プラズマ反応装置
【課題】コイルに印加される電力を下げることなく、当該コイルに印加される電圧を、従来に比べてより低減することができるプラズマ反応装置を提供する。
【解決手段】被処理対象物Ｋを収容する容器２，６と、被処理対象物Ｋが載置される支持台１１と、支持台１１より上方位置で、容器６の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイル１５と、コイル１５に高周波電力を供給する電力供給手段２０と、容器６に接続され、処理ガスを容器６内に供給するガス供給手段３０とを備える。電力供給手段２０は、少なくともコイル１５に接続される第１及び第２の２つの接続端子２４，２５を備える。第１及び第２の接続端子２４，２５は、コイル１５の全長を２等分する位置ａ，ｂにそれぞれ接続され、第１の接続端子２４とアース（接地端子２６）との間と、第２の接続端子２５とアース（接地端子２６）との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧が印加される。
【解決手段】被処理対象物Ｋを収容する容器２，６と、被処理対象物Ｋが載置される支持台１１と、支持台１１より上方位置で、容器６の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイル１５と、コイル１５に高周波電力を供給する電力供給手段２０と、容器６に接続され、処理ガスを容器６内に供給するガス供給手段３０とを備える。電力供給手段２０は、少なくともコイル１５に接続される第１及び第２の２つの接続端子２４，２５を備える。第１及び第２の接続端子２４，２５は、コイル１５の全長を２等分する位置ａ，ｂにそれぞれ接続され、第１の接続端子２４とアース（接地端子２６）との間と、第２の接続端子２５とアース（接地端子２６）との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスをプラズマ化し、例えば、シリコン基板やガラス基板などの被処理物の表面に対して、エッチング，アッシング，改質，デポジションなどの処理を行うプラズマ反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したプラズマ反応装置として、従来、被処理対象物を収容する容器と、この容器内に配設され、被処理対象物が載置される支持台と、この支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された環状若しくは螺旋状のコイルと、このコイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記コイルより上方位置で前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備えた構成のプラズマ反応装置が知られている。
【０００３】
このプラズマ反応装置では、前記コイルに高周波電力を印加することで容器内部に高周波磁界が誘起され、コイルに流れる電流が時間的に変化すると発生磁界も変化して、容器内にファラディの電磁誘導の法則に伴う誘導電界が生じる。
【０００４】
そして、生じた誘導電界中に処理ガスが投じられると、処理ガス中の電子が誘導電界により駆動，加速され、電離衝突を起こしてプラズマが生成されるとともに、このプラズマ中でラジカルやイオンといった反応種が生成され、生成された反応種によって被処理物表面が処理される。
【０００５】
ところで、効率的且つ安定した処理を行うには、上記プラズマ密度を高密度にする必要があり、このため、従来、高密度のプラズマを得るべく、でき得るだけ高い高周波電力を前記コイルに印加するようにしていた。
【０００６】
ところが、その反面、高い電力をコイルに印加すると、言い換えれば、高い電圧をコイルに印加すると、この電圧によって生じる電界により荷電粒子が加速されて容器内壁に衝突し、この衝突によって容器内壁が削り取られ（スパッタされ）て、当該容器内壁が損傷するといった問題や、削り取られた部分がパーティクルとなってプラズマ中に混在し、このパーティクルによって被処理物表面が汚染されるといった問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決すべく、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるようなプラズマ反応装置が提案されている。図９に示すように、この装置１０１では、プラズマ生成部を構成するプラズマコンテナ１０６の周囲に、これを巻回するように無端環状の１つのコイル１０８が配置されており、図１０にも示すように、このコイル１０８の全長を２等分する位置には、導線１１２と導線１１３とが接続され、導線１１３はインピーダンス整合回路を構成する可変コンデンサ１１５，１１６を介して高周波電力供給源１１４に接続され、導線１１２はフレーム１１７を介して接地されている。斯くして、これら導線１１２，１１３間に、高周波電力供給源１１４からの高周波電力が印加される。
【０００８】
尚、図９中、符号１０３は容器、符号１０２は容器１０３内を減圧するポンプユニット、符号１０５は基板、符号１２５は基板１０５を保持する基板保持台である。
【０００９】
いま、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置より以前の従来のプラズマ装置における、図１１に示すような、開環された環状のコイル１５１の両端に、高周波電力供給源１５２から高周波電力を印加するように構成されたプラズマ生成回路を例にとると、この回路では、高周波電力をＰ、コイル１５１の両端の電圧をＶ、コイル１５１に流れる電流をＩ、コイル１５１のインピーダンスをＺとすると、これらの間に、以下の２つの数式で表される関係が成立する。
【００１０】
（数１）
Ｉ＝Ｖ／Ｚ
【００１１】
（数２）
Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓψ
＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５１及びプラズマの力率である。
【００１２】
一方、図１０に示した回路では、導線１１３を流れる電流が左回りと右回りとに２分されてそれぞれ導線１１２に向けてコイル１０８を流れる。導線１１３と１１２との間に印加される高周波電力をＰ、電圧をＶ１とし、コイル１０８に流れる左回り及び右回りの電流をＩ１とし、コイル１０８全体のインピーダンスをＺとすると、半分のコイル１０８のインピーダンスはＺ／２であるから、この回路では、以下の数式で表される関係が成立する。
【００１３】
（数３）
Ｉ１＝Ｖ１／Ｚ／２＝２・Ｖ１／Ｚ
【００１４】
（数４）
Ｐ＝２・Ｖ１・Ｉ１・ｃｏｓψ
＝４・Ｖ１２・ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１０８及びプラズマの力率である。
【００１５】
いま、図１１に示した回路に印加される高周波電力と同じ大きさの高周波電力が図１０に示した回路に印加されるとすると、コイル１５１のインピーダンスと、コイル１０８全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとき、上式数式２と数式４との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００１６】
（数５）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝４・Ｖ１２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ１＝Ｖ／２
【００１７】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図１０に示した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの半分となる。
【００１８】
このように、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置によれば、コイル１０８に印加される電圧を従来のものに比べて半分に低減することができ、上述した容器内壁のスパッタリングに関する問題を低減することができる。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第５，４０１，３１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところが、近年では、例えば、基板上に形成される回路は極めて微細且つ複雑なものとなっており、処理雰囲気中に僅かなパーティクルが存在しても、これが原因となって正常な回路を基板上に形成することができなくなる。
【００２１】
このため、従来に増して、清浄な雰囲気下で表面処理を行うことができるプラズマ反応装置の提供が求められている。
【００２２】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたもので、コイルに印加される電力を下げることなく、当該コイルに印加される電圧を、従来に比べてより低減することができるプラズマ反応装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するための本発明は、被処理対象物を収容する容器と、前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイルと、前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１及び第２の接続端子は、各々によって前記コイルの全長を２等分する位置にそれぞれ接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたプラズマ反応装置に係る。
【００２４】
尚、前記コイルはその複数個が上下に並設され、前記電力供給手段の第１及び第２の接続端子が、それぞれ前記複数のコイルに接続された構成のものでも良い。
【００２５】
また、本発明は、被処理対象物を収容する容器と、前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを整数周回巻回するように配設された螺旋状のコイルと、前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１の接続端子は前記コイルの始端及び終端、並びに該始端と終端とを結ぶ垂線と交差する部分に接続され、前記第２の接続端子は前記コイルの中心軸を中心として前記垂線に対し線対称の位置に設定した仮想の垂線と前記コイルとが交差する部分に接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたプラズマ反応装置に係る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るプラズマ反応装置では、印加される高周波電力が同じ値で、コイルのインピーダンスが同じ値である場合には、当該コイルに印加される電圧は、理論上、図１０に示した米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の半分以下となり、また、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４分の１以下となる。尚、この原理については、後ほど詳しく説明する。
【００２７】
したがって、本発明に係るプラズマ反応装置によれば、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置に比べても、コイルに印加される電圧を低減することができ、処理効率を下げることなく、上述した容器内壁のスパッタリングに関する問題をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基き説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図であり、図２及び図３は高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【００２９】
図１に示すように、本例のプラズマ反応装置１は、被処理対象物たる基板Ｋを収容するための下部容器２と、この下部容器２上に設けられた上部容器６と、この上部容器６を巻回するようにその周囲に設けられた無端環状の１つのコイル１５と、前記下部容器２内に設けられた基台１０と、この基台１０上に昇降可能に設けられた上下２部材（下部材１２及び上部材１３）からなり、基板Ｋが載置される載置台１１と、載置台１１を昇降させるシリンダ１４と、前記コイル１５に高周波電力を供給する電力供給装置２０と、上部容器６内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置３０と、下部容器２及び上部容器６内の圧力を減圧する排気装置３５とからなる。
【００３０】
前記下部容器２は底板３，側板４及び天板５からなる。側板４には、基板Ｋを出し入れするための開口部４ａ及び内部の気体を排気するための排気口４ｂが形成されており、排気装置３５はこの排気口４ｂに接続して、当該排気口４ｂから下部容器２内の気体を排気して減圧する。また、開口部４ａはシャッタ４０によって開閉され、シャッタが閉じることによって当該開口部４ａが密閉されるようになっている。また、前記天板５には開口部５ａが形成され、この開口部５ａを介して下部容器２内と上部容器内とが連通された状態となっている。
【００３１】
上部容器６は、セラミックなどの絶縁体から構成される円筒状をした胴部７と、この胴部７の上部開口部を閉じる天板８とからなり、天板８の中央部に接続する供給管３１を介して、処理ガス供給装置３０から上部容器６内に処理ガスが供給される。
【００３２】
図１，図２及び図３に示すように、前記電力供給装置２０は、高周波電源２１、インピーダンス整合回路（マッチング回路）２２及びプッシュプル回路２３からなり、高周波電源２１及びマッチング回路２２はそれぞれ接地されている。
【００３３】
プッシュプル回路２３は、コイル１５に接続される第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５の２つの接続端子と、接地された１つの接地端子２６とを備える。第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５は、各々によって前記コイル１５の全長を２等分する位置ａ，ｂに、言い換えれば、コイル１５の半径中心を挟んで相互に対向する位置ａ，ｂにそれぞれ接続され、第１の接続端子２４と接地端子２６との間、第２の接続端子２５と接地端子２６との間に、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加する。
【００３４】
また、特に図示しないが、載置台１１にはシリンダ１４を介してバイアス電位が印加されている。
【００３５】
以上のように構成された本例のプラズマ反応装置１によれば、電力供給装置２０によりコイル１５に高周波電力を印加すると、上部容器６内に高周波磁界が誘起され、コイル１５に流れる電流が時間的に変化することで発生磁界も変化して、上部容器６内にファラディの電磁誘導の法則に伴う誘導電界が生じる。
【００３６】
そして、供給管３１を介して、処理ガス供給装置３０から上部容器６内に処理ガスが供給され、この処理ガスが上記誘導電界中に投じられると、処理ガス中の電子が誘導電界により駆動，加速され、電離衝突を起こしてプラズマが生成され、このプラズマ中でラジカルやイオンといった反応種が生成される。
【００３７】
上記のように、載置台１１にはバイアス電位が印加されており、このバイアス電位によって、プラズマ中のイオンが載置台１１上の基板Ｋ表面に向けて導かれ、また、排気装置３５により下部容器２及び上部容器６内が排気，減圧されることによって、プラズマ中のラジカルが載置台１１上の基板Ｋ表面に向けて導かれ、かかる反応種によって基板Ｋの表面が処理される。
【００３８】
ところで、図３に示すように、コイル１５の接続点ａ，ｂに、大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ２，Ｖ２が印加されると、接続点ａから右回り及び左回りに等分された電流Ｉ２がそれぞれ流れ、これとともに接続点ｂからも同様に右回り及び左回りに等分された電流Ｉ２がそれぞれ流れ、接続点ａ，ｂ間の２つの中間点ｃ，ｄにおいてそれぞれが打ち消しあった状態となり、この２つの中間点ｃ，ｄが仮想上の接地点を構成する。
【００３９】
そして、同図３に示すように、コイル１５の全体のインピーダンスをＺとすると、接続点ａと中間点ｃとの間、接続点ａと中間点ｄとの間、接続点ｂと中間点ｃとの間、接続点ｂと中間点ｄとの間の各コイル１５のインピーダンスＺ２はそれぞれＺ／４となるが、このコイル１５に印加される高周波電力をＰとすると、これら高周波電力Ｐ，電圧Ｖ２，電流Ｉ２，インピーダンスＺ２との間の関係は、以下の数式によって表される。
【００４０】
（数６）
Ｉ２＝Ｖ２／Ｚ２＝４・Ｖ２／Ｚ
【００４１】
（数７）
Ｐ＝４・Ｖ２・Ｉ２・ｃｏｓψ
＝１６・Ｖ２２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５及びプラズマの力率である。
【００４２】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、本例のコイル１５に印加される高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、本例のコイル１５全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式７との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００４３】
（数８）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・Ｖ２２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ２＝Ｖ／４
【００４４】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、本例のコイル１５に印加される電圧Ｖ２は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ２は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の半分である。
【００４５】
このように、本例のプラズマ反応装置１によれば、同じ電力を供給しても、コイル１５に印加される電圧を従来のものに比べて４分の１に低減することができ、また、米国特許第５，４０１，３１８号に開示のものに比べても半分に低減することができる。したがって、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、上記の装置では、１つのコイル１５を設けた構成としたが、図４に示すように、その複数個を上下に並設した構成としてもよい。この場合、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４と第２の接続端子２５とは、各コイル１５の全長を２等分する位置ａ１，ａ２・・・、ｂ１，ｂ２・・・に接続され、第１の接続端子２４と接地端子２６との間、第２の接続端子２５と接地端子２６との間に、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ３，Ｖ３が印加される。
【００４８】
そして、図５に示すように、ｎ個のコイル１５が設けられ、このｎ個のコイル１５の総インピーダンスがＺであるとすると、各コイルの１５のインピーダンスはＺ／ｎとなる。いま、仮に、１つのコイル１５について見ると、接続点ａ１と中間点ｃ１との間、接続点ａ１と中間点ｄ１との間、接続点ｂ１と中間点ｃ１との間、接続点ｂ１と中間点ｄ１との間のコイル１５のインピーダンスＺ３はそれぞれＺ／（４・ｎ）となり、このコイル１５に印加される高周波電力をＰ１１とすると、これら高周波電力Ｐ１１，電圧Ｖ３，電流Ｉ３，インピーダンスＺ３との間の関係は、以下の数式よって表される。
【００４９】
（数９）
Ｉ３＝Ｖ３／Ｚ３＝４・ｎ・Ｖ３／Ｚ
【００５０】
（数１０）
Ｐ１１＝４・Ｖ３・Ｉ３・ｃｏｓψ＝Ｐ１２＝Ｐ１３＝・・・＝Ｐ１ｎ
＝１６・ｎ・Ｖ３２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５及びプラズマの力率である。
【００５１】
したがって、ｎ個のコイル１５に印加される全体の高周波電力Ｐは、次式によって求められる。
【００５２】
（数１１）
Ｐ＝Ｐ１１＋Ｐ１２＋・・・＋Ｐ１ｎ
＝ｎ・Ｐ１１
＝１６・ｎ２・Ｖ３２ｃｏｓψ／Ｚ
【００５３】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、図４及び図５に示したｎ個のコイル１５に印加される全体の高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、ｎ個のコイル１５全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式１１との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００５４】
（数１２）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・ｎ２・Ｖ３２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ３＝Ｖ／（４・ｎ）
【００５５】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図４及び図５に示したコイル１５に印加される電圧Ｖ３は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４・ｎ分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ３は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の２・ｎ分の１となる。
【００５６】
このように、図４及び図５に示した構成のプラズマ反応装置１であっても、コイル１５に印加される電圧を従来のものに比べて低減することができ、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００５７】
また、本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置を図６乃至図８に示す。図示するように、このプラズマ反応装置５０は、図１乃至図３に示したプラズマ反応装置１の構成と比べて、コイル５１の構成と、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５がコイル５１に接続されるその接続関係が異なるのみであり、他の構成は、当該プラズマ反応装置１の構成と同じである。したがって、プラズマ反応装置１の構成と同じ構成部分については、図６乃至図８において同じ符号を付すとともに、以下の説明では、その詳しい説明を省略する。
【００５８】
同図６及び図７に示すように、本例のコイル５１は、上部容器６の周囲をｎ周回（但し、ｎは任意の整数）巻回するように螺旋状に形成されている。尚、図７では、一例として、３周回させた状態を実線で示している。
【００５９】
そして、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４は、コイル５１の始端ｅ１及び終端ｅ４、並びにこの始端ｅ１と終端ｅ４とを結ぶ垂線ｇと交差する部分ｅ２，ｅ３に接続され、第２の接続端子２５はコイル５１の中心軸ｈを中心として垂線ｇに対し線対称の位置に設定した仮想の垂線ｉとコイル５１とが交差する部分ｆ１，ｆ２，ｆ３に接続される。そして、第１の接続端子２４（即ち、接続点ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）と接地端子２６との間と、第２の接続端子２５（即ち、接続点ｆ１，ｆ２，ｆ３）と接地端子２６との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ４，Ｖ４が印加される。
【００６０】
図８には、１周回分のコイル５１を示しているが、同図に示すように、コイル５１の接続点ｅ１，ｅ２と接続点ｆ１とに、それぞれ電圧−Ｖ４，Ｖ４が印加されると、接続点ｅ１から接続点ｆ１に向けて電流Ｉ４が流れ、一方、接続点ｆ１からも接続点ｅ１に向けて同じ大きさの電流Ｉ４が流れ、接続点ｅ１と接続点ｆ１との中間点ｊ１において、それぞれの電流Ｉ４が打ち消しあった状態となり、この中間点ｊ１が仮想上の接地点となる。また、同様に、接続点ｅ２から接続点ｆ１に向けて電流Ｉ４が流れ、一方、接続点ｆ１からも接続点ｅ２に向けて同じ大きさの電流Ｉ４が流れ、接続点ｅ２と接続点ｆ１との中間点ｋ１において、それぞれの電流Ｉ４が打ち消しあった状態となり、この中間点ｋ１が仮想上の接地点となる。
【００６１】
そして、コイル５１がｎ周回分巻回されているとし、コイル５１全体のインピーダンスをＺとすると、図８に示すような１周回分のコイル５１のインピーダンスはＺ／ｎとなる。いま、仮に、図８に示すような１周回分のコイル５１について見ると、接続点ｅ１と中間点ｊ１との間、接続点ｆ１と中間点ｊ１との間、接続点ｆ１と中間点ｋ１との間、接続点ｅ２と中間点ｋ１との間のコイル５１のインピーダンスＺ４はそれぞれＺ／（４・ｎ）となり、この１周回分のコイル５１に印加される高周波電力をＰ２１とすると、これら高周波電力Ｐ２１，電圧Ｖ４，電流Ｉ４，インピーダンスＺ４との間の関係は、以下の数式よって表される。
【００６２】
（数１３）
Ｉ４＝Ｖ４／Ｚ４＝４・ｎ・Ｖ４／Ｚ
【００６３】
（数１４）
Ｐ２１＝４・Ｖ４・Ｉ４・ｃｏｓψ＝Ｐ２２＝Ｐ２３＝・・・＝Ｐ２ｎ
＝１６・ｎ・Ｖ４２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル５１及びプラズマの力率である。
【００６４】
したがって、ｎ周回分のコイル５１に印加される全体の高周波電力Ｐは、次式によって求められる。
【００６５】
（数１５）
Ｐ＝Ｐ２１＋Ｐ２２＋・・・＋Ｐ２ｎ
＝ｎ・Ｐ２１
＝１６・ｎ２・Ｖ４２ｃｏｓψ／Ｚ
【００６６】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、図６及び図７に示したｎ周回分のコイル５１に印加される全体の高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、ｎ周回分のコイル５１全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式１５との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００６７】
（数１６）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・ｎ２・Ｖ４２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ４＝Ｖ／（４・ｎ）
【００６８】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図６及び図７に示したコイル５１に印加される電圧Ｖ４は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４・ｎ分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ４は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の２・ｎ分の１となる。
【００６９】
このように、図６及び図７に示した構成のプラズマ反応装置１であっても、コイル５１に印加される電圧を従来のものに比べて低減することができ、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００７０】
尚、上記の図１乃至図８に示した例では、電力供給装置として、コイル１５，５１に接続される２つの接続端子２４，２５の他に、外部に接地された接地端子２６を有する構成のものを用いたが、これに限られるものではなく、内部的に設けられた仮想の接地点（アース）を有する構成のものでも良く、このアースと第１の接続端子２４との間と、アースと第２の接続端子２５との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明に係るプラズマ反応装置は、処理ガスをプラズマ化して、例えば、シリコン基板やガラス基板などの被処理物の表面に対して行う、エッチング，アッシング，改質，デポジションといった各種処理に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図である。
【図２】高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【図３】高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図９】米国特許第５，４０１，３１８号に開示されたプラズマ処理装置を示した正断面図である。
【図１０】米国特許第５，４０１，３１８号に開示されたプラズマ処理装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ プラズマ反応装置
２ 下部容器
６ 上部容器
１１ 載置台
１５ コイル
２０ 電力供給装置
３０ 処理ガス供給装置
３５ 排気装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理ガスをプラズマ化し、例えば、シリコン基板やガラス基板などの被処理物の表面に対して、エッチング，アッシング，改質，デポジションなどの処理を行うプラズマ反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したプラズマ反応装置として、従来、被処理対象物を収容する容器と、この容器内に配設され、被処理対象物が載置される支持台と、この支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された環状若しくは螺旋状のコイルと、このコイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記コイルより上方位置で前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備えた構成のプラズマ反応装置が知られている。
【０００３】
このプラズマ反応装置では、前記コイルに高周波電力を印加することで容器内部に高周波磁界が誘起され、コイルに流れる電流が時間的に変化すると発生磁界も変化して、容器内にファラディの電磁誘導の法則に伴う誘導電界が生じる。
【０００４】
そして、生じた誘導電界中に処理ガスが投じられると、処理ガス中の電子が誘導電界により駆動，加速され、電離衝突を起こしてプラズマが生成されるとともに、このプラズマ中でラジカルやイオンといった反応種が生成され、生成された反応種によって被処理物表面が処理される。
【０００５】
ところで、効率的且つ安定した処理を行うには、上記プラズマ密度を高密度にする必要があり、このため、従来、高密度のプラズマを得るべく、でき得るだけ高い高周波電力を前記コイルに印加するようにしていた。
【０００６】
ところが、その反面、高い電力をコイルに印加すると、言い換えれば、高い電圧をコイルに印加すると、この電圧によって生じる電界により荷電粒子が加速されて容器内壁に衝突し、この衝突によって容器内壁が削り取られ（スパッタされ）て、当該容器内壁が損傷するといった問題や、削り取られた部分がパーティクルとなってプラズマ中に混在し、このパーティクルによって被処理物表面が汚染されるといった問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決すべく、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるようなプラズマ反応装置が提案されている。図９に示すように、この装置１０１では、プラズマ生成部を構成するプラズマコンテナ１０６の周囲に、これを巻回するように無端環状の１つのコイル１０８が配置されており、図１０にも示すように、このコイル１０８の全長を２等分する位置には、導線１１２と導線１１３とが接続され、導線１１３はインピーダンス整合回路を構成する可変コンデンサ１１５，１１６を介して高周波電力供給源１１４に接続され、導線１１２はフレーム１１７を介して接地されている。斯くして、これら導線１１２，１１３間に、高周波電力供給源１１４からの高周波電力が印加される。
【０００８】
尚、図９中、符号１０３は容器、符号１０２は容器１０３内を減圧するポンプユニット、符号１０５は基板、符号１２５は基板１０５を保持する基板保持台である。
【０００９】
いま、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置より以前の従来のプラズマ装置における、図１１に示すような、開環された環状のコイル１５１の両端に、高周波電力供給源１５２から高周波電力を印加するように構成されたプラズマ生成回路を例にとると、この回路では、高周波電力をＰ、コイル１５１の両端の電圧をＶ、コイル１５１に流れる電流をＩ、コイル１５１のインピーダンスをＺとすると、これらの間に、以下の２つの数式で表される関係が成立する。
【００１０】
（数１）
Ｉ＝Ｖ／Ｚ
【００１１】
（数２）
Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓψ
＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５１及びプラズマの力率である。
【００１２】
一方、図１０に示した回路では、導線１１３を流れる電流が左回りと右回りとに２分されてそれぞれ導線１１２に向けてコイル１０８を流れる。導線１１３と１１２との間に印加される高周波電力をＰ、電圧をＶ１とし、コイル１０８に流れる左回り及び右回りの電流をＩ１とし、コイル１０８全体のインピーダンスをＺとすると、半分のコイル１０８のインピーダンスはＺ／２であるから、この回路では、以下の数式で表される関係が成立する。
【００１３】
（数３）
Ｉ１＝Ｖ１／Ｚ／２＝２・Ｖ１／Ｚ
【００１４】
（数４）
Ｐ＝２・Ｖ１・Ｉ１・ｃｏｓψ
＝４・Ｖ１２・ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１０８及びプラズマの力率である。
【００１５】
いま、図１１に示した回路に印加される高周波電力と同じ大きさの高周波電力が図１０に示した回路に印加されるとすると、コイル１５１のインピーダンスと、コイル１０８全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとき、上式数式２と数式４との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００１６】
（数５）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝４・Ｖ１２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ１＝Ｖ／２
【００１７】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図１０に示した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの半分となる。
【００１８】
このように、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置によれば、コイル１０８に印加される電圧を従来のものに比べて半分に低減することができ、上述した容器内壁のスパッタリングに関する問題を低減することができる。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第５，４０１，３１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところが、近年では、例えば、基板上に形成される回路は極めて微細且つ複雑なものとなっており、処理雰囲気中に僅かなパーティクルが存在しても、これが原因となって正常な回路を基板上に形成することができなくなる。
【００２１】
このため、従来に増して、清浄な雰囲気下で表面処理を行うことができるプラズマ反応装置の提供が求められている。
【００２２】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたもので、コイルに印加される電力を下げることなく、当該コイルに印加される電圧を、従来に比べてより低減することができるプラズマ反応装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するための本発明は、被処理対象物を収容する容器と、前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイルと、前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１及び第２の接続端子は、各々によって前記コイルの全長を２等分する位置にそれぞれ接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたプラズマ反応装置に係る。
【００２４】
尚、前記コイルはその複数個が上下に並設され、前記電力供給手段の第１及び第２の接続端子が、それぞれ前記複数のコイルに接続された構成のものでも良い。
【００２５】
また、本発明は、被処理対象物を収容する容器と、前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを整数周回巻回するように配設された螺旋状のコイルと、前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１の接続端子は前記コイルの始端及び終端、並びに該始端と終端とを結ぶ垂線と交差する部分に接続され、前記第２の接続端子は前記コイルの中心軸を中心として前記垂線に対し線対称の位置に設定した仮想の垂線と前記コイルとが交差する部分に接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたプラズマ反応装置に係る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るプラズマ反応装置では、印加される高周波電力が同じ値で、コイルのインピーダンスが同じ値である場合には、当該コイルに印加される電圧は、理論上、図１０に示した米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の半分以下となり、また、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４分の１以下となる。尚、この原理については、後ほど詳しく説明する。
【００２７】
したがって、本発明に係るプラズマ反応装置によれば、米国特許第５，４０１，３１８号に開示されるプラズマ反応装置に比べても、コイルに印加される電圧を低減することができ、処理効率を下げることなく、上述した容器内壁のスパッタリングに関する問題をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基き説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図であり、図２及び図３は高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【００２９】
図１に示すように、本例のプラズマ反応装置１は、被処理対象物たる基板Ｋを収容するための下部容器２と、この下部容器２上に設けられた上部容器６と、この上部容器６を巻回するようにその周囲に設けられた無端環状の１つのコイル１５と、前記下部容器２内に設けられた基台１０と、この基台１０上に昇降可能に設けられた上下２部材（下部材１２及び上部材１３）からなり、基板Ｋが載置される載置台１１と、載置台１１を昇降させるシリンダ１４と、前記コイル１５に高周波電力を供給する電力供給装置２０と、上部容器６内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置３０と、下部容器２及び上部容器６内の圧力を減圧する排気装置３５とからなる。
【００３０】
前記下部容器２は底板３，側板４及び天板５からなる。側板４には、基板Ｋを出し入れするための開口部４ａ及び内部の気体を排気するための排気口４ｂが形成されており、排気装置３５はこの排気口４ｂに接続して、当該排気口４ｂから下部容器２内の気体を排気して減圧する。また、開口部４ａはシャッタ４０によって開閉され、シャッタが閉じることによって当該開口部４ａが密閉されるようになっている。また、前記天板５には開口部５ａが形成され、この開口部５ａを介して下部容器２内と上部容器内とが連通された状態となっている。
【００３１】
上部容器６は、セラミックなどの絶縁体から構成される円筒状をした胴部７と、この胴部７の上部開口部を閉じる天板８とからなり、天板８の中央部に接続する供給管３１を介して、処理ガス供給装置３０から上部容器６内に処理ガスが供給される。
【００３２】
図１，図２及び図３に示すように、前記電力供給装置２０は、高周波電源２１、インピーダンス整合回路（マッチング回路）２２及びプッシュプル回路２３からなり、高周波電源２１及びマッチング回路２２はそれぞれ接地されている。
【００３３】
プッシュプル回路２３は、コイル１５に接続される第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５の２つの接続端子と、接地された１つの接地端子２６とを備える。第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５は、各々によって前記コイル１５の全長を２等分する位置ａ，ｂに、言い換えれば、コイル１５の半径中心を挟んで相互に対向する位置ａ，ｂにそれぞれ接続され、第１の接続端子２４と接地端子２６との間、第２の接続端子２５と接地端子２６との間に、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加する。
【００３４】
また、特に図示しないが、載置台１１にはシリンダ１４を介してバイアス電位が印加されている。
【００３５】
以上のように構成された本例のプラズマ反応装置１によれば、電力供給装置２０によりコイル１５に高周波電力を印加すると、上部容器６内に高周波磁界が誘起され、コイル１５に流れる電流が時間的に変化することで発生磁界も変化して、上部容器６内にファラディの電磁誘導の法則に伴う誘導電界が生じる。
【００３６】
そして、供給管３１を介して、処理ガス供給装置３０から上部容器６内に処理ガスが供給され、この処理ガスが上記誘導電界中に投じられると、処理ガス中の電子が誘導電界により駆動，加速され、電離衝突を起こしてプラズマが生成され、このプラズマ中でラジカルやイオンといった反応種が生成される。
【００３７】
上記のように、載置台１１にはバイアス電位が印加されており、このバイアス電位によって、プラズマ中のイオンが載置台１１上の基板Ｋ表面に向けて導かれ、また、排気装置３５により下部容器２及び上部容器６内が排気，減圧されることによって、プラズマ中のラジカルが載置台１１上の基板Ｋ表面に向けて導かれ、かかる反応種によって基板Ｋの表面が処理される。
【００３８】
ところで、図３に示すように、コイル１５の接続点ａ，ｂに、大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ２，Ｖ２が印加されると、接続点ａから右回り及び左回りに等分された電流Ｉ２がそれぞれ流れ、これとともに接続点ｂからも同様に右回り及び左回りに等分された電流Ｉ２がそれぞれ流れ、接続点ａ，ｂ間の２つの中間点ｃ，ｄにおいてそれぞれが打ち消しあった状態となり、この２つの中間点ｃ，ｄが仮想上の接地点を構成する。
【００３９】
そして、同図３に示すように、コイル１５の全体のインピーダンスをＺとすると、接続点ａと中間点ｃとの間、接続点ａと中間点ｄとの間、接続点ｂと中間点ｃとの間、接続点ｂと中間点ｄとの間の各コイル１５のインピーダンスＺ２はそれぞれＺ／４となるが、このコイル１５に印加される高周波電力をＰとすると、これら高周波電力Ｐ，電圧Ｖ２，電流Ｉ２，インピーダンスＺ２との間の関係は、以下の数式によって表される。
【００４０】
（数６）
Ｉ２＝Ｖ２／Ｚ２＝４・Ｖ２／Ｚ
【００４１】
（数７）
Ｐ＝４・Ｖ２・Ｉ２・ｃｏｓψ
＝１６・Ｖ２２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５及びプラズマの力率である。
【００４２】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、本例のコイル１５に印加される高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、本例のコイル１５全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式７との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００４３】
（数８）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・Ｖ２２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ２＝Ｖ／４
【００４４】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、本例のコイル１５に印加される電圧Ｖ２は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ２は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の半分である。
【００４５】
このように、本例のプラズマ反応装置１によれば、同じ電力を供給しても、コイル１５に印加される電圧を従来のものに比べて４分の１に低減することができ、また、米国特許第５，４０１，３１８号に開示のものに比べても半分に低減することができる。したがって、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、上記の装置では、１つのコイル１５を設けた構成としたが、図４に示すように、その複数個を上下に並設した構成としてもよい。この場合、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４と第２の接続端子２５とは、各コイル１５の全長を２等分する位置ａ１，ａ２・・・、ｂ１，ｂ２・・・に接続され、第１の接続端子２４と接地端子２６との間、第２の接続端子２５と接地端子２６との間に、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ３，Ｖ３が印加される。
【００４８】
そして、図５に示すように、ｎ個のコイル１５が設けられ、このｎ個のコイル１５の総インピーダンスがＺであるとすると、各コイルの１５のインピーダンスはＺ／ｎとなる。いま、仮に、１つのコイル１５について見ると、接続点ａ１と中間点ｃ１との間、接続点ａ１と中間点ｄ１との間、接続点ｂ１と中間点ｃ１との間、接続点ｂ１と中間点ｄ１との間のコイル１５のインピーダンスＺ３はそれぞれＺ／（４・ｎ）となり、このコイル１５に印加される高周波電力をＰ１１とすると、これら高周波電力Ｐ１１，電圧Ｖ３，電流Ｉ３，インピーダンスＺ３との間の関係は、以下の数式よって表される。
【００４９】
（数９）
Ｉ３＝Ｖ３／Ｚ３＝４・ｎ・Ｖ３／Ｚ
【００５０】
（数１０）
Ｐ１１＝４・Ｖ３・Ｉ３・ｃｏｓψ＝Ｐ１２＝Ｐ１３＝・・・＝Ｐ１ｎ
＝１６・ｎ・Ｖ３２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル１５及びプラズマの力率である。
【００５１】
したがって、ｎ個のコイル１５に印加される全体の高周波電力Ｐは、次式によって求められる。
【００５２】
（数１１）
Ｐ＝Ｐ１１＋Ｐ１２＋・・・＋Ｐ１ｎ
＝ｎ・Ｐ１１
＝１６・ｎ２・Ｖ３２ｃｏｓψ／Ｚ
【００５３】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、図４及び図５に示したｎ個のコイル１５に印加される全体の高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、ｎ個のコイル１５全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式１１との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００５４】
（数１２）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・ｎ２・Ｖ３２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ３＝Ｖ／（４・ｎ）
【００５５】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図４及び図５に示したコイル１５に印加される電圧Ｖ３は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４・ｎ分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ３は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の２・ｎ分の１となる。
【００５６】
このように、図４及び図５に示した構成のプラズマ反応装置１であっても、コイル１５に印加される電圧を従来のものに比べて低減することができ、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００５７】
また、本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置を図６乃至図８に示す。図示するように、このプラズマ反応装置５０は、図１乃至図３に示したプラズマ反応装置１の構成と比べて、コイル５１の構成と、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５がコイル５１に接続されるその接続関係が異なるのみであり、他の構成は、当該プラズマ反応装置１の構成と同じである。したがって、プラズマ反応装置１の構成と同じ構成部分については、図６乃至図８において同じ符号を付すとともに、以下の説明では、その詳しい説明を省略する。
【００５８】
同図６及び図７に示すように、本例のコイル５１は、上部容器６の周囲をｎ周回（但し、ｎは任意の整数）巻回するように螺旋状に形成されている。尚、図７では、一例として、３周回させた状態を実線で示している。
【００５９】
そして、プッシュプル回路２３の第１の接続端子２４は、コイル５１の始端ｅ１及び終端ｅ４、並びにこの始端ｅ１と終端ｅ４とを結ぶ垂線ｇと交差する部分ｅ２，ｅ３に接続され、第２の接続端子２５はコイル５１の中心軸ｈを中心として垂線ｇに対し線対称の位置に設定した仮想の垂線ｉとコイル５１とが交差する部分ｆ１，ｆ２，ｆ３に接続される。そして、第１の接続端子２４（即ち、接続点ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４）と接地端子２６との間と、第２の接続端子２５（即ち、接続点ｆ１，ｆ２，ｆ３）と接地端子２６との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧−Ｖ４，Ｖ４が印加される。
【００６０】
図８には、１周回分のコイル５１を示しているが、同図に示すように、コイル５１の接続点ｅ１，ｅ２と接続点ｆ１とに、それぞれ電圧−Ｖ４，Ｖ４が印加されると、接続点ｅ１から接続点ｆ１に向けて電流Ｉ４が流れ、一方、接続点ｆ１からも接続点ｅ１に向けて同じ大きさの電流Ｉ４が流れ、接続点ｅ１と接続点ｆ１との中間点ｊ１において、それぞれの電流Ｉ４が打ち消しあった状態となり、この中間点ｊ１が仮想上の接地点となる。また、同様に、接続点ｅ２から接続点ｆ１に向けて電流Ｉ４が流れ、一方、接続点ｆ１からも接続点ｅ２に向けて同じ大きさの電流Ｉ４が流れ、接続点ｅ２と接続点ｆ１との中間点ｋ１において、それぞれの電流Ｉ４が打ち消しあった状態となり、この中間点ｋ１が仮想上の接地点となる。
【００６１】
そして、コイル５１がｎ周回分巻回されているとし、コイル５１全体のインピーダンスをＺとすると、図８に示すような１周回分のコイル５１のインピーダンスはＺ／ｎとなる。いま、仮に、図８に示すような１周回分のコイル５１について見ると、接続点ｅ１と中間点ｊ１との間、接続点ｆ１と中間点ｊ１との間、接続点ｆ１と中間点ｋ１との間、接続点ｅ２と中間点ｋ１との間のコイル５１のインピーダンスＺ４はそれぞれＺ／（４・ｎ）となり、この１周回分のコイル５１に印加される高周波電力をＰ２１とすると、これら高周波電力Ｐ２１，電圧Ｖ４，電流Ｉ４，インピーダンスＺ４との間の関係は、以下の数式よって表される。
【００６２】
（数１３）
Ｉ４＝Ｖ４／Ｚ４＝４・ｎ・Ｖ４／Ｚ
【００６３】
（数１４）
Ｐ２１＝４・Ｖ４・Ｉ４・ｃｏｓψ＝Ｐ２２＝Ｐ２３＝・・・＝Ｐ２ｎ
＝１６・ｎ・Ｖ４２ｃｏｓψ／Ｚ
但し、ｃｏｓψはコイル５１及びプラズマの力率である。
【００６４】
したがって、ｎ周回分のコイル５１に印加される全体の高周波電力Ｐは、次式によって求められる。
【００６５】
（数１５）
Ｐ＝Ｐ２１＋Ｐ２２＋・・・＋Ｐ２ｎ
＝ｎ・Ｐ２１
＝１６・ｎ２・Ｖ４２ｃｏｓψ／Ｚ
【００６６】
いま、図１１に示した従来の回路におけるコイル１５１に印加される高周波電力と、図６及び図７に示したｎ周回分のコイル５１に印加される全体の高周波電力の値が同じ値Ｐであるとし、また、従来のコイル１５１のインピーダンスと、ｎ周回分のコイル５１全体のインピーダンスとが同じ値Ｚであるとすると、上式数式２と数式１５との関係から、次式の関係が成り立つ。
【００６７】
（数１６）
Ｐ＝Ｖ２ｃｏｓψ／Ｚ＝１６・ｎ２・Ｖ４２・ｃｏｓψ／Ｚ
Ｖ４＝Ｖ／（４・ｎ）
【００６８】
したがって、印加される高周波電力が同じ値Ｐで、コイルのインピーダンスが同じ値Ｚである場合には、図６及び図７に示したコイル５１に印加される電圧Ｖ４は、図１１に示した従来の回路においてコイル１５１に印加される電圧Ｖの４・ｎ分の１となる。また、上述した数式５から容易に理解できるように、電圧Ｖ４は、上述した米国特許第５，４０１，３１８号に開示のコイル１０８に印加される電圧Ｖ１の２・ｎ分の１となる。
【００６９】
このように、図６及び図７に示した構成のプラズマ反応装置１であっても、コイル５１に印加される電圧を従来のものに比べて低減することができ、プラズマ処理の効率を低下させること無く、上述した容器内壁（容器６の内壁）のスパッタリングに関する問題をより軽減することができる。
【００７０】
尚、上記の図１乃至図８に示した例では、電力供給装置として、コイル１５，５１に接続される２つの接続端子２４，２５の他に、外部に接地された接地端子２６を有する構成のものを用いたが、これに限られるものではなく、内部的に設けられた仮想の接地点（アース）を有する構成のものでも良く、このアースと第１の接続端子２４との間と、アースと第２の接続端子２５との間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されたものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明に係るプラズマ反応装置は、処理ガスをプラズマ化して、例えば、シリコン基板やガラス基板などの被処理物の表面に対して行う、エッチング，アッシング，改質，デポジションといった各種処理に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図である。
【図２】高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【図３】高周波電力を供給する回路を説明するための説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置を示した正断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係るプラズマ反応装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図９】米国特許第５，４０１，３１８号に開示されたプラズマ処理装置を示した正断面図である。
【図１０】米国特許第５，４０１，３１８号に開示されたプラズマ処理装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の高周波電力供給回路に関する説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ プラズマ反応装置
２ 下部容器
６ 上部容器
１１ 載置台
１５ コイル
２０ 電力供給装置
３０ 処理ガス供給装置
３５ 排気装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理対象物を収容する容器と、
前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、
前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、
前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、
前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１及び第２の接続端子は、各々によって前記コイルの全長を２等分する位置にそれぞれ接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されてなることを特徴とするプラズマ反応装置。
【請求項２】
前記コイルの複数個が上下に並設されてなり、
前記電力供給手段の第１及び第２の接続端子が、それぞれ前記複数のコイルに接続されてなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
【請求項３】
被処理対象物を収容する容器と、
前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、
前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを整数周回巻回するように配設された螺旋状のコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、
前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、
前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１の接続端子は前記コイルの始端及び終端、並びに該始端と終端とを結ぶ垂線と交差する部分に接続され、前記第２の接続端子は前記コイルの中心軸を中心として前記垂線に対し線対称の位置に設定した仮想の垂線と前記コイルとが交差する部分に接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されてなることを特徴とするプラズマ反応装置。
【請求項１】
被処理対象物を収容する容器と、
前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、
前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを巻回するように配設された、無端環状のコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、
前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、
前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１及び第２の接続端子は、各々によって前記コイルの全長を２等分する位置にそれぞれ接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されてなることを特徴とするプラズマ反応装置。
【請求項２】
前記コイルの複数個が上下に並設されてなり、
前記電力供給手段の第１及び第２の接続端子が、それぞれ前記複数のコイルに接続されてなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
【請求項３】
被処理対象物を収容する容器と、
前記容器内に配設され、前記被処理対象物が載置される支持台と、
前記支持台より上方位置で、前記容器の周囲に、これを整数周回巻回するように配設された螺旋状のコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する電力供給手段と、
前記容器に接続して、処理用のガスを該容器内に供給するガス供給手段とを備え、
前記容器内に供給されたガスを、前記コイルに印加された高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって、前記支持台上の被処理対象物表面を処理するように構成されたプラズマ反応装置において、
前記電力供給手段は、少なくとも前記コイルに接続される第１及び第２の２つの接続端子を備え、前記第１の接続端子は前記コイルの始端及び終端、並びに該始端と終端とを結ぶ垂線と交差する部分に接続され、前記第２の接続端子は前記コイルの中心軸を中心として前記垂線に対し線対称の位置に設定した仮想の垂線と前記コイルとが交差する部分に接続され、前記第１の接続端子とアースとの間と、前記第２の接続端子とアースとの間とに、それぞれ大きさが等しく、相互に位相が逆となる電圧を印加するように構成されてなることを特徴とするプラズマ反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２３４２７３（Ｐ２００７−２３４２７３Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１６６６（Ｐ２００６−５１６６６）
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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