０゜回転対称となるように導体柱３２及び導体リング３３と接続されている。
【００３２】
各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループは、二等辺三角形の角を丸めた形状をしている。ここでは、各ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の周囲長を、導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを流れる高周波電流の波長λg と等しいものとする。その他の点は図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様であるので、その説明を省略する。
【００３３】
図７は、図６に示したアンテナ２３０の動作を説明するための図であり、図７（ａ）はアンテナに形成されるダイポール電流を示しており、図７（ｂ）はｘｚ面における電界強度分布を示している。
アンテナ２３０では、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同様に、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄは等位相かつ等振幅で給電され、また各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄに供給された高周波電流は共振して定在波となる。
【００３４】
このとき、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄが形成するループの外周部における大きい高周波電流ＩＡ２〜ＩＤ２が、ループ（導体線２３１Ａ〜２３１Ｄ）の外周部付近に２つのダイポール電流Ｉ１，Ｉ２を形成する。具体的には、導体線２３１Ａ，２３１Ｂが形成するループの外周部における高周波電流ＩＡ２，ＩＢ２がダイポール電流Ｉ１を形成し、導体線２３１Ｃ，２３１Ｄが形成するループの外周部における高周波電流ＩＣ２，ＩＤ２がダイポール電流Ｉ２を形成する。さらに、各導体線２３１Ａ〜２３１Ｄの接続部付近における高周波電流ＩＡ１〜ＩＤ１，ＩＡ３〜ＩＤ３で、相互にキャンセルされずに残ったものが、ダイポール電流Ｉ３を形成する。このように、擬似的に多重のダイポールアンテナが形成される。したがって、ｘｚ面における電界強度分布は図７（ｂ）に示すようになり、ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３の近くで強い電界が作られる。
【００３５】
ダイポール電流Ｉ１〜Ｉ３が処理容器１１内に誘導電界を形成して、処理対象である基板２１の上部空間５０にプラズマを生成するのは、図２（ａ）に示したアンテナ３０と同じである。ダイポール電流Ｉ１，Ｉ２は導体線２３１Ａ〜２３１Ｄがそれぞれ形成するループの外周部付近に作られるので、空間５０の外周部におけるプラズマの密度を高くし、基板２１上面の周縁付近におけるプラズマの密度を高くすることができる。これにより、基板２１上面の周縁付近におけるエッチング速度を従来より速くすることができる。
なお、アンテナ２３０が４つの導体線２３１Ａ〜２３１Ｄを有している場合を例にして説明したが、導体線は２つ以上の偶数であればよい。この場合、ｙ軸に対して一方の側（例えばｘ＞０）に位置する複数のループを、導体柱３２を中心として載置台２２に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置するとよい。ｙ軸に対して他方の側（例えばｘ＜０）に位置する複数のループについても同様である。
【００３６】
以上では本発明のプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ装置では、処理容器内に高周波を供給するアンテナとして、それぞれがループを形成する複数の導体線を高周波電源に並列に接続して構成したものを使用する。これにより、載置台上に置かれた被処理体上面の周縁と対向する位置に強い電界を作り、この領域に高密度のプラズマを生成することができる。したがって、処理容器内壁に向かい失活するプラズマがあっても、被処理体上面の周縁付近におけるプラズマの分布を高くすることができる。この結果、この領域での処理速度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図２】 図１に示したアンテナの構成を示す図である。
【図３】 図２におけるIII−III′線方向の断面図である。
【図４】 図１に示したアンテナの放射特性を示す概念図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態であるエッチング装置で使用されるアンテナの構成を示す平面図である。
【図７】 図６に示したアンテナの作用効果を説明するための図である。
【図８】 従来の高周波プラズマ装置を用いたエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図９】 図８に示したダイポールアンテナの構成を示す図である。
【図１０】 図９に示したダイポールアンテナの放射特性を示す概念図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１２…誘電体板、２１…基板（被処理体）、２２…載置台、３０，１３０，２３０…アンテナ、４３…高周波電源、３１Ａ〜３１Ｄ，１３１Ａ〜１３１Ｄ，２３１Ａ〜２３１Ｄ…導体線、３２，１３２…導体柱（第１の導体部材）、３３，１３３…導体リング（第２の導体部材）。
Claims (8)
- 気密な処理容器内に収容され被処理体を置く載置台と、この載置台に対向配置され前記処理容器内に高周波を供給するアンテナと、このアンテナに給電する高周波電源とを備えたプラズマ装置において、
前記アンテナは、
前記高周波電源に並列に接続された導体線より形成された周囲長が等しい巻数が１の複数のループと、
前記載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に前記高周波電源の一端に接続された第１の導体部材と、
この第１の導体部材の周囲に配置されると共に前記高周波電源の他端に接続された第２の導体部材と
を備え、
前記ループを形成する導体線のそれぞれは、前記第１の導体部材に一端が接続され、前記第２の導体部材に他端が接続され、前記第２の導体部材の外側で前記ループを形成し、
前記ループは、そのループ面が前記載置台と対向するように配置されている
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 気密な処理容器内に収容され被処理体を置く載置台と、この載置台に対向配置され前記処理容器内に高周波を供給するアンテナと、このアンテナに給電する高周波電源とを備えたプラズマ装置において、
前記アンテナは、
前記高周波電源に並列に接続された導体線より形成された周囲長が等しい巻数が１の複数のループと、
前記載置台の中央部と対向する位置に配置されると共に前記高周波電源に接続された第１の導体部材と、
この第１の導体部材の周囲に配置されると共に接地された第２の導体部材と
を備え、
前記ループを形成する導体線のそれぞれは、前記第１の導体部材に一端が接続され、前記第２の導体部材に他端が接続され、前記第２の導体部材の外側で前記ループを形成し、
前記ループは、そのループ面が前記載置台と対向するように配置されている
ことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１または２記載のプラズマ装置において、
前記ループは、その一部が前記載置台に置かれる前記被処理体の周縁と対向するように配置されていることを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１または２項記載のプラズマ装置において、
複数の前記ループは、前記載置台に垂直な軸の周りに回転対称となるように等間隔で配置されていることを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１記載のプラズマ装置において、
前記ループの周囲長は、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の自然数倍であることを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項１又は２記載のプラズマ装置において、
前記ループの周囲長は、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長より短いことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項５に記載のプラズマ装置において、
前記ループの周囲長は、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長と等しいことを特徴とするプラズマ装置。 - 請求項６に記載のプラズマ装置において、
前記ループの周囲長は、そのループを形成する導体線を流れる高周波電流の波長の１／４であることを特徴とするプラズマ装置。
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