JP3462865B2 - 給電アンテナ及び半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は給電アンテナ及び半
導体製造装置に関し、特に真空容器に注入されたガスを
プラズマ化するための電磁エネルギーを供給する給電ア
ンテナ及びこの給電アンテナへの給電方法として半導体
製造装置に適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】現在、半導体の製造では、プラズマＣＶ
Ｄ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知
られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材
料ガスを真空容器内の成膜室の中に導入してプラズマ状
態にし、プラズマ中の活性な励起原子又は分子によって
基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置であ
る。成膜室内をプラズマ状態にするために、真空容器に
は電磁波透過窓が備えられ、真空容器の外側に配置され
た給電アンテナに電力を供給して電磁波透過窓から電磁
波を入射させることで成膜室をプラズマ状態にしてい
る。 【０００３】図１３は、従来技術に係る半導体製造装置
を概念的に示す説明図である。同図に示すように、給電
アンテナ０１は、給電部０１Ａが一個の単一コイルで形
成したループアンテナである。この給電アンテナ０１
は、円筒状の真空容器０２に注入されたガスをプラズマ
化し、静電チャック０３に載置して下方に配設されたウ
エハ０４に成膜を施すべく、通常真空容器０２の最上部
に配設される。ここで、ウエハ０４の中心を原点Ｏとす
る円筒座標を考えた場合、座標軸ｒは半径方向、Ｚは円
筒軸方向、θは円周方向を意味している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上述の如き半導体製造
装置を用いてウエハ０４に成膜を施した場合、膜厚分布
傾斜（膜厚の不均一）が現れた。そこで、真空容器０２
内の条件を変えずに給電アンテナ０１の給電部０１Ａの
周方向に関する位置を変えたところ、膜厚分布の傾斜方
向も給電部０１Ａの移動方向に追従して変化することが
判明した。このことは、膜厚分布傾斜は給電部０１Ａの
位置に依存することを示している。そこで、このように
給電部０１Ａの位置に依存する膜厚の不均一を生起する
原因を究明し、これを均一にする技術を開発すれば、よ
り良質の半導体を得ることができるという知見を得た。 【０００５】一方、上述の如く、給電部０１Ａが一箇所
である単一ルーブアンテナでは、当然ながら給電アンテ
ナ０１の各部を流れる電流値は一定である。ところが、
この様な電流分布では、プラズマの給電アンテナ０１か
らの電磁波の吸収分布（半径方向）は強い不均一性を示
す。 【０００６】図１４は、プラズマ中の給電アンテナ０１
からの電磁波の伝搬を数値的に解き（電磁波の波動方程
式を解き）、プラズマの電磁波エネルギー吸収分布を求
めたものである。同図の横軸は給電アンテナ０１中心
（ウエハ０４の中心である原点Ｏ）を原点とする径方向
の位置（ｍ）、縦軸は電磁波エネルギー吸収量（Ｗ／ｍ
³ ）である。同図の実線の特性は、図１３に示すウエハ
ー０４の表面から垂直方向（Ｚ方向）上方に０．１６
（ｍ）の位置における吸収パワー分布である。Ｚ＝０．
１６はこのことを表している（以下、同じ。）。 【０００７】図１４を参照すれば明らかな通り、真空容
器０２の半径の１／２付近に強いピークを有し、真空容
器０２の中心部及び周辺部ではエネルギー吸収が非常に
弱いことが分かる。真空容器０２の壁から遠い中心部近
傍では、プラズマが温度、密度の低い中心へ向かって拡
散し、その分布は時間の経過とともに比較的平坦化され
るが、壁（ｗａｌｌ）に近い周辺部では、この壁にプラ
ズマが逃げる。このため、当該周辺部でのプラズマの平
坦化を行うことができない。この結果、周辺部では、プ
ラズマの温度や密度は低い。したがって、成膜の結果、
ウエハ０４の全面に亘る膜厚の均一性が確保できない。
このことは、実験的にも確認されている。 【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑み、給電部の
位置の影響を除去してプラズマへの影響を一定とし、同
時に半径方向のプラズマの電磁波エネルギー吸収分布を
より平坦化することができ、さらに複数本のコイルを有
する場合であっても均一な電界及び磁界を発生すること
ができる給電アンテナ、給電装置及びこれを有する半導
体製造装置並びに給電方法を提供することを目的とす
る。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】図１３に示す半導体製
造装置を用いてウエハ０４に成膜を施した場合、この成
膜に膜厚分布傾斜が現れ、しかもこの膜厚分布傾斜が給
電アンテナ０１の給電部０１Ａの周方向位置に関連して
いることは前述した通りである。そこで、給電部０１Ａ
の位置が成膜分布に与える影響及びその原因を考察し
た。 【００１０】給電部０１Ａの位置の影響は、給気ガスを
ダウンフローにした結果、真空容器０２の天井部の直下
のプラズマ分布が直接ウエハ０４上に投写されたものと
思われる。この場合の膜厚分布傾斜は、給電部０１Ａの
高圧側の端子に向かって下がっており、給電部０１Ａの
高圧側端子の近傍部分の成膜に寄与する電離、励起レー
トが低下したものと推定されるからである。 【００１１】給電部０１Ａの高電圧側の端子近傍は、プ
ラズマや真空容器０２に対して高い電位となっており、
その位置では浮遊容量により静電的に結合している。こ
の結果、高電圧側の端子近傍からプラズマや真空容器０
２に向かって電流が流れるパスができ、特に直下のプラ
ズマでは他の部分と異なった現象を生起していると推定
される。ここで、給電アンテナ０１の浮遊容量はプラズ
マと真空容器０２の壁に対するものを考えれば良い。そ
こで、電気影像法により各浮遊容量を求めると、給電ア
ンテナ０１の浮遊容量のうち、９０％程度がプラズマと
の間の浮遊容量であり、静電的な結合が強いとプラズマ
への影響が無視できないことが分かった。 【００１２】図１（ａ）に示すように、給電アンテナ０
１の給電部０１Ａの電位は、一方がアース電位（０Ｖ）
で、他方が変動する高電位である。プラズマへの浮遊容
量Ｃ _spに流れる電流は、給電アンテナ０１の各部の電位
に比例する。浮遊容量Ｃ_spが給電アンテナ０１上に均一
に分布しているとして、通常給電アンテナ０１の周長
（例えば１．２６ｍ（φ４００）程度）は、高周波電源
電圧の自由空間波長（例えば２２ｍ程度）に比べて充分
小さいので、給電アンテナ０１上の電位勾配は一定と考
えることができ、浮遊容量Ｃ_spに流れる電流量はアース
側の給電部０１Ａからの距離に比例する。この関係を図
１（ｂ）に示す。 【００１３】プラズマとの間の浮遊容量Ｃ_spが、上述の
如き膜厚分布傾斜の原因であるとすると、給電アンテナ
０１を構成するコイルからプラズマへの浮遊容量Ｃ_spに
流れる漏れ電流の分布が、このコイルの周方向に関して
均一になるようにすれば良いと考えられる。そこで、膜
厚分布傾斜を生起している部分に対応する給電アンテナ
０１の位置にスペーサを挿入し、プラズマに対する距離
を変えて図１３に示す装置で成膜実験を行ったところ、
膜厚分布傾斜を良好に除去し得ることが確認できた。 【００１４】かかる知見に基づき案出した本願の基本と
なる給電アンテナに関する発明の構成は、次の点を特徴
とする。 【００１５】１） 真空容器に注入されたガスをプラズ
マ化するための電磁エネルギーを供給するための給電ア
ンテナにおいて、単一のコイルからプラズマへの浮遊容
量に流れる漏れ電流の分布が、このコイルの周方向に関
して均一になるように構成したこと。ここで、コイルの
ターン数は円弧状のワンターンである場合のみならず、
複数ターンとして、渦巻き状に形成した場合も含む。 【００１６】２） 上記１）に記載する給電アンテナに
おいて、漏れ電流分布は、単一のコイルの接地側の端子
から高圧側の端子に向かってプラズマとの距離を漸増さ
せることにより均一化したこと。ここで、コイルのター
ン数は円弧状のワンターンである場合のみならず、複数
ターンとして、渦巻き状に形成した場合も含む。 【００１７】３） 真空容器に注入されたガスをプラズ
マ化するための電磁エネルギーを供給するための給電ア
ンテナにおいて、同心状に配設した複数本のコイルを有
するとともに、各コイルからプラズマへの浮遊容量に流
れる漏れ電流の分布が、各コイルの周方向に関して均一
になるように構成したこと。ここで、各コイルのターン
数は円弧状のワンターンである場合のみならず、複数タ
ーンとして、渦巻き状に形成した場合も含む。 【００１８】４） 上記３）に記載する給電アンテナに
おいて、漏れ電流分布は、各コイルの接地側の端子から
高圧側の端子に向かってプラズマとの距離を漸増させる
ことにより均一化したこと。ここで、各コイルのターン
数は円弧状のワンターンである場合のみならず、複数タ
ーンとして、渦巻き状に形成した場合も含む。 【００１９】図２に示すように、単一のコイルではな
く、複数個（図では３本）のコイル０１ａ、０１ｂ、０
１ｃを同心状に配設して給電アンテナ０１を構成した場
合、各コイル０１ａ、０１ｂ、０１ｃに通電する電流を
独立に制御することができる等、種々の利点がある（こ
の点に関しては後に詳述する。）。 【００２０】ところが、各コイル０１ａ、０１ｂ、０１
ｃの給電部０１ｄ、０１ｅ、０１ｆを円周方向の一箇所
に集中させた場合には、、発生する電界及び磁界の乱れ
を生起する虞があり、かかる乱れが発生した場合には、
成膜室内のプラズマ密度が不均一になり、成膜膜厚分布
の不均一の他の原因となる。これら、電界、磁界の乱れ
は、給電部０１ｄ、０１ｅ、０１ｆにおける垂直方向
（Ｚ方向）への立ち上がり部で発生する電界のＺ方向成
分Ｅ_z による。ちなみに、図２に示す給電アンテナ０１
では、このＺ方向（図１３参照。）成分Ｅ_z に基づく電
界及び磁界の乱れが一箇所に集中してしまう。 【００２１】このように、給電アンテナ０１を複数個の
コイルコイル０１ａ、０１ｂ、０１で構成する場合にお
いて、上記浮遊容量Ｃ_spに起因する問題点とともに、上
述の如き、給電部０１ｄ、０１ｅ、０１ｆを集中させた
場合の問題点も解決した給電アンテナに関する発明の構
成は、次の点を特徴とする。 【００２２】５） 上記３）又は４）に記載する給電ア
ンテナにおいて、高周波電源に接続するよう各コイルの
両端部に形成した給電部である端子が、各コイルの周方
向に関して異なる位相に位置するように構成したこと。
ここで、各コイルのターン数は円弧状のワンターンであ
る場合のみならず、複数ターンとして、渦巻き状に形成
した場合も含む。 【００２３】図３（ａ）、図３（ｂ）は電磁波動方程
式、∇×∇×Ｅ−（ω² ／ｃ² ）・Ｋ・Ｅ＝ｉωμ₀ Ｊ
_ext （但し、ωはアンテナに印加した高周波の周波数
（１３．５６ＭＨｚ）、μ₀ は真空の透磁率、ｃは光速
度、ＫはＣｏｌｄ Ｐｌａｓｍａ近似モデルにおける誘
電率テルソン、Ｊ_ext はアンテナに与えた電流であ
る。）を数値解析により求めたプラズマの電磁エネルギ
ー吸収分布特性を示す特性図である。 【００２４】図３（ａ）は、図３（ｃ）に示すように、
給電アンテナの３本の各コイルの電流比が一定の場合
（１：１：１）、図３（ｂ）は、図３（ｄ）に示すよう
に、電流比が（１：０：３）の場合を示す。 【００２５】図３（ａ）を参照すれば、各コイルの電流
比が一定の場合には、真空容器の半径ｒのほぼ中心付近
に強い吸収ピークを呈し、プラズマのセンターや容器周
辺部では、殆ど吸収されないことが分かる。前述した通
り、このようなプラズマの電磁波エネルギー吸収分布は
周辺部のプラズマ温度や密度を低くし、従ってウエハー
０４上の膜厚分布も周辺部で不均一となることは容易に
分かる。 【００２６】一方、図３（ｂ）を参照すれば、各コイル
の電流比を変えることにより周辺部の吸収が増えること
が分かる。これにより、周辺部のプラズマはより高温、
高密度となり、従ってより平坦な膜厚分布が期待でき
る。なお、前述の如く、プラズマセンター部での吸収分
布の落ち込みは、一般にプラズマの拡散により短時間で
自己回復する為、問題にならない。 【００２７】この様に、電流比一定のループアンテナに
較べ、複数のコイルに分け、各コイルに流す電流を調整
することにより、プラズマ分布をより平坦化できること
が分かる。すなわち、給電アンテナを構成する複数個の
コイルのそれぞれにに供給する電流を調節することによ
り、均一な電磁波を発生し、プラズマの反径方向分布を
より均一にすることができる。ここで、一個の高周波電
源で各コイルに供給する電流を変えるには、自己又は相
互インダクタンスを変えれば良い。 【００２８】かかる知見をも加味した給電アンテナに関
する発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００２９】６） 上記５）に記載する給電アンテナに
おいて、各コイルのコイル半径やコイルの太さ等を調節
することにより自己及び相互インダクタンスを変えて各
コイルに流れる電流を変え、プラズマに吸収されるエネ
ルギー分布を調節できるように構成したこと。ここで、
各コイルのターン数は円弧状のワンターンである場合の
みならず、複数ターンとして、渦巻き状に形成した場合
も含む。 【００３０】７） 上記５）に記載する給電アンテナに
おいて、少なくとも一つのコイルの他のコイルに対する
軸方向に関する距離を変えて配設することにより相互イ
ンダクタンスを変え、プラズマに吸収されるエネルギー
分布を調節するようにしたこと。ここで、各コイルのタ
ーン数は円弧状のワンターンである場合のみならず、複
数ターンとして、渦巻き状に形成した場合も含む。 【００３１】複数個のコイル有する給電アンテナにおい
て、各給電部０１ｄ、０１ｅ、０１ｆ（図２参照。）に
おける電流及び磁界の乱れを均一化するには各コイルの
給電部０１ｄ乃至０１ｆが等間隔の場合が、最も効果的
である。この点を考慮した給電アンテナに関する発明の
構成は、次の点を特徴とする。 【００３２】８） 上記５）乃至７）に記載する何れか
一つの給電アンテナにおいて、各コイルにおいて隣接す
る給電部間が等間隔になっていること。ここで、各コイ
ルのターン数は円弧状のワンターンである場合のみなら
ず、複数ターンとして、渦巻き状に形成した場合も含
む。 【００３３】単一のコイルで形成した給電装置に関する
発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００３４】９） 上記１）又は２）に記載する給電ア
ンテナと、この給電アンテナに並列に接続するコンデン
サを有する整合手段とを具備する給電装置において、整
合手段は、軸方向に関する両端部にそれぞれ電極を有す
る筒状の第１及び第２のコンデンサと、相互に電気的な
絶縁を確保して上記給電アンテナとほぼ平行に配設する
第１乃至第３の３枚の電極とを有するとともに、第１の
コンデンサの一方の電極と第１の電極、第２のコンデン
サの一方の電極と第２の電極、並びに第１及び第２のコ
ンデンサの他方の電極と第３の電極をそれぞれ接続して
構成したこと。 【００３５】１０） 上記９）に記載する給電装置にお
いて、整合手段の第１の電極と第３の電極とを両端部に
配設する一方、第２の電極を、貫通孔を有する平板部と
この平板部から第１の電極側に突出する凹部とを設けた
ものとして第１の電極と第３の電極との間に配設し、さ
らに第１のコンデンサは、上記貫通孔を貫通してその一
方の電極が第１の電極に接続され、第２のコンデンサ
は、上記凹部に嵌入してその一方の電極が第２の電極に
接続されるように構成するとともに、給電アンテナの少
なくとも一方の給電部は、少なくとも第１の電極を貫通
して第２の電極との電気的な接続関係を確保するように
構成したものであること。 【００３６】複数個のコイルで形成した給電装置に関す
る発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００３７】１１） 上記３）乃至８）に記載する何れ
か一つの給電アンテナと、この給電アンテナの各コイル
に並列に接続するコンデンサを有する整合手段とを具備
する給電装置において、整合手段は、軸方向に関する両
端部にそれぞれ電極を有する筒状の第１及び第２のコン
デンサと、相互に電気的な絶縁を確保して上記給電アン
テナとほぼ平行に配設する第１乃至第３の３枚の電極と
を有するとともに、第１のコンデンサの一方の電極と第
１の電極、第２のコンデンサの一方の電極と第２の電
極、並びに第１及び第２のコンデンサの他方の電極と第
３の電極をそれぞれ接続して構成したこと。 【００３８】１２） 上記１１）に記載する給電装置に
おいて、整合手段の第１の電極と第３の電極とを両端部
に配設する一方、第２の電極を、貫通孔を有する平板部
とこの平板部から第１の電極側に突出する凹部とを設け
たものとして第１の電極と第３の電極との間に配設し、
さらに第１のコンデンサは、上記貫通孔を貫通してその
一方の電極が第１の電極に接続され、第２のコンデンサ
は、上記凹部に嵌入してその一方の電極が第２の電極に
接続されるように構成するとともに、給電アンテナの各
コイルの少なくとも一方の給電部は、少なくとも第１の
電極を貫通して第２の電極との電気的な接続関係を確保
するように構成したものであること。 【００３９】単一のコイルで形成した半導体製造装置に
関する発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００４０】１３） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アン
テナと、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを
有し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加する
ことにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に
透過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処
理を施すように構成した半導体製造装置において、上記
１）又は２）に記載する給電アンテナを有すること。 【００４１】１４） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設置され、コイルと
その両端部に端子を備えた給電アンテナと、同給電アン
テナに高周波電圧を印加する電源とを有し、同給電アン
テナの両端子相互の高さ位置を違えて設置するととも
に、前記コイルの各部のプラズマに対する距離が高圧側
の端子の位置で最も大きく、低圧側の端子の位置で最も
小さくなるように、高圧側から低圧側に向けて前記プラ
ズマに対する距離が漸減するようにコイルを傾斜させる
か、又は高圧側から低圧側に向けて階段状に前記プラズ
マに対する距離が変化するようにコイルを成形したこ
と。ここで、各コイルのターン数は円弧状のワンターン
である場合のみならず、複数ターンとして、渦巻き状に
形成した場合も含む。 【００４２】複数個のコイルで形成した半導体製造装置
に関する発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００４３】１５） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アン
テナと、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを
有し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加する
ことにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に
透過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処
理を施すように構成した半導体製造装置において、上記
３）乃至８）の何れか一つに記載する給電アンテナを有
すること。 【００４４】１６） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設置され、同心状に
配設した複数本のコイルと各コイルの両端部にそれぞれ
端子を備えた給電アンテナと、同給電アンテナに高周波
電圧を印加する電源とを有し、各コイルの両端子相互の
高さ位置を違えて設置するとともに、各コイルの各部の
プラズマに対する距離が高圧側の端子の位置で最も大き
く、低圧側の端子の位置で最も小さくなるように、高圧
側から低圧側に向けて前記プラズマに対する距離が漸減
するように各コイルを傾斜させるか、又は高圧側から低
圧側に向けて階段状に前記プラズマに対する距離が変化
するように各コイルを成形し、さらに各コイルの端子が
各コイルの周方向に関して異なる位相に位置するように
構成したこと。ここで、各コイルのターン数は円弧状の
ワンターンである場合のみならず、複数ターンとして、
渦巻き状に形成した場合も含む。 【００４５】単一のコイルで形成した給電装置を有する
半導体製造装置に関する発明の構成は、次の点を特徴と
する。 【００４６】１７） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アン
テナと、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを
有し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加する
ことにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に
透過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処
理を施すように構成した半導体製造装置において、〔請
求項９〕又は〔請求項１０〕に記載する給電装置を有す
ること。 【００４７】複数個のコイルで形成した給電装置を有す
る半導体製造装置に関する発明の構成は、次の点を特徴
とする。 【００４８】１８） 電磁波透過窓を備えた容器と、電
磁波透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アン
テナと、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを
有し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加する
ことにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に
透過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処
理を施すように構成した半導体製造装置において、〔請
求項１１〕又は〔請求項１２〕に記載する給電装置を有
すること。 【００４９】図４はアンテナの位置を変えたときのプラ
ズマの吸収分布を示したものであり、（ａ）、（ｃ）は
図１３に示す円筒状の真空容器０２を垂直面で切った右
半分の領域を示している。左半分は、図中左端の垂直線
に対し軸対称となる。図４（ｂ）、（ｄ）は図４
（ａ）、（ｃ）に対応する吸収パワー分布特性を示す特
性図である。図４（ｂ）、（ｄ）の横軸位置は、図４
（ａ）、（ｃ）における横軸位置にそれぞれ対応してい
る。 【００５０】図４（ａ）、（ｃ）において、「＋」印が
コイルの位置である。すなわち、図図４（ａ）、（ｃ）
及び図４（ｂ）、（ｄ）を参照すればプラズマの電磁エ
ネルギー吸収は電流が流れているアンテナの直下に集中
することが分かる。 【００５１】一方、図１３に示す金属製の真空容器０２
の壁の近傍部分では、電界のθ方向成分は零でなければ
ならないという物理法則の要請から、どうしてもこの部
分での電界は弱くなり、したがってプラズマへの吸収も
減る（例えば図１４参照。）。そこで、複数個のコイル
を同心円状に配設してなる給電アンテナの最外周のコイ
ルに、相対的に周波数の低い（例えば数百ｋＨｚから数
ＭＨｚ）高周波電流を供給する。一般に、周波数の低い
電磁波程、プラズマ中を深く透過するからである。すな
わち、プラズマの電磁エネルギー吸収がアンテナの真下
で最も顕著であるという図４に示す現象を加味して上記
給電アンテナの最外周のコイルに、相対的に周波数の低
い高周波電流を供給することにより、吸収も多く、最終
的に高温、高密度のプラズマ生成が真空容器０２の壁面
近傍でも期待できることになる。これにより、ウエハー
０４の周辺部の膜厚の平坦化を図ることができると考え
られる。 【００５２】図５は、アンテナを壁近傍の半径０．２２
（ｍ）の位置に置いて、０．４（ＭＨｚ）の高周波電流
を供給した場合のプラズマの吸収パワー分布特性を示し
たものである。同図に示すように、この場合、パワー吸
収は、壁近傍部分に局在し、しかもプラズマ中深く進入
していることが分かる。したがって、上述の如く、最外
周のコイルに、相対的に周波数の低い高周波電流を供給
することにより、最外周コイルの位置に対応して図５に
示す特性を得ることができ、これと、例えば図１４に示
す特性とが重畳されるようにすることにより真空容器０
２の壁の近傍部分でのプラズマ温度、密度の落ち込みを
修復した吸収特性を得ることができることが分かる。 【００５３】かかる知見に基づく複数コイルに対する給
電方法に関する発明の構成は、次の点を特徴とする。 【００５４】１９） 上記３）乃至８）に記載する何れ
か一つの給電アンテナの、最外周のコイルについてこれ
に印加する高周波電圧の周波数を、他のコイルに印加す
る高周波電圧の周波数より相対的に低くすることにより
最外周コイルの直下のプラズマの加熱を促進するように
したこと。 【００５５】また、上記給電方法を実現する給電装置及
び半導体製造装置に関する発明の構成は、次の点を特徴
とする。 【００５６】２０） 上記１１）又は１２）に記載する
給電装置において、異なる周波数の高周波電圧を供給す
る複数種類の電源を有するとともに、出力電圧の周波数
が最も低い高周波電源を最外周のコイルに接続するとと
もに、出力電圧の周波数が相対的に高い高周波電源を他
のコイルに接続したこと。 【００５７】２１） 上記１８）に記載する半導体製造
装置において、異なる周波数の高周波電圧を供給する複
数種類の電源を有するとともに、出力電圧の周波数が最
も低い高周波電源を最外周のコイルに接続するととも
に、出力電圧の周波数が相対的に高い高周波電源を他の
コイルに接続して構成したこと。 【００５８】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００５９】＜第１の給電アンテナ＞図６は本発明の第
１の実施の形態に係る給電アンテナを概念的に示す説明
図である。同図に示すように、本形態に係る給電アンテ
ナＩは、真空容器に注入されたガスをプラズマ化するた
めの電磁エネルギーを供給するためのものであって、同
心円状に配設した複数個（本形態では３本）のコイル１
ａ、１ｂ、１ｃを有する。ここで、給電部１ｄ、１ｅ、
１ｆは、各コイル１ａ乃至１ｃの周方向に関する同一位
置に集中させて設けてある。また、当該給電アンテナＩ
は、各コイル１ａ乃至１ｃの給電部１ｄ、１ｅ、１ｆの
接地側の端子１ｇ、１ｈ、１ｉから高圧側の端子１ｊ、
１ｋ、１ｌに向かってプラズマとの距離が漸増するよう
に螺旋状に成形してある（参考のため、コイル１ａ乃至
１ｃが同一平面にある場合の当該平面を図中に点線の楕
円で示す。）。このことにより、各コイル１ａ乃至１ｃ
からプラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電流の分布が、
各コイルの周方向に関して均一になるように構成してあ
る。 【００６０】かかる給電アンテナＩにおいては、各コイ
ル１ａ乃至１ｃからプラズマへの浮遊容量に流れる漏れ
電流の分布が、各コイルの周方向に関して均一になるの
で、当該給電アンテナＩの下方に生成されるプラズマの
状態を均質化することができる。 【００６１】なお、上記第１の実施の形態に係る給電ア
ンテナＩは、複数本のコイル１ａ乃至１ｃを有するもの
としたが、これに限定するものではない。単一のコイル
のみを有する給電アンテナであっても勿論、良い。この
場合のコイルも、接地側の端子から高圧側の端子に向か
ってプラズマとの距離が漸増するように螺旋状に成形す
れば同様の作用・効果が得られる。また、コイル１ａ乃
至１ｃの数も３本に限定する必要はない。必要に応じそ
の数を決定すれば良い。 【００６２】＜第２の給電アンテナ＞図７は本形態に係
る給電アンテナを概念的に示す説明図である。同図に示
すように、本形態に係る給電アンテナIIは、図６に示す
給電アンテナＩの給電部１ｄ、１ｅ、１ｆの位置関係を
工夫したものである。すなわち、給電アンテナIIの各コ
イル１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおける給電部１１ｄ、１
１ｅ、１１ｆの接地側の端子１１ｇ、１１ｈ、１１ｉか
ら高圧側の端子１１ｊ、１１ｋ、１１ｌに向かってプラ
ズマとの距離が漸増するように螺旋状に成形した（図で
は螺旋状であることは明確ではないが、実際の給電アン
テナIIは螺旋状に成形してある。）点は上記第１の実施
の形態と同様であるが、本形態においては、各コイル１
１ａ、１１ｂ、１１ｃの給電部１１ｄ、１ｅ、１ｆが各
コイル１１ａ乃至１１ｃの周方向に関して異なる位相に
位置するように構成してある。しかも、本形態において
は、隣接する給電部１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ間が等間隔
（１２０°）になるように配設してある。 【００６３】かかる給電アンテナIIでは、各コイル１１
ａ乃至１１ｃからプラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電
流の分布が、各コイル１１ａ乃至１１ｃの周方向に関し
て、給電アンテナＩと同様に均一になるので、当該給電
アンテナIIの下方に生成されるプラズマの状態を均質化
することができる。 【００６４】さらに、本形態に係る給電アンテナIIにお
いては、各コイル１１ａ乃至１１ｃの給電部１１ｄ乃至
１１ｆが隣接するもの同士位相差を有するので、発生す
る電磁波を均一にすることができる。すなわち、給電端
子部に発生する前記Ｚ方向成分Ｅ_z 等の不均一な電界を
分散できることから、より均一な電界、磁界を形成して
均一な電磁波を給電アンテナIIで発生することができ
る。 【００６５】なお、上記各コイル１１ａ乃至１１ｃは、
必ずしも給電部１１ｄ乃至１１ｆ間が等間隔になるよう
に配設する必要はないが、このように等間隔に配設した
場合が、最も効果的に不均一な電界を分散できることは
明らかである。また、給電アンテナIIを構成するコイル
１１ａ乃至１１ｃの数も３本に限定する必要はない。必
要に応じその数を決定すれば良い。 【００６６】＜第３の給電アンテナ＞図８は本形態に係
る給電アンテナを概念的に示す説明図である。同図に示
すように、当該給電アンテナIII は、最内周部のコイル
２１ｃを２ターンのコイルとしたものである。このよう
に、構成することにより各コイル２１ａ、２１ｂ、２１
ｃのインダクタンスを可及的に近似させることができ
る。インダクタンスは各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
の長さと相関関係があるからである。 【００６７】本形態に係る給電アンテナIII は、上述の
如く最内周部のコイル２１ｃを２ターンのコイルとした
点を除けば、図７に示す第２の実施の形態に係る給電ア
ンテナIIと全く同一構成である。すなわち、給電アンテ
ナIII の各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける給電
部２１ｄ、２１ｅ、２１ｆの接地側の端子２１ｇ、２１
ｈ、２１ｉから高圧側の端子２１ｊ、２１ｋ、２１ｌに
向かってプラズマとの距離が漸増するように螺旋状に成
形してあり（図では螺旋状であることは明確ではない
が、実際の給電アンテナIIは螺旋状に成形してある。）
等は図７に示す給電アンテナIIと同様であり、上記相違
点に起因する作用・効果を除けば、給電アンテナIIに関
する説明は、そのまま本形態に係る給電アンテナIII の
説明にも当てはまる。 【００６８】＜第４の給電アンテナ＞図９は本形態に係
る給電アンテナを概念的に示す説明図である。同図に示
すように、本形態に係る給電アンテナVIでは、コイル３
１ｃの他のコイル３１ａ、３１ｂに対する軸方向に関す
る距離Ｌを変えて配設してある。このことにより相互イ
ンダクタンスを変え、プラズマに吸収されるエネルギー
分布を調節するようにした。ちなみに、プラズマの半径
方向（図１３のｒ方向）分布を均一にすることは、少な
くとも一つのコイル（例えば３１ｃ）を他のコイル（例
えば３１ａ、３１ｂ）との垂直方向に関する距離（例え
ばＬ）を調節することにより相互インダクタンスを変え
てプラズマに吸収されるエネルギー分布を調節すること
ができる。 【００６９】上述の距離Ｌに関する構成を除けば、本形
態に係る給電アンテナVIは、図８に示す給電アンテナII
I と同構成である。すなわち、１）各コイル３１ａ、３
１ｂ、３１ｃにおける給電部３１ｄ、３１ｅ、３１ｆの
接地側の端子３１ｇ、３１ｈ、３１ｉから高圧側の端子
３１ｊ、３１ｋ、３１ｌに向かってプラズマとの距離が
漸増するように螺旋状に成形し、隣接する給電部３１
ｄ、３１ｅ、３１ｆ間が等間隔（１２０°）になるよう
に配設し、最内周部のコイル３１ｃを２ターンのコイル
とした。なお、図の錯綜を避けるため、各コイル３１ａ
乃至３１ｃはそれぞれ同一平面に在るような図とした
が、実際には、上述の如き螺旋状に成形してある。 【００７０】かかる給電アンテナVIは、図８に示す給電
アンテナIII の作用・効果に加え、次の作用・効果も奏
する。すなわち、コイル３１ｃは、他のコイル３１ａ、
３１ｂに較べてプラズマとの距離が遠くなるので、コイ
ル３１ｃからの電磁波のプラズマへの吸収が弱くなる。
これにより、プラズマの加熱分布を形成し、均一な吸収
分布を図ることができ、このことによってもプラズマの
半径方向（ｒ方向）分布を均一にすることができる。 【００７１】なお、上記実施の形態において、コイル３
１ｃは、他のコイル３１ａ、３１ｂに較べてプラズマと
の距離が近くなるように構成しても、勿論良い。この場
合には、逆にプラズマへの吸収を強くして均一な吸収分
布を図ることができる。 【００７２】＜給電装置＞上述の如き給電アンテナＩ、
II、III 、IVは、高周波電源から印加される高周波電圧
で電磁波を発生するものであるが、かかる給電アンテナ
Ｉ乃至IVは、一般に整合器とともに高周波電源に接続さ
れる。給電アンテナＩ乃至IVに最大電力を供給するため
であるが、ＣＶＤ装置等の半導体製造装置では、給電ア
ンテナＩ乃至IVと整合器とが一体となって給電装置を構
成している。 【００７３】図１０及び図１１に本形態に係る給電装置
を示す。図１０（ａ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線断面
図、図１０（ｂ）はその等価回路図、図１１（ａ）は図
１０（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図１１（ｂ）は図１０
（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図に示すよう
に、整合器V は、同形の円筒状の可変コンデンサ４２、
４３と、相互に電気的な絶縁を確保した状態で各可変コ
ンデンサ４２、４３の軸方向の両端部がそれぞれ接触す
る第１の電極４４、第２の電極４５及び第３の電極４６
を有している。ここで、第１の電極４４と第３の電極４
６が上下両端部の電極となっており、第２の電極４５
は、第１の電極４４と第３の電極４６との間に位置して
いる。第２の電極４５は、貫通孔４５ｃを有する平板部
４５ａと、この平板部４５ａから下方に突出する凹部４
５ｂとを有している。貫通孔４５ｃは隙間を介して可変
コンデンサ４２を貫通させて、その両端部を第１の電極
４４及び第３の電極４６にそれぞれ当接させるためのも
ので、凹部４５ｂは可変コンデンサ４３を嵌入させて第
１の電極４４と面一の位置で可変コンデンサ４３の下端
面を第２の電極４５に当接させるためのものである。こ
こで、第１の電極４４にも貫通孔４４ａが設けてあり、
この貫通孔４４ａに隙間を介して凹部４５ｂの底部が嵌
入されている。 【００７４】さらに、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）
に、より明確に示すように、第１の電極４４には、当該
整合器V の下方に配設される給電アンテナII（給電アン
テナＩ、III 、IVも同様に配設することができるが、こ
こでの説明は、給電アンテナIIを例に採り行う。）の各
コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端子（１１ｇ、１１
ｊ）、（１１ｈ、１１ｋ）（１１ｉ、１１ｌ）を下方か
ら上方に貫通させるための貫通孔（４４ｂ、４４ｃ）、
（４４ｄ、４４ｅ）、（４４ｆ、４４ｇ）及び貫通孔４
５ｄ、４５ｅ、４５ｆを有している。ここで、一方の端
子１１ｇ、１１ｈ、１１ｌは、貫通孔４４ｂ、４４ｄ、
４４ｆを貫通し、第１の電極４４に固定部材４７ａ、４
７ｂ、４７ｃを介して固定することにより電気的な接続
を確保するように構成してある。また、他方の端子１１
ｊ、１１ｋ、１１ｌは、貫通孔４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ
を貫通して第２の電極４５に固定部材４８ａ、４８ｂ、
４８ｃを介して固定することにより電気的な接続を確保
するように構成してある。可変コンデンサ４２、４３に
共通の電極である第３の電極４６はケーブル４９を介し
て高周波電源VIに接続してある。この結果、給電アンテ
ナII、整合器V 及び高周波電源VIで図１０（ｂ）に示す
ような等価回路で表される電磁波発生回路を構成してい
る。 【００７５】第１の電極４４と第２の電極４５との間隔
はスペーサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃで確保するようにな
っている。第３の電極４６の上方には、第２の電極４５
に対してスペーサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃで所定の間隔
を確保した平板部５２が配設してある。平板部５２に
は、可変コンデンサ４２、４３のそれぞれに対応させた
モータ５３、５４が配設してあり、このモータ５３、５
４の駆動により可変コンデンサ４２、４３の容量を適宜
調整するようになっている。モータ５３、５４の駆動に
より給電アンテナＩとのインピーダンスマッチッングが
取れるように各可変コンデンサ４２、４３の容量を調整
する。 【００７６】上記整合器V は、第１の電極４４及び第２
の電極４５が略円板状の部材となっているので、各端子
（１１ｇ、１１ｊ）、（１１ｈ、１１ｋ）（１１ｉ、１
１ｌ）と第１及び第２の電極４４、４５とを接続する位
置の選定を容易に行うことができる。すなわち、各端子
（１１ｇ、１１ｊ）、（１１ｈ、１１ｋ）（１１ｉ、１
１ｌ）の位相がそれぞれ異なっていても、円周上のいず
れの位置でも端子（１１ｇ、１１ｊ）、（１１ｈ、１１
ｋ）（１１ｉ、１１ｌ）を立ち上げて接続することがで
きるので、その距離を可及的に短縮することができる。
ちなみに、給電アンテナＩに供給される電圧は高周波電
圧であるので、端子（１１ｇ、１１ｊ）、（１１ｈ、１
１ｋ）（１１ｉ、１１ｌ）の距離が長ければ長い程、顕
著に損失が大きくなる。また、端子（１１ｇ、１１
ｊ）、（１１ｈ、１１ｋ）（１１ｉ、１１ｌ）の数は、
給電アンテナIIを構成するコイル１１ａ、１１ｂ、１１
ｃに応じて決まるが、給電アンテナのコイルの数を変更
した場合でも柔軟に対処することができる。すなわち、
コイル数が異なる複数種類の給電アンテナに対する整合
器として標準化することができる。 【００７７】ただ、本発明の整合器としては、必ずしも
図１０及び図１１に示すものに限定する必要はない。第
１乃至第３の３枚の電極を有するとともに、一方の可変
コンデンサ４２の一方の電極と第１の電極、他方の可変
コンデンサ４３の一方の電極と第２の電極、並びに両可
変コンデンサ４２、４３の他方の各電極と第３の電極を
それぞれ接続して構成したものであれば良い。 【００７８】また、プラズマの吸収パワー分布特性は、
図１１に示すように、壁近傍部分に局在し、しかもプラ
ズマ中深く進入しているので、複数個のコイルを有する
給電アンテナの最外周のコイルに、相対的に周波数の低
い高周波電流を供給することにより、真空容器の壁の近
傍部分でのプラズマ温度、密度の落ち込みを修復した吸
収特性を得ることができる点は、図１１に基づき〔課題
を解決する手段〕の項で説明した。 【００７９】かかる作用・効果は、異なる周波数の高周
波電圧を供給する複数種類の電源を有するとともに、出
力電圧の周波数が最も低い高周波電源を最外周のコイル
に接続するとともに、出力電圧の周波数が相対的に高い
高周波電源を他のコイルに接続して構成した給電装置を
用いることにより得ることができる。本形態に係る給電
装置 Vをこのように構成することは勿論、可能である。 【００８０】＜半導体製造装置＞上述の如き実施の形態
に係る給電アンテナＩ乃至IV又は給電アンテナＩ乃至I
V、整合器V 及び高周波電源VIからなる給電装置は、半
導体製造装置、例えばＣＶＤ装置のプラズマ発生手段に
適用して有用なものである。当該給電装置を適用したＣ
ＶＤ装置を図１２に基づき説明する。図１２は、当該Ｃ
ＶＤ装置を概念的に示す説明図である。 【００８１】同図に示すように、基部６１には円筒状の
アルミニウム製の容器６２が設けられ、容器６２内に処
理室としての成膜室６３が形成されている。容器６２の
上部には円形の天井板６４が設けられ、容器６２の中心
における成膜室６３にはウエハ支持台６５が備えられて
いる。ウエハ支持台６５は半導体の基板６６を静電的に
吸着保持する円盤状の載置部６７を有し、載置部６７は
支持軸６８に支持されている。載置部６７にはバイアス
電源８１及び静電電源８２が接続され、載置部６７に高
周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ
支持台６５は全体が昇降自在もしくは支持軸６８が伸縮
自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整
できるようになっている。 【００８２】給電アンテナＩ乃至IVは、整合器 Vと一体
となって、電磁波透過窓としての天井板６４の上方に配
設してある。ここで、給電アンテナＩ乃至IVには整合器
Vを介して高周波電源VIが接続されており、高周波電源
VIで高周波電圧を給電アンテナＩ乃至IVに供給すること
により電磁波を容器６２の成膜室６３に入射させる。 【００８３】容器６２にはシラン（例えば SiH₄)等の材
料ガスを供給するガス供給ノズル７６が設けられ、この
ガス供給ノズル７６から成膜室６３内に成膜材料（例え
ばSi）となる材料ガスが供給される。また、容器６２に
はアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸
素、水素、クリーニング用のＮＦ₃ 等の補助ガスを供給
する補助ガス供給ノズル７７が設けられ、基部６１には
容器６２の内部を排気するための真空排気系（図示省
略）に接続される排気系７８が設けられている。また、
図には省略してあるが、容器６２には基板６６の搬入・
搬出口が設けられ、搬送室との間で基板６６が搬入・搬
出される。 【００８４】上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ
支持台６５の載置部６７に基板６６が載せられ、静電的
に吸着される。ガス供給ノズル７６から所定流量の材料
ガスを成膜室６３内に供給すると共に補助ガス供給ノズ
ル７７から処置流量の補助ガスを成膜室６３内に供給
し、成膜室６３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定す
る。その後、高周波電源VIから給電アンテナＩ乃至IVに
電力を供給して電磁波を発生させるとともに、バイアス
電源８１から載置部６７に電力を供給して低周波を発生
させる。 【００８５】これにより、成膜室６３内の材料ガスが放
電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材
料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離
あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板
６６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積
してＣＶＤ膜となる。 【００８６】なお、上記給電装置又は半導体製造装置に
おいて、異なる周波数の高周波電圧を供給する複数種類
の電源を用意し、出力電圧の周波数が最も低い高周波電
源を、同心状の複数本のコイルを有する給電アンテナの
最外周のコイルに接続するとともに、出力電圧の周波数
が相対的に高い高周波電源を他のコイルに接続すること
もできる。この場合には、最外周コイルの位置に対応し
て図５に示す特性を得ることができ、これと、例えば図
１４に示す特性とが重畳されるようにすることにより真
空容器０２（図１３参照。）の壁の近傍部分でのプラズ
マ温度、密度の落ち込みを修復した吸収特性を得ること
ができる。 【００８７】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明は、真空容器に注入
されたガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供
給するための給電アンテナにおいて、単一のコイルから
プラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電流の分布が、この
コイルの周方向に関して均一になるように構成したの
で、単一のコイルで形成する給電アンテナにおいて、上
記真空容器の天井部の直下のプラズマ分布を均一化する
ことができ、この結果、成膜精度の向上に資することが
できる。 【００８８】〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項
１〕に記載する給電アンテナにおいて、漏れ電流分布
は、単一のコイルの接地側の端子から高圧側の端子に向
かってプラズマとの距離を漸増させることにより均一化
したので、〔請求項１〕に記載する発明と同様の作用を
得、且つ同様の効果を奏することができる。 【００８９】〔請求項３〕に記載する発明は、真空容器
に注入されたガスをプラズマ化するための電磁エネルギ
ーを供給するための給電アンテナにおいて、同心状に配
設した複数本のコイルを有するとともに、各コイルから
プラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電流の分布が、各コ
イルの周方向に関して均一になるように構成したので、
複数のコイルで形成する給電アンテナにおいて、上記真
空容器の天井部の直下のプラズマ分布を均一化すること
ができ、この結果、成膜精度の向上に資することができ
る。 【００９０】〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項
３〕に記載する給電アンテナにおいて、漏れ電流分布
は、各コイルの接地側の端子から高圧側の端子に向かっ
てプラズマとの距離を漸増させることにより均一化した
ので、〔請求項３〕に記載する発明と同様の作用を得、
且つ同様の効果を奏することができる。 【００９１】〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項
３〕又は〔請求項４〕に記載する給電アンテナにおい
て、高周波電源に接続するよう各コイルの両端部に形成
した給電部である端子が、各コイルの周方向に関して異
なる位相に位置するように構成したので、〔請求項３〕
に記載する発明の作用・効果に加え、給電端子部に発生
する前記Ｅ_Z 等の不均一な電界を分散することができ、
この結果複数の給電部が、コイルの周方向に関する一箇
所に集中する場合に較べてより均一な電界、磁界、つま
り均一な電磁波を給電アンテナで発生することができ、
当該電磁波により加熱、生成されるプラズマ密度の半径
方向（ｒ方向）分布を均一にすることができる。 【００９２】〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項
５〕に記載する給電アンテナにおいて、各コイルのコイ
ル半径やコイルの太さ等を調節することにより自己及び
相互インダクタンスを変えて各コイルに流れる電流を変
え、プラズマに吸収されるエネルギー分布を調節できる
ように構成したので、〔請求項５〕に記載する発明の作
用・効果に加え、各コイルに流す電流を調整することも
でき、このことによってもプラズマ分布を平坦化するこ
とができる。 【００９３】〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項
５〕に記載する給電アンテナにおいて、少なくとも一つ
のコイルの他のコイルに対する軸方向に関する距離を変
えて配設することにより相互インダクタンスを変え、プ
ラズマに吸収されるエネルギー分布を調節するようにし
たので、〔請求項５〕に記載する発明の作用・効果に加
え、距離を離したコイルは、プラズマとの距離が遠く、
または近くなり、プラズマへの電磁波の吸収が弱く、ま
たは強くなる結果、プラズマの加熱分布を成形し、均一
な吸収分布を図ることにより、プラズマの反径方向（ｒ
方向）分布を均一にすることができる。 【００９４】〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項
５〕乃至〔請求項７〕に記載する何れか一つの給電アン
テナにおいて、各コイルにおいて隣接する給電部間が等
間隔になっているので、〔請求項５〕乃至〔請求項７〕
に記載する発明の作用・効果に加え、前記Ｅ_z 等による
電界、磁界の乱れが最も良好に周方向に分散される。こ
の結果、〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載する発明
の効果を最も顕著に得ることができる。すなわち、周方
向（θ方向）に最も均一な電磁波を発生することができ
る。 【００９５】〔請求項９〕に記載する発明は、〔請求項
１〕又は〔請求項２〕に記載する給電アンテナと、この
給電アンテナに並列に接続するコンデンサを有する整合
手段とを具備する給電装置において、整合手段は、軸方
向に関する両端部にそれぞれ電極を有する筒状の第１及
び第２のコンデンサと、相互に電気的な絶縁を確保して
上記給電アンテナとほぼ平行に配設する第１乃至第３の
３枚の電極とを有するとともに、第１のコンデンサの一
方の電極と第１の電極、第２のコンデンサの一方の電極
と第２の電極、並びに第１及び第２のコンデンサの他方
の電極と第３の電極をそれぞれ接続して構成したので、
単一アンテナで構成した給電アンテナを有する給電装置
において、給電アンテナとインピーダンス整合がとれた
状態で均一な電磁波を発生することができる。この結
果、最大強度の均一な電磁波で効果的に均一なプラズマ
を発生することができる。 【００９６】〔請求項１０〕に記載する発明は、〔請求
項９〕に記載する給電装置において、整合手段の第１の
電極と第３の電極とを両端部に配設する一方、第２の電
極を、貫通孔を有する平板部とこの平板部から第１の電
極側に突出する凹部とを設けたものとして第１の電極と
第３の電極との間に配設し、さらに第１のコンデンサ
は、上記貫通孔を貫通してその一方の電極が第１の電極
に接続され、第２のコンデンサは、上記凹部に嵌入して
その一方の電極が第２の電極に接続されるように構成す
るとともに、給電アンテナの少なくとも一方の給電部
は、少なくとも第１の電極を貫通して第２の電極との電
気的な接続関係を確保するように構成したものであるの
で、〔請求項９〕に記載する発明の作用・効果に加え、
位相が異なる複数の給電部と第１及び第２の電極との接
続部の位置の選択の自由度が最大となり、給電部の距離
を可及的に短くしてこの部分での損失を可及的に低減し
た状態で、給電アンテナと第１及び第２の電極との電気
的な接続を確保することができるという効果も奏する。 【００９７】〔請求項１１〕に記載する発明は、〔請求
項３〕乃至〔請求項８〕に記載する何れか一つの給電ア
ンテナと、この給電アンテナの各コイルに並列に接続す
るコンデンサを有する整合手段とを具備する給電装置に
おいて、整合手段は、軸方向に関する両端部にそれぞれ
電極を有する筒状の第１及び第２のコンデンサと、相互
に電気的な絶縁を確保して上記給電アンテナとほぼ平行
に配設する第１乃至第３の３枚の電極とを有するととも
に、第１のコンデンサの一方の電極と第１の電極、第２
のコンデンサの一方の電極と第２の電極、並びに第１及
び第２のコンデンサの他方の電極と第３の電極をそれぞ
れ接続して構成したので、複数コイルからなる給電装置
において、〔請求項９〕に記載する発明と同様の作用・
効果を奏することができる。 【００９８】〔請求項１２〕に記載する発明は、〔請求
項１１〕に記載する給電装置において、整合手段の第１
の電極と第３の電極とを両端部に配設する一方、第２の
電極を、貫通孔を有する平板部とこの平板部から第１の
電極側に突出する凹部とを設けたものとして第１の電極
と第３の電極との間に配設し、さらに第１のコンデンサ
は、上記貫通孔を貫通してその一方の電極が第１の電極
に接続され、第２のコンデンサは、上記凹部に嵌入して
その一方の電極が第２の電極に接続されるように構成す
るとともに、給電アンテナの各コイルの少なくとも一方
の給電部は、少なくとも第１の電極を貫通して第２の電
極との電気的な接続関係を確保するように構成したの
で、複数コイルからなる給電装置において、〔請求項１
０〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏することが
できる。 【００９９】〔請求項１３〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設けられる給電アンテナと、給電アンテナに高周
波電圧を印加する電源とを有し、電源により高周波電圧
を給電アンテナに印加することにより発生する電磁波を
電磁波透過窓から容器内に透過させ、プラズマを生成し
て容器内の基板の表面に処理を施すように構成した半導
体製造装置において、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に
記載する給電アンテナを有するので、単一コイルで形成
した給電アンテナを有する半導体製造装置において、そ
の容器内に均一なプラズマ分布を形成することができ
る。この結果、製造する半導体の膜厚を均一にして高品
質な製品を得ることができる。 【０１００】〔請求項１４〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設置され、コイルとその両端部に端子を備えた給
電アンテナと、同給電アンテナに高周波電圧を印加する
電源とを有し、同給電アンテナの両端子相互の高さ位置
を違えて設置するとともに、前記コイルの各部のプラズ
マに対する距離が高圧側の端子の位置で最も大きく、低
圧側の端子の位置で最も小さくなるように、高圧側から
低圧側に向けて前記プラズマに対する距離が漸減するよ
うにコイルを傾斜させるか、又は高圧側から低圧側に向
けて階段状に前記プラズマに対する距離が変化するよう
にコイルを成形したので、単一コイルで形成した給電ア
ンテナを有する半導体製造装置において、その容器内に
均一なプラズマ分布を形成することができる。この結
果、製造する半導体の膜厚を均一にして高品質な製品を
得ることができる。 【０１０１】〔請求項１５〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設けられる給電アンテナと、給電アンテナに高周
波電圧を印加する電源とを有し、電源により高周波電圧
を給電アンテナに印加することにより発生する電磁波を
電磁波透過窓から容器内に透過させ、プラズマを生成し
て容器内の基板の表面に処理を施すように構成した半導
体製造装置において、〔請求項３〕乃至〔請求項８〕の
何れか一つに記載する給電アンテナを有するので、複数
コイルで形成した給電アンテナを有する半導体製造装置
において、〔請求項１３〕に記載する発明と同様の作用
・効果を奏する。 【０１０２】〔請求項１６〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設置され、同心状に配設した複数本のコイルと各
コイルの両端部にそれぞれ端子を備えた給電アンテナ
と、同給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを有
し、各コイルの両端子相互の高さ位置を違えて設置する
とともに、各コイルの各部のプラズマに対する距離が高
圧側の端子の位置で最も大きく、低圧側の端子の位置で
最も小さくなるように、高圧側から低圧側に向けて前記
プラズマに対する距離が漸減するように各コイルを傾斜
させるか、又は高圧側から低圧側に向けて階段状に前記
プラズマに対する距離が変化するように各コイルを成形
し、さらに各コイルの端子が各コイルの周方向に関して
異なる位相に位置するように構成したので、複数コイル
で形成した給電アンテナを有する半導体製造装置におい
て、〔請求項１３〕に記載する発明と同様の作用・効果
を奏する。 【０１０３】〔請求項１７〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設けられる給電アンテナと、給電アンテナに高周
波電圧を印加する電源とを有し、電源により高周波電圧
を給電アンテナに印加することにより発生する電磁波を
電磁波透過窓から容器内に透過させ、プラズマを生成し
て容器内の基板の表面に処理を施すように構成した半導
体製造装置において、〔請求項９〕又は〔請求項１０〕
に記載する給電装置を有するので、半導体製造装置にお
いて、〔請求項９〕又は〔請求項１０〕に記載する発明
と同様の作用・効果を奏する。 【０１０４】〔請求項１８〕に記載する発明は、電磁波
透過窓を備えた容器と、電磁波透過窓に対向して容器の
外側に設けられる給電アンテナと、給電アンテナに高周
波電圧を印加する電源とを有し、電源により高周波電圧
を給電アンテナに印加することにより発生する電磁波を
電磁波透過窓から容器内に透過させ、プラズマを生成し
て容器内の基板の表面に処理を施すように構成した半導
体製造装置において、〔請求項１１〕又は〔請求項１
２〕に記載する給電装置を有するので、半導体製造装置
において、〔請求項１１〕又は〔請求項１２〕に記載す
る発明と同様の作用・効果を奏する。 【０１０５】〔請求項１９〕に記載する発明は、〔請求
項３〕乃至〔請求項８〕に記載する何れか一つの給電ア
ンテナの、最外周のコイルについてこれに印加する高周
波電圧の周波数を、他のコイルに印加する高周波電圧の
周波数より相対的に低くすることにより最外周コイルの
直下のプラズマの加熱を促進するようにしたので、最外
周コイルの直下のプラズマの電磁エネルギー吸収量を大
きくすることができる。この結果、容器の壁面近傍でも
高温、高密度のプラズマの生成を行うことができる。 【０１０６】〔請求項２０〕に記載する発明は、〔請求
項１１〕又は〔請求項１２〕に記載する給電装置におい
て、異なる周波数の高周波電圧を供給する複数種類の電
源を有するとともに、出力電圧の周波数が最も低い高周
波電源を最外周のコイルに接続するとともに、出力電圧
の周波数が相対的に高い高周波電源を他のコイルに接続
したので、最外周コイルの直下のプラズマの電磁エネル
ギー吸収量を大きくすることができる。この結果、当該
給電装置を適用する装置の容器の壁面近傍でも高温、高
密度のプラズマの生成を行うことができる。 【０１０７】〔請求項２１〕に記載する発明は、〔請求
項１８〕に記載する半導体製造装置において、異なる周
波数の高周波電圧を供給する複数種類の電源を有すると
ともに、出力電圧の周波数が最も低い高周波電源を最外
周のコイルに接続するとともに、出力電圧の周波数が相
対的に高い高周波電源を他のコイルに接続して構成した
ので、最外周コイルの直下のプラズマの電磁エネルギー
吸収量を大きくすることができる。この結果、当該半導
体製造装置の容器の壁面近傍でも高温、高密度のプラズ
マの生成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の螺旋状の給電アンテナに関する考察を
行うための給電アンテナを概念的に示す説明図である。 【図２】本発明の複数コイルを有する給電アンテナに関
する考察を行うための給電アンテナを概念的に示す説明
図である。 【図３】給電アンテナの独立した複数個の各コイルに同
一電流を供給した場合（ａ）、（ｃ）と、供給電流を違
えた場合（ｂ）、（ｄ）とにおける吸収パワー特性を示
す特性図である。 【図４】吸収パワー特性が、給電アンテナのコイルの位
置に依存することを示す特性図である。 【図５】給電アンテナのコイルを真空容器の壁の近傍に
配設した場合の吸収パワー特性を示す特性図である。 【図６】本発明の第１の実施の形態に係る給電アンテナ
を概念的に示す説明図である。 【図７】本発明の第２の実施の形態に係る給電アンテナ
の平面図である。 【図８】本発明の第３の実施の形態に係る給電アンテナ
の平面図である。 【図９】本発明の第４の実施の形態に係る給電アンテナ
を概念的に示す説明図である。 【図１０】本発明の実施の形態に係る給電装置を示す図
で、同図（ａ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、同図
（ｂ）はその等価回路図である。 【図１１】本発明の実施の形態に係る給電装置を示す図
で、同図（ａ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、同図
（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 【図１２】半導体製造装置（ＣＶＤ装置）を概念的に示
す説明図である。 【図１３】従来技術に係る給電アンテナを半導体製造装
置とともに概念的に示す説明図である。 【図１４】図１１に示す装置における吸収パワー特性を
示す特性図である。 【符号の説明】 Ｉ、II、III 、IV 給電アンテナ V 整合器 VI 高周波電源 １ａ、１ｂ、１ｃ コイル １ｄ、１ｅ、１ｆ 給電部 １ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ 端子 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ コイル １１ｄ、１１ｅ、１１ｆ 給電部 １１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｌ
端子 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ コイル ２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ 給電部 ２１ｇ、２１ｈ、２１ｉ、２１ｊ、２１ｋ、２１ｌ
端子 ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ コイル ３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ 給電部 ３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊ、３１ｋ、３１ｌ
給電部 ４２、４３ 可変コンデンサ ４４ 第１の電極 ４４ａ 貫通孔 ４５ 第２の電極 ４５ａ 平板部 ４５ｂ 凹部 ４５ｃ 貫通孔 ４６ 第３の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｑ 7/04 Ｈ０１Ｑ 7/04 21/20 21/20 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 １０１Ｃ (72)発明者 吉田 和人 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開2002−8996（ＪＰ，Ａ) 特開2000−68254（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−201811（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267903（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−284299（ＪＰ，Ａ) 特開2001−52894（ＪＰ，Ａ) 特開2000−286252（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195297（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 B01J 19/08 C23C 16/505 C23F 4/00 H01L 21/3065 H01L 21/31 H01Q 7/04 H01Q 21/20 H05H 1/46

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 真空容器に注入されたガスをプラズマ化
   するための電磁エネルギーを供給するための給電アンテ
   ナにおいて、 単一のコイルからプラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電
   流の分布が、このコイルの周方向に関して均一になるよ
   うに構成したことを特徴とする給電アンテナ。 【請求項２】 〔請求項１〕に記載する給電アンテナに
   おいて、 漏れ電流分布は、単一のコイルの接地側の端子から高圧
   側の端子に向かってプラズマとの距離を漸増させること
   により均一化したことを特徴とする給電アンテナ。 【請求項３】 真空容器に注入されたガスをプラズマ化
   するための電磁エネルギーを供給するための給電アンテ
   ナにおいて、 同心状に配設した複数本のコイルを有するとともに、各
   コイルからプラズマへの浮遊容量に流れる漏れ電流の分
   布が、各コイルの周方向に関して均一になるように構成
   したことを特徴とする給電アンテナ。 【請求項４】 〔請求項３〕に記載する給電アンテナに
   おいて、 漏れ電流分布は、各コイルの接地側の端子から高圧側の
   端子に向かってプラズマとの距離を漸増させることによ
   り均一化したことを特徴とする給電アンテナ。 【請求項５】 〔請求項３〕又は〔請求項４〕に記載す
   る給電アンテナにおいて、 高周波電源に接続するよう各コイルの両端部に形成した
   給電部である端子が、各コイルの周方向に関して異なる
   位相に位置するように構成したことを特徴とする給電ア
   ンテナ。 【請求項６】 〔請求項５〕に記載する給電アンテナに
   おいて、 各コイルのコイル半径やコイルの太さ等を調節すること
   により自己及び相互インダクタンスを変えて各コイルに
   流れる電流を変え、プラズマに吸収されるエネルギー分
   布を調節できるように構成したことを特徴とする給電ア
   ンテナ。 【請求項７】 〔請求項５〕に記載する給電アンテナに
   おいて、 少なくとも一つのコイルの他のコイルに対する軸方向に
   関する距離を変えて配設することにより相互インダクタ
   ンスを変え、プラズマに吸収されるエネルギー分布を調
   節するようにしたことを特徴とする給電アンテナ。 【請求項８】 〔請求項５〕乃至〔請求項７〕に記載す
   る何れか一つの給電アンテナにおいて、 各コイルにおいて隣接する給電部間が等間隔になってい
   ることを特徴とする給電アンテナ。 【請求項９】 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載す
   る給電アンテナと、この給電アンテナに並列に接続する
   コンデンサを有する整合手段とを具備する給電装置にお
   いて、 整合手段は、軸方向に関する両端部にそれぞれ電極を有
   する筒状の第１及び第２のコンデンサと、 相互に電気的な絶縁を確保して上記給電アンテナとほぼ
   平行に配設する第１乃至第３の３枚の電極とを有すると
   ともに、 第１のコンデンサの一方の電極と第１の電極、第２のコ
   ンデンサの一方の電極と第２の電極、並びに第１及び第
   ２のコンデンサの他方の電極と第３の電極をそれぞれ接
   続して構成したことを特徴とする給電装置。 【請求項１０】 〔請求項９〕に記載する給電装置にお
   いて、 整合手段の第１の電極と第３の電極とを両端部に配設す
   る一方、 第２の電極を、貫通孔を有する平板部とこの平板部から
   第１の電極側に突出する凹部とを設けたものとして第１
   の電極と第３の電極との間に配設し、 さらに第１のコンデンサは、上記貫通孔を貫通してその
   一方の電極が第１の電極に接続され、第２のコンデンサ
   は、上記凹部に嵌入してその一方の電極が第２の電極に
   接続されるように構成するとともに、 給電アンテナの少なくとも一方の給電部は、少なくとも
   第１の電極を貫通して第２の電極との電気的な接続関係
   を確保するように構成したものであることを特徴とする
   給電装置。 【請求項１１】 〔請求項３〕乃至〔請求項８〕に記載
   する何れか一つの給電アンテナと、この給電アンテナの
   各コイルに並列に接続するコンデンサを有する整合手段
   とを具備する給電装置において、 整合手段は、軸方向に関する両端部にそれぞれ電極を有
   する筒状の第１及び第２のコンデンサと、 相互に電気的な絶縁を確保して上記給電アンテナとほぼ
   平行に配設する第１乃至第３の３枚の電極とを有すると
   ともに、 第１のコンデンサの一方の電極と第１の電極、第２のコ
   ンデンサの一方の電極と第２の電極、並びに第１及び第
   ２のコンデンサの他方の電極と第３の電極をそれぞれ接
   続して構成したことを特徴とする給電装置。 【請求項１２】 〔請求項１１〕に記載する給電装置に
   おいて、 整合手段の第１の電極と第３の電極とを両端部に配設す
   る一方、 第２の電極を、貫通孔を有する平板部とこの平板部から
   第１の電極側に突出する凹部とを設けたものとして第１
   の電極と第３の電極との間に配設し、 さらに第１のコンデンサは、上記貫通孔を貫通してその
   一方の電極が第１の電極に接続され、第２のコンデンサ
   は、上記凹部に嵌入してその一方の電極が第２の電極に
   接続されるように構成するとともに、 給電アンテナの各コイルの少なくとも一方の給電部は、
   少なくとも第１の電極を貫通して第２の電極との電気的
   な接続関係を確保するように構成したものであることを
   特徴とする給電装置。 【請求項１３】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アンテナ
   と、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを有
   し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加するこ
   とにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に透
   過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処理
   を施すように構成した半導体製造装置において、 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する給電アンテナ
   を有することを特徴とする半導体製造装置。 【請求項１４】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設置され、コイルとその
   両端部に端子を備えた給電アンテナと、同給電アンテナ
   に高周波電圧を印加する電源とを有し、 同給電アンテナの両端子相互の高さ位置を違えて設置す
   るとともに、 前記コイルの各部のプラズマに対する距離が高圧側の端
   子の位置で最も大きく、低圧側の端子の位置で最も小さ
   くなるように、高圧側から低圧側に向けて前記プラズマ
   に対する距離が漸減するようにコイルを傾斜させるか、
   又は高圧側から低圧側に向けて階段状に前記プラズマに
   対する距離が変化するようにコイルを成形したことを特
   徴とする半導体製造装置。 【請求項１５】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アンテナ
   と、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを有
   し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加するこ
   とにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に透
   過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処理
   を施すように構成した半導体製造装置において、 〔請求項３〕乃至〔請求項８〕の何れか一つに記載する
   給電アンテナを有することを特徴とする半導体製造装
   置。 【請求項１６】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設置され、同心状に配設
   した複数本のコイルと各コイルの両端部にそれぞれ端子
   を備えた給電アンテナと、同給電アンテナに高周波電圧
   を印加する電源とを有し、 各コイルの両端子相互の高さ位置を違えて設置するとと
   もに、 各コイルの各部のプラズマに対する距離が高圧側の端子
   の位置で最も大きく、低圧側の端子の位置で最も小さく
   なるように、高圧側から低圧側に向けて前記プラズマに
   対する距離が漸減するように各コイルを傾斜させるか、
   又は高圧側から低圧側に向けて階段状に前記プラズマに
   対する距離が変化するように各コイルを成形し、 さらに各コイルの端子が各コイルの周方向に関して異な
   る位相に位置するように構成したことを特徴とする半導
   体製造装置。 【請求項１７】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アンテナ
   と、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを有
   し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加するこ
   とにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に透
   過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処理
   を施すように構成した半導体製造装置において、 〔請求項９〕又は〔請求項１０〕に記載する給電装置を
   有することを特徴とする半導体製造装置。 【請求項１８】 電磁波透過窓を備えた容器と、電磁波
   透過窓に対向して容器の外側に設けられる給電アンテナ
   と、給電アンテナに高周波電圧を印加する電源とを有
   し、電源により高周波電圧を給電アンテナに印加するこ
   とにより発生する電磁波を電磁波透過窓から容器内に透
   過させ、プラズマを生成して容器内の基板の表面に処理
   を施すように構成した半導体製造装置において、 〔請求項１１〕又は〔請求項１２〕に記載する給電装置
   を有することを特徴とする半導体製造装置。 【請求項１９】 〔請求項３〕乃至〔請求項８〕に記載
   する何れか一つの給電アンテナの、最外周のコイルにつ
   いてこれに印加する高周波電圧の周波数を、他のコイル
   に印加する高周波電圧の周波数より相対的に低くするこ
   とにより最外周コイルの直下のプラズマの加熱を促進す
   るようにしたことを特徴とする高周波電圧印加方法。 【請求項２０】 〔請求項１１〕又は〔請求項１２〕に
   記載する給電装置において、 異なる周波数の高周波電圧を供給する複数種類の電源を
   有するとともに、出力電圧の周波数が最も低い高周波電
   源を最外周のコイルに接続するとともに、出力電圧の周
   波数が相対的に高い高周波電源を他のコイルに接続した
   ことを特徴とする給電装置。 【請求項２１】 〔請求項１６〕に記載する半導体製造
   装置において、 異なる周波数の高周波電圧を供給する複数種類の電源を
   有するとともに、出力電圧の周波数が最も低い高周波電
   源を最外周のコイルに接続するとともに、出力電圧の周
   波数が相対的に高い高周波電源を他のコイルに接続して
   構成したことを特徴とする半導体製造装置。