JPH1083896A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
- Publication number
- JPH1083896A JPH1083896A JP8236875A JP23687596A JPH1083896A JP H1083896 A JPH1083896 A JP H1083896A JP 8236875 A JP8236875 A JP 8236875A JP 23687596 A JP23687596 A JP 23687596A JP H1083896 A JPH1083896 A JP H1083896A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cavity resonator
- processing apparatus
- plasma processing
- processing chamber
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高品質なプラズマ処理が得られる条件と均一な
プラズマ処理が得られる条件とは必ずしも一致せず、従
来、被処理基板上の広い面積にわたって高品質で均一な
プラズマ処理を得られなかった。 【解決手段】複数のパラメータ群を持つプラズマ処理手
段としてマイクロ波プラズマ処理装置を用い、プラズマ
処理品質と独立に均一性を調整できるパラメータを調
整、すなわち、プラズマ処理の品質は投入するマイクロ
波の電力,処理圧力,処理ガス供給量等のパラメータに
より調整しておき、マイクロ波の電磁界分布を調整する
ことによりプラズマ分布を調整しプラズマ処理の均一性
を制御する。マイクロ波の電磁界分布は、空洞共振器1
04とマイクロ波磁界に対し所定の角度に傾斜したスロ
ットアンテナ113とにより調整する。
プラズマ処理が得られる条件とは必ずしも一致せず、従
来、被処理基板上の広い面積にわたって高品質で均一な
プラズマ処理を得られなかった。 【解決手段】複数のパラメータ群を持つプラズマ処理手
段としてマイクロ波プラズマ処理装置を用い、プラズマ
処理品質と独立に均一性を調整できるパラメータを調
整、すなわち、プラズマ処理の品質は投入するマイクロ
波の電力,処理圧力,処理ガス供給量等のパラメータに
より調整しておき、マイクロ波の電磁界分布を調整する
ことによりプラズマ分布を調整しプラズマ処理の均一性
を制御する。マイクロ波の電磁界分布は、空洞共振器1
04とマイクロ波磁界に対し所定の角度に傾斜したスロ
ットアンテナ113とにより調整する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直径200mm程度
またはこれを越える直径を持つ被処理基板に均一にプラ
ズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。
またはこれを越える直径を持つ被処理基板に均一にプラ
ズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にプラズマ処理装置において処理条
件を決定するに際し、高い処理の均一性と高い処理の品
質を両立する必要がある。従来の装置では高品質な処理
が可能な条件と高い面内均一性を得られる条件が必ずし
も一致するとは限らず、装置が本来持っている能力を十
分生かしているとはいえない場合があった。
件を決定するに際し、高い処理の均一性と高い処理の品
質を両立する必要がある。従来の装置では高品質な処理
が可能な条件と高い面内均一性を得られる条件が必ずし
も一致するとは限らず、装置が本来持っている能力を十
分生かしているとはいえない場合があった。
【0003】例えばプラズマエッチング装置の場合、処
理の品質は(1)エッチング形状(2)下地とのエッチ
ング速度比(選択比)(3)エッチング速度(4)基板
に与える損傷の度合、などにより評価される。これら評
価項目に加え面積の大きな被処理基板を用いる場合、広
い面積にわたって均一にエッチング処理を行う必要があ
り、これらすべての条件を満足する処理条件を求めるの
にかなりの労力が必要となる。
理の品質は(1)エッチング形状(2)下地とのエッチ
ング速度比(選択比)(3)エッチング速度(4)基板
に与える損傷の度合、などにより評価される。これら評
価項目に加え面積の大きな被処理基板を用いる場合、広
い面積にわたって均一にエッチング処理を行う必要があ
り、これらすべての条件を満足する処理条件を求めるの
にかなりの労力が必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術によると
高品質なプラズマ処理が得られる条件と均一なプラズマ
処理が得られる条件が必ずしも一致しないことにより、
被処理基板上の広い面積にわたって均一なプラズマ処理
が得られない、または広い面積にわたって均一な処理を
実現する条件では高品質なプラズマ処理が得られない問
題がある。
高品質なプラズマ処理が得られる条件と均一なプラズマ
処理が得られる条件が必ずしも一致しないことにより、
被処理基板上の広い面積にわたって均一なプラズマ処理
が得られない、または広い面積にわたって均一な処理を
実現する条件では高品質なプラズマ処理が得られない問
題がある。
【0005】本発明の目的は、広い面積を持つ被処理基
板に対して高品質な処理を均一性よく施すことのできる
プラズマ処理装置を提供することにある。
板に対して高品質な処理を均一性よく施すことのできる
プラズマ処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題は均一性を高め
るためにあるパラメータを調整すると、プラズマ処理の
品質も同時に変化してしまうことに原因がある。そこで
プラズマ処理品質と独立に均一性を調整できるパラメー
タまたは複数のパラメータ群を持つプラズマ処理手段を
用いることで上記課題は解決できる。すなわち、マイク
ロ波の電磁界分布を処理室圧力、磁場条件などのプロセ
ス条件に対し独立に制御できるよう、マイクロ波の電磁
界分布の制御を可能とするパラメータを持つ装置によっ
て上記課題は解決できる。
るためにあるパラメータを調整すると、プラズマ処理の
品質も同時に変化してしまうことに原因がある。そこで
プラズマ処理品質と独立に均一性を調整できるパラメー
タまたは複数のパラメータ群を持つプラズマ処理手段を
用いることで上記課題は解決できる。すなわち、マイク
ロ波の電磁界分布を処理室圧力、磁場条件などのプロセ
ス条件に対し独立に制御できるよう、マイクロ波の電磁
界分布の制御を可能とするパラメータを持つ装置によっ
て上記課題は解決できる。
【0007】マイクロ波を用いてプラズマを発生させプ
ラズマ処理を行う装置においてプラズマ処理の品質は投
入するマイクロ波の電力、処理室の圧力、処理室に投入
する処理ガスの供給量などのパラメータにより調整され
る。プラズマ処理の均一性はプラズマの分布を調整する
ことで制御できる。プラズマの分布はマイクロ波の電磁
界分布により調整でき、これを調整することによりプラ
ズマ処理の均一性を制御することが可能となる。
ラズマ処理を行う装置においてプラズマ処理の品質は投
入するマイクロ波の電力、処理室の圧力、処理室に投入
する処理ガスの供給量などのパラメータにより調整され
る。プラズマ処理の均一性はプラズマの分布を調整する
ことで制御できる。プラズマの分布はマイクロ波の電磁
界分布により調整でき、これを調整することによりプラ
ズマ処理の均一性を制御することが可能となる。
【0008】
〔実施例1〕図1から図7を用いて本発明の第1の実施
例を説明する。まず図1に本発明を用いたエッチング装
置を示す。図示しないマグネトロン管などのマイクロ波
源から放射されたマイクロ波は図示しないアイソレー
タ、整合器を介して方形導波管100により同軸導波管
変換器101に伝送される。マイクロ波の周波数として
例えば2.45GHzのものを用いている。同軸導波管
変換器101は少ない電力損失でマイクロ波を方形導波
管から同軸線路に伝えることができる。同軸線路部10
2の先端には整合室103が設けられ空洞共振器104
と同軸線路部102の境界で生じるマイクロ波電力の反
射を防止し、効率良く空洞共振器104内にマイクロ波
電力を伝送する。空洞共振器104は円形TM011モー
ドと呼ばれるモードで共振するサイズになるよう構成さ
れている。空洞共振器104は例えばアルミニウム、銅
などの導電率の高い材質でできており、マイクロ波電力
の損失を防止している。空洞共振器104の導入窓10
5側には結合孔106を持つスロット板113が設けら
れ、導入窓105を介して処理室107内にマイクロ波
を放射する。導入窓104の材質はマイクロ波の損失が
小さく、プラズマ処理に悪影響を与えない誘電体として
例えば石英、アルミナセラミックスなどが用いられる。
処理室107の周囲には静磁界発生装置108が設置さ
れており、処理室107内に電子サイクロトロン共鳴現
象を発生させる程度の静磁界を加えることができる。電
子サイクロトロン共鳴とは静磁界中でサイクロトロン運
動をする電子の回転周期と外部から加える電磁波の周期
が一致したとき電磁波のエネルギーが電子の運動エネル
ギーに共鳴的に変換される現象をいう。マイクロ波の周
波数が2.45GHzの場合電子サイクロトロン共鳴を
起こす静磁界の大きさは0.0875テスラとなる。処
理室107は図示しない真空排気系、および図示しない
ガス供給系によりプラズマ処理に適した圧力、ガス雰囲
気に保持されている。処理室107内に被処理基板10
9を設置するための基板電極110が設置されている。
基板電極110は電気的に絶縁され、整合器111を介
して高周波電源112が接続されている。高周波電源1
12により数百kHzから数十MHz程度の周波数の電
磁波を被処理基板109に加え、バイアス電位を発生さ
せる。結合孔106として例えばスロットアンテナを用
いることができる。スロット板113は1mmから5m
m程度と薄く、導電率の高い材質として例えばアルミニ
ウム、銅などでできている。整合室103の動作につい
て説明する。一般に電磁波は媒質の定数や境界が不連続
に変化する部分があるとそこで電力の一部が反射され
る。空洞共振器を励振するために導波路を空洞共振器に
接続すると接続面で反射が生じ、マイクロ波電力を効率
良く処理室内に伝送できなくなる。そこで接続部に整合
室103を設け整合室の直径、高さを最適化し、反射波
を打ち消すことにより、全体としてマイクロ波電力を処
理室内に効率良く伝送することができる。
例を説明する。まず図1に本発明を用いたエッチング装
置を示す。図示しないマグネトロン管などのマイクロ波
源から放射されたマイクロ波は図示しないアイソレー
タ、整合器を介して方形導波管100により同軸導波管
変換器101に伝送される。マイクロ波の周波数として
例えば2.45GHzのものを用いている。同軸導波管
変換器101は少ない電力損失でマイクロ波を方形導波
管から同軸線路に伝えることができる。同軸線路部10
2の先端には整合室103が設けられ空洞共振器104
と同軸線路部102の境界で生じるマイクロ波電力の反
射を防止し、効率良く空洞共振器104内にマイクロ波
電力を伝送する。空洞共振器104は円形TM011モー
ドと呼ばれるモードで共振するサイズになるよう構成さ
れている。空洞共振器104は例えばアルミニウム、銅
などの導電率の高い材質でできており、マイクロ波電力
の損失を防止している。空洞共振器104の導入窓10
5側には結合孔106を持つスロット板113が設けら
れ、導入窓105を介して処理室107内にマイクロ波
を放射する。導入窓104の材質はマイクロ波の損失が
小さく、プラズマ処理に悪影響を与えない誘電体として
例えば石英、アルミナセラミックスなどが用いられる。
処理室107の周囲には静磁界発生装置108が設置さ
れており、処理室107内に電子サイクロトロン共鳴現
象を発生させる程度の静磁界を加えることができる。電
子サイクロトロン共鳴とは静磁界中でサイクロトロン運
動をする電子の回転周期と外部から加える電磁波の周期
が一致したとき電磁波のエネルギーが電子の運動エネル
ギーに共鳴的に変換される現象をいう。マイクロ波の周
波数が2.45GHzの場合電子サイクロトロン共鳴を
起こす静磁界の大きさは0.0875テスラとなる。処
理室107は図示しない真空排気系、および図示しない
ガス供給系によりプラズマ処理に適した圧力、ガス雰囲
気に保持されている。処理室107内に被処理基板10
9を設置するための基板電極110が設置されている。
基板電極110は電気的に絶縁され、整合器111を介
して高周波電源112が接続されている。高周波電源1
12により数百kHzから数十MHz程度の周波数の電
磁波を被処理基板109に加え、バイアス電位を発生さ
せる。結合孔106として例えばスロットアンテナを用
いることができる。スロット板113は1mmから5m
m程度と薄く、導電率の高い材質として例えばアルミニ
ウム、銅などでできている。整合室103の動作につい
て説明する。一般に電磁波は媒質の定数や境界が不連続
に変化する部分があるとそこで電力の一部が反射され
る。空洞共振器を励振するために導波路を空洞共振器に
接続すると接続面で反射が生じ、マイクロ波電力を効率
良く処理室内に伝送できなくなる。そこで接続部に整合
室103を設け整合室の直径、高さを最適化し、反射波
を打ち消すことにより、全体としてマイクロ波電力を処
理室内に効率良く伝送することができる。
【0009】図2に整合室の働きを同軸線路と円形導波
管の接続に用いた場合を例にとり説明する。同軸線路2
00と円形導波管202の間に同軸線路200の外部導
体の直径が異なる同軸構造の整合室201が接続されて
いる同軸線路200側から円形導波管202側にマイク
ロ波を送った場合を近似的に考える。一般にマイクロ波
は不連続面で反射波を生じる。そのため同軸線路200
と整合室201の接続面203でマイクロ波電力の一部
が反射し反射波205が生じる。同様に整合室203と
円形導波管202の接続面204でも反射波206が生
じる。接続面203と接続面204の距離を同軸線路中
の波長の1/4の長さに設定すると反射波205と反射
波206の進行する距離の違いは整合室高さの往復分、
すなわち1/2波長となる。そのため反射波205と反
射波206の位相は丁度180度異なるため、この両者
は互いに打ち消しあう。反射波205と反射波206の
振幅を同一にすることができれば反射波205と206
は完全に打ち消しあい、伝送したマイクロ波の電力は同
軸線路から円形導波管にすべて送ることができる。反射
波203、204の振幅は整合室201の外部導体直径
を調整することで制御できる。また整合室の高さは1/
4波長だけでなく、さらに半波長の整数倍延長しても同
様の議論が成立することからその長さに設定してもよ
い。第1次近似として上述のように考えることができる
が、実際には接続面203、204付近に局所的に存在
する線路の軸方向に伝搬しないマイクロ波が影響するた
め上述の議論は厳密には成立しない。そのため接続面2
03、接続面204の距離の最適値は若干1/4波長か
らずれることになる。また整合室201や円形導波管2
02の直径が大きく、複数の伝搬モードが存在する場合
にも同様に上述の議論は厳密には成立しない。図3に図
2のモデルを解析した例を示す。横軸に円形導波管の直
径で規格化した整合室の外部導体内径をとり、縦軸に入
射電力で規格化した反射電力を示す。整合室の外部導体
内径を調整することで反射電力を極小にすることができ
ることがわかる。
管の接続に用いた場合を例にとり説明する。同軸線路2
00と円形導波管202の間に同軸線路200の外部導
体の直径が異なる同軸構造の整合室201が接続されて
いる同軸線路200側から円形導波管202側にマイク
ロ波を送った場合を近似的に考える。一般にマイクロ波
は不連続面で反射波を生じる。そのため同軸線路200
と整合室201の接続面203でマイクロ波電力の一部
が反射し反射波205が生じる。同様に整合室203と
円形導波管202の接続面204でも反射波206が生
じる。接続面203と接続面204の距離を同軸線路中
の波長の1/4の長さに設定すると反射波205と反射
波206の進行する距離の違いは整合室高さの往復分、
すなわち1/2波長となる。そのため反射波205と反
射波206の位相は丁度180度異なるため、この両者
は互いに打ち消しあう。反射波205と反射波206の
振幅を同一にすることができれば反射波205と206
は完全に打ち消しあい、伝送したマイクロ波の電力は同
軸線路から円形導波管にすべて送ることができる。反射
波203、204の振幅は整合室201の外部導体直径
を調整することで制御できる。また整合室の高さは1/
4波長だけでなく、さらに半波長の整数倍延長しても同
様の議論が成立することからその長さに設定してもよ
い。第1次近似として上述のように考えることができる
が、実際には接続面203、204付近に局所的に存在
する線路の軸方向に伝搬しないマイクロ波が影響するた
め上述の議論は厳密には成立しない。そのため接続面2
03、接続面204の距離の最適値は若干1/4波長か
らずれることになる。また整合室201や円形導波管2
02の直径が大きく、複数の伝搬モードが存在する場合
にも同様に上述の議論は厳密には成立しない。図3に図
2のモデルを解析した例を示す。横軸に円形導波管の直
径で規格化した整合室の外部導体内径をとり、縦軸に入
射電力で規格化した反射電力を示す。整合室の外部導体
内径を調整することで反射電力を極小にすることができ
ることがわかる。
【0010】整合室を図1に示すエッチング装置に適用
する場合を考える。同軸線路102側から処理室107
へマイクロ波を伝送すると空洞共振器104の端面以外
にも結合孔106や導入窓105、処理室107など各
部からの反射波が生じる。これら各部から生じた反射波
は互いに影響しあって全体としてある振幅、位相を持つ
反射波となる。この反射波を整合室103の直径および
高さの調整により抑制することができる。
する場合を考える。同軸線路102側から処理室107
へマイクロ波を伝送すると空洞共振器104の端面以外
にも結合孔106や導入窓105、処理室107など各
部からの反射波が生じる。これら各部から生じた反射波
は互いに影響しあって全体としてある振幅、位相を持つ
反射波となる。この反射波を整合室103の直径および
高さの調整により抑制することができる。
【0011】空洞共振器104について説明する。空洞
共振器104は円形TM011モードと呼ばれる電磁界で
共振するサイズに構成されている。理論的に円形TM
011モードの電磁界は式(1)のように表現できること
が知られている。
共振器104は円形TM011モードと呼ばれる電磁界で
共振するサイズに構成されている。理論的に円形TM
011モードの電磁界は式(1)のように表現できること
が知られている。
【0012】
【数1】
【0013】ただしr:円筒空洞共振器中心軸からの距
離、z:円筒空洞共振器底面からの距離、Er:半径方
向電界、Eφ:角度方向電界、Ez:軸方向電界、Hr:
半径方向磁界、Hφ:角度方向磁界、Hz:軸方向磁
界、E011:定数、Kc=2.405/a(a:空洞共振器の半
径)、J0(r):零次ベッセル関数、Ks:軸方向波数
(Kz2=Kc2+(ω/c)2(ω:電磁波の角周波数、c:光
速))、ε:空洞共振器内の誘電率、j:虚数単位、J
0′(r)=dJ0(r)/drである。円形TM011モードは角
度方向に電磁界が変化しないため、角度方向に均一にマ
イクロ波を放射するのに有利である。円形TM011モー
ドを励振するには接続面で上記電磁界に類似した電磁界
となるよう接続された導波路を用いることができる。本
実施例では同軸線路を空洞共振器104中央に接続する
ことにより励振しているが、類似した電磁界分布を持つ
他の導波路を別の場所に接続してもよい。
離、z:円筒空洞共振器底面からの距離、Er:半径方
向電界、Eφ:角度方向電界、Ez:軸方向電界、Hr:
半径方向磁界、Hφ:角度方向磁界、Hz:軸方向磁
界、E011:定数、Kc=2.405/a(a:空洞共振器の半
径)、J0(r):零次ベッセル関数、Ks:軸方向波数
(Kz2=Kc2+(ω/c)2(ω:電磁波の角周波数、c:光
速))、ε:空洞共振器内の誘電率、j:虚数単位、J
0′(r)=dJ0(r)/drである。円形TM011モードは角
度方向に電磁界が変化しないため、角度方向に均一にマ
イクロ波を放射するのに有利である。円形TM011モー
ドを励振するには接続面で上記電磁界に類似した電磁界
となるよう接続された導波路を用いることができる。本
実施例では同軸線路を空洞共振器104中央に接続する
ことにより励振しているが、類似した電磁界分布を持つ
他の導波路を別の場所に接続してもよい。
【0014】空洞共振器104下部に設けられた結合孔
106について説明する。導体板にスリット状にあけた
穴を用いると電磁波を効率良く放射できることが知られ
ており、スロットアンテナと呼ばれている。定性的にス
ロットアンテナの動作を説明する。電磁波にさらされた
導体板表面には電磁波の磁界に垂直に表面電流が流れ
る。導体板表面にスロットアンテナがありこれにより表
面電流を妨げると、妨げられた表面電流により電荷が誘
起され、これを波源として電磁波が放射される。従って
スロットアンテナの長軸方向が表面電流と平行である場
合にスロットアンテナからの電磁波の放射は起こりにく
くなる。また放射される電磁波の電界はスロットアンテ
ナを設置した金属板のある平面上でスロットアンテナの
長軸方向に垂直になる傾向がある。
106について説明する。導体板にスリット状にあけた
穴を用いると電磁波を効率良く放射できることが知られ
ており、スロットアンテナと呼ばれている。定性的にス
ロットアンテナの動作を説明する。電磁波にさらされた
導体板表面には電磁波の磁界に垂直に表面電流が流れ
る。導体板表面にスロットアンテナがありこれにより表
面電流を妨げると、妨げられた表面電流により電荷が誘
起され、これを波源として電磁波が放射される。従って
スロットアンテナの長軸方向が表面電流と平行である場
合にスロットアンテナからの電磁波の放射は起こりにく
くなる。また放射される電磁波の電界はスロットアンテ
ナを設置した金属板のある平面上でスロットアンテナの
長軸方向に垂直になる傾向がある。
【0015】図4に本実施例で用いる結合孔としてのス
ロットアンテナの一例を示す。図4に示す円盤401が
空洞共振器104の底面を構成する。円形TM011モー
ド空洞共振器の底面では中心軸から放射状に表面電流4
02(ベクトルJとする。)が流れる。図4に示すスロ
ットアンテナ404の長軸方向の外向き単位ベクトル4
03(ベクトルnsとする。)と半径方向のなす角度θ
を調整するとスロットアンテナ404によりさえぎられ
る表面電流の大きさと放射されるマイクロ波電界の方向
を制御でき、処理室内に放射されるマイクロ波電磁界を
制御できる。図4のスロットアンテナの場合、角度θが
90°に近いとき半径方向電界成分の割合が大きくな
り、角度θが0°に近いとき角度方向電界成分の割合が
大きくなる。また放射される電磁界の強度はスロットア
ンテナ404によりさえぎられる電流の大きさと正の相
関を持つと考えられる。従って放射される電磁界の強度
はベクトルnsとJのベクトル積ns×Jの大きさと正の
相関を持つと考えられる。またスロットアンテナ404
により空洞共振器底面の処理室側に誘起される表面電流
Jpはスロットアンテナ404の長軸方向と垂直にな
る。図4に示すようにスロットアンテナ404を並べる
とJpは円盤404の角度方向に流れる成分をもち、こ
れによりリング状に分布するマイクロ波電界強度分布を
得ることができる。このリング状電磁界によりリング状
にプラズマを発生させることができ、高い均一性を得る
ことができる。また角度θの調整により前記リング状電
界強度分布の程度を調整でき、プラズマの均一性を制御
できる。実験的に角度θのプラズマ均一性、プラズマの
安定性を評価した結果、式(2)の範囲で良好な結果を
得た。 22.5≦θ≦67.5または−67.5≦θ≦−22.5 (2) また各スロットは直径Rの円周状にそれぞれ中心を持つ
よう、配置されている。このスロット中心径Rによって
もプラズマ発生領域の分布を調整できる。スロット中心
径Rが小さいとき被処理基板109直上のプラズマ密度
分布は中央で高く周囲で低い凸状の分布となる。さらに
スロット中心径Rを大きくすると、被処理基板109直
上のプラズマ密度分布は凸から平坦へと変化し、さらに
凹状の分布へと変化する。
ロットアンテナの一例を示す。図4に示す円盤401が
空洞共振器104の底面を構成する。円形TM011モー
ド空洞共振器の底面では中心軸から放射状に表面電流4
02(ベクトルJとする。)が流れる。図4に示すスロ
ットアンテナ404の長軸方向の外向き単位ベクトル4
03(ベクトルnsとする。)と半径方向のなす角度θ
を調整するとスロットアンテナ404によりさえぎられ
る表面電流の大きさと放射されるマイクロ波電界の方向
を制御でき、処理室内に放射されるマイクロ波電磁界を
制御できる。図4のスロットアンテナの場合、角度θが
90°に近いとき半径方向電界成分の割合が大きくな
り、角度θが0°に近いとき角度方向電界成分の割合が
大きくなる。また放射される電磁界の強度はスロットア
ンテナ404によりさえぎられる電流の大きさと正の相
関を持つと考えられる。従って放射される電磁界の強度
はベクトルnsとJのベクトル積ns×Jの大きさと正の
相関を持つと考えられる。またスロットアンテナ404
により空洞共振器底面の処理室側に誘起される表面電流
Jpはスロットアンテナ404の長軸方向と垂直にな
る。図4に示すようにスロットアンテナ404を並べる
とJpは円盤404の角度方向に流れる成分をもち、こ
れによりリング状に分布するマイクロ波電界強度分布を
得ることができる。このリング状電磁界によりリング状
にプラズマを発生させることができ、高い均一性を得る
ことができる。また角度θの調整により前記リング状電
界強度分布の程度を調整でき、プラズマの均一性を制御
できる。実験的に角度θのプラズマ均一性、プラズマの
安定性を評価した結果、式(2)の範囲で良好な結果を
得た。 22.5≦θ≦67.5または−67.5≦θ≦−22.5 (2) また各スロットは直径Rの円周状にそれぞれ中心を持つ
よう、配置されている。このスロット中心径Rによって
もプラズマ発生領域の分布を調整できる。スロット中心
径Rが小さいとき被処理基板109直上のプラズマ密度
分布は中央で高く周囲で低い凸状の分布となる。さらに
スロット中心径Rを大きくすると、被処理基板109直
上のプラズマ密度分布は凸から平坦へと変化し、さらに
凹状の分布へと変化する。
【0016】スロット中心径Rを変化させた場合の基板
電極上の飽和イオン電流分布を測定した例を図5に示
す。スロットの形状、個数、傾斜角度が同一でスロット
中心径について小、中、大の3種について比較した。ス
ロット中心径が小さい場合に中央部で高い分布、中心径
が中間の場合に平坦な分布、中心径が大きい場合に中央
部で低い分布となった。このようにスロットの中心径を
制御することでプラズマの分布制御が可能となる。また
比較的平坦な分布が得られるのはスロットの中心径が処
理室直径または導入窓直径の約半分程度の時である。実
験的には処理室または導入窓の内径をL、円周状に配置
されたスロットアンテナの中心径をRとすると式(3)
の関係を満たす範囲でほぼ平坦な分布が得られた。 0.4L≦R≦0.6L (3) 上記結果は導入窓中にリング状の電力分布を持つ円形導
波管のTE01モードと呼ばれる電磁界分布を励振したた
めと推定できる。TE01モードの電界のピーク位置は導
波管直径の48.0%の位置に来ることが知られてお
り、この近傍にスロットアンテナの中心径を設定すれば
よい。また上記スロットアンテナの中心径は空洞共振器
の直径にほぼ独立に決めてよく、空洞共振器の直径は処
理室の直径に比べて小さくしてもよい。スロットアンテ
ナの中心径は空洞共振器底面を流れる表面電流が最大の
位置に設定すると効率良く電力を放射でき、式(1)よ
り共振器内径の76.5%の位置で表面電流が最大とな
ることがわかる。上記円形導波管のTE01モードのピー
ク位置と表面電流最大位置の関係から処理室または導入
窓の直径Lに対し空洞共振器の内径Rsは62.6%が
適していることになる。実験的には空洞共振器中のスロ
ットアンテナ配置の自由度は高く、空洞共振器内径の設
定範囲として式(4)のようにできる。 0.626L≦Rs<L (4) また、図6および図7に、図1に示す装置の基板電極1
10上面からECRプラズマ114の位置までの距離
(h)を変えたときの被処理基板109面内の飽和イオ
ン電流を計測した結果を示す。図6は図4に示すスロッ
トアンテナを中心径R:157mm,角度θ:45°,
孔の大きさ(幅×長さ):10mm×50mmにした場
合で、距離hを106mm,89mm,80mmと変え
たときの値を示す。このスロットアンテナの場合、EC
R位置のプラズマ114は径の大きいリング状プラズマ
であり、距離hが近いときには外週部のプラズマ密度が
高くなっている。距離hが離れるに従いプラズマ密度が
平坦化されることが分かる。ちなみに、距離hが106
mmのときの磁場勾配は39.5G/cmで、89m
m:49.5G/cm,80mm:53.5G/cmで
ある。また、図7は図4に示すスロットアンテナを中心
径R:135mm,角度θ:45°,孔の大きさ(幅×
長さ):10mm×70mmにした場合で、距離hを1
14mm,100mm,80mmと変えたときの値を示
す。このスロットアンテナの場合、ECR位置のプラズ
マ114は径の小さいリング状プラズマであり、距離h
が近いときには中央部のプラズマ密度が高くなってい
る。また、この場合も距離hが離れるに従いプラズマ密
度が平坦化されることが分かる。ちなみに、距離hが1
14mmのときの磁場勾配は37.6G/cmで、10
0mm:40.7G/cm,80mm:53.5G/c
mである。なお、図7の場合は距離hが近い場合、中高
のプラズマ密度分布を示しているが、基本的にリング状
のECRプラズマであるため、距離hを離しても平坦化
されたものと考えられる。通常、ECRプラズマが中央
部で強い場合には距離を離しても基板面では中高のプラ
ズマ密度分布となる。
電極上の飽和イオン電流分布を測定した例を図5に示
す。スロットの形状、個数、傾斜角度が同一でスロット
中心径について小、中、大の3種について比較した。ス
ロット中心径が小さい場合に中央部で高い分布、中心径
が中間の場合に平坦な分布、中心径が大きい場合に中央
部で低い分布となった。このようにスロットの中心径を
制御することでプラズマの分布制御が可能となる。また
比較的平坦な分布が得られるのはスロットの中心径が処
理室直径または導入窓直径の約半分程度の時である。実
験的には処理室または導入窓の内径をL、円周状に配置
されたスロットアンテナの中心径をRとすると式(3)
の関係を満たす範囲でほぼ平坦な分布が得られた。 0.4L≦R≦0.6L (3) 上記結果は導入窓中にリング状の電力分布を持つ円形導
波管のTE01モードと呼ばれる電磁界分布を励振したた
めと推定できる。TE01モードの電界のピーク位置は導
波管直径の48.0%の位置に来ることが知られてお
り、この近傍にスロットアンテナの中心径を設定すれば
よい。また上記スロットアンテナの中心径は空洞共振器
の直径にほぼ独立に決めてよく、空洞共振器の直径は処
理室の直径に比べて小さくしてもよい。スロットアンテ
ナの中心径は空洞共振器底面を流れる表面電流が最大の
位置に設定すると効率良く電力を放射でき、式(1)よ
り共振器内径の76.5%の位置で表面電流が最大とな
ることがわかる。上記円形導波管のTE01モードのピー
ク位置と表面電流最大位置の関係から処理室または導入
窓の直径Lに対し空洞共振器の内径Rsは62.6%が
適していることになる。実験的には空洞共振器中のスロ
ットアンテナ配置の自由度は高く、空洞共振器内径の設
定範囲として式(4)のようにできる。 0.626L≦Rs<L (4) また、図6および図7に、図1に示す装置の基板電極1
10上面からECRプラズマ114の位置までの距離
(h)を変えたときの被処理基板109面内の飽和イオ
ン電流を計測した結果を示す。図6は図4に示すスロッ
トアンテナを中心径R:157mm,角度θ:45°,
孔の大きさ(幅×長さ):10mm×50mmにした場
合で、距離hを106mm,89mm,80mmと変え
たときの値を示す。このスロットアンテナの場合、EC
R位置のプラズマ114は径の大きいリング状プラズマ
であり、距離hが近いときには外週部のプラズマ密度が
高くなっている。距離hが離れるに従いプラズマ密度が
平坦化されることが分かる。ちなみに、距離hが106
mmのときの磁場勾配は39.5G/cmで、89m
m:49.5G/cm,80mm:53.5G/cmで
ある。また、図7は図4に示すスロットアンテナを中心
径R:135mm,角度θ:45°,孔の大きさ(幅×
長さ):10mm×70mmにした場合で、距離hを1
14mm,100mm,80mmと変えたときの値を示
す。このスロットアンテナの場合、ECR位置のプラズ
マ114は径の小さいリング状プラズマであり、距離h
が近いときには中央部のプラズマ密度が高くなってい
る。また、この場合も距離hが離れるに従いプラズマ密
度が平坦化されることが分かる。ちなみに、距離hが1
14mmのときの磁場勾配は37.6G/cmで、10
0mm:40.7G/cm,80mm:53.5G/c
mである。なお、図7の場合は距離hが近い場合、中高
のプラズマ密度分布を示しているが、基本的にリング状
のECRプラズマであるため、距離hを離しても平坦化
されたものと考えられる。通常、ECRプラズマが中央
部で強い場合には距離を離しても基板面では中高のプラ
ズマ密度分布となる。
【0017】図4にはスロット404の個数が8個の場
合を示したが、8個に限定されるものではなく、増やし
ても減らしてもよい。スロットの個数を増やすことでス
ロット1個あたりを通過するマイクロ波電力を小さくで
きるため大きなマイクロ波電力を用いる場合に有効であ
る。またスロットの個数を減らすと空洞共振器内に保持
される電力量が相対的に大きくなり、空洞共振器内の電
磁界分布をより安定にすることができる。以下に空洞共
振器内に保持される電力量と電磁界の安定性について定
性的に説明する。空洞共振器に投入されたマイクロ波は
共振器内で反射をくり返し、空洞共振器内面の表皮抵抗
などに由来する損失を除く電力分がスロットアンテナか
ら放射されることになる。空洞共振器は導電率が高く損
失の小さい材料としてアルミニウムや銅などでできてい
るため、マイクロ波が空洞共振器内で受ける損失は小さ
く抑えられており、投入した電力の大部分がスロットア
ンテナから放射される。放射されたマイクロ波は一部が
負荷に吸収され残りが反射して共振器側に戻る。共振器
内に保持される電力量の割合が単位時間に空洞共振器に
投入し放射される電力に対し十分大きいと、共振器内の
電磁界分布は共振器内で反射を繰り返すマイクロ波によ
り決まる。負荷であるプラズマの状態が変動し、共振器
側に戻るマイクロ波電力や分布が変動しても、共振器内
に保持される電力量が十分大きいと共振器内の電磁界は
あまり変動することはない。従って負荷の変動に対し共
振器内の電磁界を安定に保つことができる。このように
共振器内の電磁界分布を安定に保つことが可能なためス
ロットアンテナから放射されるマイクロ波電磁界も安定
に保つことができる。従って負荷の変動にたいして安定
なプラズマ発生領域を得ることができる。空洞共振器内
に保持される電力量を調整する他の方法として、共振器
直径に対しスロット中心径を調整する方法、スロットの
傾斜角度を調整する方法がある。前述のようにスロット
から放射されるマイクロ波電力はスロットがさえぎるス
ロット板上を流れる表面電流の大きさと正の相関を持
つ。従ってスロット中心径を調整してスロットがさえぎ
る表面電流の大きさを変えることにより空洞共振器内に
保持される電力量を調整できる。一般に完全導体表面を
マイクロ波によって流れる表面電流は表面でのマイクロ
波磁界の大きさに比例しマイクロ波磁界に直交すること
が知られている。従ってスロット板上を流れる表面電流
を式(1)より求めることができる。スロットの配置す
る位置を調整してスロットがさえぎる表面電流の大きさ
を調整することで放射するマイクロ波の電力を調整でき
る。従って空洞共振器内に保持される電力量を調整でき
る。またスロット幅を調整することによってスロットの
個数を調整したのと同様の効果を得ることができ、これ
によって空洞共振器内に保持される電力量を調整でき
る。
合を示したが、8個に限定されるものではなく、増やし
ても減らしてもよい。スロットの個数を増やすことでス
ロット1個あたりを通過するマイクロ波電力を小さくで
きるため大きなマイクロ波電力を用いる場合に有効であ
る。またスロットの個数を減らすと空洞共振器内に保持
される電力量が相対的に大きくなり、空洞共振器内の電
磁界分布をより安定にすることができる。以下に空洞共
振器内に保持される電力量と電磁界の安定性について定
性的に説明する。空洞共振器に投入されたマイクロ波は
共振器内で反射をくり返し、空洞共振器内面の表皮抵抗
などに由来する損失を除く電力分がスロットアンテナか
ら放射されることになる。空洞共振器は導電率が高く損
失の小さい材料としてアルミニウムや銅などでできてい
るため、マイクロ波が空洞共振器内で受ける損失は小さ
く抑えられており、投入した電力の大部分がスロットア
ンテナから放射される。放射されたマイクロ波は一部が
負荷に吸収され残りが反射して共振器側に戻る。共振器
内に保持される電力量の割合が単位時間に空洞共振器に
投入し放射される電力に対し十分大きいと、共振器内の
電磁界分布は共振器内で反射を繰り返すマイクロ波によ
り決まる。負荷であるプラズマの状態が変動し、共振器
側に戻るマイクロ波電力や分布が変動しても、共振器内
に保持される電力量が十分大きいと共振器内の電磁界は
あまり変動することはない。従って負荷の変動に対し共
振器内の電磁界を安定に保つことができる。このように
共振器内の電磁界分布を安定に保つことが可能なためス
ロットアンテナから放射されるマイクロ波電磁界も安定
に保つことができる。従って負荷の変動にたいして安定
なプラズマ発生領域を得ることができる。空洞共振器内
に保持される電力量を調整する他の方法として、共振器
直径に対しスロット中心径を調整する方法、スロットの
傾斜角度を調整する方法がある。前述のようにスロット
から放射されるマイクロ波電力はスロットがさえぎるス
ロット板上を流れる表面電流の大きさと正の相関を持
つ。従ってスロット中心径を調整してスロットがさえぎ
る表面電流の大きさを変えることにより空洞共振器内に
保持される電力量を調整できる。一般に完全導体表面を
マイクロ波によって流れる表面電流は表面でのマイクロ
波磁界の大きさに比例しマイクロ波磁界に直交すること
が知られている。従ってスロット板上を流れる表面電流
を式(1)より求めることができる。スロットの配置す
る位置を調整してスロットがさえぎる表面電流の大きさ
を調整することで放射するマイクロ波の電力を調整でき
る。従って空洞共振器内に保持される電力量を調整でき
る。またスロット幅を調整することによってスロットの
個数を調整したのと同様の効果を得ることができ、これ
によって空洞共振器内に保持される電力量を調整でき
る。
【0018】図8に他のスロットアンテナの例を示す。
円弧状のスロット600が配置されており、半径方向の
電界成分を処理室に放射することができる。スロット6
00の円弧の長さを変えてスロット板上の表面電流をさ
えぎる量を調整し、空洞共振器に保持される電力量を調
整することができる。
円弧状のスロット600が配置されており、半径方向の
電界成分を処理室に放射することができる。スロット6
00の円弧の長さを変えてスロット板上の表面電流をさ
えぎる量を調整し、空洞共振器に保持される電力量を調
整することができる。
【0019】また図9にスロットアンテナの他の例を示
す。スロット700が「ハ」の字状に並べられている。
図9に示す角度θを調整することにより空洞共振器内に
保持される電力量を調整できる。すなわち角度θの絶対
値が0度に近いとき保持される電力量が多く、90°に
近いとき電力量が少なくなる。空洞共振器内に保持され
る電力量が多いと空洞共振器内の電磁界が負荷であるプ
ラズマの変動に対して安定になる一方で励振が難しくな
る。また空洞共振器に保持される電力が少ないと空洞共
振器の励振は容易になるものの、プラズマ変動に対する
空洞共振器内電磁界の安定性に問題が生じやすくなる。
そのため最適な結合の度合に調整する必要があり、図9
の角度θの調整により空洞共振器内に保持される電力量
の最適化が図れる。このスロットアンテナの構成方法は
本実施例に特異のものでなく、マイクロ波により流れる
表面電流を有する他の系にも同様に適用できる。
す。スロット700が「ハ」の字状に並べられている。
図9に示す角度θを調整することにより空洞共振器内に
保持される電力量を調整できる。すなわち角度θの絶対
値が0度に近いとき保持される電力量が多く、90°に
近いとき電力量が少なくなる。空洞共振器内に保持され
る電力量が多いと空洞共振器内の電磁界が負荷であるプ
ラズマの変動に対して安定になる一方で励振が難しくな
る。また空洞共振器に保持される電力が少ないと空洞共
振器の励振は容易になるものの、プラズマ変動に対する
空洞共振器内電磁界の安定性に問題が生じやすくなる。
そのため最適な結合の度合に調整する必要があり、図9
の角度θの調整により空洞共振器内に保持される電力量
の最適化が図れる。このスロットアンテナの構成方法は
本実施例に特異のものでなく、マイクロ波により流れる
表面電流を有する他の系にも同様に適用できる。
【0020】〔実施例2〕本発明の第2の実施例を図1
0を用いて説明する。第2の実施例と第1の実施例の違
いはスロット板部分のみであり、他の構成は同様である
ので共通する部分の説明を省略する。結合孔としてのス
ロットアンテナを設ける導体板の厚みは通常1mmから
5mm程度の薄いものが用いられるが、5mm程度を越
える厚いものを用いることもできる。厚い導体板を用い
た場合、結合孔の部分が厚さ方向に導波管として働き、
結合孔の形状に対する自由度が薄い場合と比べて低くな
る。矩形の導波管の場合、長いほうの辺の長さが自由空
間中の電磁波の波長の1/2より短くなると導波管の軸
方向に電磁界は伝搬せず、指数関数的に減衰することが
知られている。そのため厚い導体板を用いた場合、結合
孔としてのスロットの長軸方向の長さを半波長より大き
くする必要がある。マイクロ波の周波数が2.45GH
zの場合、自由空間での波長は122.4mmとなるの
でスロット長軸の長さは61.2mmより大きくする必
要がある。
0を用いて説明する。第2の実施例と第1の実施例の違
いはスロット板部分のみであり、他の構成は同様である
ので共通する部分の説明を省略する。結合孔としてのス
ロットアンテナを設ける導体板の厚みは通常1mmから
5mm程度の薄いものが用いられるが、5mm程度を越
える厚いものを用いることもできる。厚い導体板を用い
た場合、結合孔の部分が厚さ方向に導波管として働き、
結合孔の形状に対する自由度が薄い場合と比べて低くな
る。矩形の導波管の場合、長いほうの辺の長さが自由空
間中の電磁波の波長の1/2より短くなると導波管の軸
方向に電磁界は伝搬せず、指数関数的に減衰することが
知られている。そのため厚い導体板を用いた場合、結合
孔としてのスロットの長軸方向の長さを半波長より大き
くする必要がある。マイクロ波の周波数が2.45GH
zの場合、自由空間での波長は122.4mmとなるの
でスロット長軸の長さは61.2mmより大きくする必
要がある。
【0021】図10に厚いスロット板の断面図を示す。
この厚いスロット板800は図1における空洞共振器1
04の導入窓105側に設置する。厚いスロット板80
0にはスリット状の結合孔801が設けられており空洞
共振器内のマイクロ波は結合孔801により導入窓およ
び処理室に放射される。スロット板800内に磁性体8
02が埋めこまれており、処理室内部の静磁界分布を最
適化することができる。また磁性体802にかえて静磁
界の発生装置を埋めこむこともできる。その場合処理室
周囲の静磁界発生装置108を用いなくても安定にプラ
ズマを生成することができる。スロットの長さに関する
制限はスロット801内部に誘電体を入れることで緩和
できる。すなわち誘電体の内部でマイクロ波の平面波の
波長は比誘電体の誘電率の平方根(屈折率)の逆数に比
例して短くなることを利用する。方形導波管の遮断波長
も同様に比誘電体の誘電率の平方根の逆数に比例して短
くすることができる。例えば誘電体として石英をスロッ
ト内に入れると、石英の誘電体は3.8程度なので約半
分の31.4mmでマイクロ波は遮断される。そのため
石英をスロット内部に入れることでスロット長軸の長さ
を31.4mm以上にすればよい。
この厚いスロット板800は図1における空洞共振器1
04の導入窓105側に設置する。厚いスロット板80
0にはスリット状の結合孔801が設けられており空洞
共振器内のマイクロ波は結合孔801により導入窓およ
び処理室に放射される。スロット板800内に磁性体8
02が埋めこまれており、処理室内部の静磁界分布を最
適化することができる。また磁性体802にかえて静磁
界の発生装置を埋めこむこともできる。その場合処理室
周囲の静磁界発生装置108を用いなくても安定にプラ
ズマを生成することができる。スロットの長さに関する
制限はスロット801内部に誘電体を入れることで緩和
できる。すなわち誘電体の内部でマイクロ波の平面波の
波長は比誘電体の誘電率の平方根(屈折率)の逆数に比
例して短くなることを利用する。方形導波管の遮断波長
も同様に比誘電体の誘電率の平方根の逆数に比例して短
くすることができる。例えば誘電体として石英をスロッ
ト内に入れると、石英の誘電体は3.8程度なので約半
分の31.4mmでマイクロ波は遮断される。そのため
石英をスロット内部に入れることでスロット長軸の長さ
を31.4mm以上にすればよい。
【0022】〔実施例3〕本発明の第3の実施例を図1
1を用いて説明する。第3の実施例と第1の実施例の違
いはスロット板部分および導入窓部分のみであり、他の
構成は同様であるので共通する部分の説明を省略する。
図11に示す導入窓とスロット板を第1の実施例に用い
てもよい。導入窓901はリング状の形状である。スロ
ット板902はリング状導入窓901の中心の穴から処
理室にさらされており、この部分を接地電極として動作
させることができる。スロットアンテナ903の形状は
図4,図8,図9に示した形状を用いることができる。
スロット板902の内部には図示しない冷媒の循環機構
があり、温度調節することができる。また図示しないガ
ス供給機構を同様に内部に備えており、処理室に処理ガ
スを供給することができる。スロット板902は中央部
が導入窓901の形状にあわせて突出した形状となって
いるが、図11に示す突出量dは任意である。この突出
量dを調整して導入窓の底面と側面の面積比を調整し、
マイクロ波電力放射の方向、量を制御することができ
る。また、スロット板902を電気的に接地せず、高周
波を給電することもできる。
1を用いて説明する。第3の実施例と第1の実施例の違
いはスロット板部分および導入窓部分のみであり、他の
構成は同様であるので共通する部分の説明を省略する。
図11に示す導入窓とスロット板を第1の実施例に用い
てもよい。導入窓901はリング状の形状である。スロ
ット板902はリング状導入窓901の中心の穴から処
理室にさらされており、この部分を接地電極として動作
させることができる。スロットアンテナ903の形状は
図4,図8,図9に示した形状を用いることができる。
スロット板902の内部には図示しない冷媒の循環機構
があり、温度調節することができる。また図示しないガ
ス供給機構を同様に内部に備えており、処理室に処理ガ
スを供給することができる。スロット板902は中央部
が導入窓901の形状にあわせて突出した形状となって
いるが、図11に示す突出量dは任意である。この突出
量dを調整して導入窓の底面と側面の面積比を調整し、
マイクロ波電力放射の方向、量を制御することができ
る。また、スロット板902を電気的に接地せず、高周
波を給電することもできる。
【0023】〔実施例4〕本発明の第4の実施例を図1
2を用いて説明する。第4の実施例と第1の実施例の違
いは整合室部分のみであり、他の構成は同様であるので
共通する部分の説明を省略する。図12aからfに図1
の整合室103に置き換えて使用できる整合室の形式を
示す。図12aは外部導体径および内部導体径のサイズ
を変更した整合室である。図12bは整合室を外部導体
径を変更した部分と内部導体径を変更した部分の2つの
部分から構成した整合室である。図12cは整合室を同
軸線路ではなく円形導波管により構成した整合室であ
る。図12dは外部導体径を局所的に絞るドーナツ状円
盤を用いた整合室である。図12eは内部導体径のサイ
ズのみを変更したことによる整合室である。図12fは
外部導体径を局所的に絞るドーナツ状円盤を複数用いた
整合室である。これらの整合室を組み合わせて新たな整
合室を構成してもよい。また同一の形式の整合室を多段
に接続して整合室を構成してもよい。
2を用いて説明する。第4の実施例と第1の実施例の違
いは整合室部分のみであり、他の構成は同様であるので
共通する部分の説明を省略する。図12aからfに図1
の整合室103に置き換えて使用できる整合室の形式を
示す。図12aは外部導体径および内部導体径のサイズ
を変更した整合室である。図12bは整合室を外部導体
径を変更した部分と内部導体径を変更した部分の2つの
部分から構成した整合室である。図12cは整合室を同
軸線路ではなく円形導波管により構成した整合室であ
る。図12dは外部導体径を局所的に絞るドーナツ状円
盤を用いた整合室である。図12eは内部導体径のサイ
ズのみを変更したことによる整合室である。図12fは
外部導体径を局所的に絞るドーナツ状円盤を複数用いた
整合室である。これらの整合室を組み合わせて新たな整
合室を構成してもよい。また同一の形式の整合室を多段
に接続して整合室を構成してもよい。
【0024】〔実施例5〕本発明の第5の実施例を図1
3を用いて説明する。第4の実施例と第1の実施例の違
いは同軸導波管変換器部分、整合室部分のみであり、他
の構成は同様であるので共通する部分の説明を省略す
る。図13に図1に示す同軸導波管変換器101および
整合室103に置き換えて使用できる円形TM01変換器
1100および整合室1102を示す。円形TM01変換
器1100は方形導波管1103および円形導波管11
01からなる。円形導波管により構成された整合室11
02の先に空洞共振器を接続する。円形導波管1102
は円形TM01モードが伝送できる直径になっている。周
波数が2.45GHzの場合、直径93.7mm以上あ
れば円形TM01モードは伝送できる。内部に誘電体を装
荷すればさらに直径を小さくすることもできる。方形導
波管1103の終端面から円形導波管1101の中心軸
迄の距離dを最適化することで方形導波管から1103
から投入したマイクロ波電力の円形TM01モードへの変
換効率は最適化できる。方形導波管1103がWRJ―
2(幅109.2mm、高さ54.6mm)、円形導波
管1101の内径が109.2mmの場合、dを164
mmまたは92mmとするとよい。一般にマイクロ波帯
では同軸線路に比べ、方形導波管、円形導波管の方が損
失が小さくなる。従って、円形TM01変換器1100お
よび整合室1102を図1に示す同軸導波管変換器10
1および整合室103に置き換えて使用することでマイ
クロ波の損失を小さくすることができる。
3を用いて説明する。第4の実施例と第1の実施例の違
いは同軸導波管変換器部分、整合室部分のみであり、他
の構成は同様であるので共通する部分の説明を省略す
る。図13に図1に示す同軸導波管変換器101および
整合室103に置き換えて使用できる円形TM01変換器
1100および整合室1102を示す。円形TM01変換
器1100は方形導波管1103および円形導波管11
01からなる。円形導波管により構成された整合室11
02の先に空洞共振器を接続する。円形導波管1102
は円形TM01モードが伝送できる直径になっている。周
波数が2.45GHzの場合、直径93.7mm以上あ
れば円形TM01モードは伝送できる。内部に誘電体を装
荷すればさらに直径を小さくすることもできる。方形導
波管1103の終端面から円形導波管1101の中心軸
迄の距離dを最適化することで方形導波管から1103
から投入したマイクロ波電力の円形TM01モードへの変
換効率は最適化できる。方形導波管1103がWRJ―
2(幅109.2mm、高さ54.6mm)、円形導波
管1101の内径が109.2mmの場合、dを164
mmまたは92mmとするとよい。一般にマイクロ波帯
では同軸線路に比べ、方形導波管、円形導波管の方が損
失が小さくなる。従って、円形TM01変換器1100お
よび整合室1102を図1に示す同軸導波管変換器10
1および整合室103に置き換えて使用することでマイ
クロ波の損失を小さくすることができる。
【0025】〔実施例6〕本発明の第6の実施例を図1
4を用いて説明する。第1の実施例と第6の実施例の違
いは空洞共振器部分およびスロット板のみであり、他の
構成は同様であるので共通する部分の説明を省略する。
第6の実施例では第1の実施例におけるスロット板を取
り外している。さらに第1の実施例における空洞共振器
が径の大きな円形導波管1201に置き換えられ、円形
導波管1201の一端が直接導入窓1202に接した構
造となっている。円形導波管1201の長さを調整する
ことでプラズマの分布を調整することができる。第1の
実施例と比べスロット板を用いないためプラズマ分布の
調整範囲が小さくなる、円形導波管部分のマイクロは電
磁界分布がプラズマ端面での反射波の影響を強く受ける
等の欠点が有る反面、構造が単純であるためマイクロ波
電力の損失を小さく抑えることができる、組み立て等の
作業が簡便に行える等の利点を持つ。
4を用いて説明する。第1の実施例と第6の実施例の違
いは空洞共振器部分およびスロット板のみであり、他の
構成は同様であるので共通する部分の説明を省略する。
第6の実施例では第1の実施例におけるスロット板を取
り外している。さらに第1の実施例における空洞共振器
が径の大きな円形導波管1201に置き換えられ、円形
導波管1201の一端が直接導入窓1202に接した構
造となっている。円形導波管1201の長さを調整する
ことでプラズマの分布を調整することができる。第1の
実施例と比べスロット板を用いないためプラズマ分布の
調整範囲が小さくなる、円形導波管部分のマイクロは電
磁界分布がプラズマ端面での反射波の影響を強く受ける
等の欠点が有る反面、構造が単純であるためマイクロ波
電力の損失を小さく抑えることができる、組み立て等の
作業が簡便に行える等の利点を持つ。
【0026】
【発明の効果】本発明により広い面積を持つ被処理基板
に対して高品質な処理を均一性よく施すことのできるプ
ラズマ処理装置を実現できる。
に対して高品質な処理を均一性よく施すことのできるプ
ラズマ処理装置を実現できる。
【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図2】整合室の動作を示す説明図である。
【図3】整合室の大きさと反射電力との関係を示す図で
ある。
ある。
【図4】スロットアンテナの一例を示す平面図である。
【図5】スロットアンテナの配置による飽和イオン電流
分布の変化を示す図である。
分布の変化を示す図である。
【図6】図1の装置で図4のスロットアンテナを用いE
CRプラズマ位置を変えたときの基板電極上での飽和イ
オン電流を示したである。
CRプラズマ位置を変えたときの基板電極上での飽和イ
オン電流を示したである。
【図7】図1の装置で図4の異なる条件のスロットアン
テナを用いECRプラズマ位置を変えたときの基板電極
上での飽和イオン電流を示したである。
テナを用いECRプラズマ位置を変えたときの基板電極
上での飽和イオン電流を示したである。
【図8】スロットアンテナの他の例を示す平面図であ
る。
る。
【図9】スロットアンテナのさらに他の例を示す平面図
である。
である。
【図10】本発明の第2の実施例であるプラズマ処理装
置に用いるスロットアンテナを示す断面図である。
置に用いるスロットアンテナを示す断面図である。
【図11】本発明の第3の実施例であるプラズマ処理装
置に用いるスロットアンテナおよび導入窓部分を示す断
面図である。
置に用いるスロットアンテナおよび導入窓部分を示す断
面図である。
【図12】本発明の第4の実施例であるプラズマ処理装
置に用いる整合室の形式例を示す断面図である。
置に用いる整合室の形式例を示す断面図である。
【図13】本発明の第5の実施例であるプラズマ処理装
置に用いる円形TM01変換器および整合室を示す断面図
である。
置に用いる円形TM01変換器および整合室を示す断面図
である。
【図14】本発明の第6の実施例であるプラズマ処理装
置を示す断面図である。
置を示す断面図である。
100…方形導波管、101…同軸導波管変換器、10
2…同軸線路部、103…整合室、104…空洞共振
器、105…導入窓、106…結合孔、107…処理
室、108…静磁界発生装置、109…被処理基板、1
10…基板電極、111…整合器、112…高周波電
源、113…スロット板、114…ECRプラズマ、2
00…同軸線路、202…円形導波管、203…同軸線
路と整合室の接続面、205…反射波、204…整合室
と円形導波管の接続面、206…反射波、401…円
盤、402…表面電流、403…スロットアンテナ長軸
方向の外向き単位ベクトル、404…スロットアンテ
ナ、600…スロット、700…スロット、800…厚
いスロット板、801…スリット状の結合孔、802…
磁性体、901…導入窓、902…スロット板、903
…スロットアンテナ、1100…円形TM01変換器、1
101…円形導波管、1102…整合室、1103…方
形導波管、1201…円形導波管、1202…導入窓。
2…同軸線路部、103…整合室、104…空洞共振
器、105…導入窓、106…結合孔、107…処理
室、108…静磁界発生装置、109…被処理基板、1
10…基板電極、111…整合器、112…高周波電
源、113…スロット板、114…ECRプラズマ、2
00…同軸線路、202…円形導波管、203…同軸線
路と整合室の接続面、205…反射波、204…整合室
と円形導波管の接続面、206…反射波、401…円
盤、402…表面電流、403…スロットアンテナ長軸
方向の外向き単位ベクトル、404…スロットアンテ
ナ、600…スロット、700…スロット、800…厚
いスロット板、801…スリット状の結合孔、802…
磁性体、901…導入窓、902…スロット板、903
…スロットアンテナ、1100…円形TM01変換器、1
101…円形導波管、1102…整合室、1103…方
形導波管、1201…円形導波管、1202…導入窓。
フロントページの続き (72)発明者 角屋 誠浩 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内
Claims (21)
- 【請求項1】マイクロ波を用いたプラズマ処理装置にお
いて、マイクロ波の導入を、所定の電磁界を得られるよ
う調整された空洞共振器、該空洞共振器に設けられた結
合孔により該空洞共振器内のマイクロ波電力を導入窓を
介して処理室にマイクロ波を放射す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、該結合孔が該空洞共振器内を流れる表面電流をさえ
ぎるよう形成されたスロットアンテナであることを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項3】請求項2記載のプラズマ処理装置におい
て、該スロットアンテナが該空洞共振器内を流れる表面
電流に対して所定の角度傾斜し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、該スロットアンテナの長軸と空洞共振器内面のマイ
クロ波磁界のなす角度θ(度)が、 22.5≦θ≦67.5または−67.5≦θ≦−22.5 の関係を満たすことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項5】請求項2記載のプラズマ処理装置におい
て、該スロットアンテナにより導入窓を介して処理室中
に放射されるマイクロ波電界の方向が空洞共振器内の電
界の方向と異なることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項6】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、処理室に静磁界を加える静磁界発生装置を備えたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項7】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、空洞共振器の励振をインピーダンス整合機能を持つ
立体回路を用いて行うことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項8】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、該結合孔により該処理室に放射されるマイクロ波電
磁界の姿態が該空洞共振器内のマイクロ波電磁界の姿態
と異なることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項9】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、該結合孔が断面が略方形の所定の高さを持つ穴であ
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項10】請求項9記載のプラズマ処理装置におい
て、該結合孔を形成する素材の内部に磁性体を埋設した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項11】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、該マイクロ波の導入窓がリング状であり、該結合孔
を備えた導電性の素材が該リング状導入窓の中央部に設
置されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項12】同軸線路によりマイクロ波を導き、イン
ピーダンス整合作用のある立体回路を該同軸線路先端部
に接続し、該インピーダンス整合作用のある立体回路を
介して励振される空洞共振器を備え、該空洞共振器内を
流れる表面電流に対し所定の角度傾斜したスロットアン
テナを用いてマイクロ波を処理室内に放射し、該処理室
内に電子サイクロトロン共鳴現象を起こしうる程度の強
さの静磁界を発生させうる静磁界発生装置を備え、該処
理室にプラズマを発生させ、該処理室に設置した被処理
基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
該処理室に放射されるマイクロ波電界の方向が該空洞共
振器内の電界の方向と異なることを特徴とするプラズマ
処理装置。 - 【請求項13】スロットアンテナを備えた所定のモード
で共振する空洞共振器を用いてマイクロ波電力によりプ
ラズマを発生させるプラズマ処理装置において、空洞共
振器のスロット板のある面の表面電流分布とスロットア
ンテナの間に、スロットアンテナ長軸方向の空洞共振器
に対し外向きに正の方向を持つ単位ベクトルをns、空
洞共振器のスロット板のある面の表面電流ベクトルをJ
としたとき、Jが空洞共振器のスロット板の中央付近に
中心を持つ同心状の渦を形成せず、かつ、nsとJを用
いて定義されるベクトルS≡ns×(ns×J)が空洞共
振器のスロット板の中央付近に中心を持つ同心状の渦を
形成する、の関係が成立することを特徴とするプラズマ
処理装置。 - 【請求項14】請求項13記載のプラズマ処理装置にお
いて、円柱状の空洞共振器を備え、該空洞共振器の底面
を流れる表面電流が中心軸から放射状に流れ、該空洞共
振器の底面にスロットアンテナを有し、該スロットアン
テナが該表面電流に対し所定の角度傾いたことを特徴と
するプラズマ処理装置。 - 【請求項15】マイクロ波によりプラズマを発生させ、
基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
被処理基板をその内部に載置する処理室、該処理室にマ
イクロ波を透過させつつ該処理室内部を処理に適した圧
力雰囲気に保持するための誘電体製のマイクロ波導入
窓、該マイクロ波導入窓を介して該処理室にマイクロ波
を放射するためのスロットアンテナ、該スロットアンテ
ナを励振するための空洞共振器、該処理室に静磁界を加
える静磁界発生装置、該処理室を排気する排気装置、該
処理室に処理ガスを供給するガス供給装置を備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項16】請求項15記載のプラズマ処理装置にお
いて、該被処理基板が略円盤状であり、該処理室が略円
柱状であり、該空洞共振器が略円柱状であり、該スロッ
トアンテナが円周状に配置され、該被処理基板および該
処理室および該空洞共振器および円周状に配置された該
スロットアンテナの中心軸が同一であることを特徴とす
るプラズマ処理装置。 - 【請求項17】請求項16記載のプラズマ処理装置にお
いて、該空洞共振器内部のマイクロ波電磁界が該空洞共
振器の中心軸に対し軸対称であることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項18】請求項17記載のプラズマ処理装置にお
いて、該処理室の内径に対し空洞共振器の内径が小さい
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項19】請求項17記載のプラズマ処理装置にお
いて、該処理室の内径L、円周状に配置されたスロット
アンテナの中心径Rの間に、 0.4L≦R≦0.6L の関係が成立することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項20】マイクロ波によりプラズマを発生させる
プラズマ処理装置において、回転対称な電磁界分布によ
りマイクロ波電力を、内部に被処理基板を備えた処理室
に導入し、該処理室にマイクロ波を導波する立体回路系
が該処理室近傍で略回転対称な構造であり、該立体回路
系が処理室に近ずくにつれステップ状にその内径が大き
くなる複数の導波路を接続することで構成されたことを
特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項21】マイクロ波を用いたプラズマ処理装置に
おいて、マイクロ波の導入を、所定の電磁界を得られる
よう調整された空洞共振器と、該空洞共振器に設けられ
たマイクロ波の表面電界に対し傾斜した結合孔により該
空洞共振器内のマイクロ波電力を導入窓を介して処理室
にマイクロ波を放射しリング状プラズマを形成する手段
と、前記処理室内のECR位置を調整可能な磁場発生手
段とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8236875A JPH1083896A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8236875A JPH1083896A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1083896A true JPH1083896A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=17007094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8236875A Pending JPH1083896A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1083896A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009070735A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Univ Nagoya | 電磁波プラズマ発生装置、その発生方法、その表面処理装置、およびその表面処理方法。 |
WO2009150971A1 (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-17 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2009301807A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2009301808A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2009301784A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
WO2011022612A2 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source |
WO2012073449A1 (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | キヤノンアネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
US8444870B2 (en) | 2006-08-22 | 2013-05-21 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source with high coupling efficiency |
US20140034483A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Samsung Display Co., Ltd. | Thin film deposition apparatus and method of depositing thin film using the same |
JP2014192158A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Triple Cores Korea Co Ltd | 段差部およびブロック部を用いたプラズマ導波管 |
US8992725B2 (en) | 2006-08-28 | 2015-03-31 | Mattson Technology, Inc. | Plasma reactor with inductie excitation of plasma and efficient removal of heat from the excitation coil |
CN113874978A (zh) * | 2020-04-27 | 2021-12-31 | 株式会社日立高新技术 | 等离子处理装置 |
WO2022176147A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置 |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP8236875A patent/JPH1083896A/ja active Pending
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8920600B2 (en) | 2006-08-22 | 2014-12-30 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source with high coupling efficiency |
US10037867B2 (en) | 2006-08-22 | 2018-07-31 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source with high coupling efficiency |
US8444870B2 (en) | 2006-08-22 | 2013-05-21 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source with high coupling efficiency |
US10090134B2 (en) | 2006-08-28 | 2018-10-02 | Mattson Technology, Inc. | Plasma reactor with inductive excitation of plasma and efficient removal of heat from the excitation coil |
US8992725B2 (en) | 2006-08-28 | 2015-03-31 | Mattson Technology, Inc. | Plasma reactor with inductie excitation of plasma and efficient removal of heat from the excitation coil |
JP2009070735A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Univ Nagoya | 電磁波プラズマ発生装置、その発生方法、その表面処理装置、およびその表面処理方法。 |
JP2009301808A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
CN102057762A (zh) * | 2008-06-11 | 2011-05-11 | 东京毅力科创株式会社 | 等离子体处理装置及等离子体处理方法 |
JP2009301784A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP2009301807A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
WO2009150971A1 (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-17 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
WO2011022612A3 (en) * | 2009-08-21 | 2011-05-26 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source |
WO2011022612A2 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma source |
US9844126B2 (en) | 2010-11-30 | 2017-12-12 | Canon Aneiva Corporation | Plasma treatment apparatus |
JP5487302B2 (ja) * | 2010-11-30 | 2014-05-07 | キヤノンアネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
WO2012073449A1 (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | キヤノンアネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
US20140034483A1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-06 | Samsung Display Co., Ltd. | Thin film deposition apparatus and method of depositing thin film using the same |
JP2014192158A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Triple Cores Korea Co Ltd | 段差部およびブロック部を用いたプラズマ導波管 |
CN113874978A (zh) * | 2020-04-27 | 2021-12-31 | 株式会社日立高新技术 | 等离子处理装置 |
WO2022176147A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置 |
JPWO2022176147A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | ||
US20240014010A1 (en) * | 2021-02-19 | 2024-01-11 | Hitachi High-Tech Corporation | Plasma processing apparatus |
TWI830148B (zh) * | 2021-02-19 | 2024-01-21 | 日商日立全球先端科技股份有限公司 | 電漿處理裝置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6158383A (en) | Plasma processing method and apparatus | |
JP2822103B2 (ja) | 改良された共鳴無線周波数波結合器装置 | |
KR100549554B1 (ko) | 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법 | |
JPH1083896A (ja) | プラズマ処理装置 | |
JPH088095A (ja) | プラズマ処理用高周波誘導プラズマ源装置 | |
KR20010023058A (ko) | 플라스마 처리장치 | |
JP2010525155A (ja) | プラズマ発生装置 | |
JP2018006718A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
JPH07263187A (ja) | プラズマ処理装置 | |
CN113874978A (zh) | 等离子处理装置 | |
JPH09289099A (ja) | プラズマ処理方法および装置 | |
JP3469987B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JPH09321031A (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP2002371365A (ja) | プラズマcvd装置 | |
JP4057541B2 (ja) | プラズマ発生システム | |
JPH1083895A (ja) | プラズマ処理装置 | |
JPH11260594A (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP2000306890A (ja) | プラズマ処理装置 | |
CN113454760B (zh) | 等离子处理装置 | |
JPH10177994A (ja) | プラズマ処理装置および処理方法 | |
JP3123175B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP3757159B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JPH1012594A (ja) | スロットアンテナを有するプラズマ処理装置 | |
JP2002075969A (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP3208995B2 (ja) | プラズマ処理方法及び装置 |