JP5382115B2 - プラズマ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、プラズマ装置に関し、特に、アンテナが反応容器の内部に配置されたプラズマ装置に関するものである。
従来、複数のアンテナを反応容器の内部に配置したプラズマ装置が知られている（特許文献１）。
図１５は、従来のプラズマ装置における複数のアンテナへの高周波電力の給電方法を説明するための図である。図１５を参照して、従来のプラズマ装置は、複数のアンテナ２００を備える。複数のアンテナ２００は、反応容器の内部に配置されるとともに、両端が導入端子２１０，２２０を介して反応容器の外部に配置される。
そして、複数のアンテナ２００の各々は、その一方端が給電ブスバー２３０に接続され、その他方端が接地電位ＧＮＤに接続される。給電ブスバー２３０は、高周波電源から給電点２３０Ａに高周波電力を受け、その受けた高周波電力を複数のアンテナ２００の各々に供給する。
特開２００７−１２３００８号公報
しかし、従来のプラズマ装置においては、複数のアンテナ２００の各々のインピーダンスＺ０は、無視できるほど小さい値に設定されるため、給電ブスバー２３０のインピーダンスＺ１は、インピーダンスＺ０よりも大きくなり、より多くの高周波電流を複数のアンテナ２００に供給することが困難である。その結果、反応容器内に生成される誘導結合型プラズマの密度が低下するという問題がある。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、誘導結合型プラズマの密度を高密度化できるプラズマ装置を提供することである。
この発明によれば、プラズマ装置は、反応容器と、複数のアンテナと、第１および第２の平板部材と、高周波電源とを備える。複数のアンテナは、反応容器の壁面を貫通して各々の少なくとも一方端が反応容器の外部に配置されるように反応容器の内部に配置される。第１の平板部材は、反応容器の外部で複数のアンテナの複数の一方端に接続される。高周波電源は、複数のアンテナの配列方向における第１の平板部材の一方端に接続され、第１の平板部材を介して複数のアンテナに高周波電力を供給する。第２の平板部材は、第１の平板部材（３１）に対向して配置されるとともに、複数のアンテナの複数の他方端に接続され、かつ、第１の平板部材の一方端と同じ側の一方端が接地される。
好ましくは、第２の平板部材は、反応容器の１つの壁部材からなる。
また、この発明によれば、プラズマ装置は、反応容器と、ｍ（ｍは２以上の整数）個のアンテナ群と、ｎ（ｎは正の整数）個の高周波電源とを備える。ｍ個のアンテナ群の各々は、複数のアンテナと、第１および第２の平板部材とを含む。複数のアンテナは、反応容器の壁面を貫通して各々の少なくとも一方端が反応容器の外部に配置されるように反応容器の内部に配置される。第１の平板部材は、反応容器の外部で複数のアンテナの複数の一方端に接続される。第２の平板部材は、第１の平板部材に対向して配置されるとともに、複数のアンテナの複数の他方端に接続される。そして、ｍ個のアンテナ群の各々において第１の平板部材は、複数のアンテナの配列方向における一方端で高周波電源に接続されている。また、第２の平板部材は、第１の平板部材の一方端と同じ側の一方端が接地されている。
好ましくは、隣接する２つのアンテナ群において、一方のアンテナ群に含まれる複数のアンテナから高周波電源と第１の平板部材との接続点までの複数の距離は、それぞれ、他方のアンテナ群に含まれる複数のアンテナから高周波電源と第１の平板部材との接続点までの複数の距離と略等しい。
好ましくは、ｍ個のアンテナ群の各々において、隣接する２つのアンテナ間の距離は、相互に略等しい。
好ましくは、ｍ個のアンテナ群の各々において、高周波電源と第１の平板部材との接続点に最も近い位置に配置されたアンテナから接続点までの距離は、前記隣接する２つのアンテナ間の距離に略等しい。
好ましくは、ｎ個の高周波電源は、１個の高周波電源からなる。
好ましくは、ｎ個の高周波電源は、ｍ個のアンテナ群の個数と同じ個数からなる。
好ましくは、プラズマ装置は、発振器をさらに備える。発振器は、周期信号を発振する。ｎ個の高周波電源は、発振器に接続された複数の高周波電源からなる。ｍ個のアンテナ群は、複数の高周波電源に対応して設けられた複数のアンテナ群からなる。複数の高周波電源の各々は、発振器から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、周期信号に同期した高周波電力を、対応するアンテナ群に供給する。複数のアンテナ群の各々において、複数のアンテナは、略等しい間隔で配列されている。
この発明によるプラズマ装置においては、高周波電源からの高周波電力を複数のアンテナに供給する第１の平板部材を流れる高周波電流の方向は、複数のアンテナと接地電位との間に接続された第２の平板部材を流れる高周波電流の方向と反対になる。そうすると、第１の平板部材のインダクタンスは、第２の平板部材を流れる高周波電流による相互インダクタンスによって第１の平板部材の自己インダクタンスよりも小さくなる。その結果、第１の平板部材のインピーダンスは、第２の平板部材が設けられない場合よりも小さくなり、第２の平板部材が設けられない場合よりも多くの高周波電流が複数のアンテナに供給される。
したがって、この発明によれば、誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
また、この発明によるプラズマ装置においては、複数のアンテナに高周波電力を供給する第１の平板部材のインピーダンスを第２の平板部材によって小さくする構成からなるアンテナ群が複数個設けられる。
したがって、この発明によれば、大面積なプラズマ装置において、誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す断面図である。 図１に示すアンテナおよび平板部材の斜視図である。 実施の形態１による他のプラズマ装置の構成を示す断面図である。 図３に示すアンテナ、平板部材および蓋の斜視図である。 実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。 図５に示すアンテナ群の詳細を説明するための斜視図である。 実施の形態３によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。 図７に示すアンテナ群の詳細を説明するための斜視図である。 実施の形態４によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。 図９に示すアンテナ群、整合器および高周波電源の接続関係を示す斜視図である。 実施の形態５によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。 図１１に示すアンテナ群、整合器、高周波電源および発振器の接続関係を示す斜視図である。 実施の形態５による他のプラズマ装置の構成を示す斜視図である。 図１３に示すアンテナ群、整合器、高周波電源および発振器の接続関係を示す斜視図である。 従来のプラズマ装置における複数のアンテナへの高周波電力の給電方法を説明するための図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるプラズマ装置１００は、アンテナ１〜４と、反応容器１０と、基板ホルダー２０と、導入端子２１，２３，２５，２７と、ヒーター３０と、ガス供給装置４０と、排気装置５０と、整合器６０と、高周波電源７０とを備える。
反応容器１０は、略直方体の外形を有し、内部が中空になっている。そして、反応容器１０は、本体部１１と、蓋１２と、オーリング１３とを含む。本体部１１および蓋１２の各々は、ステンレスからなり、接地電位ＧＮＤに接続されている。本体部１１は、ガス供給口１４および排気口１５を有する。蓋１２は、オーリング１３に接して配置される。オーリング１３は、本体部１１の周囲に設けられた溝に挿入されており、本体部１１および蓋１２に接する。これによって、オーリング１３は、反応容器１０の内部を気密に保持する。
アンテナ１〜４の各々は、たとえば、銅（Ｃｕ）からなる。アンテナ１〜４は、反応容器１０の内部に配置され、反応容器１０の蓋１２に沿って所定の間隔で配列される。そして、アンテナ１〜４は、その一方端側がそれぞれ導入端子２１，２３，２５，２７を通って平板部材３１に接続される。また、アンテナ１〜４は、その他方端側が別の導入端子（図１では図示せず）を通って平板部材３２に接続される。
導入端子２１，２３，２５，２７は、反応容器１０の蓋１２に固定される。平板部材３１，３２の各々は、たとえば、Ｃｕからなる。そして、平板部材３１，３２は、反応容器１０の外側において、相互に対向し、かつ、反応容器１０の蓋１２に略平行に配置される。この場合、蓋１２に垂直な方向における平板部材３１と平板部材３２との間隔は、たとえば、３ｃｍである。
平板部材３１は、１つの面がアンテナ１〜４の一方端に接続される。そして、平板部材３１は、蓋１２に平行な方向ＤＲ１における一方端が整合器２０に接続される。
平板部材３２は、１つの面がアンテナ１〜４の他方端に接続される。そして、平板部材３２は、平板部材３１と整合器２０との接続点（＝平板部材３１の一方端）と同じ側の一方端が接地電位ＧＮＤに接続される。
基板ホルダー２０は、反応容器１０の本体部１２の底面１１Ａに固定される。ヒーター３０は、基板ホルダー２０の内部に配置される。
ガス供給装置４０は、反応容器１０のガス導入口１４に連結される。排気装置５０は、反応容器１０の排気口１５に連結される。整合器６０は、アンテナ１〜４の配列方向における平板部材３１の一方端と高周波電源７０との間に接続される。高周波電源７０は、整合器６０と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。
図２は、図１に示すアンテナ１〜４および平板部材３１，３２の斜視図である。図２を参照して、プラズマ装置１００は、導入端子２２，２４，２６，２８をさらに備える。
導入端子２２，２４，２６，２８は、導入端子２１，２３，２５，２７と同じように反応容器１０の蓋１２に固定される。
平板部材３１，３２の各々は、たとえば、５ｃｍの幅、１ｃｍの厚みおよび１ｍの長さを有する。
アンテナ１〜４の各々は、略Ｕ字形状を有する。そして、アンテナ１〜４は、略Ｕ字形に曲げられたアンテナ１〜４をそれぞれ含む４個の平面が略平行になるように配置される。
アンテナ１〜４のうち、直線部分１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａは、それぞれ、導入端子２１，２３，２５，２７を通って平板部材３１に接続される。また、アンテナ１〜４のうち、直線部分１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂは、それぞれ、導入端子２２，２４，２６，２８を通って平板部材３２に接続される。
そして、導入端子２１〜２８は、反応容器１０の蓋１２に固定されるので、アンテナ１〜４は、それぞれ、１対の導入端子２１，２２、１対の導入端子２３，２４、１対の導入端子２５，２６および１対の導入端子２７，２８によって反応容器１０の蓋１２に固定される。
図１および図２を参照して、アンテナ１〜４は、整合器６０および平板部材３１を介して高周波電源７０から高周波電力が供給されると、平板部材３１から平板部材３２へ向かう方向に高周波電流を流し、誘導結合により反応容器１０内にプラズマを発生する。
基板ホルダー２０は、基板を保持する。導入端子２１〜２８は、アンテナ１〜４を反応容器１０の蓋１２に固定するとともに、アンテナ１〜４と蓋１２との隙間をシールドする。
ヒーター３０は、基板ホルダー２０上に設置された基板を所定の温度に加熱する。
ガス供給装置４０は、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよびゲルマン（ＧｅＨ４）ガス等の半導体薄膜を形成するための材料ガス、水素（Ｈ２）ガスおよび窒素（Ｎ２）ガス等の希釈ガス、およびアルゴン（Ａｒ）ガス等のエッチングガスをガス供給口１４を介して反応容器１０内に供給する。
排気装置５０は、たとえば、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプからなり、排気口１５を介して反応容器１０内を真空に引く。
整合器６０は、高周波電源７０から供給された高周波電力を反射を抑制して平板部材３１へ供給する。
高周波電源７０は、たとえば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を整合器６０へ供給する。
高周波電源７０が高周波電力を整合器６０を介して平板部材３１へ供給すると、高周波電流は、平板部材３１と整合器６０との接続点３１Ａから矢印ＡＲＷ１の方向へ流れ、アンテナ１〜４の直線部分１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａへ流れ込む。
そして、高周波電流は、アンテナ１を矢印ＡＲＷ２の方向へ流れ、平板部材３２へ流れ込む。また、高周波電流は、アンテナ２を矢印ＡＲＷ３の方向へ流れ、平板部材３２へ流れ込む。さらに、高周波電流は、アンテナ３を矢印ＡＲＷ４の方向へ流れ、平板部材３２へ流れ込む。さらに、高周波電流は、アンテナ４を矢印ＡＲＷ５の方向へ流れ、平板部材３２へ流れ込む。
その後、アンテナ１〜４から平板部材３２へ流れ込んだ高周波電流は、平板部材３２を矢印ＡＲＷ６の方向へ流れ、接続店３２Ａから接地電位ＧＮＤへ流れる。
そうすると、高周波電流は、平板部材３１を平板部材３２と反対方向へ流れる（矢印ＡＲＷ１，ＡＲＷ６参照）。そして、平板部材３１のインダクタンスＬ３１は、平板部材３２を流れる高周波電流による平板部材３１，３２間の相互インダクタンスよって平板部材３１の自己インダクタンスＬ３１＿ｓｅｌｆよりも小さくなる。
その結果、平板部材３１のインピーダンスは、平板部材３２が無い場合に比べて小さくなり、平板部材３１は、平板部材３２が無い場合よりも多くの高周波電流をアンテナ１〜４に供給できる。
したがって、アンテナ１〜４によって発生する誘導結合プラズマを平板部材３２が無い場合よりも高密度にできる。
このように、この発明においては、平板部材３１を流れる高周波電流の方向を平板部材３２を流れる高周波電流の方向と反対に設定することによって、アンテナ１〜４に高周波電流を供給する平板部材３１のインピーダンスを小さくし、より多くの高周波電流をアンテナ１〜４に供給することを特徴とする。
これによって、反応容器１０内で発生する誘導結合プラズマの密度を高くできる。
プラズマ装置１００は、ＳｉＨ４ガスを用いてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）膜および多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜を基板上に形成する。また、プラズマ装置１００は、ＧｅＨ４ガスを用いてアモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）膜、微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）膜および多結晶ゲルマニウム（ｐｏｌｙ−Ｇｅ）膜を基板上に形成する。
さらに、プラズマ装置１００は、Ａｒガスを用いて単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）基板をエッチングし、ｃ−Ｓｉ基板上に形成された酸化膜（ＳｉＯ２）をエッチングする。
プラズマ装置１００は、このような半導体薄膜の形成およびｃ−Ｓｉ基板等のエッチングにおいて、高密度の誘導結合プラズマを発生し、その発生した高密度な誘導結合プラズマによって高品質な半導体薄膜を形成するとともに、ｃ−Ｓｉ基板等を高品質にエッチングする。
図３は、実施の形態１による他のプラズマ装置の構成を示す断面図である。また、図４は、図３に示すアンテナ１〜４、平板部材３１および蓋１２の斜視図である。なお、図４においては、蓋１２の一部分のみが図示されている。
実施の形態１によるプラズマ装置は、図３，４に示すプラズマ装置１００Ａであってもよい。
図３および図４を参照して、プラズマ装置１００Ａは、図１，２に示すプラズマ装置１００の導入端子２２，２４，２６，２８および平板部材３２を削除したものであり、その他は、プラズマ装置１００と同じである。
プラズマ装置１００Ａにおいては、アンテナ１〜４は、その他方端が反応容器１０の内部において蓋１２に接続される。
プラズマ装置１００Ａにおいて、高周波電源７０が整合器６０を介して高周波電力を平板部材３１に供給すると、高周波電流は、接続点３１Ａから平板部材３１を矢印ＡＲＷ１の方向へ流れ、アンテナ１〜４の直線部分１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａへ流れ込む。
そして、高周波電流は、上述したように、アンテナ１〜４をそれぞれ矢印ＡＲＷ２〜ＡＲＷ５の方向へ流れ、直線部分１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂから反応容器１０の蓋１２へ流れる。その後、高周波電流は、蓋１２を矢印ＡＲＷ６の方向へ流れ、蓋１２と接地電位ＧＮＤとの接続点１２Ａから接地電位ＧＮＤへ流れる。
その結果、蓋１２は、プラズマ装置１００の平板部材３２と同じ機能を果たし、平板部材３１のインピーダンスが小さくなり、アンテナ１〜４に供給される高周波電流が多くなる。
したがって、プラズマ装置１００Ａにおいても、誘導結合プラズマの密度を高くできる。
このように、実施の形態１によるプラズマ装置は、アンテナ１〜４に高周波電流を供給する平板部材３１のインダクタンスＬ３１を反応容器１０の蓋１２と平板部材３１との相互インダクタンスによって平板部材３１の自己インダクタンスＬ３１＿ｓｅｌｆよりも小さくし、平板部材３１のインピーダンスを小さくするものであってもよい。
プラズマ装置１００Ａも、プラズマ装置１００と同じように、各種の半導体薄膜を高品質に形成できるとともに、ｃ−Ｓｉ基板等を高品質にエッチングできる。
なお、実施の形態１においては、アンテナ１，２間の間隔、アンテナ２，３間の間隔およびアンテナ３，４間の間隔は、相互に、同じであってもよく、異なっていてもよい。
上述したプラズマ装置１００においては、アンテナ１〜４の各々は、一方端が反応容器１０の蓋１２を貫通して反応容器１０の外部に配置された平板部材３１に接続され、他方端が反応容器１０の蓋１２を貫通して反応容器１０の外部に配置された平板部材３２に接続される（図２参照）。
また、上述したプラズマ装置１００Ａにおいては、アンテナ１〜４の各々は、一方端が反応容器１０の蓋１２を貫通して反応容器１０の外部に配置された平板部材３１に接続され、他方端が反応容器１０の蓋１２に接続される（図４参照）。
したがって、実施の形態１によるプラズマ装置は、反応容器１０の蓋１２を貫通して各々の少なくとも一方端が反応容器１０の外部に配置されるように反応容器１０の内部に配置された複数のアンテナ１〜４と、反応容器１０の外部で複数のアンテナ１〜４の複数の一方端に接続された平板部材３１と、複数のアンテナ１〜４の配列方向における平板部材３１の一方端に接続され、平板部材３１を介して複数のアンテナ１〜４に高周波電力を供給する高周波電源７０と、平板部材３１に対向して配置されるとともに、複数のアンテナ１〜４の複数の他方端に接続され、かつ、平板部材３１の一方端３１Ａに対向する端３２Ａが接地された平板部材１２，３２とを備えていればよい。
また、上記においては、アンテナ１〜４は、反応容器１０の蓋１２に固定されると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、アンテナ１〜４は、反応容器１０の底面１１Ａ以外の４個の側面のいずれかに上述した態様で固定されていてもよい。この場合、平板部材３１，３２は、アンテナ１〜４が固定された側面に略平行に配置される。また、アンテナ１〜４が固定された側面を平板部材３２の代わりに用いる場合には、平板部材３１は、アンテナ１〜４が固定された側面に略平行に配置される。
したがって、実施の形態１によるプラズマ装置においては、アンテナ１〜４は、反応容器１０の底面１１Ａ以外の蓋１２および４個の側壁のいずれかに固定されていればよく、蓋１２および４個の側壁の各々は、「壁面」を構成する。
［実施の形態２］
図５は、実施の形態２によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。図５を参照して、実施の形態２によるプラズマ装置１００Ｂは、図１，２に示すプラズマ装置１００のアンテナ１〜４、導入端子２１〜２８および平板部材３１，３２をアンテナ群８０，９０に代えたものであり、その他は、プラズマ装置１００と同じである。
アンテナ群８０，９０は、反応容器１０の蓋１２および蓋１２の近傍に配置される。そして、アンテナ群８０，９０は、整合器６０と接地電位ＧＮＤとの間に並列に接続される。
図６は、図５に示すアンテナ群８０，９０の詳細を説明するための斜視図である。図６を参照して、アンテナ群８０，９０の各々は、アンテナ１〜４と、導入端子２１〜２８と、平板部材３１，３２とを含む。
このように、アンテナ群８０，９０の各々は、実施の形態１によるプラズマ装置１００におけるアンテナ１〜４、導入端子２１〜２８および平板部材３１，３２からなる。
その結果、アンテナ群８０，９０の各々において、高周波電力をアンテナ１〜４に供給するときの平板部材３１のインピーダンスが小さくなり、平板部材３２が無い場合よりも多くの高周波電流がアンテナ１〜４へ供給される。
したがって、誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
また、プラズマ装置１００Ｂは、２つのアンテナ群８０，９０を備えるので、反応容器１０が大きくなっても、反応容器１０の内部に均一性良く誘導結合型プラズマを発生できる。
なお、プラズマ装置１００Ｂは、各々がアンテナ１〜４、導入端子２１〜２８および平板部材３１，３２からなる３個以上のアンテナ群を備えていてもよい。
また、プラズマ装置１００Ｂにおいては、アンテナ群８０，９０の各々の平板部材３２を反応容器１０の蓋１２に代えてもよい。
その他は、実施の形態１と同じである。
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。図７を参照して、実施の形態３によるプラズマ装置１００Ｃは、図５に示すプラズマ装置１００Ｂのアンテナ群８０，９０をアンテナ群８０Ａ，９０Ａに代えたものであり、その他は、プラズマ装置１００Ｂと同じである。
アンテナ群８０Ａ，９０Ａは、反応容器１０の蓋１２および蓋１２の近傍に配置される。そして、アンテナ群８０Ａ，９０Ａは、整合器６０と接地電位ＧＮＤとの間に並列に接続される。
図８は、図７に示すアンテナ群８０Ａ，９０Ａの詳細を説明するための斜視図である。図８を参照して、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々は、アンテナ１〜４と、導入端子２１〜２８と、平板部材３１，３２とを含む。
このように、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々は、アンテナ群８０，９０の各々と同じ構成要素からなるが、接続点３１Ａとアンテナ１との距離、アンテナ１，２間の距離、アンテナ２，３間の距離およびアンテナ３，４間の距離が隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａ間で同じである点がアンテナ群８０，９０の各々と異なる。
すなわち、アンテナ群８０Ａにおいて、接続点３１Ａ（＝給電点）とアンテナ１との距離、アンテナ１，２間の距離、アンテナ２，３間の距離およびアンテナ３，４間の距離は、それぞれ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に設定され、アンテナ群８０Ａに隣接するアンテナ群９０Ａにおいて、接続点３１Ａ（＝給電点）とアンテナ１との距離、アンテナ１，２間の距離、アンテナ２，３間の距離およびアンテナ３，４間の距離は、それぞれ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に設定される。
つまり、隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａにおいて、接続点３１Ａ(＝給電点)から各アンテナ１〜４までの距離が等しくなる。なお、距離Ｌ１〜Ｌ４は、たとえば、５ｃｍ、３０ｃｍ、２４ｃｍ、および１８ｃｍに設定される。
その結果、プラズマ装置１００Ｃにおいては、隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａにおいて、各アンテナ１〜４に供給される高周波電力の位相が揃う。
したがって、プラズマ装置１００Ｃを大面積化したときの誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚである場合、高周波電力の波長は、約２２ｍになる。その結果、プラズマ装置を大面積化した場合、隣接する２つのアンテナ群間において、隣接するアンテナに供給される高周波電力の位相差が顕著になり、誘導結合型プラズマの密度も低下する。
しかし、プラズマ装置１００Ｃにおいては、上述したように、アンテナ群８０Ａ，９０Ａにおいて、隣接するアンテナに供給される高周波電力の位相は、揃うので、プラズマ装置１００Ｃを大面積化したときの誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
なお、プラズマ装置１００Ｃにおいては、Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４となるようにしてもよく、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４となるようにしてもよい。そして、Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４である場合、Ｌ１は、５ｃｍであり、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の各々は、２０ｃｍである。また、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４である場合、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の各々は、２０ｃｍである。
また、プラズマ装置１００Ｃにおいては、各々がアンテナ群８０Ａ，９０Ａと同じ構成からなる３個以上のアンテナ群が設けられていてもよい。
さらに、プラズマ装置１００Ｃにおいては、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々の平板部材３２を反応容器１０の蓋１２に代えてもよい。
その他は、実施の形態１と同じである。
［実施の形態４］
図９は、実施の形態４によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。図９を参照して、実施の形態４によるプラズマ装置１００Ｄは、図５に示すプラズマ装置１００Ｂに整合器１１０および高周波電源１２０を追加したものであり、その他は、プラズマ装置１００Ｂと同じである。
整合器１１０は、アンテナ群９０と高周波電源１２０との間に接続される。
高周波電源１２０は、整合器１１０と接地電位ＧＮＤとの間に接続される。
なお、プラズマ装置１００Ｄにおいては、整合器６０および高周波電源７０は、アンテナ群８０のみに接続される。
図１０は、図９に示すアンテナ群８０，９０、整合器６０，１１０および高周波電源７０，１２０の接続関係を示す斜視図である。図１０を参照して、整合器６０は、アンテナ群８０の平板部材３１の接続点３１Ａ（＝給電点）と高周波電源７０との間に接続される。
整合器１１０は、アンテナ群９０の平板部材３１の接続点３１Ａ（＝給電点）と高周波電源１２０との間に接続される。
したがって、整合器６０および高周波電源７０は、アンテナ群８０に対応して設けられる。また、整合器１１０および高周波電源１２０は、アンテナ群９０に対応して設けられる。
整合器１１０は、高周波電源１２０からの高周波電力の反射波を抑制してアンテナ群９０の平板部材３１に高周波電力を供給する。
高周波電源１２０は、高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を整合器１１０へ供給する。
このように、プラズマ装置１００Ｄにおいては、高周波電源７０および整合器６０は、アンテナ群８０に対応して設けられ、アンテナ群８０に高周波電力を供給する。また、プラズマ装置１００Ｄにおいては、高周波電源１２０および整合器１１０は、アンテナ群９０に対応して設けられ、アンテナ群９０に高周波電力を供給する。
つまり、プラズマ装置１００Ｄにおいては、２つの高周波電源７０，１２０が２つのアンテナ群８０，９０に対応して設けられ、２つの高周波電源７０，１２０は、２つのアンテナ群８０，９０に独立に高周波電力を供給する。
したがって、１個の高周波電源が２つのアンテナ群８０，９０に高周波電力を供給する場合よりも各アンテナ群８０，９０に供給される高周波電力を高くできる。その結果、誘導結合型プラズマの密度を高くできる。
なお、プラズマ装置１００Ｄは、各々がアンテナ群８０，９０と同じ構成からなる３個以上のアンテナ群と、３個以上のアンテナ群に対応して設けられた３個以上の整合器および高周波電源とを備えていてもよい。
また、プラズマ装置１００Ｄにおいては、アンテナ群８０，９０に代えてアンテナ群８０Ａ，９０Ａが用いられてもよい。
さらに、プラズマ装置１００Ｄにおいては、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々の平板部材３２を反応容器１０の蓋１２に代えてもよい。
［実施の形態５］
図１１は、実施の形態５によるプラズマ装置の構成を示す斜視図である。図１１を参照して、実施の形態５によるプラズマ装置１００Ｅは、図９に示すプラズマ装置１００Ｄに発振器１３０を追加したものであり、その他は、プラズマ装置１００Ｄと同じである。
発振器１３０は、たとえば、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する周期信号を発振し、その発振した周期信号を高周波電源７０，１２０へ出力する。
プラズマ装置１００Ｅにおいては、高周波電源７０，１２０の各々は、発振器１３０から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、発振器１３０から受けた周期信号に同期した高周波電力を発生する。そして、高周波電源７０，１２０は、その発生した高周波電力をそれぞれ整合器６０，１１０を介してアンテナ群８０，９０へ供給する。
このように、プラズマ装置１００Ｅにおいては、同じ周波数を有する高周波電力がアンテナ群８０，９０へ供給される。
図１２は、図１１に示すアンテナ群８０，９０、整合器６０，１１０、高周波電源７０，１２０および発振器１３０の接続関係を示す斜視図である。
図１２を参照して、発振器１３０は、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する周期信号を発振し、その発振した周期信号を高周波電源７０，１２０へ供給する。高周波電源７０は、発振器１３０から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、発振器１３０から受けた周期信号に同期した高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を整合器６０を介してアンテナ群８０の平板部材３１へ供給する。
また、高周波電源１２０は、発振器１３０から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、発振器１３０から受けた周期信号に同期した高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を整合器１１０を介してアンテナ群９０の平板部材３１へ供給する。
そして、アンテナ群８０，９０の各々において、実施の形態１で説明した機構によって、平板部材３２が設けられない場合よりも多くの高周波電流がアンテナ１〜４へ供給される。
この場合、高周波電源１２０は、高周波電源７０が整合器６０を介してアンテナ群８０の平板部材３１へ供給する高周波電力の周波数と同じ周波数を有し、かつ、高周波電源７０が供給する高周波電力に同期した高周波電力を整合器１１０を介してアンテナ群９０の平板部材３１へ供給する。その結果、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の振幅変動は、隣接するアンテナ群８０，９０間で同期する。
したがって、平板部材３２を設けない場合よりも多くの高周波電流を各アンテナ群８０，９０のアンテナ１〜４に供給することと、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の振幅変動が隣接するアンテナ群８０，９０間で同期することとの相乗効果によって、誘導結合型プラズマの密度をさらに高くできる。
図１３は、実施の形態５による他のプラズマ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態５によるプラズマ装置は、図１３に示すプラズマ装置１００Ｆであってもよい。
図１３を参照して、プラズマ装置１００Ｆは、図１１に示すプラズマ装置１００Ｅのアンテナ群８０，９０をアンテナ群８０Ａ，９０Ａに代えたものであり、その他は、プラズマ装置１００Ｅと同じである。
アンテナ群８０Ａ，９０Ａについては、実施の形態３において説明したとおりである。
図１４は、図１３に示すアンテナ群８０Ａ，９０Ａ、整合器６０，１１０、高周波電源７０，１２０および発振器１３０の接続関係を示す斜視図である。
図１４を参照して、発振器１３０は、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する周期信号を発振し、その発振した周期信号を高周波電源７０，１２０へ供給する。高周波電源７０は、発振器１３０から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、発振器１３０から受けた周期信号に同期した高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を整合器６０を介してアンテナ群８０Ａの平板部材３１へ供給する。
また、高周波電源１２０は、発振器１３０から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、発振器１３０から受けた周期信号に同期した高周波電力を発生し、その発生した高周波電力を整合器１１０を介してアンテナ群９０Ａの平板部材３１へ供給する。
そして、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々において、実施の形態１で説明した機構によって、平板部材３２が設けられない場合よりも多くの高周波電流がアンテナ１〜４へ供給される。
この場合、高周波電源１２０は、高周波電源７０が整合器６０を介してアンテナ群８０Ａの平板部材３１へ供給する高周波電力の周波数と同じ周波数を有し、かつ、高周波電源７０が供給する高周波電力に同期した高周波電力を整合器１１０を介してアンテナ群９０Ａの平板部材３１へ供給する。
また、隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａにおいて、各アンテナ１〜４に供給される高周波電力の位相が揃う。
その結果、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の振幅変動は、隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａ間で同期するとともに、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の位相は、隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａ間で揃う。
したがって、平板部材３２を設けない場合よりも多くの高周波電流を各アンテナ群８０Ａ，９０Ａのアンテナ１〜４に供給することと、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の振幅変動が隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａ間で同期することと、アンテナ１〜４に供給される高周波電力の位相が隣接するアンテナ群８０Ａ，９０Ａ間で揃うこととの相乗効果によって、誘導結合型プラズマの密度をさらに高くできる。
なお、プラズマ装置１００Ｅは、各々がアンテナ群８０，９０と同じ構成からなる３個以上のアンテナ群と、３個以上のアンテナ群に対応して設けられた３個以上の整合器および高周波電源とを備えていてもよい。
また、プラズマ装置１００Ｅにおいては、アンテナ群８０，９０の各々の平板部材３２を反応容器１０の蓋１２に代えてもよい。
さらに、プラズマ装置１００Ｆは、各々がアンテナ群８０Ａ，９０Ａと同じ構成からなる３個以上のアンテナ群と、３個以上のアンテナ群に対応して設けられた３個以上の整合器および高周波電源とを備えていてもよい。
さらに、プラズマ装置１００Ｆにおいては、アンテナ群８０Ａ，９０Ａの各々の平板部材３２を反応容器１０の蓋１２に代えてもよい。
さらに、プラズマ装置１００Ｆにおいては、Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４に設定されてもよく、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４に設定されてもよい。
その他は、実施の形態１と同じである。
上述した実施の形態２〜実施の形態５においては、高周波電源のアンテナ群８０，９０への給電点（＝接続点３１Ａ）は、アンテナ群８０，９０間で同じであると説明したが、高周波電源のアンテナ群８０への給電点（＝接続点３１Ａ）は、高周波電源のアンテナ群９０への給電点（＝接続点３１Ａ）と反対方向に配置されていてもよい。アンテナ群８０Ａ，９０Ａについても同様である。
なお、この発明の実施の形態においては、アンテナ群８０，９０は、「ｍ（ｍは２以上の整数）個のアンテナ群」を構成し、アンテナ群８０Ａ，９０Ａは、「ｍ（ｍは２以上の整数）個のアンテナ群」を構成する。
また、この発明の実施の形態においては、高周波電源７０は、「ｎ（ｎは正の整数）個の高周波電源」を構成し、高周波電源７０，１２０は、「ｎ（ｎは正の整数）個の高周波電源」を構成する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、誘導結合型プラズマの密度を高密度化できるプラズマ装置に適用される。

Claims (9)

  1. 反応容器（１０）と、
    前記反応容器（１０）の１つの壁面を貫通して各々の少なくとも一方端が前記反応容器（１０）の外部に配置されるように前記反応容器（１０）の内部に配置された複数のアンテナ（１〜４）と、
    前記反応容器（１０）の外部で前記複数のアンテナ（１〜４）の複数の一方端に接続された第１の平板部材（３１）と、
    前記複数のアンテナ（１〜４）の配列方向における前記第１の平板部材（３１）の一方端に接続され、前記第１の平板部材（３１）を介して前記複数のアンテナ（１〜４）に高周波電力を供給する高周波電源（７０）と、
    前記第１の平板部材（３１）に対向して配置されるとともに、前記複数のアンテナ（１〜４）の複数の他方端に接続され、かつ、前記第１の平板部材（３１）の一方端（３１Ａ）と同じ側の一方端（３２Ａ）が接地された第２の平板部材（１２，３２）とを備えるプラズマ装置。
  2. 前記第２の平板部材（１２）は、前記反応容器（１０）の１つの壁面（１２）の部材からなる、請求項１に記載のプラズマ装置。
  3. 反応容器（１０）と、
    ｍ（ｍは２以上の整数）個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）と、
    前記ｍ個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）に高周波電力を供給するｎ（ｎは正の整数）個の高周波電源（７０；７０，１２０）とを備え、
    前記ｍ個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）の各々は、
    前記反応容器（１０）の１つの壁面を貫通して各々の少なくとも一方端が前記反応容器（１０）の外部に配置されるように前記反応容器（１０）の内部に配置された複数のアンテナ（１〜４）と、
    前記反応容器（１０）の外部で前記複数のアンテナ（１〜４）の複数の一方端に接続された第１の平板部材（３１）と、
    前記第１の平板部材（３１）に対向して配置されるとともに、前記複数のアンテナ（１〜４）の複数の他方端に接続された第２の平板部材（３２）とを含み、
    前記ｍ個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）の各々において前記第１の平板部材（３１）は、前記複数のアンテナ（１〜４）の配列方向における一方端で前記高周波電源（７０，１２０）に接続されており、
    前記第２の平板部材（３２）は、前記第１の平板部材（３１）の一方端（３１Ａ）と同じ側の一方端（３２Ａ）が接地されている、プラズマ装置。
  4. 隣接する２つのアンテナ群（８０Ａ，９０Ａ）において、一方のアンテナ群（８０Ａ）に含まれる複数のアンテナ（１〜４）から前記高周波電源（７０，１２０）と前記第１の平板部材（３１）との接続点（３１Ａ）までの複数の距離は、それぞれ、他方のアンテナ群（９０Ａ）に含まれる複数のアンテナ（１〜４）から前記高周波電源（７０，１２０）と前記第１の平板部材（３１）との接続点（３１Ａ）までの複数の距離と略等しい、請求項３に記載のプラズマ装置。
  5. 前記ｍ個のアンテナ群（８０Ａ，９０Ａ）の各々において、隣接する２つのアンテナ間の距離（Ｌ２〜Ｌ４）は、相互に略等しい、請求項３に記載のプラズマ装置。
  6. 前記ｍ個のアンテナ群（８０Ａ，９０Ａ）の各々において、前記高周波電源（７０，１２０）と前記第１の平板部材（３１）との接続点（３１Ａ）に最も近い位置に配置されたアンテナ（１）から前記接続点（３１Ａ）までの距離（Ｌ１）は、前記隣接する２つのアンテナ間の距離（Ｌ２〜Ｌ４）に略等しい、請求項５に記載のプラズマ装置。
  7. 前記ｎ個の高周波電源（７０）は、１個の高周波電源からなる、請求項３に記載のプラズマ装置。
  8. 前記ｎ個の高周波電源（７０，１２０）は、前記ｍ個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）の個数と同じ個数からなる、請求項３に記載のプラズマ装置。
  9. 周期信号を発振する発振器（１３０）をさらに備え、
    前記ｎ個の高周波電源（７０，１２０）は、前記発振器（１３０）に接続された複数の高周波電源からなり、
    前記ｍ個のアンテナ群（８０，９０；８０Ａ，９０Ａ）は、前記複数の高周波電源に対応して設けられた複数のアンテナ群からなり、
    前記複数の高周波電源の各々は、前記発振器（１３０）から受けた周期信号の周波数と同じ周波数を有し、かつ、前記周期信号に同期した高周波電力を、対応するアンテナ群に供給し、
    前記複数のアンテナ群の各々において、前記複数のアンテナ（１〜４）は、略等しい間隔で配列されている、請求項３に記載のプラズマ装置。
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