JP2000073175A

JP2000073175A - 表面処理装置

Info

Publication number: JP2000073175A
Application number: JP10257644A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Sato; 久明佐藤; Kojin Nakagawa; 行人中川; Etsuo Wani; 悦夫和仁; Kozo Miura; 好三三浦
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの低ＵＨＦ帯のマイ
クロ波を使用することにより、広い領域に均一なプラズ
マを生成して、大面積の基板に均一な表面処理を行な
う。【解決手段】ガス供給系５からガスを供給しながら、
排気系６で排気して、処理容器３内を所定の圧力に保
つ。マイクロ波発生器１で低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発
生させ、空洞共振器２内でＴＭ₀₁₀モードで共振させ
る。隔壁板２０に形成された長孔２５を通してマイクロ
波を放電室４内に放射し、プラズマを形成する。このプ
ラズマを利用して基板３０の表面に、エッチングやＣＶ
Ｄなどの処理を行なう。隔壁板２０の底面は上に凸状に
窪んでいて、隔壁板２０と基板載置台３１との間のギャ
ップは、基板３０の中心から半径方向に離れるほど狭く
なっている。これにより、プラズマが均一になり、処理
も均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドライエッチン
グや化学的気相蒸着（ＣＶＤ）などのようにプラズマを
利用して被処理体の表面に所定の処理を施す表面処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いて被処理体の表面に処理
を施すことは、ＬＳＩ（大規模集積回路）のような半導
体素子や、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のような表示装
置を製作する際に頻繁に使用されている。プラズマは、
大まかには、非平衡プラズマと平衡プラズマに分類され
る。平衡プラズマは、プラズマを構成している電子、イ
オン及び中性粒子（分子または原子）の温度がほぼ等し
く、熱平衡状態にあるプラズマである。一方、非平衡プ
ラズマは、電子の平均エネルギーがイオンや中性粒子の
平均エネルギーよりも大きな状態にあるプラズマであ
る。非平衡プラズマは荷電粒子（電子及びイオン）の熱
運動がクーロン力による運動に比べて無視できる程度に
小さいため、「低温プラズマ」と呼ばれることもある。
非平衡プラズマないしは低温プラズマは、高いエネルギ
ーの電子によって原料ガスを分解して必要なラジカルや
イオンを生成することができる。このため、このような
ラジカルやイオンを利用した微細加工や薄膜作成等の表
面処理に盛んに応用されている。

【０００３】このような非平衡プラズマないしは低温プ
ラズマを形成する方式として、高周波を利用する方式が
従来より採用されている。高周波を用いてプラズマを形
成する表面処理装置のひとつの例として、マイクロ波を
利用するものが従来より開発されている。この場合、電
子にエネルギーを注入する方法として、電子が磁場の作
用によりサイクロトロン運動をするときの周波数を、マ
イクロ波の周波数と合致させて、共鳴状態にする方法
と、マイクロ波を空洞共振器に導入してその振幅を大き
くする方法とがある。以下、本願発明に関係する後者の
方式の従来装置について述べる。

【０００４】空洞共振器を使用する表面処理装置の従来
例としては、まず、特開昭５６-９６８４１号公報に示
されたものがある。図６は、この公報に記載された従来
の表面処理装置の正面断面図である。この表面処理装置
では、マイクロ波発生器１で発生した周波数２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波が空洞共振器２に導入されて共振す
る。これによって形成されたプラズマにより、処理容器
３内の基板載置台３１に載置された基板３０の表面処理
が行われる。処理容器３には、ガス供給口３２及び排気
口３３が設けられている。処理容器３内にガスが導入さ
れ、このガスにマイクロ波のエネルギーが与えられて上
記プラズマが形成される。

【０００５】この図６に示す従来の表面処理装置では、
空洞共振器２の内部でプラズマが形成されるため、プラ
ズマの影響により空洞共振器２の共振条件が変化してし
まう。その結果、プラズマが不安定であるという欠点が
あった。この欠点を解決するために次に登場したのが、
特開平８-２４６１４６号公報あるいは特開平８-３１４
４４号公報に示された装置である。図７は、一例とし
て、特開平８-３１４４４号公報に示された従来の表面
処理装置を示す正面断面図である。

【０００６】この図７に示す従来の表面処理装置では、
空洞共振器２と処理容器３の間に誘電体板４１が設けら
れていて、両者を区画している。処理容器３の上端開口
の縁には、容器フランジ３４が設けられている。ガス供
給口３２は、この容器フランジ３４に形成されている。
空洞共振器２の下端開口の縁は、この容器フランジ３４
に接続されている。両者の接続部分はＯリングのような
シール部材９で真空シールされている。

【０００７】誘電体板４１は、その周囲が金属製フラン
ジ４２で保持されている。金属製フランジ４２と誘電体
板４１はろう付けにより気密に接合されている。容器フ
ランジ３４と金属製フランジ４２との間には環状の隙間
４３が形成されている。この隙間４３は、ガス供給口３
２から供給されるガスのガス溜めである。ガス供給口３
２から供給されるガスは上記隙間４３を満たすことにな
る。

【０００８】誘電体板４１の下側には、ガス拡散板５０
が設けられている。ガス拡散板５０の内部にはガスの通
路が形成されていて、ガス拡散板５０の下面にはガスの
噴き出し孔が多数開口している。上記隙間４３に入った
ガスは、このガス拡散板５０を経由して処理容器３内に
噴き出す。

【０００９】誘電体板４１の処理容器３側の表面には、
図８に示すように、金属メッキ膜２１が形成されてい
る。この金属メッキ膜２１には２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波の波長の半分以上の長さのスリット２１ｃが形成さ
れている。空洞共振器２内で共振するマイクロ波は、金
属メッキ膜２１のスリット２１ｃを通して処理容器３内
に放射される。そして、処理容器３内のガス雰囲気中で
プラズマが形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】最近の表面処理装置へ
の要請のひとつに、処理領域の大面積化が挙げられる。
この要請は、半導体素子の製作の場合には、一枚の大き
な半導体ウェハから作られる半導体回路素子の数をでき
るだけ多くする必要性から生じる。ＬＣＤのような表示
装置の場合には、大画面の表示装置を作るのに大型の基
板を必要とするので、大きな処理領域が必要になってく
る。

【００１１】マイクロ波を利用してプラズマを生成する
上述のような表面処理装置においては、処理領域を大き
くしようとした場合、マイクロ波の周波数を従来の２．
４５ＧＨｚより低くした方が好ましいと考えられる。こ
れは、以下のような理由による。

【００１２】空洞共振器の大きさは、処理領域の面積に
合うように決定される。すなわち、処理領域が大きくな
るに従って、空洞共振器の直径も大きくなる。この場
合、高い周波数のマイクロ波を使うと、空洞共振器の大
きさで定まる基本モードの共振周波数と比較して、マイ
クロ波の波長が相対的に短くなる。つまり、空洞共振器
内では、高次モード（電界の山谷がたくさん形成された
状態）でマイクロ波が共振することになる。このような
高次モードで共振するマイクロ波を用いてプラズマを生
成すると、空洞共振器の動作が不安定になり易くなる。
したがって、処理領域が大きくなるに従い、より低い周
波数のマイクロ波を用いることで、基本モードであると
ころのＴＭ₀₁₀モードで共振させるようにしたほうが、
安定性が高まることになる。

【００１３】このような理由から、本願の発明者は、上
述した従来の２．４５ＧＨｚのマイクロ波よりも波長が
長い低ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）の方が有利
であると考えて、このような帯域のマイクロ波を使用す
る表面処理装置を試作した。図９は、低ＵＨＦ帯のマイ
クロ波を使用するものとして発明者が試作した表面処理
装置の構造を示す正面断面図である。

【００１４】図９に示す表面処理装置は、低ＵＨＦ帯の
マイクロ波を発生させるためのマイクロ波発生器１を有
する。マイクロ波発生器１で発生したマイクロ波は、同
軸線路１１及びループ１２を介して空洞共振器２に導入
される。空洞共振器２には、誘電体板４１を介在させて
処理容器３が接続されている。処理容器３にはガス供給
口３２があり、ガス供給系５から処理容器３内にガスを
供給できる。さらに、処理容器３には排気口３３があ
り、排気系６によって処理容器３内を排気できる。処理
容器３内には基板載置台３１が設けられている。

【００１５】空洞共振器２は、マイクロ波がＴＭ₀₁₀モ
ード（ＴＭ：Transverse Magnetic）で共振する円筒形
の共振器である。円筒の軸は紙面の上下方向であり、基
板３０と同軸すなわち基板３０の中心を垂直に貫く軸と
一致している。ＴＭ₀₁₀モードでは電磁界の分布がほぼ
完全な軸対称になるので、中心軸に対して垂直な面内に
軸対称性の良いプラズマが生成される。この「中心軸に
対して垂直な面」に平行に基板３０を載置することによ
り、基板３０の表面に軸対称性の良い処理を行なうこと
ができる。

【００１６】図９に示す装置では、空洞共振器２から処
理容器３にマイクロ波を放射する構造が図７に示す装置
とは異なっている。誘電体板４１の空洞共振器２側に
は、空洞共振器２の下壁部を構成する放射板２２が設け
られている。放射板２２は金属製の板であり、軸対称状
に複数の円形の孔２３が形成されている。空洞共振器２
内で共振するマイクロ波は、この円形の孔２３（以下、
放射孔と呼ぶ）を通過すると共に誘電体板４１を透過し
て、処理容器３内に放射される。そして、放射されたマ
イクロ波は、処理容器３内でプラズマを発生させる。

【００１７】図９に示したような試作した表面処理装置
では、発明者の検討の結果、以下のような二つの問題点
があることが判明した。第１の問題点は、表面処理の面
内分布（例えばエッチングレートの分布）が中央凸状の
分布になり、基板の面内の表面処理の均一性が悪いこと
である。第２の問題点は、プラズマの点火性が悪いこと
である。

【００１８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、低ＵＨＦ帯のマイ
クロ波を使用することにより、広い領域に均一なプラズ
マを生成して、大面積の被処理体に均一な表面処理を行
なうことができる実用的な表面処理装置を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】発明者の考察によれば、
上述の二つの問題点の原因として以下の点を指摘でき
る。第１の問題点である中央凸状のエッチングレート分
布に対しては、第１の原因として放電室内の電界分布を
指摘できる。被処理体が円形の基板であると仮定する
と、放電室内のマイクロ波の電界分布は、次の（１）式
のようになり、本質的に、基板の中央で強く周辺部で弱
くなる。そして、この傾向は、基板の半径が大きいほ
ど、また、マイクロ波の周波数ｆが高いほど、顕著にな
る。

【数１】Ｅ＝Ｅ₀Ｊ₀(ｋｒ) …(1) ここで、Ｅ₀＝定数Ｊ₀はベッセル関数ｋ＝ω/ｃ＝２πｆ/ｃ（ｆは周波数、ｃは光速）ｒは基板の中心からの半径方向の位置

【００２０】例えば、周波数が６０ＭＨｚ、３００ＭＨ
ｚ、５００ＭＨｚの三つの場合について、半径１５０ｍ
ｍ以内の電界分布を計算した例を図１０のグラフに示
す。このグラフから分かるように、周波数５００ＭＨｚ
の場合には中央凸状の傾向が顕著である。

【００２１】さらに、図９において、空洞共振器２から
処理容器３内に放射されたマイクロ波は、基板３０の上
方の空間のみならず、基板載置台３１の側方及び下方に
まで侵入するため、プラズマ領域が広がってしまい、特
に基板３０の外周付近でのプラズマ密度が低下すること
が考えられる。

【００２２】第１の問題点の第２の原因としては、放射
孔の形状を指摘できる。放射孔２３が円孔であるため、
放電空間に放射されるマイクロ波の電力分布が、基板の
外周付近で弱い傾向になっているためと考えられる。

【００２３】また、第２の問題点であるプラズマの点火
性が悪いことについては、プラズマが無いときの放電室
の電界が弱いことが原因として考えられる。

【００２４】これらの原因への対策として、発明者は次
のように考えた。第１の問題点については、基板３０と
放射板２２とで形成される平行平板形のギャップを、基
板中心から離れるにつれて狭くすることにより、外周付
近での電界強度の低下を防止できる。また、放射孔を円
弧状の長孔にして、その形成位置を基板３０の外形寸法
よりも大きい位置に移すことにより、マイクロ波が処理
容器３の外周付近から放射されることになり、これによ
ってエッチングレートが基板の外周付近で落ち込むこと
を防ぐことができる。

【００２５】第２の問題点については、円筒形の放電室
の寸法をＴＭ₀₁₀モードで共振するような寸法にして、
プラズマが点火する前の放電室の電界を強くする。これ
によりプラズマの点火性が改善する。放電室の内径をＤ
(ｍｍ)、マイクロ波の周波数をｆ(ＭＨｚ)とすれば、Ｔ
Ｍ₀₁₀モードの共振条件は、次の（２）式で与えられ
る。

【数２】Ｄ＝(２．３×１０⁵)/ｆ …(2)

【００２６】ただし、実際には、放電室には基板を搬送
するための出し入れ口があけられるため共振周波数は上
述の理論値よりも若干低下する。したがって、この低下
分を見込んで、Ｄを次の（３）式の範囲内に設定するの
がよい。

【数３】Ｄ＝[(２．０〜２．３)×１０⁵]/ｆ …(3)

【００２７】上述の第１の問題点を解決するために、請
求項１の発明に係る表面処理装置は、３００ＭＨｚから
１ＧＨｚの範囲の低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発生させる
マイクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生
したマイクロ波がＴＭ010モードで共振するように形成
された円筒形の空洞共振器と、マイクロ波発生手段から
空洞共振器にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段
と、空洞共振器からマイクロ波が放射されるように空洞
共振器に接続された気密な処理容器と、処理容器内にガ
スを供給するガス供給系と、処理容器を排気する排気系
と、処理容器内に配置されて被処理体を保持する保持手
段とを備え、処理容器の内部の放電室が実質的に円筒形
状であり、この円筒形状の放電室の、被処理体に対向す
る端面の中央部分が、外周付近よりも、被処理体から離
れる方向に窪んでいることを特徴としている。これによ
り、放電室内の半径方向の電界分布が一様になる。な
お、この明細書において、円筒形の空洞共振器とは、完
全な円筒形の空洞共振器のほかに、その他の軸対称の空
洞共振器も含むものとする。したがって、本発明におけ
る円筒形の空洞共振器には、リエントラント形の空洞共
振器（くぼみ形空洞共振器）も含まれる。

【００２８】放電室のギャップについて、より具体的に
は、放電室の前記端面と被処理体との距離が、被処理体
の中心からの半径方向の位置ｒに応じて、Ｊ₀(ｋｒ)に
ほぼ比例して変化するようにする。ここで、Ｊ₀はベッ
セル関数、ｋは半径方向の伝搬定数でｋ＝ω/ｃ、ωは
マイクロ波の角周波数、ｃは光速である。

【００２９】放電室の前記端面は、空洞共振器と処理容
器とを隔てる隔壁板の処理容器側の面で構成することが
でき、その場合に、この隔壁板の空洞共振器側の面を、
中央部分が外周付近よりも被処理体から離れる方向に突
き出すようにすることで、隔壁板の厚さを実質的に均一
にできる。

【００３０】さらに、空洞共振器と処理容器とを隔てる
隔壁板にはマイクロ波放射用の複数の円弧状の長孔を形
成する。これらの長孔は被処理体の外形よりも外側の位
置に形成し、これらの長孔は誘電体の板で気密に覆うよ
うにしている。

【００３１】そして、上述の第２の問題点を解決するた
めに、放電室の内径Ｄ(ｍｍ)は、マイクロ波の周波数ｆ
(ＭＨｚ)に応じて、Ｄ＝[(２．０〜２．３)×１０⁵]/ｆ
の関係を満足するように設定している。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の
実施形態の正面断面図である。図１において、この表面
処理装置は、低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発生させるマイ
クロ波発生器１を有する。マイクロ波発生器１で発生し
たマイクロ波はマイクロ波導入手段１０により空洞共振
器２に導入される。空洞共振器２は、気密な処理容器３
に接続されている。処理容器３にはガス供給系５が接続
され、ガス供給口３２から処理容器３内にガスを供給で
きる。処理容器３には排気系６が接続され、排気口３３
から処理容器３内を排気できる。処理容器３には搬送口
３５が形成され、基板３０を処理容器３から出し入れで
きる。処理容器３の内部には、基板３０を載置する基板
載置台３１がある。

【００３３】マイクロ波発生器１としては、固体素子が
通常採用され、その周波数は低ＵＨＦ帯、例えば５００
ＭＨｚである。具体的には、電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）を使用した素子を使用できる。このような固体素
子としては、例えばモトローラ社製のＭＲＦ−３９３等
が市販されている。この実施形態では、マイクロ波発生
器１の出力は２ｋＷである。

【００３４】マイクロ波導入手段１０は、マイクロ波発
生器１と空洞共振器２とをつなぐ同軸線路１１と、同軸
線路１１の空洞共振器２への接続部分に設けられたルー
プ１２とから主に構成されている。同軸線路１１は、マ
イクロ波を伝送する二線回路であり、内導体とこれを取
り囲む同軸状の外導体とからなる。内導体と外導体との
間には、必要に応じて誘電体が設けられる。

【００３５】同軸線路１１によって伝送されたマイクロ
波は、ループ１２を介して磁界結合方式により空洞共振
器２内に導入される。ループ１２により生じた磁界を基
にして、空洞共振器２内には周状に磁界が発生し、マイ
クロ波の電磁界が空洞共振器２内で共振する。

【００３６】空洞共振器２は、アルミニウムまたはステ
ンレスのような金属でできた円筒形またはリエントラン
ト形（例えば、くぼみ形空洞共振器）の容器である。こ
の空洞共振器２は、マイクロ波発生器１が発生させるマ
イクロ波が最低次のＴＭ₀₁₀モードで共振するような共
振器である。この基本モードの共振周波数ｆ₀は、ａを
空洞半径として、およそ次の（４）式で計算できる。こ
こで、λ₀はマイクロ波の波長、ｃは真空中の光速であ
る。

【数４】λ₀＝２．６１ａ＝ｃ/ｆ₀ …(4)

【００３７】この（４）式から、例えばａ＝２００ｍｍ
のとき、ｆ₀＝５７５ＭＨｚとなる。なお、空洞共振器
２の軸方向の長さは半径ａと同程度でよく、例えば１７
５ｍｍである。

【００３８】図１に示した空洞共振器２はリエントラン
ト形である。すなわち、純粋な円筒形空洞共振器の上部
と下部に、円柱状の上部中心導体４５と下部中心導体４
６とを設けたものである。中心導体４５、４６の軸方向
の長さは１００ｍｍ程度で、直径は７０ｍｍである。中
心導体４５、４６の軸方向の長さを調節することで、空
洞共振器２の共振周波数を調整することができる。中心
導体４５、４６の材質は空洞共振器２と同様の金属であ
る。

【００３９】次に、空洞共振器２と処理容器３とを隔て
る隔壁板２０の構造を説明する。図２（Ａ）は隔壁板２
０の断面図（図２（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図）であり、図
２（Ｂ）は隔壁板２０を下から見た底面図である。この
隔壁板２０はアルミニウム製であり、円弧状の６個の長
孔２５が同一円周上に等間隔に形成されている。長孔２
５の幅は１０ｍｍ程度、長さは１００ｍｍ程度である。
長孔２５の形成位置は、空洞共振器の中心軸から１６０
ｍｍ程度離れた半径方向位置にあり、基板の半径（１５
０ｍｍ）よりも外側に位置している。長孔２５は隔壁板
２０を貫通していて、この長孔２５は空洞共振器から処
理容器へとマイクロ波を放射する役割を果たしている。
隔壁板２０の下面（基板に対向する面）は上に凸状に窪
んでいる。この窪み２６の形状は、断面が三角形でも台
形でもその他の多角形でもよい。図面に示す実施形態で
は窪み２６の断面形状は台形になっている。一番厚い部
分の厚さは約２０ｍｍであり、一番薄い部分の厚さは約
５ｍｍである。隔壁板２０の上面には、大径の誘電体リ
ング２４が、長孔２５を覆うように、Ｏリングを挟んで
気密に取り付けられている。誘電体リング２４は石英ま
たはアルミナセラミック等で形成されている。この誘電
体リング２４により、空洞共振器と処理容器は気密に隔
てられている。空洞共振器内で共振するマイクロ波は、
誘電体リング２４を透過し、さらに長孔２５を通過し
て、処理容器内に放射される。放射されたマイクロ波
は、処理容器内でプラズマを発生させる。

【００４０】図１に戻って、処理容器３の上端開口の縁
には容器フランジ３４が設けられており、この容器フラ
ンジ３４に隔壁板２０がＯリングを挟んで気密に取り付
けられている。図２に示すように、ガス供給口３２は隔
壁板２０の外周面に接続されている。ガス供給口３２か
ら供給されるガスは、隔壁板２０の内部に形成された通
路２７を通って環状空間２８に入り、多数のガス噴き出
し孔２９から処理容器内に噴き出す。

【００４１】図１に戻って、ガス供給系５は、ガスボン
ベ５３と流量調整器５４とバルブ５２とそれらをつなぐ
配管５１とを備えている。排気系６は、処理容器３の底
面の排気口３３に接続されていて、ターボ分子ポンプの
ような真空ポンプを備えている。この排気系６は、ガス
供給系５から処理容器３にガスを供給している状態で、
処理容器３内を１Ｔｏｒｒ〜１０^-3Ｔｏｒｒ程度の圧力
に排気できる。

【００４２】処理容器３内のほぼ中央には、プラズマに
よって処理される位置に基板載置台３１が設けられてい
る。この基板載置台３１は、被処理体である基板３０を
保持する保持手段である。基板載置台３１は、ステンレ
スのような金属製であり、支柱３１１によって支えられ
ている。支柱３１１は処理容器３の底面を気密に貫通し
ている。

【００４３】この基板載置台３１は、基板３０に一定の
バイアス電位を印加する電極の役割を兼ねている。基板
載置台３１には、処理容器３の外部に設けられた高周波
電源７が接続されている。高周波電源７が印加する高周
波電圧とプラズマとの相互作用によって、基板載置台３
１上の基板３０にはプラズマに対して負のバイアス電位
が発生する。基板載置台３１及び支柱３１１の周囲を覆
うようにして絶縁体３１２が設けられており、この絶縁
体３１は処理容器３（接地されている）から基板載置台
３１を電気的に絶縁している。

【００４４】絶縁体３１２の周囲には金属製のシールド
部品３１３が装着されている。シールド部品３１３の上
端部と処理容器３の間にはバッフル板３１４があり、シ
ールド部品３１の上端はバッフル板３１４と処理容器３
を介して接地されている。バッフル板３１４は金属製で
あり、多数の小孔が上下方向に貫通するように形成され
ている。このバッフル板３１４は放電室４の形状を円筒
形状に限定している。放電室４の上方の境界は隔壁板２
０であり、下方の境界はバッフル板３１４とシールド部
品３１３の上端と絶縁体３１２の上端と基板載置台３１
であり、側面の境界は処理容器３の内壁である。この円
筒状の放電室４の内径Ｄ(ｍｍ)は、マイクロ波の周波数
ｆ(ＭＨｚ)に対応して、Ｄ＝[(２．０〜２．３)×１
０⁵]/ｆの関係を満足するように設定されている。例
えば、周波数が５００ＭＨｚの場合には、放電室４の内
径Ｄは４４０ｍｍとなる。これにより、プラズマが発生
する前において、放電室がＴＭ₀₁₀モードの共振条件を
満足するようになり、電界強度が大きくなって、プラズ
マの点火性が改善する。

【００４５】次に、図１の装置の動作を説明する。基板
３０を搬送口３５を通して処理容器３内に搬入し、基板
載置台３１上に載置する。基板載置台３１内には必要に
応じて静電吸着機構が設けられ、基板３０を静電吸着す
る。ガス供給系５によってガス供給口３２を通して処理
容器３内に所定のガスを供給しながら、排気系６によっ
て処理容器３内を排気し、処理容器３内を所定の圧力に
保つ。この状態で、マイクロ波発生器１で低ＵＨＦ帯の
マイクロ波を発生させる。マイクロ波は同軸線路１１に
よって伝送されて、ループ１２を介して空洞共振器２に
導入される。

【００４６】マイクロ波は空洞共振器２内でＴＭ₀₁₀モ
ードで共振しながら、隔壁板２０に形成された長孔２５
を通して放電室４内に放射される。放射されたマイクロ
波は、放電室４内に供給されたガスにそのエネルギーを
注入して、プラズマを形成する。そして、このプラズマ
を利用して基板３０の表面に所望の処理が施される。例
えば、プラズマ反応イオンエッチングを行なう場合に
は、プラズマ中で活性種例えばフッ素系活性種を生成す
るガスを供給し、活性種で基板３０をエッチングする。
また、プラズマＣＶＤを行なう場合は、プラズマ中で分
解反応する原料ガスを供給し、基板３０上に所望の薄膜
を堆積させる。

【００４７】本実施形態で使用しているような低温プラ
ズマでは、プラズマの電子温度は低く、基板３０に入射
するイオンの加速電圧となるプラズマ電位も通常２０〜
３０Ｖ程度である。この場合、高周波電源７によって基
板３０に負のセルフバイアス電圧を発生させると、プラ
ズマ中からイオンが引き出されて基板３０へ衝突するの
が促進される。このような構成は、比較的大きなエネル
ギーを必要とするリアクティブイオンエッチングの場合
に好適である。

【００４８】上述した動作において、図１に示すよう
に、隔壁板２０の底面は上に凸状に窪んでいる。したが
って、隔壁板２０と基板載置台３１との間の距離（ギャ
ップ）は、基板３０の中心から半径方向に離れるほど狭
くなっている。これによる効果を以下に説明する。図３
（Ａ）は隔壁板２０の底面が平坦になっている場合にお
ける、隔壁板２０と基板３０との間のギャップと、そこ
での電界分布を示したものである。電界は矢印で模式的
に示してあり、矢印の密度が電界の強度を表わしてい
る。隔壁板２０と基板３０の間の距離はどこでも同じで
あり、電界分布は基板の中心付近で強く、外周付近で弱
くなっている。この電界分布は、上述の（１）式のＥ＝
Ｅ₀Ｊ₀(ｋｒ)で与えられるような中央凸状分布である。

【００４９】これに対して、図３（Ｂ）は本実施形態の
ように隔壁板２０の底面に窪みを設けた場合の電界分布
である。隔壁板２０と基板３０との距離は、基板の中心
付近で大きく、外周付近で小さくなっている。これによ
り、上述の中央凸状の電界分布が補正されて、基板の半
径方向においてほぼ均一な電界分布が得られる（図面に
示すように、電界を示す矢印の密度がほぼ一様であ
る）。ところで、プラズマ中のイオンは基板３０に垂直
に入射する。本実施形態では、プラズマが径方向に均一
になることとあいまって、基板への電界が垂直になるこ
とから、基板３０へのイオン入射量も径方向に均一にな
る。このような点は、例えば基板３０の表面に形成され
た溝や穴の底部にイオンを多く到達させる必要がある場
合に特に有利である。

【００５０】なお、図３に示した電界分布はプラズマが
発生する前の状態であり、プラズマが発生すると電界分
布は次のように変化すると考えられる。プラズマは導電
性であるから、電界はプラズマの内部には入っていけ
ず、基板とプラズマとの間にできるシース領域と、プラ
ズマと隔壁板との間にできるシース領域とにおいて、電
界分布が生じることになる。この場合、これらの二つの
シース領域を新たな平行平板ギャップとみなすことがで
きる。そして、図３（Ａ）に示す従来技術では、二つの
シース領域における電界分布もまた、上述の（１）式の
Ｅ＝Ｅ₀Ｊ₀(ｋｒ)で与えられるような中央凸状分布にな
ると考えられる。一方、図３（Ｂ）に示す本実施形態の
場合には、二つのシース領域における電界分布もまた、
基板の半径方向においてほぼ均一な電界分布になると考
えられる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。図４は第２の実施形態の表面処理装置を示す正面断
面図である。この図４に示す装置は、図１の装置と比較
して、隔壁板２０ａの構造が異なっている。この隔壁板
２０ａは、底面に窪みが形成されているのは図１と同じ
であるが、隔壁板２０の上面が図１では平坦であるのに
対して、図４では隔壁板２０ａの厚さが一様になるよう
に上面の中央部分が外周付近よりも基板３０から離れる
方向に突き出している。こうすると、隔壁板２０の中央
付近の厚さをあまり薄くせずにすみ、機械的強度を保つ
ことができる。さらに、隔壁板２０ａの厚さが均一にな
るので、図２に示した環状空間２８を形成し易くなる。

【００５２】次に、本発明の第３の実施形態を説明す
る。図５は第３の実施形態の表面処理装置を示す正面断
面図である。この５に示す装置も、図１の装置と比較し
て、隔壁板２０ｂの構造が異なっている。この隔壁板２
０ｂは、その断面において、曲面状に上に凸に湾曲して
いる。こうすることにより、上述の理論式のＥ＝Ｅ₀Ｊ₀
(ｋｒ)によって与えられる電界分布を理想的な形で補正
できる。

【００５３】冒頭に述べたように、本発明は非平衡プラ
ズマいわゆる低温プラズマを用いて表面反応を進行させ
る場合に利用されるが、これに限られるものではなく、
その他のプラズマを用いたり、その他の表面処理を行な
う場合にも有効である。

【００５４】また、被処理体であるところの基板は、円
形の場合に限らず、液晶基板のように矩形であってもよ
い。矩形の基板の場合には、矩形の対角線の長さと同等
かそれ以上の直径を有する空洞共振器を使用して、基板
の中心と空洞共振器の中心軸とを一致させる。なお、円
形や矩形以外の基板を被処理体としてもよいことはもち
ろんである。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、円筒状の放電室のギャ
ップが被処理体の中心から離れるにつれて狭くなってい
るので、ギャップが一様である場合に生じるような中央
凸状の電界分布が補正されて、電界の面内分布が一様に
なる。これにより、均一なプラズマによる均一な表面処
理が可能になる。また、空洞共振器と処理容器とを隔て
る隔壁板の底面の中央に窪みを設けることで上述のよう
なギャップを形成する場合に、隔壁板の上面も同様に変
化させることで隔壁板の厚さをほぼ一定にすれば、隔壁
板の機械的強度を保つことができる。さらに、マイクロ
波放射用の長孔を被処理体の外形よりも外側の位置に形
成することにより、マイクロ波を処理容器の外周部付近
から放射することができ、これにより例えばエッチング
レートの被処理体端部での落ち込みを防止できる。さら
に、放電室の内径をマイクロ波の周波数に応じて基本モ
ードで共振するように定めることにより、放電室内の電
界強度を高めて、プラズマの点火性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の正面断面図であ
る。

【図２】隔壁板の断面図と底面図である。

【図３】隔壁板と基板との間のギャップにおける電界分
布を説明する説明図である。

【図４】第２の実施形態の表面処理装置を示す正面断面
図である。

【図５】第３の実施形態の表面処理装置を示す正面断面
図である。

【図６】従来の表面処理装置の正面断面図である。

【図７】従来の表面処理装置の別の例の正面断面図であ
る。

【図８】従来の表面処理装置で使われている誘電体板の
平面図である。

【図９】発明者が試作した表面処理装置の正面断面図で
ある。

【図１０】平行平板ギャップの電界分布を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１マイクロ波発生器２空洞共振器３処理容器４放電室５ガス供給系６排気系１０マイクロ波導入手段２０隔壁板２４誘電体リング２５長孔２６窪み３０基板３１基板載置台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 ＢＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者和仁悦夫東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者三浦好三東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 FA01 HA07 JA03 JA18 KA08 KA12 KA30 LA15 LA18 4K057 DA11 DD01 DG20 DM02 DM18 DM29 DM40 DN01 5C034 CC07 CD10 5F004 AA01 BA04 BB14 BD03 BD04 5F045 AA09 BB02 DP02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲の低Ｕ
ＨＦ帯のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段
と、このマイクロ波発生手段で発生したマイクロ波がＴ
Ｍ₀₁₀モードで共振するように形成された円筒形の空洞
共振器と、マイクロ波発生手段から空洞共振器にマイク
ロ波を導入するマイクロ波導入手段と、空洞共振器から
マイクロ波が放射されるように空洞共振器に接続された
気密な処理容器と、処理容器内にガスを供給するガス供
給系と、処理容器を排気する排気系と、処理容器内に配
置されて被処理体を保持する保持手段とを備え、処理容
器の内部の放電室が実質的に円筒形状であり、この円筒
形状の放電室の、被処理体に対向する端面の中央部分
が、外周付近よりも、被処理体から離れる方向に窪んで
いることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】放電室の前記端面と被処理体との距離
が、被処理体の中心からの半径方向の位置ｒに応じて、
Ｊ₀(ｋｒ)にほぼ比例して変化することを特徴とする請
求項１記載の表面処理装置。ここで、Ｊ₀はベッセル関
数、ｋは半径方向の伝搬定数でｋ＝ω/ｃ、ωはマイク
ロ波の角周波数、ｃは光速である。
【請求項３】空洞共振器と処理容器は隔壁板で隔てら
れており、この隔壁板の処理容器側の面が、放電室の前
記端面を構成しており、この隔壁板の空洞共振器側の面
は、その中央部分が外周付近よりも被処理体から離れる
方向に突き出しており、これにより隔壁板の厚さが実質
的に均一になっていることを特徴とする請求項１または
２に記載の表面処理装置。
【請求項４】空洞共振器と処理容器とは隔壁板で隔て
られており、この隔壁板にはマイクロ波放射用の複数の
円弧状の長孔が形成されていて、これらの長孔は被処理
体の外形よりも外側の位置に形成され、かつ、これらの
長孔は誘電体の板で気密に覆われていることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面処理装置。
【請求項５】放電室の内径Ｄ(ｍｍ)は、マイクロ波の
周波数ｆ(ＭＨｚ)に応じて、Ｄ＝[(２．０〜２．３)×
１０⁵]/ｆの関係を満足するように設定されているこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表
面処理装置。