JP3085176B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係り、特にマイクロ波を用いたプラズマによって半導体
素子等の試料を処理するのに好適なプラズマ処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波を用いてプラズマを生
成し、そして該プラズマを利用して試料を処理する技術
としては、例えば、金井他著「マイクロ波プラズマエッ
チング装置」，日立評論Ｖｏｌ．７３ Ｎｏ．９，ｐ．
２３〜２８，（１９９１）に記載のものが知られてい
る。図１７にその装置を示す。本装置は、マイクロ波を
伝播する導波管２２内に石英製の半球状の放電管である
石英ベルジャ２４を設置し、ソレノイドコイル２３の外
部磁場とマグネトロン２１からのマイクロ波の電界との
相互作用により石英ベルジャ２４内でプラズマを生成さ
せ、該プラズマを利用して処理室内の試料台２６に搭載
された被処理物であるウエハ５の処理を行うようになっ
ている。ここで、２７は、試料台２６に接続された高周
波電源であり、エッチング処理時に試料台２６にＲＦバ
イアス電圧を印加する。２８は石英ベルジャ２４内に導
入するエッチングガスを示し、２９は処理室内からの排
気を示す。

【０００３】また、他のマイクロ波プラズマエッチング
装置として、例えば、特開平４−１６７４２４号公報に
記載のものが知られている。本装置は、プラズマ反応室
に隣接して円筒空洞共振器を設け、円筒空洞共振器へマ
イクロ波を導入し、円筒空洞共振器内にマイクロ波の特
定モードの共振を生じさせて、特定モードの高エネルギ
密度のマイクロ波の一部をプラズマ反応室内径と同径の
石英等で成る平板状のマイクロ波放射窓からプラズマ反
応室へ導入し、プラズマ反応室内に磁場とマイクロ波電
界とを作用させてプラズマを発生させ、該プラズマを利
用して試料を処理するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラズマを利用した半
導体製造プロセスにおいては、試料台に搭載された試料
に対して電気的ダメ−ジを与えることなく、均一に処理
することが必要である。これに対し、前述の従来技術
は、将来の大口径微細化に対応したプラズマ性能、すな
わち、高密度均一プラズマを得るにはまだ充分なもので
なかった。

【０００５】前者従来技術のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置は、マイクロ波透過部材として半球状の石英ベ
ルジャを導波管内に設置し、石英ベルジャ内にプラズマ
を発生させる構造となっている。そのため、導波管内を
伝播してきたマイクロ波は石英ベルジャの影響を受けや
すくなり、特に大径の導波管内では複数のモードのマイ
クロ波が存在しえ、マイクロ波が半球状の石英ベルジャ
及び石英ベルジャ内部に生成されるプラズマによって導
波管内で複雑な反射と屈折を繰り返し石英ベルジャ内部
のプラズマに吸収される。その結果、試料直径８インチ
以上の大口径対応の装置とした場合、マイクロ波は導波
管内でさまざまなモ−ドに励起され、生成されるプラズ
マの状態が一定せず、マイクロ波は時間的に複数のモー
ド間で遷移し、プラズマ状態が時間的に変化する。この
ようなプラズマ状態の変化に伴ってプラズマのインピー
ダンスが変わり、プラズマへの効率的なマイクロ波エネ
ルギの伝達ができず高密度のプラズマ生成が難しくな
る。また、大口径試料に対応した広い範囲での均一なプ
ラズマの生成が難しくなる。

【０００６】このような問題を解決するものとして従来
技術後者のものがある。後者従来技術のマイクロ波プラ
ズマエッチング装置は、マイクロ波透過部材として、円
筒空洞共振器の一部とプラズマ反応室との間にプラズマ
反応室内径と同径の平板状のマイクロ波放射窓を設け、
プラズマ反応室内にプラズマを生成させる構造となって
いる。これにより、円筒空洞共振器によって得られた安
定な特定モードの高エネルギ密度のマイクロ波の一部が
マイクロ波放射窓を通してプラズマ反応室へ導入される
ので、プラズマ反応室内で高密度で均一なプラズマが得
られるとしている。しかしながら、本装置では、プラズ
マ反応室内へ導かれるマイクロ波は円筒空洞共振器内で
共振させたマイクロ波の一部であるため、円筒空洞共振
器内部でのマイクロ波エネルギのロスは避けられず、マ
イクロ波エネルギの伝達効率が低下し、より高密度のプ
ラズマを得ることが困難である。また、試料直径８イン
チ以上の大口径化に対応する場合は、さらに円筒空洞共
振器が大きくなり装置が大型化するという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、試料直径８インチ以上の
大口径化に対応し、試料の処理速度及び均一処理の向上
を図ることのできるプラズマ処理装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、一端にマイ
クロ波発振器を有し前記マイクロ波発振器から発振され
るマイクロ波を伝播させる導波管と、導波管の他端に拡
大された一端面を連結した円筒空洞部と、円筒空洞部の
他端開口部に連結された円筒空洞部と略同径の円筒状プ
ラズマ発生室と、円筒空洞部とプラズマ発生室との連結
部に設けられた円筒空洞部およびプラズマ発生室と略同
径の平板状のマイクロ波透過窓と、マイクロ波透過窓に
対向してプラズマ発生室内に設けられた試料台と、プラ
ズマ発生室内部に向けてマイクロ波透過窓近傍に処理ガ
スを供給する処理ガス供給手段と、プラズマ発生室内を
減圧排気する真空排気手段とを具備し、円筒空洞部上部
と円筒空洞部およびプラズマ発生部外周を囲んで設けら
れプラズマ発生室内にECR作用を生じさせる磁界を形成
するソレノイドコイルを有し、円筒空洞部上部のソレノ
イドコイルの内径もしくはソレノイドコイルの外側を囲
んで設けたヨ−クの上部の内径を、マイクロ波透過窓の
径よりも小さくしたことを特徴とするプラズマ処理装
置。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図６により説明する。真空処理装置は、一体化された
架台１６と、架台１６に取り付けられる矩形の真空処理
部１およびローダー２とからなっている。ローダー２
は、カセット１２を配置可能なテーブルと、ウェハオリ
エンテーションフラット合せ１１と、大気搬送ロボット
９を有する。真空処理部１は、バッファ室３と、ロード
ロック室４と、アンロードロック室５と、処理室６と、
後処理室７と、真空搬送ロボット１０を有する。

【００１０】大気搬送ロボット９は、伸縮アーム９１を
有すると共に上下左右方向に移動可能で、カセット１２
内のウエハ８を１枚毎に搬出または収納し、ローダー２
のカセット１２からウェハオリエンテーションフラット
合せ１１，ウェハオリエンテーションフラット合せ１１
からロードロック室４までウェハ８を搬送すると共に、
アンロードロック室５とカセット１２との間でウェハ８
を搬送する。

【００１１】真空搬送ロボット１０は、伸縮アーム１０
１を有し、ロードロック室４から処理室６までウェハ８
を搬送すると共に、処理室６，後処理室７，アンロード
ロック室５間でウェハ８を搬送する。また、真空搬送ロ
ボット１０は、伸縮アーム１０１の旋回軌跡がロードロ
ック室４と処理室６を結ぶと共に、処理室６、アンロー
ドロック室５並びに後処理室７を含む軌跡になるように
して設けられている。

【００１２】ローダー２に設けられるウェハ用のカセッ
ト１２は、製品ウェハ用カセット１２Ａ，１２Ｂ及びダ
ミーカセット１２Ｃからなっている。各カセット１２の
周囲にはウエハサーチ機構１２１（Ａ，Ｂ，Ｃ）、１２
２（Ａ，Ｂ，Ｃ）が設けてあり、カセット１２がセット
されたときに、ウエハサーチ機構１２１が各カセット内
の試料を認識する。

【００１３】各ロードロック室４，５と処理室６と後処
理室７には、ウェハ押し上げ機構１４Ａ，１４Ｂがそれ
ぞれ設けられており、それぞれ各ロボットの伸縮アーム
９１，１０１にウェハ８を受渡しできる構成となってい
る。処理室６のウェハ押し上げ機構１４Ｂは、電極を兼
ねたウェハ配置用の試料台の内部に組み込まれている。
１５はバッファ室３内を仕切り処理室６を形成するリン
グゲートである。１３はエッチング用の放電手段、１４
は後処理（アッシング）用の放電手段である。３２は覗
き窓である。

【００１４】処理室６は、ウェハ８を１個ずつプラズマ
処理、例えば、プラズマエッチング処理する室であっ
て、真空処理部１の図示左下部に設けられている。ロー
ドロック室４とアンロードロック室５とは、真空搬送ロ
ボット１０を挟んで処理室６の反対側、すなわち真空処
理部１の図示右辺部分にそれぞれ設けられている。後処
理室７は、エッチング処理済みのウェハ８を１個ずつ後
処理する室であって、アンロードロック室５と対応して
真空処理部１の中間部分に設けられている。

【００１５】図３に示すように、バッファ室３は、単一
の構造物１００の厚さ方向に開口部を設け、ロ−ドロッ
ク室４，アンロードロック室５，処理室６，後処理室７
及び真空搬送ロボット１０の取り付けスペースを形成し
てあると共に、真空搬送ロボット１０が取り付けられる
スペースである開口部を中心に、それぞれの開口部を連
結するように単一の構造物１００の内部をくりぬいて試
料搬送用の通路１０２を形成してある。これにより、各
室相互の位置関係が正確に位置決めされるので、精度の
高い真空処理装置を得ることができる。さらに、真空処
理部１とローダー２も一体の架台１６に取り付けてある
のでさらに精度の高い真空処理装置を提供することがで
きる。

【００１６】なお、１０３は第二の処理室の増設に備え
た試料搬送用の通路であり、第二の処理室３５は二点鎖
線で示したようにバッファ室３の側壁に連結して配置さ
れる。通常、この通路１０３は真空処理部１の内部点検
等に利用することができる。すなわち、真空処理部１の
一方の側端近くに、処理室６，真空搬送ロボット１０，
ロードロック室４が配置してあるので、作業者は無理な
姿勢をとらなくても真空搬送ロボット１０の点検修理が
でき、また、真空搬送ロボット１０の空間を介した各室
の簡単な点検修理ができメンテナンスを容易に行なうこ
とができる。

【００１７】次に、上記のように配置した真空処理装置
におけるウェハ処理操作について説明する。まず、大気
搬送ロボット９を所望のカセット１２の前へ移動させ、
伸縮アーム９１をローダーのカセット１２側に向かって
動作させ、伸縮アーム９１のフォークをカセット内のウ
ェハ８の下方に挿入し、大気搬送ロボット９を少し上昇
させフォーク上にウェハ８を移載する。次に、大気搬送
ロボット９をオリエンテーションフラット合わせ１１の
前へ移動させ、伸縮アーム９１をオリエンテーションフ
ラット合わせ１１上まで移動し、大気搬送ロボット９を
少し下降させオリエンテーションフラット合わせ１１に
ウエハ８を移載する。ウエハ８のオリエンテーションフ
ラット合わせの間、伸縮アーム９１は退避位置に戻る。
ウエハ８のオリエンテーションフラット合わせが終わる
と、大気搬送ロボット９の逆動作により再びウエハ８を
大気搬送ロボット９のフォーク上に移載する。そして、
ウェハ押し上げ機構１４によって支持部材３４をロード
ロック室４の下面に気密に当接させてロードロック室を
形成させ、ロードロック室４のゲートバルブ３３を開い
た状態で大気搬送ロボット９の伸縮アーム９１をロード
ロック室４内に移動し、ウェハ８を搬入する。その後、
大気搬送ロボット９を少し下降させてウェハ８を支持部
材３４上に移載する。そして、伸縮アーム９１を退避さ
せ、ゲートバルブ３３を閉じロードロック室４を真空排
気した後、ウェハ押し上げ機構１４を動作させて支持部
材３４を下降させる。そして、真空搬送ロボット１０の
伸縮アーム１０１を支持部材３４上のウエハ８下部に移
動させ、ウェハ押し上げ機構１４を動作させて支持部材
３４を少し下降させてに伸縮アーム１０１のフォーク上
にウェハ８を受渡す。真空搬送ロボット１０は伸縮アー
ム１０１を移動させて、バッファ室１内の通路１０２を
介して真空中を処理室６までウエハ８を搬送する。ま
た、この逆の動作によりウェハ８をローダー２のアンロ
ード側カセット位置まで搬送する。なお、後処理が必要
な場合は、真空搬送ロボット１０の伸縮アーム１０１に
より後処理室７を経由して搬送する。後処理室７では、
エッチング処理済みの試料８に対してプラズマ後処理が
実施される。

【００１８】真空搬送ロボット１０のアーム１０１の軌
跡は、例えば、ロードロック室４，処理室６及び後処理
室７にウェハ８があって、アンロードロック室５にはウ
エハがない状態を考えると次のようになる。すなわち、
真空搬送ロボット１０の伸縮アーム１０１は、まず、後
処理室７のウェハ８をアンロードロック室５に移し、次
に、処理室６のウェハ８を後処理室７に移動させ、次
に、ロードロック室４のウェハ８を処理室６に搬送す
る。伸縮アーム１０１は、以下、同様の軌跡を繰り返
す。また、図３に示したように、ロードロック室４(中
心Ｏ1)と、アンロードロック室５(中心Ｏ2)との中間位
置Ｃと処理室の中心Ｏ3とを結ぶ線ＸＸの左右いずれか
一方に、すなわち真空処理部１の側端側にずらして、真
空搬送ロボット１０のアームの旋回中心Ｏ4を配置して
ある。また、線分ＸＸの反対側に後処理室７(中心Ｏ5)
を配置してある。このような構成によれば、真空搬送ロ
ボット１０のアームの旋回範囲θ（図３参照）は、円周
一周の約半分、実施例では１９０度、となる。ウェハを
搬送する真空搬送ロボット１０のアームの旋回範囲を略
半円内とすることにより、一周の略半分内の円運動で、
ロードロック室４、アンロードロック室５、処理室６、
後処理室７に、一枚のウェハ８をそれぞれ搬送可能であ
る。このように、真空搬送ロボット１０のアームの旋回
範囲を略半円内としているので、真空搬送ロボット１０
のアームの旋回範囲が狭く、タクトタイムが短縮され
る。

【００１９】なお、前述した構成において、処理室６の
外径は、他の室すなわち、ロードロック室４、アンロー
ドロック室５及び後処理室７の外径よりも大きい。この
処理室６を真空処理部１の一端側に寄せて配置し、他の
室及び真空搬送ロボット１０は二つずつ並列配置するこ
とにより、所定のスペース以内に真空搬送ロボット１０
と共に上記各室を適切に配置できる。

【００２０】また、処理室が、有磁場マイクロ波発生装
置を具備しているタイプの処理室である場合、有磁場マ
イクロ波発生装置を付加する分だけ外形が大きくなる
が、上記配置によれば、このような大きな処理室を用い
る場合でも、他の室及び真空搬送ロボットを二つずつ並
列配置しているため、これらの各室を適切に配置し、真
空処理部１をコンパクトにまとめることができる。

【００２１】次に、真空処理装置の処理室６部に配置さ
れるプラズマ処理装置を説明する。図４はプラズマ処理
装置の一実施例を示す。図５は図４におけるガス導入部
の詳細であり、図６は図４におけるプラズマ生成部分を
拡大した図である。本実施例はプラズマを生成する手段
としてマイクロ波と磁界を利用した例である。６１はマ
イクロ波を発生するマグネトロン、６２はマイクロ波を
伝播する矩形の導波管、６３は円矩形変換導波管、６４
は円筒空洞部、６４１は円筒空洞部６４の天板、６５は
磁場を発生するソレノイドコイル、６６はマイクロ波透
過窓（例えば石英平板）、６７は真空容器、６８は試料
であるウエハを配置する試料台、６９は試料台を上下に
移動させる駆動機構、６１０はプラズマ処理、例えば、
エッチング時に試料台に高周波バイアス電圧を印加する
ための高周波電源、６１１は処理ガス、例えば、エッチ
ングガスを真空容器６７に導入するためのシャワープレ
ート、１１１はシャワープレート６１１に設けられたガ
ス吹き出し口、１１２はガス導入経路、６１２は真空容
器６７内の圧力の調整を行うバリアブルバルブ、６１３
は真空容器６７を真空に減圧するためのタ−ボ分子ポン
プ、６１４は粗引用の真空ポンプである。

【００２２】バッファ室３の下部には下部容器３１が取
り付けられている。下部容器３１にはバッファ室３の開
口に対応して試料台６８が設けられている。下部容器３
１は途中にバリアブルバルブ６１２を有し、下部容器３
１の端部にはターボ分子ポンプ６１３が設けられてい
る。ターボ分子ポンプ６１３には粗引用の真空ポンプ６
１４が連結されている。

【００２３】試料台６８には駆動機構６９が設けられ、
試料台上部が上下動可能となっている。試料台６８には
高周波電源６１０が接続され、試料台６８に高周波バイ
アス電圧を印加可能になっている。

【００２４】バッファ室３の上部には、円筒状の真空容
器６７が取り付けられ、真空容器６７の上部開口部には
平板状のマイクロ波透過窓６６が気密に取り付けられ、
真空容器６７とマイクロ波透過窓６６とにってプラズマ
発生室が形成される。マイクロ波透過窓６６の上部に
は、真空容器６７と略同径に構成された円筒壁６４２が
真空容器６７と電気的に接続されて設けられ、円筒壁６
４２の上部開口部には中央に円形の開口部を有する天板
６４１が円筒壁６４２と電気的に接続されて設けられ、
マイクロ波透過窓６６と円筒壁６４２と天板６４１とで
囲まれた円筒空洞部６４が設けられる。天板６４１の中
央の円形開口部には円矩形変換導波管６３が電気的に接
続されて設けられ、円矩形変換導波管６３に続いて導波
管６２およびマグネトロン６１が順次電気的に接続され
て設けられる。

【００２５】バッファ室３には、バッファ室３内の試料
搬送空間である通路１０２と処理室６とを仕切る円筒状
の仕切り弁であるリングゲート１５が設けられている。
リングゲート１５は、真空容器６７の内径と同径もしく
は略同径に形成され、バッファ室３の下方から組み込ま
れ、リングゲート１５の中心軸に対称に配置した２つの
エアーシリンダ３６によって上下方向に駆動される。

【００２６】円筒空洞部６４および真空容器６７の外周
部にはソレノイドコイル６５が設けてある。ソレノイド
コイル６５は、円筒空洞部６４および真空容器６７の外
周部に巻装したソレノイドコイル６５２および６５３
と、円筒空洞部６４の天板６４１上部に配置した内径が
小さく円周方向に巻数を多くしたソレノイドコイル６５
１とから成る。ソレノイドコイル６５１は主磁束用とし
て用いられ、ソレノイドコイル６５２および６５３は磁
力線の制御用として用いられる。さらに、ソレノイドコ
イル６５１，６５２および６５３の外周には、これらソ
レノイドコイルを囲んでヨーク６５４が設けてある。ヨ
ーク６５４のソレノイドコイル６５１に対応した内側上
端部は円筒空洞部６４および真空容器６７の軸心と同心
で、円筒空洞部６４に向けて下方に曲げて形成されてい
る。

【００２７】マイクロ波透過窓６６の下面には、図５に
示すようにガス吹き出し口１１１を多数有するシャワー
プレート６１１がマイクロ波透過窓６６との間にわずか
な隙間を有して設けてあり、マイクロ波透過窓６６とシ
ャワープレート６１１との隙間にはガス導入経路１１２
が接続されている。

【００２８】真空容器６７の内面側には、図６に示すよ
うに、真空容器６７からの金属汚染をさけるために石
英，セラミックなどの耐プラズマ性の材料で形成された
円筒状の絶縁物カバー６７１を設置してある。また、真
空容器６７の内側には電極である試料台６８近傍に接地
電位の部材であるアース電極６７２を配置する。アース
電極６７２は、接地電位となっているバッファ室３に電
気的に接続され、真空容器６７の内側に向けて真空容器
６７との間に溝部を設けて取り付けられている。絶縁物
カバー６７１は、この場合、真空容器６７の内壁面とア
ース電極６７２とにより形成された溝部に落とし込まれ
て保持される。絶縁物カバー６７２は強度的およびメン
テナンス周期を考慮し、例えば、５ｍｍ以上の厚さを有
するようにしてある。アース電極６７２は、絶縁物カバ
ー６７２によって電気的に絶縁された真空容器６７とプ
ラズマ６１５との電気導通性を取る働きをする。

【００２９】また、金属汚染を避けるための方法として
は、この他に、耐プラズマ性のある絶縁体（例えば石
英、Ａｌ2Ｆ3、ムライト、Ｃｒ2Ｏ3等）や半導体（Ｓｉ
Ｃ等）で真空容器６７内面を被っても良い。なお、試料
台６８に高周波バイアス電力を印加し、処理する場合に
は、上記耐プラズマ性のある絶縁物の厚みは１ｍｍ以下
にし、アース効果を得られやすくするのが好ましい。

【００３０】上述のように構成された装置において、真
空容器６７内にプラズマを発生させるには、まず、真空
容器６７の内部はターボ分子ポンプ６１３と真空ポンプ
６１４によって減圧される。試料を処理する場合、プロ
セスガスをガス導入経路１１２からマイクロ波透過窓６
６とシャワープレート６１１の間に導入し、シャワープ
レート６１１に設けられたガス吹き出し口１１１から真
空容器６７に導く。真空容器６７の内部圧力はバリアブ
ルバルブ６１２によって調節される。なお、シャワープ
レート６１１を用いず、マイクロ波透過窓６６の下面の
周辺等にガス吹き出し口を設けても同様な効果が得られ
る。

【００３１】次に、マグネトロン６１から発振した、こ
の場合、２.４５ＧＨｚのマイクロ波は矩形の導波管６
２，円矩形変換導波管６３を経由し、円筒空洞部６４内
に導かれる。この場合、導波管６２内は矩形ＴＥ１０モ
ードのマイクロ波が伝播され、円矩形変換導波管６３に
よって円形ＴＥ１１モードのマイクロ波に変換されて円
筒空洞部６４に導かれる。円筒空洞部６４内に導入され
たマイクロ波は、マイクロ波透過窓６６，シャワープレ
ート６１１を経て真空容器６７内に導かれる。一方、真
空容器６７の周囲に設けられたソレノイドコイル６５に
よって真空容器６７の内部には、真空容器６７の軸方向
の磁界が形成される。真空容器６７内に導入されたマイ
クロ波及びソレノイドコイル６５による磁界の作用によ
って、プラズマ中の電子は磁界からローレンツ力を受け
て旋回運動を行う。旋回運動の周期とマイクロ波の周波
数がほぼ一致したとき、電子はマイクロ波から効率良く
エネルギーを受け取り、電子サイクロトロン共鳴現象
（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａ
ｎｃｅ、以下「ＥＣＲ」と略す。）によって密度の高い
プラズマ１５が生成される。本装置では、ＥＣＲ条件を
満たす等磁界面（以下「ＥＣＲ面」と略す。）を真空容
器６７の内部に存在させる。この場合、ＥＣＲ面におけ
る磁場の強さは８７５ガウスである。これによって、真
空容器６７内に密度の高いプラズマ６１５を生成する。
図４に破線で示したＥＣＲ面１５２を示す。ＥＣＲ面１
５２は、主磁束用のソレノイドコイル６５１と制御用の
ソレノイドコイル６５２，６５３とによって、真空容器
６７内の所望の高さ位置に制御・調整される。なお、本
実施例では、ソレノイドコイル６５をヨーク６５によっ
て囲み、主磁束用のソレノイドコイル６５１の内周部ま
でヨーク６５４を絞り込んでいるので、ソレノイドコイ
ル６５内に形成される磁界を軸方向に集中させ易く、制
御用のソレノイドコイル６５２，６５３とよってＥＣＲ
面を容易に平坦かできると共に、ＥＣＲ面の高さ位置が
制御し易くなっている。また、この場合は、ヨーク６５
４の上部端部を軸方向に折り返すことにより、軸方向へ
の磁界の集中をさらに効率良く行なわせるようにしてい
るが、ヨーク６５４の上部端部を軸方向に折り返さなく
ても充分に目的は達成される。

【００３２】図６に円筒空洞部６４に導かれたマイクロ
波の様子を示す。円筒空洞部６４に導かれたマイクロ波
は、まず、円筒空洞部６４及びマイクロ波透過窓６６を
介して真空容器６７内に導かれ試料台６８を反射端とし
て反射する定在波となったり、円筒空洞部６４の天板６
４１とマイクロ波透過窓６６の上面または下面さらには
シャワープレート６１１との間で反射を繰り返す定在波
になったりする。この間、真空容器６７内に導入された
マイクロ波によって真空容器６７内のプロセスガスが励
起されプラズマ化される。なお、生成されたプラズマの
密度が一定密度を越えた場合（有磁場条件の場合は、電
子密度＞１×１０１１個／ｃｍ３）、該密度のプラズマ
部分ではプラズマに入射されるマイクロ波の一部を反射
するという特性がある。ＥＣＲを用いた放電では、プラ
ズマ密度が前述したマイクロ波を反射する密度まで容易
に高くなる。このため、プラズマ６１５の該密度の部分
が境界面１５１となってマイクロ波の一部を反射し、円
筒空洞部６４の天板６４１とプラズマ６１５の境界面１
５１との間で反射を繰り返し定在波ｃとなる。また、生
成されたプラズマの密度が一定密度を越えた場合（有磁
場条件の場合は、電子密度＞１×１０１１個／ｃｍ３）
は、定在波ｃが支配的となる。

【００３３】これを以下に説明する。なお、実際にはプ
ラズマ６１５の境界面１５１はある厚みを有するが、以
下、原理説明のため境界面１５１の厚みを無視して説明
する。すなわち、円筒空洞部６４の天板６４１からプラ
ズマ６１５の境界面１５１までの距離（マイクロ波に対
する等価距離：Ｌ０＝∫√εｒ ｄｘ（[0,l]の積分)，
εｒ＝比誘電率、を用いる）が、あるモードの管内波長
の１／２の整数倍となるとき、該モードは共振を起こし
て定在波として円筒空洞部６４の天板６４１からプラズ
マ６１５の境界面１５１の間に存在することが可能とな
る。この定在波には円矩形変換導波管６３から円筒空洞
部６４に新たに導入されたマイクロ波が重なり、定在波
と管内波長の等しいモードのマイクロ波が、定在波と共
振してさらに強い電界の定在波となる。上記の条件を満
たさないモードは減衰して円筒空洞部６４の天板６４１
からプラズマ６１５の境界面１５１の間に存在すること
ができなくなる。

【００３４】したがって、円筒空洞部６４の高さを適切
に選ぶことにより、共振してさらに強い電界となった特
定の単一モードもしくは特定の複数のモードのマイクロ
波を、マイクロ波透過窓６６及びシャワープレート６１
１を介して、円筒空洞部６４内のモードのまま真空容器
６７に導くことが可能となる。これにより、プラズマが
生成された後の不特定多数のモード間でのモードの遷移
がなくなり、均一で安定な高密度のプラズマを発生させ
ることができる。

【００３５】この場合は、円筒空洞部６４内に円矩形変
換導波管６３からＴＥ１１モードのマイクロ波を導く。
拡大された内径の大きい円筒空洞部６４内には、ＴＥ，
ＴＭの種々のモードのマイクロ波が存在し得るが、円矩
形変換導波管６３からＴＥ１１モードのマイクロ波を導
入するようにしているので、基本的にＴＥのモードが生
じ易くなる。ＴＥのモードとしては、ＴＥ１１，ＴＥ２
１，ＴＥ０１，ＴＥ３１，ＴＥ４１，ＴＥ１２，ＴＥ５
１，ＴＥ２２，ＴＥ０２，ＴＥ６１等が生じ得る。この
場合、円筒空洞部６４に導入するマイクロ波がＴＥ１１
モードのマイクロ波であるため、ＴＥ１１モードでの伝
播割合が多くなる。円筒空洞部６４内の大きさは、ＴＥ
０１モードの定在波ｃが形成されるように設定されてい
る。これにより、円筒空洞部６４内には、主体としてＴ
Ｅ１１モードおよびＴＥ０１モードのマイクロ波が伝播
する。これら以外のモードは、位相のずれによってプラ
ズマ６１５の境界面１５１で一部が反射されながら、新
たに導入されるマイクロ波と打消合い次第に減衰する。
ＴＥ１１モードのマイクロ波は中央部の電界強度が強
く、ＴＥ０１モードのマイクロ波は周辺部の電界強度が
強いので、この二つのモードのマイクロ波が重なること
により、円筒空洞部６４内に広い範囲にわたって電界強
度が強く、略均一な電界強度のマイクロ波を伝播させる
ことができる。これにより、真空容器６７内に均一で安
定な高密度のプラズマを発生させることができる。

【００３６】なお、このとき、円筒空洞部６４と真空容
器６７との内径をほぼ同径にすることにより、円筒空洞
部６４の天板６４１からプラズマ６１５の境界面６１５
までの空間に至るまで極端な内径の誤差がなく、円筒空
洞部６４を伝播するモードのマイクロ波をそのまま真空
容器６７に伝播させることができる。したがって、基本
的には、円筒空洞部６４と真空容器６７との内径は同一
であることが好ましいが、本装置ではマイクロ波透過窓
６６の取り付け等設計上の制約により多少真空容器６７
の内径を小さくしている。ちなみに、円筒空洞部６４に
比べ真空容器６７の内径を少し小さくした理由は、シャ
ワープレート６１１及びマイクロ波透過窓６６の取付け
方にあり、特に、円筒空洞部６４が大気圧側で真空容器
６７が負圧側になるので、この圧力差を利用してマイク
ロ波透過窓６６を真空容器６７上端部に押し付け、真空
容器６７内部を気密に保持するためである。

【００３７】また、本実施例では、真空容器６７の内径
を軸方向に等しくしているが、図７に示すようにプラズ
マ６１５の境界面１５１部が少なくとも円筒空洞部６４
と略同径になるようにしておけば、それから下方の内径
を徐々に変えても同様の効果が得られる。この場合、内
径を徐々に拡大し試料台６８の部分で必要な大きさにす
ることによって、円筒空洞部の大きさを小さくすること
ができ、ソレノイドコイル６５を含めた全体を小型化す
るのに効果がある。

【００３８】次に、本装置構成を用いたときのプラズマ
性能を図８から図１５により説明する。本装置構成のプ
ラズマ性能を調べるための装置構成として、円筒空洞部
６４の直径を４０５ｍｍ、高さ(Ｌ1)を０〜１６０ｍｍ
の可変とした。またマイクロ波透過窓６６の直径を４０
４ｍｍ、真空容器６７の直径を３５０ｍｍ、マイクロ波
透過窓６６の下面と試料台６８の上面との距離を１７５
ｍｍとした。

【００３９】なお、以下に述べるプラズマ性能の傾向は
上述した装置の寸法に限定されるものではない。すなわ
ち、マイクロ波プラズマを用いて試料を処理する場合、
マイクロ波透過窓をマイクロ波の進行方向に対して略垂
直に配置し真空容器内の略全面にマイクロ波を透過させ
るようにし、マイクロ波を円筒空洞部を介して円筒空洞
部と略同径の真空容器内に導入するようにすれば、上述
した装置の寸法に限定されることなく共通して有する性
質である。

【００４０】図８に、円筒空洞部６４の高さ(Ｌ1)を変
化させたときの試料に到達するイオン電流密度の大きさ
と均一性を示し、図９に、そのときのマイクロ波の反射
波の挙動を示す。図８及び図９によると、円筒空洞部４
の高さ寸法(Ｌ1)を変化させることにより、飽和イオン
電流密度の大きさ、均一性及びマイクロ波の反射波が変
化することが判る。ここで図８において飽和イオン電流
密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒空洞部寸法(Ｌ
1)の条件（ｌ1〜ｌ2の範囲）を図５にあてはめると、反
射波が０となる条件にも、最大となる条件にもなってお
らず、両条件の中間部分、即ちある程度の反射波が生じ
ている条件になっている。なお、このときの反射波は、
導波管６３，６２を介してもドル反射波である。また、
飽和イオン電流密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒
空洞部寸法(Ｌ1)の条件（ｌ1〜ｌ2の範囲）は、飽和イ
オン電流密度及び均一性がピーク値でなく、ある程度広
い範囲で許容できる範囲を設定している。ある程度の反
射波が生じている円筒空洞部寸法（ｌ１〜ｌ2の範囲）
のときのは、マイクロ波は単一モードと言うよりは特定
の複数モードの合成になっていると考えられる。なお、
導波管６２あるいは円矩形変換導波管６３の部分にスタ
ブチューナ等の整合手段を設けることにより、図８にお
いて反射波の大きい円筒空洞部寸法(Ｌ1)のときでも、
マイクロ波を有効にプラズマに入力させることができ
る。

【００４１】図１０に、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ
面との距離(Ｌ2)を変えたときの円筒空洞部寸法(Ｌ1)と
イオン電流密度の均一性との関係を示す。図１０を別観
点で傾向的にまとめると図１１に示すようになる。図１
１は、ＥＣＲ面と試料を搭載する試料台６８との距離を
一定として、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面の距離を
変化させたときの試料に到達する飽和イオン電流密度の
大きさと均一性を示す。これらからマイクロ波透過窓６
６とＥＣＲ面の距離(Ｌ2)を離すに従って、飽和イオン
電流密度分布の均一性が向上することが判る。また、別
の実験によれば、飽和イオン電流密度の均一性を１０％
以下にするためには、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面
の距離を５０ｍｍ以上にする必要があることが判明し
た。

【００４２】次に、図１２に、ＥＣＲ面と試料を搭載す
る試料台との距離(Ｌ3)を変えたときの円筒空洞部寸法
(Ｌ1)とイオン電流密度の均一性との関係を示す。図１
２を別観点で傾向的にまとめると図１３に示すようにな
る。図１３は、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面の距離
を一定として、ＥＣＲ面と試料を搭載する試料台６８と
の距離を変化させたときの試料に到達する飽和イオン電
流密度の大きさと均一性を示す。これらからＥＣＲ面と
試料を搭載する試料台６８との距離を離すに従って飽和
イオン電流密度分布の均一性が向上することが判る。ま
た、別の実験によればＥＣＲ面と試料を搭載する試料台
６８との距離を３０ｍｍよりも小さくすると均一性が急
に悪くなるため、飽和イオン電流密度分布の均一性を１
０％以下にするためには、ＥＣＲ面と試料を搭載する試
料台６８との距離を３０ｍｍ以上にする必要があること
が判明した。

【００４３】次に、図１４に、磁場勾配を変えたときの
空洞部寸法(Ｌ1)と試料に到達するイオン電流密度の大
きさ，イオン電流密度の均一性及び放電安定性を示す。
なお、図(ａ)はイオン電流密度の大きさを示し、図(ｂ)
はイオン電流密度の均一性を示し、図(ｃ)は放電の安定
性を示す。図１４を別観点で傾向的にまとめると図１５
に示すようになる。図１５は、ＥＣＲ面の中心における
磁場勾配を変化させたときの試料に到達する飽和イオン
電流密度の大きさと均一性を示す。これらから磁場勾配
の値を変化させたとき、５０Ｇ／ｃｍ、４０Ｇ／ｃｍ、
３０Ｇ／ｃｍに設定した場合の放電安定性に大きな差は
無い。しかし、２０Ｇ／ｃｍに設定した場合は、やや放
電が安定しない傾向が出はじめる。別の実験によれば、
磁場勾配を１５Ｇ／ｃｍ以下に設定した場合、放電が安
定しないことが判明した。また、図１５から磁場勾配の
値を上げていった場合、飽和イオン電流密度の試料内で
の平均値に大差は無いが、均一性が悪化する傾向があ
る。以上のことから、安定かつ均一な高密度のプラズマ
を得るためには、ＥＣＲ面の中心における磁場勾配の値
を２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／ｃｍ以下の範囲内に設定
することが有効である。さらに均一なプラズマを得るに
はＥＣＲを起こす条件を満たす等磁界面を試料の処理面
に対して平行な略平坦面とする必要がある。

【００４４】なお、図４に示すように、上段に設けた主
磁束用のソレノイドコイル６５１の内径もしくはヨーク
６５４の内径（Ｄｙ）を、試料やマイクロ波透過窓６６
の直径より小さくすることにより、真空容器６７の中心
軸上の磁場強度を容易に強くすることができる。また、
ソレノイドコイル６５１の磁束と合わせ、制御用のソレ
ノイドコイル６５２，６５３の磁束を制御することによ
り、磁場勾配２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／ｃｍ以下でか
つ試料の表面に平行な面内で平坦な磁場を容易に得るこ
とができる。また、上述のように磁場を制御するため
に、主磁束用のソレノイドコイル６５１と制御用のソレ
ノイドコイル６５２，６５３とは、それぞれ大きな空隙
を設けることなく連続させて配置してある。また、真空
容器６７の直径としては、試料の直径に対して＋５０ｍ
ｍ以上にすれば１０％以下の均一性を確保することが可
能であった。

【００４５】また、上記のように構成された装置によっ
て、試料台６８に接続された高周波電源６１０によっ
て、試料台６８に配置された試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射エネルギーは、プラズマの生成とは独立に制御
される。図示を省略した電力制御装置によってソレノイ
ドコイル６５１，６５２及び６５３に流れる電流値を制
御し、磁場勾配強度を変化させることによって、放電空
間内に発生させる磁場のＥＣＲ条件となる共鳴磁場分布
（ＥＣＲ面）を平面状にすることができ、プラズマ処理
室となる真空容器６７内の試料載置面からのプラズマ位
置を移動させることができる。

【００４６】ここで、試料を酸化膜の下地材で、被処理
材がＡｌ合金であり、ホトレジストをマスク材としたも
のとし、エッチングガスとしてＢＣｌ３＋Ｃｌ２を１５
０ｓｃｃｍ供給し、処理圧力を１２ｍＴｏｒｒに保持し
て、マイクロ波電力を約１０００Ｗとし、高周波電力を
８５Ｗとして、ソレノイドコイル６５１，６５２及び６
５３に流れる電流値を制御し、試料載置面からのプラズ
マの位置を変化させたとき、プラズマの位置が試料から
離れるにしたがい、試料の被処理材料のエッチング速度
はあまり変化しないまま、マスク材および下地材のエッ
チング速度が速くなっている。また、試料台に生じるＶ
ｐｐ値は、プラズマの位置が試料から離れるにしたがい
大きくなる、すなわち、バイアス電圧が大きくなりプラ
ズマ中のイオンの入射エネルギが大きくなって、エッチ
ング中の残渣が減少する傾向となる。

【００４７】被処理材がＡｌ合金の場合、Ａｌ合金のエ
ッチング時は、残渣の発生しないプラズマの高さ位置に
設定、すなわち、試料載置面からのプラズマ高さを小さ
くし、オーバエッチング時は、対下地材の選択比の高い
プラズマの高さ位置に設定、すなわち、試料載置面から
のプラズマ高さを高くすることで、これらを達成するこ
とができる。

【００４８】また、被処理材が酸化膜（ＳｉＯ２）を下
地材とし、被処理材がＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜の上にＡ
ｌ合金膜を積層した積層膜とし、ホトレジストをマスク
材とした試料の場合、例えば、エッチングガスとしてＢ
Ｃｌ３＋Ｃｌ２またはＢＣｌ３＋ＣＦ６等を用い、Ａｌ
合金膜のエッチング中はプラズマの位置を近付けて残渣
のないエッチングを行ない、ＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜の
エッチング中はプラズマの位置を遠ざけてマスク材およ
び下地材との選択比を大きくしたエッチングを行なう。
なお、ここではＡｌ合金膜のエッチング中はプラズマの
位置を近付け、ＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜のエッチング中
はプラズマの位置を遠ざけるようにしているが、エッチ
ングガスの混合比および圧力等によってもプラズマ位置
の条件が異なるので、このケースに限られるものではな
い。

【００４９】なお、上述は被処理材がＡｌ合金及びＴｉ
Ｎ膜またはＴｉＷ膜の上にＡｌ合金膜を積層した積層膜
の場合であるが、被処理材がこれらの材料以外の場合に
おいても処理を行なう被処理材の各材料に対するエッチ
ング特性を把握することにより、有効なエッチング条件
を見出すことができる。

【００５０】また、上述ではソレノイドコイル６５によ
り磁場を制御してプラズマ位置を変えるようにしたが、
試料台６８を動かしてプラズマとの間隔を変化させるよ
うにしても同様の効果がある。

【００５１】このように、本実施例の装置では、ソレノ
イドコイル６５によって形成する磁場を、ＥＣＲ面の高
さ，形状，磁束密度の勾配等広い範囲で制御でき、ま
た、電極である試料台６８の高さを、例えば、レシピ設
定して、試料への入射イオン電流密度を試料台の高さに
よっても制御できるので、材料毎にイオン電流密度を変
えることができ、材料に合わせたエッチング等の最適な
プラズマ処理ができる。

【００５２】さらに、上記のように構成された装置で
は、ターボ分子ポンプ６１３を主ポンプとして使用し、
排気経路を大型化して、高速排気を可能としている。ち
なみに、ターボ分子ポンプ６１３の排気速度は２０００
ｌ／ｓで、試料台６８の試料配置部の実効排気速度は約
９００ｌ／ｓ（Ｎ２換算）である。高速排気について
は、例えば、特開平５−２５９１１９に高速排気の有用
性について述べている。この考え方によれば、ポリシリ
コンのエッチングにおいては、プラズマ密度を大きく保
ち、エッチャントの供給律速にならないように高排気速
度で低圧力を維持しつつ、反応ガスを十分供給してシリ
コンのエッチング速度を大きくすることができる。

【００５３】この際、イオンの加速エネルギ−を低く保
つことにより、下地材料のエッチング速度を小さくして
選択比を増大させることが可能となる。ところで、この
ような高速排気によった条件下では、反応生成物の濃度
が低下するために形状制御性（マスク材料に忠実に垂直
加工形状を得ること）が難しくなる。このために何らか
の形状制御性を向上させる手段が必要となる。そこで、
エッチャントである塩素ガスに酸素を添加し、さらに試
料を冷却してエッチングする。

【００５４】これにより、高速排気の条件下（２５０ｍ
ｌ／分以上）では従来の酸素添加量よりもより小さな領
域（１．５％以下）で、合わせて試料を低温（試料温度
を０℃以下）に保持することにより、試料温度を室温と
した処理時に得られるエッチング速度より大きなエッチ
ング速度を得ることができる。これにより、従来よりも
生産性を向上させることができる。

【００５５】これは、従来のエッチング装置において
は、プラズマ密度が十分でなく、エネルギ−律速となっ
ていたり、排気性能が十分でなくエチャントの供給律速
となっていたりすることが多く、かならずしもシリコン
のエッチング速度を大きくすることができなかった。高
密度のプラズマを維持しつつ、高速排気をし、合わせて
試料を低温にすることで、従来以上のエッッチャントを
シリコン表面に吸着させ、酸素添加による化学反応平衡
の適正化により、エッチング速度を大きくすることがで
きたと考えられる。一方、シリコン酸化膜のほうは試料
温度が−１００℃を下回るような非常に低温の領域で初
めて反応を抑制できることが知られており、エッチング
速度に対しての低温化による抑制効果はないものと考え
られる。むしろ、酸化膜表面への過剰酸素の供給による
化学的エッチング抑制（Ｓｉ−Ｏの再結合等）が支配的
と考えられる。

【００５６】また、真空処理装置６７及びリングゲート
１５の内径を略同径にして処理室、この場合、エッチン
グ室の形状をシンプル化し、真空容器６７，リングゲー
ト１５及び試料台６８を同心状に配置しており、また、
高速排気を用いた装置構成としているので、処理室内面
に凹凸がなく反応性生物等の堆積物が付着しにくく、ガ
ス流れも均一でスムーズになり、プラズマ処理時に発生
する反応生成物の堆積を防止することができ、総合的に
経時変化の少ない装置とすることができる。また、ガス
流れが均一になることから、プロセス性能の均一性の向
上も図れる。

【００５７】次に、本発明のプラズマ処理装置の第２の
実施例を図１６に示す。本実施例はプラズマを生成する
手段としてマイクロ波のみを利用した例である。本図に
おいて図４と同符号は同一部材を示し説明を省略するす
とともに、共通の構成部分の図示を省略する。

【００５８】本実施例の装置は、真空容器６７内に磁場
を発生させるためのソレノイドコイルを有しておらず、
円筒空洞部６４を介して真空容器６７内にマイクロ波の
みを導入し、真空容器内のプロセスガスをプラズマ化す
る点で前記実施例と異なる。

【００５９】本装置は磁場が無いため、電子密度が７×
１０１０個／ｃｍ３を超えるとマイクロ波の一部が反射
される。しかしながら、前記実施例の装置と同様に、マ
イクロ波の反射端がプラズマ６１６の境界面１５２とな
るため、磁場に起因する物理現象以外の作用は前記一実
施例の場合と同じである。

【００６０】以上説明したように、これら実施例によれ
ば、プラズマ発生室である真空容器６７のマイクロ波導
入部に真空容器６７の内径と略同径のマイクロ波透過窓
６６を設け、真空容器６７の内径と略同径であって真空
容器６７内に生成されるプラズマのマイクロ波反射境界
面との間で特定モードのマイクロ波を共振させる空洞部
である円筒空洞部６４をマイクロ波透過窓を介して真空
容器６７に隣接し、円筒空洞部６４を介して真空容器６
７内の放電空間にマイクロ波を導入することにより、円
筒空洞部６４を介して真空容器６７内に導入されたマイ
クロ波によって真空容器６７内にプラズマが生成され
る。プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されなかっ
た円筒空洞部６４からのマイクロ波がプラズマのマイク
ロ波反射境界面で反射される。反射されたマイクロ波が
円筒空洞部６４の反射端面である天板６４１でさらに反
射され、プラズマのマイクロ波反射境界面と円筒空洞部
６４の反射端面との間で定在波として反射が繰り返され
ると共に、新たに入射されるマイクロ波と重なって共振
状態になる。これにより、円筒空洞部６４には特定モー
ドのマイクロ波が形成され、プラズマに特定モードのマ
イクロ波の高いエネルギが加わりプラズマを高密度化す
ることができる。また、円筒空洞部６４と放電空間とを
略同径としてあるので円筒空洞部６４とプラズマとの略
等価な全反射面でマイクロ波が共振させられ、特定モー
ドのマイクロ波をそのままプラズマに伝達させることが
できるので、電界の均一性の良い特定なモードのマイク
ロ波を共振させることにより、安定して均一性の良いプ
ラズマを生成することができる。

【００６１】また、マイクロ波によるプラズマの生成
に、ソレノイドコイル６５による磁界を作用させること
により、ＥＣＲを利用してさらに高密度のプラズマを生
成することができる。

【００６２】また、試料の処理室となる真空容器６７を
円筒形に構成することにより、任意の位置における軸方
向の断面積が等しく、真空容器６７内の軸方向において
ＥＣＲ面の位置を変化させても、ＥＣＲ面の面積が変わ
ることがなく、真空容器６７内の軸方向の任意の位置で
のプラズマを高密度均一にできる。すなわち、プラズマ
状態を任意の位置で不変にすることができる。

【００６３】また、マイクロ波のエネルギ−をプラズマ
に伝達させるための空間となるＥＣＲ面とマイクロ波導
入用の石英平板でなるマイクロ波透過窓６６との間の空
間の距離を５０ｍｍ以上とすることにより、生成される
プラズマを均一にすることができ、また、生成されたプ
ラズマを拡散により拡げる空間となるＥＣＲ面と被処理
物である試料を搭載する試料台との間の空間の距離を３
０ｍｍ以上とすることにより、拡散の効果により試料台
に搭載された試料に到達するプラズマを均一にして、イ
オン電流密度で１０％以下の一様分布とすることができ
る。

【００６４】さらに、ＥＣＲ面における磁場勾配の値を
２０Ｇ／ｃｍ以上に設定することにより、磁場発生用の
ソレノイドコイルに流す電流のわずかな変動によってＥ
ＣＲ面の位置が大きく変動するのを抑えることができ
る。また、ＥＣＲ面における磁場勾配の値を５０Ｇ／ｃ
ｍ以下の範囲内にすることにより、ＥＣＲ面の厚さの減
少が抑えられ、マイクロ波の強度分布がそのままプラズ
マ密度に反映するのを防止できるので、試料台に搭載さ
れた試料に到達するプラズマの不均一を防止でき、飽和
イオン電流密度の均一性の悪化を防止できる。

【００６５】これらにより、被処理物の処理面に入力さ
れるイオン電流密度を１０％以下の一様分布とすること
が可能であり、これによって８インチウエハ等の大口径
の試料を均一にエッチングすることができる。

【００６６】また、これら実施例の真空容器６７の内壁
面に絶縁物カバーを設けることにより、真空容器内での
プラズマによる金属汚染を防止することができるので、
エネルギー分布の一様なマイクロ波による均一なプラズ
マの生成とともに、８インチウエハ等の大口径の試料を
均一に歩留まり良く処理することができる。

【００６７】なお、以上の実施例では、マイクロ波（例
えば２．４５ＧＨｚ）を用いて説明したが、何らこれに
限定されるものではない。電磁波によってプラズマを発
生させものであれば同様な効果が期待できる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生室内に処
理ガスを供給するとともに所定圧力に減圧排気し、マイ
クロ波を円筒空洞部に導き円筒空洞部内を伝播するマイ
クロ波をそのままプラズマ発生室に導入して、プラズマ
発生室内の処理ガスをプラズマ化するとともに、プラズ
マ発生室内に生成されたプラズマとプラズマ発生室に対
向する円筒空洞部の他端面との間でプラズマに吸収され
なかったマイクロ波を特定モードで共振させるように
し、さらに、円筒空洞部上部と円筒空洞部およびプラズ
マ発生部外周を囲んで設けられプラズマ発生室内にＥＣ
Ｒ作用を生じさせる磁界を形成するソレノイドコイルを
有し、円筒空洞部上部のソレノイドコイルの内径もしく
はソレノイドコイルの外側を囲んで設けたヨ−クの上部
の内径を、マイクロ波透過窓の径よりも小さくして、試
料に対し平行なＥＣＲ面を形成し、このようなマイクロ
波によってプラズマ発生室内に発生させられたプラズマ
により試料を処理することにより、試料直径８インチ以
上の大口径化に対応し、試料の処理速度及び均一処理の
向上を図ることのできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプラズマ処理装置を搭載す
る真空処理装置の縦断面図である。

【図２】図１の装置のII−II平面構成図である。

【図３】図１の装置のIII−III平断面図である。

【図４】図１の装置のIＶ−IＶ縦断面図で、本発明の一
実施例のプラズマ処理装置の縦断面図である。

【図５】図４の装置におけるガス導入部の詳細を示す詳
細図である。

【図６】図４の装置におけるプラズマ生成部の拡大図で
ある。

【図７】プラズマ生成部の他の実施例を示す拡大図であ
る。

【図８】図４の装置における円筒空洞部寸法（Ｌ1）を
変化させたときの被処理物に到達するイオン電流密度の
大きさおよび均一性を示した図である。

【図９】図４の装置における空洞空洞部寸法（Ｌ1）を
変化させたときのマイクロ波の反射波を示す図である。

【図１０】図４の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とＥＣＲ面との距離（Ｌ2）を変えたときの空洞部
寸法（Ｌ1）とイオン電流密度の均一性との関係を示す
図である。

【図１１】図４の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とＥＣＲ面との距離（Ｌ2）を変化させたときの被
処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性
を示した図である。

【図１２】図４の装置におけるＥＣＲ面と被処理物を搭
載する試料台との距離（Ｌ3）を変えたときの空洞部寸
法（Ｌ1）とイオン電流密度の均一性との関係を示す図
である。

【図１３】図４の装置におけるＥＣＲ面と被処理物を搭
載する試料台との距離（Ｌ3）を変化させたときの被処
理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性を
示した図である。

【図１４】図４の装置における磁場勾配を変えときの空
洞部寸法（Ｌ1）と被処理物に到達するイオン電流密度
の大きさ，イオン電流密度の均一性および放電安定性を
示す図であり、（ａ）はイオン電流密度の大きさを示す
図であり、（ｂ）はイオン電流密度の均一性を示す図で
あり、（ｃ）は放電の安定性を示す図である。

【図１５】図４の装置における磁場勾配を変化させたと
きの被処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび
均一性を示した図である。

【図１６】本発明の他の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図である。

【図１７】従来のマイクロ波プラズマエッチング装置の
構成図である。

【符号の説明】

６１…マグネトロン、６２…導波管、６３…円矩形変換
導波管、６４…円筒空洞部、６５…ソレノイドコイル、
６６…マイクロ波透過窓、６７…真空容器、６８…試料
台、６１０…高周波電源、６１１…シャワープレート、
６１３…タ−ボ分子ポンプ、６１５…高密度プラズマ、
１５１…境界面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 健二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 七田 弘之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 渡辺 成一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 奥平 定之 東京都青梅市今井町2326番地 株式会社 日立製作所 デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 敬三 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平５−258894（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133322（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167424（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−103088（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端にマイクロ波発振器を有し前記マイク
   ロ波発振器から発振されるマイクロ波を伝播させる導波
   管と、前記導波管の他端に拡大された一端面を連結した
   円筒空洞部と、前記円筒空洞部の他端開口部に連結され
   た前記円筒空洞部と略同径の円筒状プラズマ発生室と、
   前記円筒空洞部と前記プラズマ発生室との連結部に設け
   られた前記円筒空洞部および前記プラズマ発生室と略同
   径の平板状のマイクロ波透過窓と、前記マイクロ波透過
   窓に対向して前記プラズマ発生室内に設けられた試料台
   と、前記プラズマ発生室内部に向けて前記マイクロ波透
   過窓近傍に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前
   記プラズマ発生室内を減圧排気する真空排気手段とを具
   備し、前記円筒空洞部上部と前記円筒空洞部および前記
   プラズマ発生部外周を囲んで設けられ前記プラズマ発生
   室内にＥＣＲ作用を生じさせる磁界を形成するソレノイ
   ドコイルを有し、前記円筒空洞部上部のソレノイドコイ
   ルの内径もしくは前記ソレノイドコイルの外側を囲んで
   設けたヨ−クの上部の内径を、前記マイクロ波透過窓の
   径よりも小さくしたことを特徴とするプラズマ処理装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載において、前記マイクロ波透
   過窓と前記ＥＣＲの面との距離を５０ｍｍ以上としたプ
   ラズマ処理装置。
3. 【請求項３】請求項１記載において、前記ＥＣＲの面と
   前記試料台との距離を３０ｍｍ以上としたプラズマ処理
   装置。
4. 【請求項４】請求項１記載において、前記ＥＣＲの面に
   おける磁場勾配の値を２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／ｃｍ
   以下の範囲内に設定したプラズマ処理装置。