JP2003203904A

JP2003203904A - マイクロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2003203904A
Application number: JP2002000015A
Authority: JP
Inventors: Shinzo Uchiyama; 信三内山; Nobumasa Suzuki; 伸昌鈴木; Hideo Kitagawa; 英夫北川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマを被処理基体の面内に均一に供給
し、被処理基体の面内を均一に処理可能とする。【解決手段】プラズマ処理室１０１内に設置され被処
理基体１０２を支持する手段と、該プラズマ処理室内へ
の被処理基体の搬入出口１０９と、該プラズマ処理室内
への処理用ガス導入手段１０５と、該プラズマ処理室内
を真空排気する排気手段と、該プラズマ処理室へのマイ
クロ波１１３を導入する導波管１０８と、該プラズマ処
理室に組み込まれたマイクロ波透過窓１０７と、該プラ
ズマ処理室内にあって磁石と磁石冷却手段を内包し被処
理基体１０２の中心軸を中心とした円筒形状の囲い１１
０とを備える。プラズマ処理時に囲い１１０は、上昇し
て、被処理基体１０２から搬入出口１０９を隠し、該被
処理基体からみたプラズマ処理室１０１を軸対称とす
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、マイクロ波プラズ
マ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。更に詳しく
は、本発明は、被処理基体を均一に処理する小型のマイ
クロ波プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波をプラズマ生起用の励起源と
して使用するプラズマ処理装置としては、ＣＶＤ装置、
エッチング装置、アッシング装置等が知られている。

【０００３】こうしたいわゆるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置を使用するＣＶＤは、例えば次のように行われ
る。即ち、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のプラズマ発
生室及び成膜室内にガスを導入し、同時にマイクロ波エ
ネルギを投入してプラズマ発生室内にプラズマを発生さ
せ、ガスを励起し、分解して、成膜室内に配された基体
上に堆積膜を形成する。

【０００４】また、いわゆるマイクロ波プラズマエッチ
ング装置を使用する被処理基体のエッチング処理は、例
えば次のようにして行われる。即ち、該装置の処理室内
にエッチャントガスを導入し、同時にマイクロ波エネル
ギを投入して該エッチャントガスを励起し、分解して該
処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室内
に配された被処理基体の表面をエッチングする。

【０００５】はたまた、いわゆるマイクロ波プラズマア
ッシング装置を使用する被処理基体のアッシング処理
は、例えば次のようにして行われる。即ち、該装置の処
理室内にアッシングガスを導入し、同時にマイクロ波エ
ネルギを投入して該アッシングガスを励起し、分解して
該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理室
内に配された被処理基体の表面をアッシングする。

【０００６】マイクロ波プラズマ処理装置においては、
ガスの励起、電離、及び反応のエネルギ源として、高い
周波数をもつマイクロ波を使用することから、電界によ
る電子の加速頻度を増加させることができ、ガス分子を
効率的に励起し、電離し、反応させることができる。そ
れ故、マイクロ波プラズマ処理装置については、高密度
のプラズマを比較的容易に形成し、ガスの励起効率、電
離効率及び反応効率を高くすることができ、低温で高速
に高品質処理できるといった利点を有する。また、マイ
クロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラ
ズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成する
ことができ、これが故に高清浄なプラズマ処理を行い得
るという利点もある。

【０００７】こうしたマイクロ波を用いたプラズマ処理
装置は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用した
プラズマ処理装置として広範囲に実用化されている。Ｅ
ＣＲは、磁束密度が８７．５ｍＴの場合、磁力線の周り
を電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイク
ロ波の一般的な周波数２．４５ＧＨｚと一致し、電子が
マイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズ
マが発生する現象である。こうしたＥＣＲプラズマ処理
装置においては、マイクロ波導入手段と磁界発生手段と
の構成について、代表的なものとして次の４つの構成が
知られている。

【０００８】即ち、４つの構成は、（ｉ）導波管を介し
て伝播されるマイクロ波を、被処理基体の対向面から透
過シートを介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、プ
ラズマ発生室の中心軸と同軸の発散磁界をプラズマ発生
室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成
（ＮＴＴ方式）と、（ii）導波管を介して伝送されるマ
イクロ波を、被処理基体の対向面から釣鐘状のプラズマ
発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界
をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介し
て導入する構成（日立方式）と、（iii ）円筒状スロッ
トアンテナの一種であるリジターノコイルを介してマイ
クロ波を周辺からプラズマ発生室に導入し、プラズマ発
生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設
けられた電磁コイルを介して導入する構成（リジターノ
方式）と、（iv）導波管を介して伝送されるマイクロ波
を、被処理基体の対向面から平板状のスロットアンテナ
を介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、アンテナ平
面に平行なループ状磁界を、平面アンテナの背面に設け
られた永久磁石を介して導入する構成（平面スロットア
ンテナ方式）、である。

【０００９】しかし、ＥＣＲプラズマ処理装置は、近年
の素子の微細化と基板の大口径化に対応するためには、
磁場の均一化が難しい、バルクプラズマ中でも電子が加
速されるため、電子温度が高く、エッチング形状の異常
やチャージアップダメージが発生しやすいなどの問題が
ある。

【００１０】微細化・大口径化に対応できる素質を有す
るプラズマ処理装置として、磁場を用いずに、マイクロ
波を誘電体表面に沿って伝播させる表面波プラズマ処理
装置が注目されている。

【００１１】表面波プラズマ処理装置の例として、近
年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数の
スロットがＨ面に形成された無終端環状導波管を用いた
装置が提案されている（特開平５−３４５９８２号公
報、または特開平１０−２３３２９５号公報参照）。こ
のマイクロ波プラズマ処理装置を図６（ａ）に示し、そ
のプラズマ発生機構を図６（ｂ）に示す。６０１はプラ
ズマ処理室、６０２は被処理基体、６０３は基体６０２
の支持体、６０４は基板温度調整手段、６０５はプラズ
マ処理室６０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス
導入手段、６０６は排気、６０７はプラズマ処理室６０
１を大気側と分離する平板状誘電体からなるマイクロ波
透過窓、６０８はマイクロ波を透過窓６０７を透過して
プラズマ処理室６０１に導入するためのスロット付無終
端環状導波管、６１１はマイクロ波を左右に分配するＥ
分岐、６１２はスロット、６１３は無終端環状導波管６
０８内を伝播するマイクロ波、６１４は透過窓６０７と
プラズマとの界面を伝播し相互干渉するマイクロ波の表
面波、６１５は表面波干渉により生成したプラズマであ
る。

【００１２】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系（不図示）を介してプラズマ処理室６０１内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室６０１の
周辺に設けられたガス導入手段６０５を介して所定の流
量でプラズマ処理室６０１内に導入する。次に排気系
（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図
示）を調整し、プラズマ処理室６０１内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を
無終端環状導波管６０８を介してプラズマ処理室６０１
内に供給する。この際、一周の長さが管内波長の整数倍
である無終端環状導波管６０８内に導入されたマイクロ
波６１３は、Ｅ分岐６１１で左右に二分配され、無終端
環状導波管６０８の内部で干渉し合い、管内波長の１／
２間隔に定在波の“腹”を生じる。無終端環状導波管６
０８内部表面を流れる電流が最大になる位置に放射状に
配置されたスロット６１２を介して、透過窓６０７を透
過してプラズマ処理室６０１に導入されたマイクロ波に
より、プラズマが発生する。プラズマ密度が真正表面波
モードのカットオフ密度Ｎｃｓ＝（１＋εｄ）ε０ｍｅ
ω２／ｅ２を超えると、マイクロ波は、プラズマ中には
伝播できず、透過窓６０７とプラズマとの界面を表面波
６１４として電波する。隣接するスロットから導入され
た表面波６１４同士が相互干渉し、表面波６１４の半波
長毎に定在波の“腹”を形成する。この表面波６１４の
干渉による“腹”電界によって透過窓６０７の近傍に高
密度プラズマ６１５が生成する。処理用ガスは、発生し
た高密度プラズマ６１５により励起され、支持体６０３
上に載置された被処理基体６０２の表面を処理する。

【００１３】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いることにより、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直
径３００ｍｍ程度の大口径空間に、±３％以内の均一性
をもって、電子密度１０¹²ｃｍ^-3以上、電子温度３ｅＶ
以下、プラズマ電位２０Ｖ以下の高密度低電子温度プラ
ズマが発生できるので、ガスを充分に反応させ、活性な
状態で基板に供給することができ、かつ入射イオンやチ
ャージアップによる基体６０２の表面ダメージも低減す
るので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能に
なる。

【００１４】このようなマイクロ波プラズマ処理装置の
透過窓としては、一般的に石英窓が使用されるが、酸化
膜エッチングなどのエッチャントとして用いられるＣ₄
Ｆ₈のようなフッ素を含むガスを用いた場合、フッ素ラ
ジカルなどによって石英窓が削られ、処理の不安定化や
パーティクル発生の原因になる。フッ素プラズマ耐性を
有するマイクロ波透過窓としてはアルミナ窓があるが、
熱伝導率が低く、熱膨張率が高く、機械的強度が弱いた
め、接触している高密度プラズマ中のイオン入射による
熱衝撃により、割れやすいという問題がある。この問題
を解決する方策として、アルミナよりはフッ素プラズマ
耐性は低いが、熱伝導率が高く、熱膨張率が高く、機械
的強度の強い窒化アルミニウム窓の表面を酸化したもの
を使用し、マイクロ波透過性、フッ素プラズマ耐性、及
び熱衝撃耐性を鼎立させる方法がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて処理を行
う場合に、プラズマを均一化するために、プラズマ処理
室を大きくしプラズマ処理室壁面でのプラズマ再結合消
滅の影響を小さくしなければならない問題がある。

【００１６】本発明の主たる目的は、上述した従来のマ
イクロ波プラズマ処理装置における不十分な点を解決
し、小型のプラズマ処理室において、プラズマを被処理
基体の面内に均一に供給し、被処理基体の面内を均一に
処理することができるマイクロ波プラズマ処理装置及び
プラズマ処理方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、プラズマ処理室と、該プラ
ズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段と、該プ
ラズマ処理室内への被処理基体搬入出口と、該プラズマ
処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室
内を真空排気する排気手段と、該プラズマ処理室へのマ
イクロ波導入手段と、該プラズマ処理室の一面に組み込
まれたマイクロ波透過窓と、該プラズマ処理室内にあっ
て被処理基体支持手段を囲むように設置した磁石と磁石
冷却手段を一体化した囲いと、該囲いを昇降する手段を
備えたマイクロ波プラズマ処理装置であって、プラズマ
処理時に該囲いは、上昇して、被処理基体から前記被処
理基体搬入出口を隠し、被処理基体からみた前記プラズ
マ処理室を軸対称とすることを特徴とする。

【００１８】更に、この請求項１に係る発明のマイクロ
波プラズマ処理装置の例を図１と図２を用いて詳細に説
明する。１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基
体、１０３は基体１０２を支持する支持体、１０４は基
板温度調整手段、１０５はマイクロ波透過窓１０７に設
けられたプラズマ処理用ガス導入手段、１０６は排気、
１０７は誘電体からなるマイクロ波透過窓、１０８はマ
イクロ波を透過窓１０７を透過してプラズマ処理室１０
１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、１０
９は被処理基体１０２をプラズマ処理室１０１内に搬入
出するための被処理基体搬入出口、１１０は、磁石と磁
石冷却手段を一体化した囲いである。この囲い１１０
は、被処理基体１０２の中心軸を軸とした軸対称形であ
る。１１１はマイクロ波を左右に分配するＥ分岐、１１
２はスロット、１１３は無終端環状導波管１０８内を伝
播するマイクロ波、１１４は透過窓１０７とプラズマと
の界面を伝播し相互干渉するマイクロ波の表面波、１１
５は表面波干渉により生成したプラズマである。プラズ
マ処理室１０１とスロット付き無終端環状導波管１０８
は不図示の冷却手段により低温に保たれている。

【００１９】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空
排気する。被処理基体１０２を、搬送手段（不図示）に
より、被処理基体搬入出口１０９からプラズマ処理室１
０１内に搬入し、支持体１０３上に設置する。続いて、
被処理基体搬入出口１０９を閉じ、磁石と磁石冷却手段
を一体化した囲い１１０を位置調整する昇降手段（不図
示）により上昇させ、被処理基体１０２を囲む。続いて
処理用ガスをマイクロ波透過窓１０７に設けられたガス
導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１
０１内に導入する。次に排気系（不図示）に設けられた
コンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処
理室１０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源
（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管１０８を
介してプラズマ処理室１０１内に供給する。この際、無
終端環状導波管１０８内に導入されたマイクロ波１１３
は、Ｅ分岐１１１で左右に二分配され、自由空間よりも
長い管内波長をもって伝播する。管内波長の１／２毎に
設置されたスロット１１２を介して透過窓１０７を透過
してプラズマ処理室１０１に導入されたマイクロ波によ
り、高密度プラズマが発生する。この状態で、プラズマ
に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝播できず、
透過窓１０７とプラズマとの界面を表面波１１４として
伝播する。隣接するスロットから導入された表面波１１
４同士が相互干渉し、表面波１１４の波長の１／２毎に
表面定在波の“腹”を形成する。この表面波１１４の干
渉による“腹”電界によって透過窓１０７の近傍に高密
度プラズマ１１５が生成する。周辺から導入された処理
用ガスは、発生した高密度プラズマ１１５により励起・
イオン化・反応して活性化し、支持体１０３上に載置さ
れた被処理基体１０２の表面を処理する。

【００２０】次に、特徴的な手段と作用を述べる。被処
理基体１０２をプラズマ処理する時、磁石２０１と磁石
冷却手段としての配管２０２を一体化した囲い１１０を
上昇させ、被処理基体１０２を囲むので、被処理基体１
０２から被処理基体搬入出口１０９を隠すことができ、
被処理基体１０２からみたプラズマ処理室１０１は、被
処理基体１０２の中心軸を軸中心とした軸対称となる。
これは、被処理基体１０２周辺のプラズマを、被処理基
体１０２の中心軸を軸中心とした軸対称分布とする作用
がある。

【００２１】また、複数の磁石２０１は、囲い１１０に
沿って、マルチカスプ磁場を形成するように（大方の磁
力線２０３が、囲い１１０の内側表面に沿って、被処理
基体１０２の軸中心を円筒座標系のＺ軸としたとき、そ
のΘ方向に向くように）、配列する。これにより、囲い
１１０の内壁２０４の表面に近づいた電子は、磁力線２
０３に捕らえられ、これに沿って螺旋運動を繰り返し、
囲いの内壁２０４表面に電子が衝突しにくくなる。よっ
て、イオンが囲い内壁２０４の表面に衝突しにくくな
り、プラズマ密度分布が囲い内壁２０４の表面近傍にお
いて低下しない。よって、磁力線２０３は、囲い１１０
表面でプラズマ再結合消滅し難くし、もって囲い１１０
表面でのプラズマ密度低下を抑え、囲い１１０内プラズ
マ密度分布を均一とするように作用する。

【００２２】また、磁石２０１を磁石冷却手段としての
配管２０２により冷却するので、プラズマ処理中におい
ても、磁石２０１を低温に保つ。これは、温度上昇によ
る磁石２０１の磁力強度劣化を防ぐ作用がある。

【００２３】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
発明のマイクロ波プラズマ処理装置であって、処理用ガ
ス導入手段を、マイクロ波透過窓に設けたことを特徴と
する。本発明のプラズマ処理装置に特徴的な手段と作用
を図１を用いて説明する。

【００２４】処理用ガス導入手段をプラズマ処理室周辺
に設けた場合、処理用ガスは、囲い１１０に遮られ、被
処理基体１０２に、効率よく供給できない。しかし、請
求項２に係る発明によれば、処理用ガス導入手段１０５
を、マイクロ波透過窓１０７に設けたので、囲い１１０
の高さ位置に影響されずに、処理用ガスを被処理基体１
０２に供給する作用がある。

【００２５】請求項３に係る発明は、請求項１もしくは
請求項２に係る発明のマイクロ波プラズマ処理装置であ
って、処理用ガス導入手段を、囲いに設けたことを特徴
とする。本発明のプラズマ処理装置に特徴的な手段と作
用を図１と図３を用いて説明する。

【００２６】処理用ガス導入手段をプラズマ処理室周辺
に設けた場合、処理用ガスは、囲い１１０に遮られ、被
処理基体１０２に、効率よく供給できない。しかし、請
求項３に係る発明によれば、処理用ガス導入手段３１３
を、囲い１１０に設けたので、囲い１１０の高さ位置に
影響されずに、処理用ガスを被処理基体１０２に供給す
る作用がある。

【００２７】また、本発明によれば、処理用ガス導入手
段１０５と３１３を、マイクロ波透過窓１０７と、囲い
１１０に設けることにより、被処理基体１０２の中央と
周辺に処理用ガスを均一供給する作用がある。

【００２８】請求項４に係る発明は、請求項１、請求項
２もしくは請求項３に記載のマイクロ波プラズマ処理装
置であって、囲い内部に囲い壁温度調節手段を設けたこ
とを特徴とする。本発明のプラズマ処理装置に特徴的な
手段と作用を図４を用いて説明する。

【００２９】このプラズマ処理装置は、囲いの内部に、
囲い壁温度調節手段４１５を設け、囲いの壁温度を一定
温度に加熱調節することにより、囲い１１０の表面に処
理用ガスと被処理基体１０２を発生源とした堆積物が付
着しにくくなるように作用する。

【００３０】請求項５に係る発明は、請求項１、請求項
２、請求項３もしくは請求項４に記載のマイクロ波プラ
ズマ処理装置であって、囲い上部が、被処理基体支持体
とマイクロ波透過窓の間の任意の高さとなるように、位
置調節する位置調節手段を更に設けたことを特徴とす
る。本発明のプラズマ処理装置に特徴的な手段と作用を
図５を用いて説明する。

【００３１】表面波プラズマにおいては、表面波を維持
するため、マイクロ波透過窓５０７の近辺において、１
０の１１乗以上のプラズマ密度を維持する必要がある。
一方、プラズマ処理室５０１が数十分の一Ｐａから７０
Ｐａ程度の比較的低い圧力においては、プラズマは、ほ
とんど体積再結合しない。よって、壁におけるプラズマ
再結合と、拡散を利用し、被処理基体５０２の近傍のプ
ラズマを所望の密度にしている。しかし、請求項１、
２、３、または４に記載の発明においては、囲い５１０
の表面に沿ってマルチカスプ磁場があり、壁におけるプ
ラズマ再結合が少なく、プラズマ密度は低下しにくい。
これにより、例えば、エッチングレートが高すぎ、エッ
チング量制御が難しくなるなどの問題点がある。

【００３２】しかし、このプラズマ処理装置は、囲い５
１０の高さを所望の位置に調節することにより、プラズ
マ透過窓５０７の近傍に励起したプラズマが、囲い５１
０とプラズマ透過窓５０７の隙間から囲い５１０の外に
拡散し、囲い５１０の内部を所望のプラズマ密度となる
ように作用する。

【００３３】また、プラズマ処理室５０１の周辺に処理
用ガス導入手段を設けた場合、囲い５１０の内部に、ガ
スを導入しやすくなるように作用する。

【００３４】請求項６に係る発明は、請求項５に記載の
マイクロ波プラズマ処理装置であって、プラズマ密度測
定手段を設け、プラズマ密度により囲い高さを調節する
ことを特徴とする。本発明のプラズマ処理装置に特徴的
な手段と作用を図５を用いて説明する。

【００３５】このプラズマ処理装置は、被処理基体５０
２の近傍にプラズマ密度測定手段としてイオン電流測定
プローブ５２１を設け、プラズマ密度が所望の値より高
い時、囲い５１０の位置を低くし、プラズマ密度が所望
の値より低いとき、囲い５１０の位置を高くし、プラズ
マ密度を所望の値とするように作用する。

【００３６】また、本発明は、プラズマ処理室内を真空
排気する工程と、被処理基体をプラズマ処理室内に搬入
出口から搬入し支持する工程と、該プラズマ処理室内へ
処理用ガスを導入する工程と、該プラズマ処理室へマイ
クロ波を導入してプラズマを発生させる工程と、プラズ
マ処理室内に支持された被処理基体を処理する工程とを
有する、マイクロ波プラズマ処理方法であって、該プラ
ズマ処理室の一面に組み込まれたマイクロ波透過窓と、
該プラズマ処理室内にあって磁石と磁石冷却手段を内包
し支持された前記被処理基体の中心軸を中心とした円筒
形状の囲いと、該囲いを昇降する手段とを用い、プラズ
マ処理時に該囲いを上昇させて、前記被処理基体から前
記搬入出口を隠し、該被処理基体からみた前記プラズマ
処理室を軸対称とすることを特徴としてもよい。

【００３７】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明のマイクロ波プ
ラズマ処理装置を実施形態及び実施例により具体的に説
明するが、本発明はこれら実施形態及び実施例に限定さ
れるものではない。

【００３８】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の第
一の実施形態及び実施例を図１を用いて説明する。１０
１は円筒形状のプラズマ処理室、１０２は被処理基体、
１０３は基体１０２を静電吸着し支持する支持体である
静電チャック、１０４は基板温度調整手段、１０５は誘
電体からなる透過窓１０７に設けられたプラズマ処理用
ガス導入手段、１０６は排気、１０７は誘電体からなる
マイクロ波透過窓、１０８はマイクロ波を透過窓１０７
を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロッ
ト付無終端環状導波管、１０９は被処理基体１０２をプ
ラズマ処理室１０１内に搬入出するための被処理基体搬
入出口、１１０は、磁石と磁石冷却手段を一体化した囲
いである。この囲い１１０は、被処理基体１０２の中心
軸を軸とした同心の円筒形である。

【００３９】透過窓１０７の材質は窒化アルミニウムで
ある。その中央部にφ２ｍｍの処理用ガス導入手段１０
５がある。スロット付無終端環状導波管１０８は、内壁
断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍであって、導波管の中
心径が２０２ｍｍ（周長４λｇ）である。スロット付無
終端環状導波管１０８の材質は、マイクロ波の伝播損失
を抑えるため、すべてＡｌを用いている。スロット付無
終端環状導波管１０８のＨ面には、マイクロ波をプラズ
マ処理室１０１へ導入するためのスロット１１２が形成
されている。スロット１１２は、形状が長さ４０ｍｍ、
幅４ｍｍの矩形であり、直線上の２箇所に不連続に、管
内波長の１／２間隔に放射状に形成されている。管内波
長は、使用するマイクロ波の周波数と、導波管の断面の
寸法とに依存するが、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ
波と、上記の寸法の導波管とを用いた場合には約１５９
ｍｍである。使用したスロット付無終端環状導波管１０
８では、スロット１１２は約４５度間隔で８組１６個形
成されている。スロット付無終端環状導波管１０８に
は、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、及び
２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図
示）が順に接続されている。

【００４０】図２において、囲い１１０を詳細に説明す
る。囲い１１０は、内径３００ｍｍの円筒形である。囲
い１１０の内壁２０４及び外壁２０５は、磁力を透過し
やすく熱伝導の良いアルミニウムを使用し、表面をアル
マイト処理する。囲い１１０は、中空構造であり、その
内部に複数の永久磁石２０１を、磁力線２０３が、内壁
２０４の表面に沿って、マルチカスプ磁場を形成するよ
うに（囲い１１０の軸中心を円筒座標系のＺ軸としたと
きそのΘ方向に向くように）、配列する。囲い１１０の
外壁２０５の内側に配置したヨーク２０６は、磁力を強
めるため、永久磁石２０１と接触させるように設ける。
ヨーク２０６は結露等による錆に備えてニッケルメッキ
してある。磁力は、囲い１１０の表面において０．１５
テスラであり、５０ｍｍ離れた位置においてほぼ０にな
る。被処理基体１０２には、磁力が到達せず、プラズマ
の運動に影響しない。囲い１１０の内壁２０４の外面に
は冷却用配管２０２が接合されている。冷却用配管２０
２は、内部に室温の工業用水が流れており、囲い１１０
の内部を室温に保つ。

【００４１】また、囲い１１０は３本の支持棒２１０で
支持されている。これら支持棒２１０は、大気側とベロ
ーズ２１１を介し結合されており、空気駆動式の駆動装
置としてのリニアアクチュエータ２１２により上下す
る。これら支持棒のうち２本は、冷却用配管２０２を兼
ねており、冷媒を囲い１１０に循環させる。

【００４２】また、囲い１１０は、上昇した位置におい
て、その上部が透過窓１０７と接触しない範囲で近接さ
せる。これは接触による塵発生を押さえるためである。
このとき、被処理基体搬入出口１０９は、被処理基体１
０２から見えない。よって、被処理基体１０２を囲む空
間は軸対称となる。また、囲い１１０は、この上昇した
位置においても、透過窓１０７の中央部に処理用ガス導
入手段１０５が設けられているので、囲い１１０の内部
に必要十分のガスを供給できる。一方、囲い１１０は、
下降した位置において、被処理基体１０２をプラズマ処
理室１０１より搬送するのに支障のない位置にある。

【００４３】本実施形態においては、永久磁石を用いた
が、同様の効力をもつ電磁コイルでも良い。また、駆動
装置はサーボモータとリニアガイドの組み合わせでも良
い。また、冷却用配管を支持棒２１０と別に設けても良
い。冷媒は、フロリナート（商品名）などでもよい。冷
媒温度は、磁力低下の起きない温度より低ければ良く、
例えば室温かそれ以下であれば良い。フロリナート（商
品名）等を冷媒に使用する場合、チラーにより所望の温
度に調節し循環すると良い。

【００４４】図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用し、スルーホールのエッチングを行った。

【００４５】被処理基体１０２としては、上層にホール
パターン（ホール径０．２〜０．５μｍ）が形成された
ＳｉＯ₂ ハードマスク、下層に有機膜付きφ２００ｍｍ
Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１
０Ωｃｍ）を使用した。

【００４６】まず、シリコン基板からなる被処理基体１
０２を支持体１０３としての静電チャック上に設置し、
シリコン基板を静電吸着し、シリコン基板裏面にＨｅ供
給系（不図示）からＨｅを供給した後、フロリナート
（商品名）が循環し２５℃に保たれた磁石と磁石冷却手
段を一体化した囲い１１０を透過窓１０７付近まで上昇
させ、被処理基体搬入出口１０９を被処理基体１０２か
ら隠し、シリコン基板である被処理基体１０２の周辺を
軸対称空間とした。排気系（不図示）を介してプラズマ
処理室１０１内を真空排気し、１ｍＰａまで減圧させ
た。続いて熱交換器１０４にフロリナート（商品名）を
流し、被処理基体１０２を２５℃にした。プラズマ処理
用ガス導入手段１０５を介してアンモニアガスを２００
ｓｃｃｍの流量で処理室１０１内に導入した。ついで、
排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ
（不図示）を調整し、処理室１０１内を２. ５Ｐａに保
持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不
図示）より３．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導
波管１０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理
室１０１内にプラズマを発生させた。ついで、高周波電
圧源（不図示）により支持体１０３に１３．５６ＭＨｚ
３００Ｗの電圧を印加した。この際、プラズマ処理用ガ
ス導入手段１０５を介して導入されたアンモニアガス
は、プラズマ処理室１０１内で励起され、分解されて活
性種となり、シリコン基板である被処理基体１０２の方
向に輸送され、更に高周波電界によって被処理基体１０
２に引き寄せられ、有機膜をエッチングした。

【００４７】得られた有機膜のエッチングレートは、ロ
ット差が無く、７００ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きく、面
内均一性も５％以下と良好であった。

【００４８】本発明の第二の実施形態及び実施例を、図
３を用いて、詳細に説明する。本発明の第二の実施形態
及び実施例は、第一の実施形態及び実施例の囲い１１０
に、更に、処理用ガス導入手段３１３を設けたことを特
徴とする。

【００４９】処理用ガス導入手段３１３は、囲い内壁３
０４を取り巻くように設置されており、囲い内壁３０４
を貫通する複数の穴３１４により、プラズマ処理室１０
１と連通している。これらの穴３１４は、直径０．１〜
１ｍｍであれば良く、等間隔に配置すると良く、また、
排気を考慮し、囲い１１０の上部に設けることが好まし
い。また、処理用ガス導入手段３１３は、囲い１１０の
支持棒３１０の１本を介し、処理用ガス供給系（不図
示）と連通されており、処理用ガスをプラズマ処理室１
０１に供給する。図３において、３０１は磁石、３０２
は冷却用配管、３０３は磁力線、３０５は囲い外壁、３
０６はヨーク、３１２はアクチュエータである。

【００５０】本実施形態または実施例では、透過窓１０
７に設けた処理用ガス導入手段１０５と、囲い１１０に
設けた処理用ガス導入手段３１３からの処理用ガス流量
比を所望の値に調節することにより、被処理基体１０２
の周辺と中央に、処理用ガスを均等に供給する効果があ
る。また、必要によっては、中央と周辺の処理用ガス圧
力を所望の分布にする効果もある。

【００５１】本実施形態においては、処理用ガス導入手
段３１３は、囲い支持棒３１０を介し、処理用ガス供給
系と連通しているが、支持棒３１０とは別のパイプによ
り、処理用ガス供給系と連通してもよい。また、必要に
応じて、複数の処理用ガス導入手段を設け、同種または
異種のガスをプラズマ処理室に導入しても良い。

【００５２】本発明の第三の実施形態及び実施例を、図
４を用いて、詳細に説明する。本発明の第三の実施形態
及び実施例は、第二の実施形態及び実施例の囲い１１０
に、更に、囲い壁温度調節手段を設けたことを特徴とす
る。

【００５３】囲い１１０は、内径３００ｍｍの円筒形で
ある。囲い１１０の内壁４０４及び外壁４０５は、磁力
を透過しやすく熱伝導の良いアルミニウムを使用し、表
面をアルマイト処理する。囲い１１０は、中空構造であ
り、その内部に複数の永久磁石４０１を、磁力線４０３
が、囲い１１０の内壁４０４の表面に沿って、マルチカ
スプ磁場を形成するように（囲い１１０の軸中心を円筒
座標系のＺ軸としたときそのΘ方向に向くように）、配
列する。ヨーク４０６は、磁力を強めるため、囲い１１
０の外壁４０５の内側に、永久磁石４０１と接触させる
ように設ける。ヨーク４０６は結露等による錆に備えて
ニッケルメッキしてある。磁力は、囲い１１０の表面に
おいて０．０５テスラであり、５０ｍｍ離れた位置にお
いてほぼ０になる。被処理基体１０２には、磁力が到達
せず、プラズマの運動に影響しない。ヨーク４０６と磁
石４０１は、冷却用配管４０２と接触熱抵抗を小さくす
るために、シリコンゴム（不図示）を介して接合してお
り、効果的に冷却される。冷却用配管４０２は、内部に
０℃のフロリナート（商品名）が循環しており、ヨーク
４０６と磁石４０１を低温に保つ。囲い１１０は、壁面
にニクロム線ヒータ４１５が接合され、壁端に熱電対４
１６が接合されており、ニクロム線ヒータ４１５と熱電
対４１６に接続された温度調節器（不図示）により１５
０℃に温度調節されている。囲い１１０の内壁４０４及
び外壁４０５と、ヨーク４０６・磁石４０１・冷却用配
管４０２は、ある間隔で離れ、断熱される。処理用ガス
導入手段４１３は、囲い内壁４０４を取り巻くように設
置されており、囲い内壁４０４を貫通する複数の穴４１
４により、プラズマ処理室１０１と連通している。これ
らの穴４１４は、直径０．１〜１ｍｍであれば良く、等
間隔に配置すると良く、また、排気を考慮し、囲い１１
０の上部に設けることが好ましい。

【００５４】また、囲い１１０は４本の支持棒４１０で
支持されている。これらの支持棒４１０は、大気側とベ
ローズ４１１を介し結合されており、空気駆動式のリニ
アアクチュエータ４１２により上下する。これらの支持
棒４１０のうち２本は、冷却用配管４０２を兼ね、チラ
ー（不図示）と連結されており、フロリナートが循環
し、ヨーク４０６と磁石４０１を低温に保つ。また、支
持棒４１０の１本は、処理用ガス導入手段４１４と処理
用ガス供給系（不図示）を連通している。また、支持棒
４１０の１本は、ニクロム線ヒータ４１５と熱電対４１
６を温度調節器（不図示）に連絡する電線管として機能
している。

【００５５】本実施形態においては、永久磁石を用いた
が、同様の効力をもつ電磁コイルでも良い。また、駆動
装置はサーボモータとリニアガイドの組み合わせでも良
い。また、冷却用配管を支持棒と別に設けても良い。ま
た、冷媒であるフロリナート（商品名）の温度は、磁力
低下の起きない温度より低ければ良く、ニクロム線ヒー
タによる磁石の温度上昇を抑える温度、例えば０℃以下
であれば良い。冷媒は、フロリナートに限らず、低温で
使用できる不凍液であれば良い。また、温度調節手段と
して熱電対と、ニクロム線ヒータを使用したが、サーミ
スタと、セラミックヒータなどでも良い。また、囲い内
外壁とヨーク、磁石間に断熱材を充填し、熱効率を高め
てもよい。

【００５６】本発明の第四の実施形態及び実施例を、図
５を用いて、詳細に説明する。５０１は円筒形状のプラ
ズマ処理室、５０２は被処理基体、５０３は被処理基体
５０２を静電吸着する支持体としての静電チャック、５
０４は基板温度調整手段、５０５はプラズマ処理室５０
１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、５
０６は排気、５０７は誘電体からなるマイクロ波透過
窓、５０８はマイクロ波を透過窓５０７を透過してプラ
ズマ処理室５０１に導入するためのスロット付無終端環
状導波管、５０９は被処理基体５０２をプラズマ処理室
５０１内に搬入出するための被処理基体搬入出口、５１
０は、磁石と磁石冷却手段を一体化した囲い、５２１
は、プラズマ密度を測定するイオン電流測定プローブで
あり、イオン電流測定装置（不図示）と接続し、プラズ
マ密度を測定する。囲い５１０は、被処理基体５０２の
中心軸を軸とした同心配置の円筒形であり、イオン電流
測定プローブ５２１の測定値に応じ、位置調節手段（不
図示）により任意の高さに調節される。

【００５７】イオン密度測定プローブ５２１は、先端面
積が１ｍｍ² のセラミック被覆したタングステン線で、
被処理基体５０２の付近にある。イオン電流測定装置
（不図示）は、直流電圧−１０〜＋３０Ｖをイオン電流
測定プローブ５２１に印加しながら、電流電圧特性を記
録し、プラズマ密度を測定する。

【００５８】図５に示したマイクロ波プラズマ処理装置
を使用し、スルーホールのエッチングを行った。

【００５９】被処理基体５０２としては、上層にホール
パターン（ホール径０．２〜０．５μｍ）が形成された
ＳｉＯ₂ ハードマスク、下層に有機膜付きφ２００ｍｍ
Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉、抵抗率１
０Ωｃｍ）を使用した。

【００６０】まず、シリコン基板からなる被処理基体５
０２を支持体５０３としての静電チャック上に設置し、
シリコン基板を静電吸着し、シリコン基板裏面にＨｅ供
給系（不図示）からＨｅを供給した後、フロリナート
（商品名）が循環し、２５℃に保たれた磁石と磁石冷却
手段を一体化した囲い５１０をシリコン基板である被処
理基体５０２と誘電体からなる透過窓５０７の中間付近
まで上昇させ、被処理基体搬入出口５０９を被処理基体
５０２から隠し、シリコン基板からなる被処理基体５０
２の周辺を軸対称空間とした。排気系（不図示）を介し
てプラズマ処理室５０１内を真空排気し、１ｍＰａまで
減圧させた。続いて熱交換器からなる温度調整手段５０
４にフロリナート（商品名）を流し、シリコン基板から
なる被処理基体５０２を２５℃にした。プラズマ処理用
ガス導入手段５０５を介してアンモニアガスを２００ｓ
ｃｃｍの流量で処理室５０１内に導入した。

【００６１】ついで、排気系（不図示）に設けられたコ
ンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室５０１
内を２．５Ｐａに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚの
マイクロ波電源（不図示）より３．０ｋＷの電力をスロ
ット付無終端環状導波管５０８を介して供給した。かく
して、プラズマ処理室５０１内にプラズマを発生させ
た。ついで、高周波電圧源（不図示）により支持体５０
３に１３．５６ＭＨｚ３００Ｗの電圧を印加した。この
際、プラズマ処理用ガス導入手段５０５を介して導入さ
れたアンモニアガスは、プラズマ処理室５０１内で励起
し、分解されて活性種となり、シリコン基板からなる被
処理基体５０２の方向に輸送され、更に高周波電界によ
って被処理基体５０２に引き寄せられ、有機膜をエッチ
ングした。また、イオン電流測定プローブ５２１により
測定した値が、電子密度換算で１０の１０乗ｃｍ^-3とな
るように、囲い５１０の高さを調節した。

【００６２】得られた有機膜のエッチングレートは、ロ
ット差無く、３００ｎｍ／ｍｉｎとエッチング時間によ
りエッチング量を制御するに適度な速度であり、面内均
一性も５％以下と良好であった。

【００６３】得られた有機膜のエッチングレートは、ロ
ット差無く、３００ｎｍ／ｍｉｎとエッチング時間によ
りエッチング量を制御するに適度な速度であり、面内均
一性も５％以下と良好であった。

【００６４】この他、本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置に用いられるスロット付き無終端環状導波管１０８
の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ
波の伝播ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いＡ
ｌ、Ｃｕ、もしくはＡｇ／Ｃｕメッキしたステンレス鋼
（ＳＵＳ）などが最適である。本発明に用いられるスロ
ット付無終端環状導波管１０８の導入口の向きは、スロ
ット付無終端環状導波管１０８内のマイクロ波伝播空間
に効率よくマイクロ波を導入できるものであれば、Ｈ面
に平行で伝播空間の接線方向でも、Ｈ面に垂直方向であ
って導入部で伝播空間の左右方向に二分配するものでも
よい。本発明に用いられるスロット付無終端環状導波管
１０８のスロットの形状は、マイクロ波の伝播方向に垂
直な方向の長さが管内波長の１／４程度であれば、矩形
でも楕円形でもアレイ状でもなんでもよい。本発明に用
いられるスロット付無終端環状導波管１０８のスロット
間隔は、干渉によりスロットを横切る電界が強め合うよ
うに、管内波長の１／２が最適である。

【００６５】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び
処理方法において用いられるマイクロ波周波数は、０．
８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適宜選択することが
できる。

【００６６】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び
処理方法において、より低圧で処理するために、磁界発
生手段を用いても良い。本発明のプラズマ処理装置及び
処理方法において用いられる磁界としては、スロットの
幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能で
ある。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁
石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防
止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよ
い。

【００６７】また、処理のより高品質化のため、紫外光
を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基
体もしくは基体上に付着したガスに吸収される光を放射
するものなら適用可能であり、エキシマレーザ、エキシ
マランプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプなどが
適当である。

【００６８】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法にお
けるプラズマ処理室内の圧力は１０ｍＰａ乃至１５００
Ｐａの範囲、より好ましくは、０．５Ｐａから７００Ｐ
ａの範囲が適当である。

【００６９】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法によ
る堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することに
より、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯＦ、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、
ＴｉＯ₂ 、ＴｉＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、もしくはＭｇ
Ｆ₂ などの絶縁膜、ａ−Ｓｉ、poly−Ｓｉ、ＳｉＣ、も
しくはＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、もしくはＴａなどの金属膜等、各種の堆積膜を効率
よく形成することが可能である。

【００７０】本発明のプラズマ処理方法により処理する
被処理基体１０２は、半導体であっても、導電性のもの
であっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよ
い。

【００７１】導電性基体としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、もし
くはＰｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、
もしくはステンレス鋼などが挙げられる。

【００７２】絶縁性基体としては、ＳｉＯ₂ 系の石英や
各種ガラス、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＬｉＦ、
ＣａＦ₂ 、ＢａＦ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、もしくはＭ
ｇＯなどの無機物、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ
カーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレ
ン、ポリアミド、もしくはポリイミドなどの有機物のフ
ィルムや、シートなどが挙げられる。

【００７３】ＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成する場
合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用
できる。

【００７４】ａ−Ｓｉ、poly−Ｓｉ、もしくはＳｉＣな
どのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入
手段１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳ
ｉ原子を含有する原料ガスとしては、ＳｉＨ₄ 、もしく
はＳｉ₂ Ｈ₆ などの無機シラン類、テトラエチルシラン
（ＴＥＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチル
シラン（ＤＭＳ）、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤ
ＦＳ）、もしくはジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣ
Ｓ）などの有機シラン類、ＳｉＦ₄ 、Ｓｉ₂ Ｆ₆、Ｓｉ₃
Ｆ₈ 、ＳｉＨＦ₃ 、ＳｉＨ₂ Ｆ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｓｉ₂
Ｃｌ₆ 、ＳｉＨＣｌ₃ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、ＳｉＨ₃ Ｃ
ｌ、もしくはＳｉＣｌ₂ Ｆ₂ などのハロゲン化シラン類
等、もしくは常温常圧でガス状態であるものまたは容易
にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合のＳ
ｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキ
ャリアガスとしては、Ｈ₂ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、
Ｘｅ、もしくはＲｎが挙げられる。

【００７５】Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、もしくはＳｉＯ₂ などのＳｉ
化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０
５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、
ＳｉＨ₄ 、もしくはＳｉ₂ Ｈ₆ などの無機シラン類、テ
トラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラ
ン（ＴＭＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシラン（Ｏ
ＭＣＴＳ）、ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦ
Ｓ）、もしくはジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）
などの有機シラン類、ＳｉＦ₄ 、Ｓｉ₂ Ｆ₆ 、Ｓｉ ₃ Ｆ
₈ 、ＳｉＨＦ₃ 、ＳｉＨ₂ Ｆ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 、Ｓｉ₂ Ｃ
ｌ₆ 、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、ＳｉＨ₃ Ｃｌ、
もしくはＳｉＣｌ₂ Ｆ₂ などのハロゲン化シラン類等、
常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得
るものが挙げられる。また、この場合の同時に導入する
窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、Ｎ₂ 、ＮＨ
₃ 、Ｎ₂ Ｈ₄ 、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、
Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、もしくはＮＯ₂ な
どが挙げられる。

【００７６】Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、もしくはＴａなど
の金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５
を介して導入する金属原子を含有する原料としては、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミ
ニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭ
ＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ( ＣＯ)₆）、モ
リブデンカルボニル（Ｍｏ( ＣＯ)₆）、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）、もしくはトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ₃ 、ＷＦ₆ 、ＴｉＣｌ
₃ 、もしくはＴａＣｌ₅ などのハロゲン化金属等が挙げ
られる。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入
してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ
₂ 、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＲｎが挙
げられる。

【００７７】Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＴｉＯ
₂ 、ＴｉＮ、もしくはＷＯ₃ などの金属化合物薄膜を形
成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入す
る金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ
ｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジ
メチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タン
グステンカルボニル（Ｗ( ＣＯ)₆）、モリブデンカルボ
ニル（Ｍｏ( ＣＯ)₆）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、もしくはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの
有機金属、ＡｌＣｌ₃ 、ＷＦ₆ 、ＴｉＣｌ₃ 、もしくは
ＴａＣｌ₅ などのハロゲン化金属等が挙げられる。ま
た、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素
原料ガスとしては、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂
Ｏ、ＮＯ₂ 、Ｎ₂ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ Ｈ₄ 、もしくはヘキサ
メチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。

【００７８】基体表面をエッチングする場合の処理用ガ
ス導入手段１０５から導入するエッチング用ガスとして
は、Ｆ₂ 、ＣＦ₄ 、ＣＨ₂ Ｆ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 、
Ｃ₄Ｆ₈ 、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 、Ｃｌ₂ 、Ｃ
Ｃｌ₄ 、ＣＨ₂ Ｃｌ₂ 、もしくはＣ₂ Ｃｌ₆ などが挙げ
られる。

【００７９】フォトレジストなど基体表面上の有機成分
をアッシング除去する場合の処理用ガス導入手段１０５
から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、
Ｈ₂Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ₂ 、もしくはＨ₂ などが挙
げられる。

【００８０】また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置
及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガ
スを適宜選択することにより、例えば基体もしくは表面
層として、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、もしくはＴａなど
を使用して、これら基体もしくは表面層の酸化処理ある
いは窒化処理、さらにはＢ、Ａｓ、もしくはＰなどのド
ーピング処理等が可能である。更に本発明において採用
する成膜技術はクリーニング処理方法にも適用できる。
その場合、酸化物あるいは有機物や重金属などのクリー
ニングに使用することもできる。

【００８１】基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス
導入手段１０５を介して導入する酸化性ガスとしては、
Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、もしくはＮＯ₂ な
どが挙げられる。また、基体を窒化表面処理する場合の
処理用ガス導入手段１０５を介して導入する窒化性ガス
としては、Ｎ₂ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ Ｈ₄ 、もしくはヘキサメ
チルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。

【００８２】基体表面の有機物をクリーニングする場
合、またはフォトレジストなど基体表面上の有機成分を
アッシング除去する場合のガス導入手段１０５としての
導入口から導入するクリーニング／アッシング用ガスと
しては、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｈ₂ Ｏ、ＮＯ、Ｎ₂ Ｏ、ＮＯ₂ 、
もしくはＨ₂ などが挙げられる。また、基体表面の無機
物をクリーニングする場合のプラズマ発生用ガス導入口
から導入するクリーニング用ガスとしては、Ｆ₂ 、ＣＦ
₄ 、ＣＨ₂ Ｆ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、
ＳＦ₆ 、もしくはＮＦ₃ などが挙げられる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、被処理基体を被処理基体の軸中心を中心と
した軸対称の囲いで囲み、被処理基体からみたプラズマ
処理室を軸対称とすることで、被処理基体周辺のプラズ
マを軸対称分布とし、被処理基体の表面を均一に処理す
る効果がある。

【００８４】また、囲いの内壁に形成したマルチカスプ
磁場により、囲いの内壁におけるイオンと電子の再結合
消滅を抑え、もってプラズマ密度低下を抑え、囲いの内
側のプラズマ密度分布を均一とし、被処理基体の表面を
均一に処理する効果がある。また、プラズマ処理室を小
型化する効果がある。

【００８５】また、プラズマ処理室の側面に磁石を設
け、支持体を上昇させ、同様の効果を得る場合と比較し
て、機構を簡略化しメンテナンスを容易にする効果があ
る。これは、支持体には、被処理基体搬送手段（不図
示）、基板温度調節手段、場合によって高周波電圧印加
手段（不図示）、排気手段など多数の構造物があるのに
対し、囲いには、磁石と、磁石冷却手段があるだけの簡
易構造であることによる。

【００８６】請求項２に係る発明によれば、マイクロ波
透過窓に処理用ガス導入手段を設け、囲いの高さに依ら
ず、囲い内に処理用ガスを供給するので、処理用ガスを
効率よく利用する効果がある。

【００８７】請求項３に係る発明によれば、囲いに処理
用ガス導入手段を設け、囲いの高さに依らず、囲い内に
処理用ガスを供給するので、処理用ガスを効率よく利用
する効果がある。

【００８８】請求項４に係る発明によれば、囲い壁温度
調節手段により、囲い壁を加熱温度調節するので、囲い
の表面に処理用ガスと被処理基体を発生源とした堆積物
を付着しにくくし、堆積物の水分吸着による真空度低下
や、堆積物によるプロセス条件の変動を防止する効果が
ある。

【００８９】請求項５に係る発明によれば、囲いの高さ
位置を任意に調節して、プラズマ密度を所望の値にし、
例えば、エッチングレートを抑え、エッチング量制御を
しやすくする効果がある。

【００９０】請求項６に係る発明によれば、プラズマ密
度を測定しながら囲いの高さ位置を調節して、プラズマ
密度を所望の値とし、例えば、エッチングレートを抑
え、エッチング量制御をしやすくする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第一の実施形態及び実施
例に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式図であり、
（ｂ）は、（ａ）の環状導波管にマイクロ波を供給する
部分の拡大図であって、環状導波管の回転中心から環状
導波管中線に沿った断面を見ている図である。

【図２】本発明の第一の実施形態及び実施例に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の囲いの模式図である。

【図３】本発明の第二の実施形態及び実施例に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の囲いの模式図である。

【図４】本発明の第三の実施形態及び実施例に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の囲いの模式図である。

【図５】本発明の第四の実施形態及び実施例に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の模式図である。

【図６】従来例であるマイクロ波プラズマ処理装置の
模式図である。

【符号の説明】

１０１，５０１，６０１はプラズマ処理室、１０２，５
０２，６０２は被処理基体、１０３，５０３，６０３は
支持体、１０４，５０４，６０４は基板温度調整手段、
１０５，５０５，６０５は処理用ガス導入手段、１０
６，５０６，６０６は排気、１０７，５０７，６０７は
誘電体のマイクロ波透過窓、１０８，５０８，６０８は
スロット付き無終端環状導波管、１０９，５０９は被処
理基体搬入出口、１１０，５１０は囲い、１１１，６１
１はＥ分岐、１１２，６１２はスロット、１１３，６１
３は導波管内を伝播するマイクロ波、１１４，６１４は
マイクロ波透過窓とプラズマとの界面を伝播する表面
波、１１５，６１５は表面波同士の干渉により発生した
プラズマ、２０１，４０１は磁石、２０２，４０２は冷
却用配管、２０３，４０３は磁力線、２０４，３０４，
４０４は囲い内壁、２０５，４０５は囲い外壁、２０
６，４０６はヨーク、２１０，３１０，４１０は支持
棒、２１１，４１１はベローズ、２１２，４１２はリニ
アアクチュエータ、３１３，４１３は処理用ガス導入手
段、３１４，４１４は処理用ガス噴出穴、４１５はヒー
タ、４１６は熱電対、５２１はイオン電流測定プローブ
である。

フロントページの続き (72)発明者北川英夫東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 CA04 FA01 KA12 KA30 LA15 5F004 AA01 BA20 BB08 BB11 BD01 BD04 DA00 DB23 5F045 AA09 AB03 AB04 AB06 AB32 AB33 AC01 AC05 AC07 AC11 AC12 EH03 EH16 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ処理室と、該プラズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段
と、該プラズマ処理室内への被処理基体搬入出口と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、該プラズマ処理室へのマイクロ波導入手段と、該プラズマ処理室の一面に組み込まれたマイクロ波透過
窓と、該プラズマ処理室内にあって、磁石と磁石冷却手段を内
包し前記被処理基体支持手段の中心軸を中心とした円筒
形状の囲いと、該囲いを昇降する手段と、を備えるマイクロ波プラズマ
処理装置であって、プラズマ処理時に該囲いは、上昇して、被処理基体から
前記被処理基体搬入出口を隠し、被処理基体からみた前
記プラズマ処理室を軸対称とすることを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】前記処理用ガス導入手段を、前記マイク
ロ波透過窓に設けたことを特徴とする請求項１に記載の
マイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】前記処理用ガス導入手段を、前記囲いに
設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイ
クロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】前記囲い内に、囲い壁温度調節手段を設
けたことを特徴とする請求項１、２または３のいずれか
に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項５】プラズマ処理時に、前記囲いの上部が、
前記被処理基体支持手段の上面から前記マイクロ波透過
窓までの任意の高さとなるように、位置調節する位置調
節手段を、更に設けたことを特徴とする請求項１、２、
３または４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理
装置。
【請求項６】少なくとも一つのプラズマ密度測定手段
を設け、プラズマ密度により前記囲いの高さを調節する
ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波プラズマ
処理装置。
【請求項７】励起されるプラズマが表面波プラズマで
あることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、また
は６のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】プラズマ処理室内を真空排気する工程
と、被処理基体をプラズマ処理室内に搬入出口から搬入
し支持する工程と、該プラズマ処理室内へ処理用ガスを
導入する工程と、該プラズマ処理室へマイクロ波を導入
してプラズマを発生させる工程と、プラズマ処理室内に
支持された被処理基体を処理する工程とを有する、マイ
クロ波プラズマ処理方法であって、該プラズマ処理室の一面に組み込まれたマイクロ波透過
窓と、該プラズマ処理室内にあって、磁石と磁石冷却手
段を内包し支持された前記被処理基体の中心軸を中心と
した円筒形状の囲いと、該囲いを昇降する手段とを用
い、プラズマ処理時に該囲いを上昇させて、前記被処理基体
から前記搬入出口を隠し、該被処理基体からみた前記プ
ラズマ処理室を軸対称とすることを特徴とするマイクロ
波プラズマ処理装置。