JP2000012292A

JP2000012292A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000012292A
Application number: JP10189812A
Authority: JP
Inventors: Naoki Matsumoto; 直樹松本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: TW479915U; KR100363820B1; EP1006761A1; US6358361B1; WO1999066769A1; KR20010023058A; JP4014300B2; EP1006761A4

Abstract

(57)【要約】【課題】反応器の直径が大きくても、装置全体のサイ
ズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置し得、
また、試料に入射されるイオンの指向性を改善すると共
に、反応器の寿命を長くすることができるプラズマ処理
装置を提供する。【解決手段】反応器１の上端部には、環状マイクロ波
窓４を支持するリング部材10が取り付けてあり、リング
部材10上面には、円筒状のブロック部材25がリング部材
10に螺子止めしてある。ブロック部材25の環状マイクロ
波窓４に対向する部分に環状導波管型アンテナ部12が形
成してあり、環状導波管型アンテナ部12の底部には複数
のスリット15，15，…が周方向に所定の距離を隔てて開
設してある環状の板部材16が嵌合してある。ブロック部
材25にはアルミニウムを円柱状に成形してなる加熱ブロ
ック26が着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロック26の下
面には対向電極18が着脱自在に螺子止めしてあり、対向
電極18は接地してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を用い
て生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディ
スプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等
の処理を施す装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギを与えて生
じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスに
おいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプ
ロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠な基本技術と
なっている。一般にプラズマを生成させる励起手段には
２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を用いる場合と、１３．
５６ＭＨｚ等のＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合
とがある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得ら
れるという利点がある。ところが、マイクロ波を用いた
プラズマ処理装置にあっては、プラズマ生成領域の面積
を広くし、且つ密度が均一になるようにプラズマを発生
させることが困難であった。しかしながら、プラズマ処
理装置には前述した如く高密度のプラズマが得られると
いう利点があるため、該装置によって大口径の半導体基
板，ＬＣＤ用ガラス基板等の処理を実現することが要求
されていた。この要求を満たすため、本願出願人は、特
開昭62−5600号公報、特開昭62−99481 号公報等におい
て次のような装置を提案している。

【０００３】図12は、特開昭62−5600号公報及び特開昭
62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ
処理装置を示す側断面図であり、図13は図12に示したプ
ラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器41
は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器
41の上部開口はマイクロ波窓44で気密状態に封止されて
いる。このマイクロ波窓44は、耐熱性及びマイクロ波透
過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又は
アルミナ等の誘電体で成形してある。

【０００４】反応器41には、該反応器41の上部を覆う長
方形箱状のカバー部材50が連結してある。このカバー部
材50内の天井部分には誘電体線路51が取り付けてあり、
該誘電体線路51とマイクロ波窓44との間にはエアギャッ
プ53が形成されている。誘電体線路51は、テフロン（登
録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポ
リスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合
わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形して
なり、前記凸部をカバー部材50の周面に連結した導波管
61に内嵌させてある。導波管61にはマイクロ波発振器60
が連結してあり、マイクロ波発振器60が発振したマイク
ロ波は、導波管61によって誘電体線路51の凸部に入射さ
れる。

【０００５】前述した如く、誘電体線路51の凸部の基端
側は、平面視が略三角形状のテーパ部51a になしてあ
り、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部51a に
倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路51の全体に伝播
する。このマイクロ波はカバー部材50の導波管61に対向
する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて
誘電体線路51に定在波が形成される。

【０００６】反応器41の内部は処理室42になっており、
処理室42の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導
入管45から処理室42内に所要のガスが導入される。処理
室42の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台43
が設けてあり、載置台43にはマッチングボックス46を介
して高周波電源47が接続されている。また、反応器41の
底部壁には排気口48が開設してあり、排気口48から処理
室42の内気を排出するようになしてある。

【０００７】このようなプラズマ処理装置を用いて被処
理物Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口48か
ら排気して処理室42内を所望の圧力まで減圧した後、ガ
ス導入管45から処理室42内に反応ガスを供給する。次い
で、マイクロ波発振器60からマイクロ波を発振させ、こ
れを導波管61を介して誘電体線路51に導入する。このと
き、テーパ部51a によってマイクロ波は誘電体線路51内
で均一に拡がり、誘電体線路51内に定在波を形成する。
この定在波によって、誘電体線路51の下方に漏れ電界が
形成され、それがエアギャップ53及びマイクロ波窓44を
透過して処理室42内へ導入される。このようにしてマイ
クロ波が処理室42内へ伝播し、処理室42内にプラズマが
生成される。

【０００８】載置台43には、マッチングボックス46を介
して高周波電源47から高周波が印加されており、それに
よって形成されるバイアス電位によって、プラズマ中の
イオンを加速して被処理物Ｗ上に導き、被処理物Ｗの表
面をエッチングする。これによって、大口径の被処理物
Ｗを処理すべく反応器41の直径を大きくしても、その反
応器41の全領域へマイクロ波を均一に導入することがで
き、大口径の被処理物Ｗを均一に異方性エッチングする
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ処理装
置では、誘電体線路51にマイクロ波を均一に拡がらせる
ために、マイクロ波窓44及び反応器41の縁部から水平方
向へ突出させたテーパ部51a を設けてあり、このテーパ
部51a の寸法は、誘電体線路51の面積、即ち処理室42の
直径に応じて定めてある。そのため、従来のプラズマ処
理装置を設置する場合、反応器41周縁から突出させたテ
ーパ部51a を格納するための水平方向のスペースを余分
に確保しなければならない。

【００１０】一方、被処理物Ｗの大口径化に伴って、反
応器41の直径が更に大きいプラズマ処理装置が要求され
ている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要が
ないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得るこ
とも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっ
ては、テーパ部51a の寸法は反応器41の直径に応じて定
めるため、反応器41の直径が大きくなるに従ってテーパ
部51a の寸法が長くなる。従って、反応器41の直径が更
に大きいプラズマ処理装置を可及的に狭いスペースに設
置するという２つの要求を共に満足することができな
い。

【００１１】また、従来のプラズマ処理装置では、高周
波を印加する載置台43の対向電極にすべく、例えば反応
器41の周壁を接地していたが、反応器41の内周面にプラ
ズマ中のイオンが衝突して損傷を与えるため、反応器41
の寿命が短い。更に、反応器41の周壁を接地する場合、
載置台43の表面に発生するバイアス電位が不十分な場合
があり、その場合、被処理物Ｗに入射されるイオンの指
向性が悪化し、異方性といったプロセス特性が低下する
虞があった。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは載置台に対向して対
向電極を配置し、該対向電極に環状のマイクロ波窓を外
嵌し、容器内へマイクロ波を放射するアンテナをマイク
ロ波窓に倣って配置した構成にすることによって、反応
器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小
さくでき、小さなスペースに設置し得、また、被処理物
に入射されるイオンの指向性を改善すると共に、反応器
の寿命を長くすることができるプラズマ処理装置を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るプラズマ
処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前記
マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マイ
クロ波によってプラズマを生成すると共に、前記容器内
に設けてある載置台に高周波を印加し、生成したプラズ
マを前記載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理
物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向
電極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓
が外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するア
ンテナが前記マイクロ波窓に倣って配置してあることを
特徴とする。

【００１４】容器（反応器）に設けてある環状のマイク
ロ波窓に倣って配置した環状又はＣ字状等のアンテナか
ら放射されたマイクロ波は、前記マイクロ波窓を透過し
て容器内へ導入され、プラズマが生成される。容器内の
載置台に対向配置した対向電極を接地電極として載置台
に高周波を印加することによって、前述した如く生成し
たプラズマを載置台上に載置した被処理物上へ導く。

【００１５】前述したアンテナ内へはマイクロ波を直接
的に入射することができ、そのためアンテナは容器から
突出することがない。従って、プラズマ処理装置の水平
方向の寸法を可及的に小さくすることができる。即ち、
アンテナ構造によりマイクロ波を供給するようになして
あるため、限られたスペースで均一にマイクロ波を供給
することができる。また、アンテナは環状のマイクロ波
窓に倣って配置してあり、これによてマイクロ波はアン
テナから容器の全周に導かれるため、容器内へマイクロ
波を均一に導入することができる。

【００１６】一方、高周波を印加する載置台に対向配置
した対向電極が接地電極として作用させることができる
ため、プラズマ中のイオンが容器の内周面に衝突して損
傷を与えることが防止され、容器の寿命が長くすること
ができる。また、載置台にバイアス電位を安定して発生
させることができるため、プラズマ中のイオンは被処理
物上に略垂直に入射され、異方性といったプロセス特性
を向上させることができる。

【００１７】第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１
発明において、前記対向電極はシリコン系の材料で形成
してあることを特徴とする。

【００１８】例えば、フルオロカーボン系反応ガス（Ｃ
_xＦ_yガス）に用いてシリコン酸化膜をエッチングする
場合、プラズマによってＣ_xＦ_yガスが解離してフッ素
分子（Ｆ又はＦ₂）が生成し、レジストのエッチングレ
ートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが相対
的に低下する。本発明ではシリコン系材料によって対向
電極を形成してあるため、フッ素分子は対向電極と接触
反応し、ＳｉＦ₄として気化するため、フッ素分子が選
択的に除去される。これによって、レジストのエッチン
グレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが
向上し、選択比が高いエッチングを実施することができ
る。また、シリコン系材料で形成した電極はコンタミネ
ーション（汚染）の問題が少ないという利点もある。

【００１９】第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１
又は第２発明において、前記対向電極には、ガスを導入
するガス導入路が連結してあり、該ガス導入路から前記
容器内へガスを供給するガス供給孔が開設してあること
を特徴とする。

【００２０】載置台に対向配置した対向電極のガス供給
孔から容器内へ反応ガスを供給する。反応ガスは容器の
全周縁方向へ放射状に略均一に拡散するため、被処理物
は略均一にプラズマ処理される。また、容器内に供給さ
れた反応ガスは、被処理物の処理に用いられるプラズマ
中の滞在時間が長いため、反応ガスの利用効率が向上す
る。

【００２１】第４発明に係るプラズマ処理装置は、第３
発明において、前記ガス導入路には導入されたガスを拡
散させるガス拡散室が設けてあることを特徴とする。

【００２２】ガス導入路に設けたガス拡散室内へ反応ガ
スを導入し、そこで反応ガスを拡散均一化させた後、対
向電極に開設したガス供給孔から容器内へ反応ガスを放
出する。これによって、対向電極の複数箇所から容器内
へ均一なる反応ガスを導入することができ、被処理物は
更に均一にプラズマ処理される。

【００２３】第５発明に係るプラズマ処理装置は、第１
乃至第４発明の何れかにおいて、前記対向電極の温度を
調整する温度調整装置を備えることを特徴とする。

【００２４】プラズマ処理のプロセス特性を向上させる
ためには、プラズマに曝される部分の温度を制御するこ
とが重要である。本発明では、対向電極の温度を温度調
整装置によって調整することによって、プロセス特性を
向上させることがきる。

【００２５】第６発明に係るプラズマ処理装置は、第１
乃至第５発明の何れかにおいて、前記対向電極に高周波
を印加する電源を備えることを特徴とする。

【００２６】例えば１３．５６ＭＨｚ付近の高周波を対
向電極に印加することによって、アンテナから容器内に
導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対
向電極と載置台との間にプラズマを生成することができ
る。これによって、プラズマが生成する領域と載置台と
の距離、即ち、マイクロ波窓及び対向電極と載置台との
間の距離を短くした場合でもプラズマが十分拡散し、被
処理物と同一面内で略均一になるため、プラズマ処理装
置の垂直方向の寸法を小さくすることができると共に、
所要のプラズマ処理を速い処理速度で行うことができ
る。

【００２７】更に、前述したアンテナから容器内に導入
したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、プラズ
マを生成することができるため、対向電極に印加する高
周波のパワーを制御することによって、アンテナから放
射するマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理
物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均
一にすることができる。

【００２８】第７発明に係るプラズマ処理装置は、第１
乃至第６発明の何れかにおいて、前記アンテナは、マイ
クロ波を導く導波路を環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成
し、該導波路のマイクロ波窓に対向する部分にスリット
を設けてなることを特徴とする。

【００２９】第８発明に係るプラズマ処理装置は、第７
発明において、前記導波路内には誘電体が装入してある
ことを特徴とする。

【００３０】これらの発明にあっては、アンテナの環状
の導波路に入射されたマイクロ波は、互いに逆方向へ進
行する進行波となって導波路内を伝播し、両進行波が重
なりあってアンテナ内に定在波が形成される。また、Ｃ
字状又は渦巻き状の導波路を備えるアンテナに入射され
たマイクロ波は、終端部で反射してアンテナ内に定在波
が形成される。この定在波によって、アンテナの内壁面
に所定の間隔で極大になる電流が通流する。この電流が
通流する壁面にスリットを設けることにより、このスリ
ットからマイクロ波窓へ電界が放射される。即ち、アン
テナからマイクロ波窓へマイクロ波が放射される。この
マイクロ波はマイクロ波窓を透過して容器内へ導入さ
れ、そのマイクロ波によってプラズマが生成される。導
波路は環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成してあるため、
マイクロ波を所要の領域に均一に供給することができ
る。また、スリットから放射する構成になしてあるた
め、スリットの形状及び配置によって、所要のマイクロ
波の放射が可能である。

【００３１】また、アンテナに入射されたマイクロ波は
誘電体によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘
電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径のアン
テナを用いた場合、誘電体が装入してあるときの方が、
誘電体が装入していないときより、アンテナの内壁面に
通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリッ
トを多く設けることができる。そのため、容器内へマイ
クロ波を均一に導入することができる。また、導波路内
に誘電体を装入した状態で、スリットをマイクロ波窓に
倣って設けること、即ち、アンテナの下面を全面開口に
なしてもよい。この場合、前述した如く、誘電体を伝播
するマイクロ波は定在波を形成し、その漏れ電界がマイ
クロ波窓を透過して容器内へ導入されるため、容器内に
均一にマイクロ波を導入することができる。

【００３２】第９発明に係るプラズマ処理装置は、マイ
クロ波窓を設けてなる容器内へ、前記マイクロ波窓を透
過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によってプ
ラズマを生成し、生成したプラズマを前記容器内に設け
てある載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理物
を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電
極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓が
外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するアン
テナが前記マイクロ波窓に倣って配置してあり、前記対
向電極は該対向電極に高周波を印加する電源に接続して
あることを特徴とする。

【００３３】例えば１３．５６ＭＨｚ付近の高周波を対
向電極に印加することによって、アンテナから容器内に
導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対
向電極と載置台との間にプラズマを生成することができ
る。従って、対向電極に印加する高周波のパワーを制御
することによって、アンテナから放射するマイクロ波の
パワーを調整することなく、被処理物の中央部及び周縁
部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。（実施の形態１）図１は本発明に係るプラズマ処理装置
の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したプラ
ズマ処理装置の平面図である。有底円筒状の反応器１
は、その全体がアルミニウムといった金属で形成されて
いる。反応器１の上端部には、内周面に溝が設けてある
リング部材10が取り付けてあり、リング部材10の溝に環
状マイクロ波窓４の外周縁部を嵌合して環状マイクロ波
窓４がリング部材10に支持されている。この環状マイク
ロ波窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共
に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電
体を環状板形に成形してある。

【００３５】リング部材10上面には、該リング部材10の
外直径と略同じ外直径であり、前述した環状マイクロ波
窓４の内直径と略同じ内直径である円筒状のブロック部
材25がリング部材10に螺子止めしてある。このブロック
部材25はアルミニウムといった金属で形成してある。ブ
ロック部材25の環状マイクロ波窓４に対向する部分に断
面視が矩形の溝を開設してなる環状導波管型アンテナ部
12が形成してあり、ブロック部材25の周面に、環状導波
管型アンテナ部12に連通する矩形穴を開設してなる導入
部13が形成してある。また、環状導波管型アンテナ部12
の底部には、アルミニウム製の環状の板部材16が嵌合し
てあり、該板部材16には複数のスリット15，15，…が周
方向に所定の距離を隔てて開設してある。導入部13及び
環状導波管型アンテナ部12内には、テフロン（登録商
標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリス
チレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌
してある。

【００３６】ブロック部材25の周面であって、導入部13
の開口の周囲にはマイクロ波発振器30から延設した導波
管31が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマ
イクロ波は、導波管31を経てアンテナ11の導入部13に入
射される。この入射波は、導入部13から環状導波管型ア
ンテナ部12へ導入される。環状導波管型アンテナ部12へ
導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部12を
互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型
アンテナ部12内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、環
状導波管型アンテナ部12の導入部13に対向する位置で衝
突して定在波が生成される。この壁面定在波によって、
環状導波管アンテナ部12の内面に、所定の間隔で極大値
を示す壁面電流が通流する。

【００３７】このとき、例えば、誘電率εｒ＝２．１の
テフロン（登録商標）が装入してある環状導波管型アン
テナ部12内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モ
ードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波
数が２．４５ＧＨｚの場合、環状導波管型アンテナ部12
の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍにする。この
モードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することな
く環状導波管型アンテナ部12内の誘電体14を伝播する。

【００３８】また、外径が３８０ｍｍ、内径が１８０ｍ
ｍ、厚さが２０ｍｍの環状マイクロ波窓４を用い、環状
導波管型アンテナ部12にテフロン（登録商標）を内嵌し
た場合、環状導波管型アンテナ部12の中心から環状導波
管型アンテナ部12の幅方向の中央までの寸法を、１４１
ｍｍになす。この場合、環状導波管型アンテナ部12の幅
方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）
は、該環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ
波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのた
め、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部12内で共振し
て、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電
流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナ11のＱ
値が向上する。

【００３９】図３は、図１及び図２に示したスリット1
5，15，…を説明する説明図である。図３に示したよう
に、スリット15，15，…は、金属製の板部材16の環状導
波管型アンテナ部12に対向する部分に、環状導波管型ア
ンテナ部12の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部
12内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように
短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部12が前
述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さを
５０ｍｍ、幅を２０ｍｍ、相隣るスリット間の距離を略
５５ｍｍ、即ち後述する交点Ｐ₁から２７．５ｍｍの位
置に２つのスリットを設け、それらから５５ｍｍの間隔
でスリットを設ける。

【００４０】つまり、各スリット15，15，…は、導入部
13の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わ
る２点の内の導入部13から離隔した側である交点Ｐ₁か
ら、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｍ−１）・
λｇ／４（ｍは整数、λｇは環状導波管アンテナ内を伝
播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリ
ット15，15を開設し、両スリット15，15から、円Ｃに倣
ってその両方へ、ｎ・λｇ／２（ｎは整数）を隔てて複
数の他のスリット15，15，…を開設する。即ち、スリッ
ト15，15，…は前述した定在波の節が形成される位置に
設ける。これによって、各スリット15，15，…から効率
良くマイクロ波を放射することができる。

【００４１】なお、本実施の形態では、スリット15，1
5，…は、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイ
クロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本
発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜め
に交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイ
クロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成
されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイ
クロ波の波長が変化して、環状導波管アンテナ部12の周
壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合が
あるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリッ
ト又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっ
ては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域
内に取り込むことができる。

【００４２】前述したように各スリット15，15，…は、
板部材16に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反
応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示
したように、アンテナ11は環状になしてあるため、反応
器１の直径と同じ直径のブロック部材25に、該ブロック
部材25の周縁から突出することなく設けることができ
る。これによって、反応器１の直径が大きくても、プラ
ズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さな
スペースに設置することができる。

【００４３】前述したブロック部材25にはアルミニウム
を円柱状に成形してなる加熱ブロック26が、該加熱ブロ
ック26の下面が環状マイクロ波窓４の下面より少し高い
位置になるように着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロッ
ク26には、加熱源であるヒータ28が埋設してある。

【００４４】加熱ブロック26の下面中央には円筒状の凹
部が設けてあり、該凹部を導体又は半導体の材料を円板
状に成形してなる対向電極18で閉塞してガス拡散室20が
設けてある。対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在に
螺子止めしてあり、また、対向電極18は電気的に接地し
てある。この対向電極18を固定する螺子及び前述した環
状マイクロ波窓４の下面は、石英製の環状保護板（図示
せず）によって保護してある。また、反応器１、リング
部材10、環状マイクロ波窓４、ブロック部材25及び加熱
ブロック26が互いに接合する部分には、それらを気密状
態に封止すべく耐熱性のＯリング17，17，…（一部省
略）がそれぞれ介装してある。

【００４５】図４は図１に示した対向電極18及びガス拡
散室20の模式的一部破断斜視図である。図４に示した如
く、ガス拡散室20の内部は、仕切り壁19によって上室20
a 及び下室20b に区分してあり、仕切り壁19とガス拡散
室20の天井との間、及び仕切り壁19と対向電極18との間
には、環状部材21，21が介装してある。また、仕切り壁
19及び対向電極18には、複数の貫通孔22，22，…及び貫
通孔18a ，18a ，…が、上下に位置を異ならせて開設し
てある。

【００４６】また、図１に示した如く、ガス拡散室20に
は、加熱ブロック26を貫通するガス導入管５が連通して
ある。ガス導入管５からガス拡散室20に供給されたガス
は、上室20a 内に拡散すると共に仕切り壁19に開設した
貫通孔22，22，…から下室20b へ供給され、そこで拡散
均一化された後、対向電極18に開設した貫通孔18a ，18
a ，…から処理室２内へ導入される。

【００４７】処理室２の底部壁中央には、被処理物Ｗを
載置する載置台３が昇降自在に設けてあり、載置台３に
はマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続さ
れている。また、処理室２の周囲壁には排気口８が開設
してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するよう
になしてある。載置台３に印加する高周波は主にプラズ
マ中のイオンを制御することが目的であり、その周波数
は２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚである。ただし、場合により
数十ＭＨｚまでの電圧を印加してもよい。

【００４８】このようなプラズマ処理装置を用いて被処
理物Ｗの表面にエッチング処理を施すには、ヒータ28に
よって加熱ブロック26及び対向電極18を所要の温度に加
熱すると共に、排気口８から排気して処理室２内を所望
の圧力まで減圧した後、ガス導入管５からガス拡散室20
内へ反応ガスを供給し、内部で拡散均一化された反応ガ
スを対向電極18から処理室２内へ導入する。

【００４９】次いで、マイクロ波発振器30からマイクロ
波を発振させ、それを導波管31を経てアンテナ11に導入
し、環状導波管型アンテナ部12に定在波を形成させる。
この定在波によって、アンテナ11のスリット15，15，…
から放射された電界は、環状マイクロ波窓４を透過して
処理室２内へ導入され、処理室２内にプラズマが生成さ
れる。また、マイクロ波発振器30による発振と同時的に
マッチングボックス６を介して高周波電源７から載置台
３に高周波を印加する。載置台３と対向電極18との間に
形成される電界によって、生成されたプラズマ中のイオ
ンが被処理物Ｗ上に導かれ、被処理物Ｗの表面がエッチ
ングされる。

【００５０】このように、載置台３に対向配置した対向
電極18と載置台３との間に形成した電界によってプラズ
マ中のイオンを被処理物Ｗ上に導くため、反応器１の内
周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷を与えること
が防止され、反応器１の寿命が長い。また、対向電極18
は加熱ブロック26に着脱自在の螺子止めしてあるため、
対向電極18が損傷した場合、それを容易に交換すること
ができる。更に、前記電界は被処理物Ｗの表面に直交す
る方向に形成されるため、載置台３の表面に安定したバ
イアス電位が発生し、被処理物Ｗに入射されるイオンの
指向性が高く、プロセス特性が向上する。また、対向電
極18を所要の温度まで加熱するため、プロセス特性が更
に向上する。

【００５１】一方、対向電極18の底部から処理室２内へ
反応ガスを導入するようになしてあるため、反応ガスは
処理室２の被処理物Ｗ上に、被処理物Ｗの直径と略同じ
直径の平断面面積を有し、略均一なガス流となって供給
され、被処理物Ｗの表面は略均一に処理される。また、
処理室２内に供給された反応ガスはプラズマ中の滞在時
間が長いため、反応ガスの利用効率が向上する。

【００５２】（実施の形態２）本実施の形態では、図１
に示した対向電極18をＳｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ、又はＰ又
はＢ等の不純物をドープしたＳｉ等のシリコン系材料に
よって形成してある。これによって、例えば、フルオロ
カーボン系反応ガス（Ｃ_xＦ_yガス）を用いてシリコン
酸化膜をエッチングする場合、フッ素分子は対向電極18
と接触して反応し、ＳｉＦ₄として気化するため、フッ
素分子を選択的に除去することがすることができる。こ
れによって、レジストのエッチングレートに対するシリ
コン酸化膜のエッチングレートが向上し、選択比が高い
エッチングを実施することができる。

【００５３】（実施の形態３）図５は、実施の形態３を
示す平面図であり、マイクロ波窓に倣ったスリットであ
る開口を設けた場合を示している。なお、図中、図２に
示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説
明を省略する。即ち、図５に示した如く、環状導波管型
アンテナ部12の底部には、図１に示した環状の板部材16
を設けずに開口になしてあり、環状導波管型アンテナ部
12には前述した誘電体14が内嵌固定してある。

【００５４】これによって、マイクロ波は環状導波管型
アンテナ部12に装入した誘電体14中を伝播して定在波を
形成し、その漏れ電界が環状マイクロ波窓４を透過して
反応器１内の全領域に均一に導入される一方、反応器１
の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及
的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。ま
た、電気的に接地した対向電極によって、前述した如く
反応器１の内周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷
を与えることが防止され、反応器１の寿命が長い。更
に、対向電極が損傷した場合、それを容易に交換するこ
とができる。また、被処理物Ｗに入射されるイオンの指
向性が改善され、プロセス特性が向上する。

【００５５】（実施の形態４）図６は、実施の形態４を
示す側断面図であり、図１に示した誘電体14を設けてい
ない場合を示している。なお、図中、図１に示した部分
に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略す
る。図６に示した如く、環状導波管型アンテナ部12の底
部には、複数のスリット15，15，…を開設してなる環状
の板部材16が嵌合してあり、アンテナ11は前述した誘電
体を装入することなく空洞の導波路になしてある。

【００５６】このとき、環状導波管型アンテナ部12内を
伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩
形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数が２．４５
ＧＨｚである場合、環状導波管型アンテナ部12の寸法
を、高さ２７ｍｍ，幅９６ｍｍになす。また、外径が４
４０ｍｍ、内径が１６０ｍｍ、厚さが２０ｍｍである環
状マイクロ波窓４を配設し、環状導波管型アンテナ部12
は、その中心から幅方向の中央までの寸法を１５１ｍｍ
になす。この場合、環状導波管型アンテナ部12の幅方向
の中央を結ぶ円の周方向の長さは、環状導波管型アンテ
ナ部12内を伝播するマイクロ波の波長（略１５８ｍｍ）
の略整数倍である。また、環状導波管型アンテナ部12に
設けた板部材16に、長さが８０ｍｍであり、幅が２０ｍ
ｍであるスリット15，15，…を、略７９ｍｍの間隔で開
設する。

【００５７】マイクロ波発振器30から発振されたマイク
ロ波は、導波管31を経てアンテナ11に導入され、そこに
定在波が形成される。この定在波によって、アンテナ11
のスリット15，15，…から放射された電界は、環状マイ
クロ波窓４を透過して処理室２内へ導入され、処理室２
内にプラズマが生成される。

【００５８】これによって、前同様、マイクロ波は環状
導波管型アンテナ部12から反応器１内の全領域に均一に
導入される一方、反応器１の直径が大きくても、プラズ
マ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなス
ペースに設置し得る。また、電気的に接地した対向電極
18によって、反応器１の内周面にプラズマ中のイオンが
衝突して損傷を与えることが防止され、反応器１の寿命
が長い。更に、対向電極18が損傷した場合、それを容易
に交換することができる。また、対向電極18によって、
被処理物Ｗに入射されるイオンの指向性が改善され、プ
ロセス特性が向上する。

【００５９】（実施の形態５）図７は、実施の形態５を
示す側断面図であり、対向電極18に高周波を印加するよ
うになしてある。なお、図中、図１に示した部分に対応
する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図
７に示した如く、対向電極18はマッチングボックス39を
介して第２高周波電源38に接続してあり、該第２高周波
電源38から対向電極18に例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波が印加される。

【００６０】このようなプラズマ処理装置にあっては、
マイクロ波発振器30からマイクロ波を発振させると共
に、第２高周波電源38から対向電極18に１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を印加し、処理室２内の対向電極18に対向す
る領域にプラズマを生成させる。このように、アンテナ
11で囲まれた中央部分、即ち対向電極18の直下にもプラ
ズマが生成されるため、載置台３と環状マイクロ波窓４
との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と
同一平面内において略均一なプラズマを得ることができ
る。

【００６１】また、マイクロ波によるプラズマの生成と
は別に、対向電極18に高周波を印加することによって処
理室２内にプラズマを生成することができるため、対向
電極18に印加する高周波のパワーを制御することによっ
て、マイクロ波発振器30から発振させるマイクロ波のパ
ワーを調整することなく、被処理物Ｗの中央部及び周縁
部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができ
る。

【００６２】更に、高周波電源７から載置台３にＶ_aｓ
ｉｎ（ωｔ）（ωは角周波数、ｔは時間）の高周波電圧
を印加し、第２高周波電源38から対向電極18に｛−Ｖ_b
ｓｉｎ（ωｔ）｝の高周波電圧を印加することによっ
て、プラズマ中のイオンに与える電位を（Ｖ_a＋Ｖ_b）
として、エッチングの異方性を向上させることができ
る。

【００６３】このとき、載置台３には、プラズマ中のイ
オン制御を目的として例えば２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚ程
度の高周波電圧を印加し、対向電極18には、プラズマの
生成を目的として、載置台３に印加する周波数より高い
周波数である、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加する。

【００６４】（実施の形態６）図８は、実施の形態６を
示す模式的平面図であり、前述した導入部の環状導波管
型アンテナ部への連結位置を変更した場合を示してい
る。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には
同じ番号を付してその説明を省略する。本実施の形態に
係るアンテナ21にあっては、導入部23が環状導波管型ア
ンテナ部22の接線方向になるように連結してある。板部
材24には、導入部23の中心線を延長した延長線が、環状
導波管型アンテナ部22の幅方向の中点を結ぶ円に接する
接点を通る法線と前記円とが交わる２つの点の内の、前
記接点以外の交点Ｐ₂から、前記円に倣ってその両方
へ、それぞれ（２ｍ−１）・λｇ／４（ｍは整数、λｇ
はアンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位
置に、２つのスリット15，15が開設してあり、両スリッ
ト15，15から、前記円に倣ってその両方へ、ｎ・λｇ／
２を隔てて複数の他のスリット15，15，…が開設してあ
る。

【００６５】（実施の形態７）図９は、実施の形態７を
示す模式的平面図であり、アンテナの形状を変更してあ
る。なお、両図中、図８に示した部分に対応する部分に
は同じ番号を付してその説明を省略する。アンテナ34の
一端は、マイクロ波発振器30に連接した導波管31が連結
してあり、アンテナ34の他端は閉塞してある。アンテナ
34の一端側は直線状であり、他端側はＣ字状（円弧状）
又は一巻き渦巻き状等（図１にあってはＣ字状）、適宜
の曲率に成形した曲成部35になしてある。アンテナ34の
底部には板部材36が嵌合してあり、板部材36の曲成部35
に対応する部分には複数のスリット15，15，…が開設し
てある。

【００６６】図10は、図９に示したスリット15，15，…
を説明する説明図である。図10に示したように、スリッ
ト15，15，…は、板部材36の曲成部35に対向する部分
に、曲成部35の中心軸37に直交するように開設してあ
り、各スリット15，15，…の開設位置は、アンテナの閉
塞した端部からｎ・λｇ／２の位置に定めてある。つま
り、各スリット15，15，…はアンテナ内の底面に通流す
る電流の極大値を示す位置に開設してあり、各スリット
15，15，…を挟んで生じる電位差によって各スリット1
5，15，…から電界が放射され、該電界は環状マイクロ
波窓４を透過して反応器１（共に図１参照）内へ導入さ
れる。

【００６７】（実施の形態８）図11は、実施の形態８を
示す側断面図であり、対向電極18に高周波を印加し、載
置台３を電気的に接地するようになしてある。なお、図
中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付
してその説明を省略する。図11に示した如く、対向電極
18はマッチングボックス39を介して高周波電源40に接続
してあり、該高周波電源40から対向電極18に１３．５６
ＭＨｚ程度の高周波が印加される。また、載置台３は電
気的に接地してある。

【００６８】このようなプラズマ処理装置にあっては、
実施の形態５に示した装置と同様、アンテナ11で囲まれ
た中央部分、即ち対向電極18の直下にもプラズマが生成
されるため、載置台３と環状マイクロ波窓４との間の距
離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一平面内
において略均一なプラズマを得ることができる。

【００６９】また、マイクロ波によるプラズマの生成と
は別に、対向電極18に高周波を印加することによって処
理室２内にプラズマを生成することができるため、対向
電極18に印加する高周波のパワーを制御することによっ
て、マイクロ波発振器30から発振させるマイクロ波のパ
ワーを調整することなく、被処理物Ｗの中央部及び周縁
部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができ
る。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１発明に係るプラ
ズマ処理装置にあっては、アンテナ内へ直接的にマイク
ロ波を入射することができるため、アンテナは容器から
突出することがない。そのため、容器の直径が大きくて
も、プラズマ処理装置のサイズが可及的に小さく、従っ
て小さなスペースに設置し得る。一方、高周波を印加す
る載置台に対して対向電極が接地電極として作用するた
め、プラズマ中のイオンが容器の内周面に衝突して損傷
を与えることが防止され、容器の寿命が長い。また、載
置台と対向電極との間に形成された電界によってプラズ
マ中のイオンが導かれるため、該イオンは被処理物上に
略垂直に入射され、異方性といったプロセス特性が向上
する。

【００７１】第２発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、シリコン系材料によって対向電極を形成してあるた
め、例えばシリコン酸化膜のエッチングにおいて、レジ
ストのエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッ
チングレートが向上し、選択比が高いエッチングを実施
することができる。

【００７２】第３発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、載置台に対面する対向電極のガス供給孔から容器内
へ反応ガスを供給するため、反応ガスは容器の全周縁方
向へ放射状に略均一に拡散し、被処理物は略均一にプラ
ズマ処理される。また、容器内に供給された反応ガスは
プラズマ中の滞在時間が長いため、反応ガスの利用効率
が向上する。

【００７３】第４発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、ガス導入路に設けたガス拡散室で反応ガスを拡散均
一化させるため、容器内へ均一なる反応ガスを導入する
ことができ、被処理物は更に均一にプラズマ処理され
る。

【００７４】第５発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、載置台に対向配置した対向電極の温度を温度調整装
置によって調整するため、プラズマ処理のプロセス特性
を向上させることができる。

【００７５】第６発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、例えば、１３．５６ＭＨｚ付近の高周波の電界を対
向電極に印加することによって、アンテナから容器内に
導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対
向電極と載置台との間にプラズマを生成することができ
るため、プラズマが生成する領域と載置台との距離を短
くした場合でもプラズマが十分拡散し、被処理物と同一
面内で略均一になり、プラズマ処理装置の垂直方向の寸
法を小さくすることができると共に、所要のプラズマ処
理を速い処理速度で行うことができる。また、対向電極
に印加する高周波電界のパワーを制御することによっ
て、アンテナから放射するマイクロ波のパワーを調節す
ることなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラ
ズマ処理の速度を均一にすることができる。

【００７６】第７及び第８発明に係るプラズマ処理装置
にあっては、アンテナから容器内の全領域にへマイクロ
波が導入されるため、容器内で略均一なるプラズマを生
成することができ、これによって大口径の被処理物を略
均一にプラズマ処理することができる。また、スリット
が設けてあるアンテナであって、アンテナ内に誘電体が
装入してある場合、それを装入していない場合よりスリ
ットを多く開設することができるため、容器内へマイク
ロ波を更に均一に導入することができる。また、導波路
のマイクロ波窓に対向する部分を開口のスリットにな
し、該導波路内に誘電体を装入しておくことによって、
誘電体内に形成されたマイクロ波の定在波による漏れ電
界を、前記開口のスリットからマイクロ波窓を透過させ
て容器内へ均一に導入することがきる。

【００７７】第９発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、第６発明に係るプラズマ処理装置と同様、容易にプ
ラズマ処理速度を均一にすることができる等、本発明は
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側
断面図である。

【図２】図１に示したプラズマ処理装置の平面図であ
る。

【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明
図である。

【図４】図１に示した対向電極及びガス拡散室の模式的
一部破断斜視図である。

【図５】実施の形態３を示す平面図である。

【図６】実施の形態４を示す側断面図である。

【図７】実施の形態５を示す側断面図である。

【図８】実施の形態６を示す模式的平面図である。

【図９】実施の形態７を示す模式的平面図である。

【図１０】図９に示したスリットを説明する説明図であ
る。

【図１１】実施の形態８を示す側断面図である。

【図１２】従来の装置と同タイプのプラズマ処理装置を
示す側断面図である。

【図１３】図12に示したプラズマ処理装置の平面図であ
る。

【符号の説明】

１反応器２処理室３載置台４環状マイクロ波窓１０リング部材１１アンテナ１２環状導波管型アンテナ部１３導入部１４誘電体１５スリット１６板部材１８対向電極２５ブロック部材２６加熱ブロック２８ヒータＷ被処理物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前
記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マ
イクロ波によってプラズマを生成すると共に、前記容器
内に設けてある載置台に高周波を印加し、生成したプラ
ズマを前記載置台上に載置した被処理物上に導いて被処
理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向
電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内
へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に
倣って配置してあることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２】前記対向電極はシリコン系の材料で形成
してある請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記対向電極には、ガスを導入するガス
導入路が連結してあり、該ガス導入路から前記容器内へ
ガスを供給するガス供給孔が開設してある請求項１又は
２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記ガス導入路には導入されたガスを拡
散させるガス拡散室が設けてある請求項３記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項５】前記対向電極の温度を調整する温度調整
装置を備える請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ
処理装置。
【請求項６】前記対向電極に高周波を印加する電源を
備える請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理装
置。
【請求項７】前記アンテナは、マイクロ波を導く導波
路を環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成し、該導波路のマ
イクロ波窓に対向する部分にスリットを設けてなる請求
項１乃至６の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記導波路内には誘電体が装入してある
請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前
記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マ
イクロ波によってプラズマを生成し、生成したプラズマ
を前記容器内に設けてある載置台上に載置した被処理物
上に導いて被処理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向
電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内
へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に
倣って配置してあり、前記対向電極は該対向電極に高周
波を印加する電源に接続してあることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。