JPH02138735A - プラズマ処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温プラズマを用いて半導体素子等の製造に
使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、ＣＶＤ、エ
ツチング、スパッタ、アッシング等の各処理を高速に行
なうのに好敵なプラズマ処理装置に関する。

〔従来の技術〕

低温プラズマを用いた装置を大別すれば、真空中で平行
平板の電極の一方に１ＯＫＩｌｚ〜３０ＭＬＩｚ！Ｍ度
の高周波電圧を印加して、プラズマを発生させる技術を
用いるもの（半導体研究１８；ｐ１２１〜ｐ　ｌ　７０
　＋半導体研究１９；ｐ２２５〜Ｐ２６７＞と、２．４
５Ｇ）Ｉｚのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマを
発生させる技術を用いるものがある。

従来、二九らの内で平行平板電極による技術が主として
用いられてきた。

一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズマ処理時に発
生するイオンの衝撃により素子特性が影響を受けること
が問題になってきた。更に、処理能力の向上のために処
理速度を上げることが要δ１１されている。

処理速度を高める場合、単にプラズマの密度あるいはラ
ジカル（イオン化直前の活性粒子）ａ度を高めるだけで
は不十分である。プラズマ処理によるドライエツチング
や、プラズマＣＶＤではイオンのエネルギーが重要な役
割をはたしている。

ドライエツチングの場合、イオンのエネルギーが大きす
ぎると、下地の膜が削られたり結晶構造に影響を与え、
素子特性が劣化する。また小さすぎるとエツチング面に
形成されるポリマーの除去が十分行われず、エツチング
速度が低下する。または逆にポリマーによる保護膜が形
成されず、パターンの側面がエツチングされ、パターン
の寸法精度が悪くなるといった問題を発生する。

プラズマＣＶＤでもイオンのエネルギーが弱いと膜組成
が粗となり、エネルギーが強いと密になるというように
イオンエネルギーが成膜に影響する。

したがってプラズマの高密度化と、イオンエネルギーを
適正に制御することが、今後のプラズマ処理に不可欠で
ある。公知例として特開昭５６−１３４８０号、特開昭
５６−９６８４１号公報に示されるようなマイクロ波を
用いた方式が提案されている。

マイクロ波によりプラズマを発生させる場合、マグネト
ロンにより発生したマイクロ波を低圧にしたプラズマ発
生室に放射しても、マイクロ波の電界強度が十分でない
ため電子に十分なエネルギーが供給されず、プラズマを
発生させることは困難である。したがってマイクロ波に
よりプラズマを発生させるためには、電子が磁場と垂直
な平面を回転するサイクロトロン周波数とマイクロ波の
周波数を合致させ共鳴状態にして電子にエネルギーを供
給する方法と、マイクロ波を空洞共振器に放射してマイ
クロ波の振幅を大きくし、電界強度を強めて電子にエネ
ルギーを供給する方法の２つがある。曲者が特開昭５６
−１３４８０号公報に示されたもので有磁場マイクロ波
、あるいはＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔ−ｒｏｎ　　Ｃｙｃｌｏ
ｔｒｏｎＲｅ　ｓ　ｏ　ｎ　ａ　ｎ　ｃ　ｅ）法とよば
れている。後者は特開昭５６−９６８４１号公報に示さ
れたものである。

マイクロ波により発生したプラズマではマイクロ波から
電子へ直接エネルギーが供給されるために、プラズマと
基板との間に形成されるシー入間電圧はほとんど変化し
ない。したがって基板を載せる電極に高周波電圧を印加
し、シー入間電圧を任意にコントロールすることにより
、高速処理に必要な高いプラズマ密度と適正なイオンエ
ネルギーに制御できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

プラズマ処理ではイオンのエネルギーが重要な役割をは
だすことをさきに述べた。

従来技術の中でＥＣＲ方式では、特開昭５６１３４８０
号公報に示されるように、基板を載せた？ｆｆ極に高周
波電圧を印加すると、この電極の対向する側にはアース
電極がないため、高周波電流は周囲処理室との間に流れ
、基板上でのイオンエネルギーの効果が基板周囲で強く
中心部で弱くなり、基板全体を均一な条件で処理できな
いという問題があった。

また空洞共振器を使った方式では、共振器の中でプラズ
マを発生させる構造のため、プラズマが発生すると、マ
イクロ波の波長がプラズマの密度により変化するため、
共振条件が満たされず、プラズマが不安定になるという
問題があった。即ちプラズマが発生するまでは共振条件
が満足されているためマイクロ波の電界強度が強くなり
プラズマが発生する。しかしプラズマが発生しプラズマ
密度が高くなると、マイクロ波の波長が変わり共振条件
が満たされなくなって電界強度が小さくなる。そして電
子へのエネルギーの供給が低下しプラズマ密度が低下す
る。プラズマ密度が低下すると共振条件が満たされ、ふ
たたびプラズマ密度が高まる。このような現象のためプ
ラズマを安定に発生させることは困難であった。

また、これらのプラズマから基板に入射するイオンのエ
ネルギーを制御するため、高周波電圧印加電極を空洞共
振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生し、プラ
ズマはさらに不安定になるという問題があった。

本発明の目的は、安定で高密度なプラズマを発生させる
とともに、基板に入射するイオンのエネルギーが、基板
全体で均一にできるプラズマ処理装置を提供することに
ある。

また本発明の目的は、マイクロ波を空洞共振器に導入す
る導波口が偏寄った位置に設けられても、空洞共振器か
らプラズマ室に導入される共振されたマイクロ波の分布
を均一にし、これによりプラズマ処理を安定して均一化
するようにしたプラズマ処理装置及びその方法を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、内部に発生したプラズマを維持しプラズマ
処理を行なうプラズマ室と、該プラズマ族こ第１スロッ
ト板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空洞
共振室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と平
行な第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積増
大用の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管を
介してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備え
プラズマ処理装置を構成することで、達成される。

また本発明は、上記目的を達成するために、空洞共振器
の共振の固有モードへの影響を与えずに、空洞共振器内
部の電磁気に対するインピーダンスの分布を制御する手
段を空洞共振器内に設けたものである。

また、インピーダンスの分布を制御する手段は、空洞共
振器内壁を構成する材料や表面処理に場所によるインピ
ーダンスの相違を利用するものである。

また、インピーダンスの分布を制御する手段は、マイク
ロ波放射スロット板のスロット形状の調整によって行う
ものである。

また、インピーダンスの分布を制御する手段は。

２αμ上の空洞共振器を電磁気的に結合する第２のスロ
ット板のスロット形状の調整によって行うものである。

〔作用〕

一般に、導波管あるいは導波管の一種と考えられる、空
洞共振器内をマイクロ波が進行する場合、導波管の表面
には、電場、磁場に対応した電流が流れる。

したがってこの電流を横切るように導波管の一部にスロ
ットを設けると、スロットの両端に電荷がたまり、これ
がマイクロ波の進行に伴って変化することからスロット
両端間の電界が変化し導波管の外部にマイクロ波が放射
される。

マイクロ波発生器から発生されたマイクロ波を空洞共振
器に導入する導波管は、その導入口を、該空洞共振器に
対して偏心して設けているのが一般的である。従って、
第２空洞共振室に導入されたマイクロ波が第２スロット
板を通っても、そのマイクロ波のエネルギー分布は今だ
均一とはいえない。そこで、この第２スロット板を通っ
たマイクロ竣を第１空洞共振室内に導入し、更に第１ス
ロット板を通してプラズマ室内に導入すると、マイクロ
波のエネルギー分布は更に均一化されることになる。こ
のエネルギー分布の均一化が進んだマイクロ波により発
生したプラズマ室内のプラズマは安定で、且つ、プラズ
マ処理する基板等に入射するイオンのエネルギーも基板
全面で均一化されることになる。即ち空洞共振器へマイ
クロ波を導入する導波口が空洞共振器の中心からずれた
位置に設けられる。このため、空洞共振器内部において
この導波口は周囲の部分に比べて電磁気に対するインピ
ーダンスが高くなるので、空洞共振器内部に流れる表面
電流の分布は不均一になる。そこで、空洞共振器内部の
インピーダンスを、材料や表面処理の相違、あるいはマ
イクロ波放射スロット板のスロット形状の調整、あるい
は２個以上連結した空洞共振室の中間に設けたスロット
板の形状をｉｕすることにより、補正制御する。これに
より空洞共振器内の表面電流の分布は均一化できるので
、外部へ放射されるマイクロ波の分布、ひいてはプラズ
マの分布が均一となり、プラズマ処理も均一化できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置の
断面図である。有底円筒形のプラズマ室６の内周面には
厚手の石英円筒１５と石英リング１６とが取り付けられ
、上部開口部にはＯリング１３を介して厚手の石英板４
が覆蓋され、該石英板４が押さえリング１４によりプラ
ズマ室６内を気密に閉塞するようになっている。プラズ
マ室６の周壁にはリング状のガス案内溝６ｂが穿設され
、このガス案内溝６ｂに連通ずる複数のガス吹出孔１５
ｂが１石英円筒１５の外周に等間隔で穿設され、図示し
ないガス供給源からガス供給管９を介し更にガス案内溝
１５ｂを通ってきたガスがプラズマ室６内に均一に吹き
出すようになっている。

プラズマ室６には、その底面から絶縁物８で絶縁された
電極７が気密に挿入固定され、該電極７の上に基）１２
が載置される構造となっている。

この電極７には高周波電源１１が接続されている。

尚電極７の周縁部は石英リング１７で覆っである。

また５プラズマ室６にはガス排気管１０が連通され１図
示しない真空ポンプに接続されている。

円筒状の空洞共振器を構成する空洞共振室１ａは、その
一方の開口部がスロット板２０で閉塞され、この空洞共
振室１ａがそのスロット板２０が石英板４に密着するよ
うにプラズマ室６上部に固定されている。このスロット
板２０は、電極７上に載置された基板１２と石英板４を
介して対向する構成となっており、空洞共振室１ａとス
ロット板２０とはアースに接続されている。空洞共振室
ｌａ、ｌｂは本実施例では、ＥＯＩモードの円形空洞共
振器を形成している。

有底円筒状の空洞共振室１ｂは、その開口部がスロット
板２１で閉塞され、このスロット板２１が前記空洞共振
室１ａの他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室ｌａ上
に接続固定されている。このため、空洞共振室ｉｂ及び
スロット２１もアースに接続はれることになる。このと
き、両スロット板２１．２０は平行となるようになって
いる。

空洞共振室１ｂの底部には、空洞共振室１ｂに対して偏
心した位置に導波管２が接続され、この導波管２の端部
にはマイクロ波発生器であるマグネトロン３が設けであ
る。導波管２を空洞共振室１ｂに偏心して取り付けたの
は、ＥＱＬモードとの結合をよくするためである。空洞
共振室１ａ。

１ｂの長さしは、管内波長の１／２の整数倍あるいはそ
れに近い値にしである。

第２図は、スロット板２１の平面図である。スロット板
２１には、Ｅｏ！モードの電界に対して直角となる方向
にリング状のスロット２１ａが穿設されており、各スロ
ッｈ　２１　ａの長さは、例えば２　、４５　Ｇ　ｌｌ
ｚのマイクロ波を用いる場合、マイクロ波の１／２波長
に当たる６０ｍｍ以上の寸法にして、スロット２１ａか
らのマイクロ波の放射を良好にしている。

上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず１図示
しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内ヒ罪真空
状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガスの流
量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内
のガス圧が１〜１Ｏ−３Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの所定圧となる
ようにする。マグネトロン３を動作させてマイクロ波を
発生させる。このマイクロ波は導波管２を通して空洞共
振室ｌａ内に導入される。空洞共振室ｌａ内に導入され
たマイクロ波は空洞共振室ｌａ内で振幅が大きくなり。

このマイクロ波はスロット板２１のスロット２１ａを介
して空洞共振室１ｂ内に放射される。

ところで、複数個設けたスロット２１ａから放射される
マイクロ波のエネルギーは、空洞共振器内の定在波によ
り形成される電界の強度分布によって変化するので、定
在波が空洞共振器内で均一になっていなければならない
。しかし、上側の空洞共振室ｌａ内で形成される定在波
は、導波管２との結合口があるために、均一な分布にな
りにくい。そこで、下側に更に、空洞共振室１ｂ及びス
ロット板２０を設けることにより、空洞共振室ｌｂ内の
定在波の分布は空洞共振室ｌａ内のそれに比較して大幅
に均一化される。その結果、スロット２０ａからプラズ
マ発生室へ放射されるマイクロ波のエネルギー分布の均
一性が向上する。

マグネトロン３で発生されたマイクロ波の振幅は、２つ
の空洞共振室１ａ、ｌｂで形成される空洞共振器１を通
して増大されているため、プラズマ室６が空洞共振器構
造でなくても、マイクロ波の供給により、プラズマ室６
内のガスは励起されてイオンやラジカルとなってプラズ
マが点灯し維持される。

マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波がプ
ラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板１
２間の電位差は２０〜３０Ｖのレベルである。したがっ
て、マイクロ波によるプラズマだけでは基板１２に入射
するイオンのエネルギーが弱く、異方性エツチングは困
難である。そこで、電極７に高周波電源１１から高周波
電圧を印加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加
速して基板１２へ入射させる。このときのイオンエネル
ギーは、印加する電圧により任意に制御でき、適正な値
に設定できる。これにより異方性が高く、高精度なエツ
チングが可能となる。

電極７に印加した高周波電力はプラズマ中を流れアース
側へ流入する。この高周波電流が均一でなければ、基板
１２に入射するイオンのエネルギーが基板１２上で均一
にならず、エツチングの速度も基板上でばらつくという
不具合が生じる。しかし本実施例では電極７と対向する
位置にスロット板２０があり、高周波電流が電極７上で
均等に流れるようになっている。

従来装置において、サイドエツチングの生じない条件で
のＰｏ１ｙ−８ｉ膜のエツチング特性は、エツチング速
度１１００ｎ／分、均一性±１０％。

下地Ｓｉｏ２膜とのエツチング速度比６〜７というもの
であった。この従来装置でエツチング速度を３００　ｎ
　ｍ　７分以上に高めると、イオンの入射エネルギーが
過大になるため、下地ＳｉＯ□膜とのエツチング速度比
が５以下に低下する。また素子ダメージも発生するため
、実用できなかった。

しかるに、本実施例による装置では、エッチング速度１
０ＱＯｎｍ／分以上、下地ＳｉＯ２膜とのエツチング速
度比１０以上、均一性±５％以下を得ることができる。

以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼性
が向上する。尚、プラズマ処理としてエツチングについ
て説明したが、他のプラズマ処理についても同様に効果
があることはいうまでもない。

第３図、第４図は、スロット板２１のスロット板２１ａ
の別の構造を示すものである。尚、スリット板２０とし
て、スロット板２１と同じものを使用してもよく、また
、別の任意のものを使用してもよい。例えば、第２図の
形状をしたスロット板２０．２１を使用しても、また、
第３図のスロット板２１と第４図のスロット板２０を組
み合わせて使用してもよい。

更に、上述した実施例では、空洞共振器とスリット板と
の組合せを２段にしたプラズマ処理装置について説明し
たが、３段以上にしてもよく、段ユ欅重ねる程、プラズ
マ室６内に供給されるマイクロ波のエネルギー分布の均
一性が高くなることはいうまでもない。

更にまた、共振器の構造、高周波電源周波数も本実施例
に限定されるものではない。共振器の構造は矩形構造に
よる共振器、同軸構造による共ζ器など、共振条件が成
り立つものであれば共振モード、構造とも任意に選ぶこ
とができる。高周波電源周波数も直流から数＋Ｍ）Ｉｚ
まで任意に選ぶことができる。ただしプラズマ処理する
対象が絶縁膜もしくは対象に絶縁膜が含まれる場合には
１００Ｋｌｌｚから数＋旧ｋまでの高周波が適当である
。

従来のＥＣＲ方式では導波管の開口部より直接マイクロ
波をプラズマ発生室に放射する構成となっている。この
ためプラズマ発生室と導波管の開口部の間にアース電極
を設置すると、マイクロ波がアース電極で反射され、プ
ラズマ発生室に供給できない。

上述した実施例では、導波管つまり空洞共振器の端面を
閉じた構造とし、この端面にマイクロ波を放射するスロ
ットを設けた。そして必要に応して、この導波管の端面
をアース電位になるようにした。

スロット２０ａ、２１ａの開口面積は導波管（空洞共振
室１ａ、ｌｂ）の端面全体の１／３程にすることができ
る。したがって基板１２を載せた電極７に高周波電圧を
印加した場合、高周波電流は導波管（空洞共振器１ｂ）
の端面（スロット板２０）と電極７と間に均等に流れ、
イオンの効果を基板１２全面に対し均等に発生させるこ
とができる。またスロット２０ａを通して十分な量のマ
イクロ波が供給でき、高密度のプラズマを発生させるこ
とができる。

導波管２に空洞共振器を接続した本実施例の場合には、
空洞共振室１ａ、ｌｂ内で共振により振幅を大きくした
マイクロ波がスロット２１ａ。

２０ａを通してプラズマ発生室６に放射される。

そのため、プラズマ発生室６を従来のように空洞共振器
内造にしなくとも、高密度のプラズマを発生させること
ができる。

このさめ本実施例に係る電極構造は従来のように空洞共
振器との関連による制約を受けない。また空洞共振器内
ではプラズマが発生しないため、Ｊｔ振状態の変化がな
く、プラズマを安定に発生させることができる。さらに
空洞共振器をアース電位に接続することで、ＥＣＲ方式
の場合と同様に、ｆｆ１ｉに平行な対向電極とすること
ができ、イオンの効果も基板全体に均一に発生させるこ
とができる。

次に本発明の他の実施例を第５図乃至第１８図に基づい
て説明する。即ち第５図は本発明の他の一実施例に係る
プラズマ処理装置の断面図である。

有底円筒形の下部容器５の上部に石英容器６ａ及び、こ
れを固定する容器押え６ｂ及び高さ調整用の容器６ｃが
乗り、上部開口部には厚手の石英板４を取付けた容器フ
ランジ１６でｒｉ蓋され、上記各容器等の当接面はＯリ
ング等により、プラズマ室６の内部が気密に保たれる。

なお石英板４の周囲には○リング１３が、Ｏリング押え
１４により固定されている。プラズマ室６上部の容Ｈｇ
フランジ１６にはガス導入管９を設け、これに連通した
ガスノズルリング１８の溝１８ｂ、ガスノズル１８ｃを
設けることによりプラズマ室内へ処理ガスを均一に吹出
すようになっている。ガスノズルリング１８の内部には
プラズマの着火性を向上するための永久磁石を周方向に
等ピッチで配置している。即ちプラズマの着火性を向上
させる磁石手段を処理ガスを導入するガスノズルリング
１８の内部に設けている。

下部容器５には、その底面から絶縁物８で絶縁されたス
テージ電極７が気密かつ、上下動容易に挿入固定され、
ステージ電極７の上に基板１２が載置される構造となっ
ている。このステージ電極には高周波電源１１が接続さ
れている。なおステージ電極の周囲部は石英リング１７
で覆っである。

また、プラズマ室６にはガス排気管１０が連通され、図
示しない真空ポンプに接続されている。

円筒状の空洞共振室１ａは、その一方の開口部が、例え
ば第１８図に示すようなスロット２０ａを形成したスロ
ット板２０で閉塞され、この空洞共叫室のスロット板２
０が石英板４に密着するようにプラズマ室６上部に固定
されている。空洞共振器を構成する空洞共振室１ａ、ｌ
ｂは、本実施例では、Ｅｏｉモードの円形空洞共振器で
ある。

有底円筒の空洞共振室１ｂは、その開口部がスロット板
２１で閉塞され、このスロット板２１が。

前記空洞共振室１ａの他方の開口部を閉塞する様に空洞
共振室１ａ上に接続固定されている。なお、スロット板
２１は空洞共振室１ａと１ｂの中間に挾まれつつ、水平
方向にある程度移動できるようになっており止めねじ１
５によって位置決めされている。両スロット板２１．２
０は平行となるようになっている。空洞共振室１ｂの底
部には、空洞共振室１ｂに対して偏心した位置に導波管
２が接続され、この導波管２の端部にはマイクロ波発生
器であるマグネトロン３が設けである。導波管２を空洞
共振室１ｂに偏心して取付けたのは、ＥＱＩモードとの
結合をよくするためである。即ちＥＯＩモードの場合、
表面電流が中心から外周へと放射状に流れる関係で導波
管２を空洞共振室１ｂに偏心して取付は結合をよくする
必要がある。導波管２はダミーロード２ａ、コーナ導波
管２ｂ及び整合器２ｃで構成されている。空洞共振室１
ａ。

１ｂの内部の長さＬａ、Ｌｂは、管内波長λｇの１／２
の整数倍あるいはそれに近い値にしている。

第６図は、スロット板２１の平面図である。スロット板
２１には、ＥＯ、モードの電界に対して直角となる方向
にリング状のスロット２１ｂ及び２１ｃが穿設されてお
り、各スロット２１ｂの長さは、本実施例では導波口１
ｃの直下のスロット２１ｃを除いて、例えば２．４５Ｇ
Ｉ（ｚのマイクロ波を用いる場合、マイクロ波の１／２
波長に当たる６０Ｉ＋＋＋Ｉ＋強の寸法にして、スロッ
ト２１ｂからの放射を良好にしている。スロット２１ｃ
の長さは、導波口１ｃとスロット２１ｃを併せた合計イ
ンピーダンスが、スロット２１ｂのみのインピーダンス
がおよそ等しくなるような長さに設定している。

本実施例の場合では実験結果から約５Ｏｎ＋ｎ＋として
いる。

上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず、図示
しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真空
状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガス流量
と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内の
ガス圧が０．１〜１００Ｐａの所定圧となるようにする
。マグネトロン３を動作させてマイクロ波を発生させる
。このマイクロ波は導波管２を通して空洞共振室ｌｂ内
に導入される。空洞共振室ｌｂ内に導入されたマイクロ
波は空洞共振室１ｂ内で振幅が大きくなり、このマイク
ロ波はスロット板２１のスロット２１ｂ。

２１ｃを介して空洞共振室１ａ内に放射される。

この場合、導波口１ｃは第１６図に空洞共振器内の電磁
界分布モデルを示す模式図のようにマイクロ波の結合度
を高めるために、円筒状の空洞共振器１の中心軸に対し
て偏心した位置にあり、しかもプラズマ処理の能力を高
める上で、マイクロ波電力量を大きくする必要性から、
導波口１ｃの寸法を導波管の内寸法と同じにしているた
め導波口１ｃを横切る表面電流に対するインピーダンス
が大きいのみならず、空洞共振室１ｂの内部のインピー
ダンスが導波口ｌｃ側で大きくなる。おな第１６図にお
いて、３１は磁界を、３２は電界を示す。上記の結果、
スロット板２０のスロット２０ａから放射されるマイク
ロ波電界強度は、そのままでは第１７図に導波口の影響
による表面電流分布の偏心を示すように、また第１８図
に放射スロット板の表面電流分布及びマイクロ波放射強
度分布”　（Ｘ）ｐ　ｍ　（ｙ）を示すように、導波口
１ｃと反対側へ偏ってしまうが１本実施例においては空
洞共振器１を複数の空洞共振室１ａ、ｌｂにて形成し、
その間にスロット板２１を配置し、スロット２１ｃの長
さを、スロット２１ｂより短かくしてインピーダンスを
下げているため、空洞共振室１ｂから空洞共振室１ａに
放射されるマイクロ波の放射インピーダンスは全周に亘
って一様になるように矯正される。なお第１７図におい
て。

３３は空洞共振室１ｂの天井を示し、３４はその表面電
流を示す。第１８図において、２０はマイクロ波放射ス
ロット板を示し、３５はその表面電流を示す。またｍ　
（Ｘ）はこのスロット板２０から放射されるＸ方向のマ
イクロ波放射強度分布を示し、　ｍ　（ｙ）はこのスロ
ット板２０から放射されるＸ方向のマイクロ波放射強度
分布を示す。従って空洞共振室ｌａ内のマイクロ波の定
在波によって生じる表面電流は円周方向にほとんど一定
となる。これにより、スロット板２０のスロット２０ａ
から放射されるマイクロ波の分布は中心軸に対して軸対
称になる。

こうして電界強度が高く、かつ偏りのないマイクロ波が
プラズマ室６内へ放射される。この場合の均一性は±３
０〜±８０％から±２％以下まで改善できる。プラズマ
室内の自由電子はマイクロ波の電界により加速され、処
理ガス（例えばＢｅΩ□とＣρ２の混合ガスもしくはＳ
Ｆ６の混合ガスからなるエツチングガス又はＳ　ｉ　Ｈ
４ガス。

Ｎ２０ガスあるいは０２ガス及び稀釈用ガスとしてＮ２
ガスを組合せたＣＶＤガス）の分子に衝突して励起され
イオンやラジカルとなり、プラズマが発生する。

マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波がプ
ラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板１
２間の電位差は２０〜３０Ｖのレベルである。したがっ
て、マイクロ波によるプラズマだけでは基板１２に入射
するイオンのエネルギーが弱く、異方性エツチングは困
難である。そこで、電極７に高周波電源１１から高周波
電圧を印加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加
速して基板１２へ入射させる。このときのイオンエネル
ギーは、印加する電圧により任意に制御でき、適正な値
に設定できる。これにより異方性が高く、高精度なエツ
チングが可能となる。なお、電極７に印加した高周波電
力はプラズマ中を流れ、アース電位とした容器６及びガ
スノズルリング１８の表面へ流入する。ガスノズルリン
グ１８や容器６は基板１２におよそ対向した位置にある
ので、基板１２に印加される高周波電圧の基板１２内で
の分布は均一となり、均一なエツチングや成膜が実現で
きる。

本実施例によるドライエツチング装置では、例えばＰｏ
１ｙ−８ｉのエツチング速度６００ｎ　ｍ、／　ｍ　ｉ
　ｎ以上、下地となるＳｉｎ、膜とのエツチング速度比
１５以上、均一性±２％以下かつサイドエッチｉｏ、０
２μｍ以下の高性能なエツチング又は均一性の優れた成
膜を実現できる。

以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼性
が大きく向上できる。なお、プラズマ処理としてエツチ
ングについて説明したが、他のプラズマ処理、例えばプ
ラズマＣＶＤにおいても基本的には処理ガスが異なるだ
けで同様の効果が得られることは言うまでもない。

第７図乃至第１０図は１表面電流分布を矯正できるＥ、
□モードのスロット板２１の他の実施例を示したもので
ある。第７図に示すように、スロット２１ｄの幅を他の
スロット２ｂに比へて減少させて面積を減少させてもよ
く、また第８図に示すようにスロット２１ｂ全体を中心
から導波口１ｅの偏心と逆側偏心させてもよく、また第
９図に示すように分割させたスロット２１ｅで形成して
面積を減少させてもよく、また第１０図に示すようにス
ロット２１ｆのみ中心方向に変位させて配置させてもよ
いことは明らかである。またこれらの実施例は単独又は
組合せても同様に、マイクロ波放射強度分布ｍ　（ｘ）
を矯正でき、しかもスロット板２１のみを交換すること
で、使用条件が変更になっても容易に対応できる効果を
有する。

第１１図の実施例は空洞共振器１の上端面に導波口１ｅ
のマイクロ波に対するインピーダンスに対してインピー
ダンスが軸対称になるように、蒸着またはスパッタ等の
手法で表面に、部分的に抵抗体３ｏを設けたものである
。形状は第１２図に示す矩形の他に第１３図に示すリン
グ形でもよい。

更には第１４図及びそのＣＣ断面を示す第１５図のよう
に空洞共振器１の側面に設けてもよい。

上記実施例はすべてＥ。１モードの場合を示しているが
Ｈ８１モートの場合についても同様の考え方ができ、具
体化が可能であることは言うまでもない。即ち第１９図
にＨ６１モードの空洞共振器内の電磁界分布モデルを示
す。導波口ＩＣについても電界３２の向きに合せるため
、Ｈｏｔモードにおいても偏心させる必要がある。その
ため第２０図に示すように空洞共振器の天井３３におい
て表面電流が導波口ＩＣの影響によって偏り、マイクロ
波放射強度分布についてＸ方向に不均一性が生じ、前記
実施例に示したように対策する必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マイクロ波を用い
たプラズマの発生を安定させる効果がある。

また本発明によれば空洞共振器との関連による装置構成
↓の制約を受けない効果がある。従って空洞共振器をア
ース電位に接続することで処理対象を載置した電極に平
行な対向電極を構成できる。

この結果、対向電極に設けられたスロットを通してマイ
クロ波のエネルギーを伝播できるので、このエネルギー
により生じるイオンやラジカルの効果を均一に処理対象
に与えることができる。

またイオンやラジカルの影響を均一に発生させることが
できる。この結果、高速で最適なイオンエネルギーによ
るプラズマ処理ができる。更に、半導体ウェハの微細パ
ターンを高精度、高速にかつ低損傷で形成できる。更に
また均一な成膜を高速に行える効果がある。

また、空洞共振器とスロット板の組合せを２段以上重ね
ることにより、スロットから放射されるマイクロ波のエ
ネルギー分布の均一性を向上でき、これにより、プラズ
マ処理の均一性を、更に向上できる効果がある。

また本発明によれば、空洞共振器とスロットアンテナを
組合せてプラズマ室へ電界強度の高いマイクロ波を放射
してプラズマを発生ずる場合において、プラズマ発生室
へ放射されるマイクロ波の分布を容易に矯正でき、しか
も調整方法も簡単であるので、プラズマ処理において極
めて良い均一性が得られ、プラズマ処理した製品の歩留
まりや信頼性を向上させることができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例に係るプラズマ処理装
置の構成図、第２図乃至第４図は各々第１図に示すスロ
ット板の夫々別の平面図、第５図は本発明の第２の一実
施例に係るプラズマ処理装置を示す縦断面図、第６図は
第５図に示す空洞共振室間に設けられたスロット板の一
実施例を示す平面図、第７図乃至第１０図は第６図と異
なるスロット板の各実施例を示す平面図、第１１図は本
発明の第３の一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面
図、第１２図及び第１３図は各々第１１図に示すスロッ
ト板の実施例を示した平面図、第１４図は本発明の第４
の一実施例のプラズマ処理装置の空洞共振器部を示す縦
断面図、第１５図は第１４図のＣ−Ｃ断面を示す図、第
１６図は本発明に係るＥ。１モードの場合の空洞共振器
内部の電磁界分布と導波口との関係を示す模式図、第１
７図及び第１８図はＥ。、モードにおいて導波口の偏心
により生ずる空洞共振器内の表面電流及びマイク０波放
射強度分布の偏りを表わす模式図、第１８図はＨ０１モ
ードの場合の空洞共振器内部の電磁界Ｈｏ１モードにお
いて導波口の偏心による影響を示す図である。 １・・・空洞共振器。 ｌａ、ｌｂ・・・空洞共振室。 １ｃ・・・導波口。 ２・・・導波管。 ３・・マグネトロン。 ４・・・石英板。 ６・・・プラズマ発生室。 ７・・・電極。 ９・・ガス導入管。 １０・・真空排気管。 １１・・・高周波電極。 １２・・・基板。 ２０．２１・・・スロット板。 ２０ａ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ。 ロフト。 １ｅ ・・ス 扇 ２固 （２０ユ） スロ・νと 躬 躬 宋 図 モ ｌ乙 第 虐 佑 ｊ 口 躬／２η 拓 Ｂ 扇 ／乙 記

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に発生したプラズマを維持し、プラズマ処理を
   行なうプラズマ室と、該プラズマ室に第１のスロット板
   を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空洞共振
   室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と平行な
   第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用
   の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管を介し
   てマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備えて成
   ることを特徴とするプラズマ処理装置。 ２、更に、前記第２の空洞共振室とマイクロ波導入用の
   導波管との間に前記第２の空洞共振室側に第３のスロッ
   ト板を備えた第３の空洞共振室を介挿したことを請求項
   １記載のプラズマ処理装置。 ３、各スロット板の間隔を、マイクロ波の波長の１／２
   の整数倍あるいはこれに近い値にしたことを特徴とする
   請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。 ４、導波管を有し、マイクロ波を発生して導くマイクロ
   波発生器と、共振の固有モードへの影響を与えずに、内
   部の電気、又は磁気に対するインピーダンスの分布を制
   御するインピーダンス分布制御手段を有し、上記マイク
   ロ波発生器から導入されたマイクロ波を共振させる空洞
   共振器と、該空洞共振器で共振されたマイクロ波を放射
   させる結合部材と、該結合部材から放射されたマイクロ
   波によりプラズマを発生させてプラズマ処理するプラズ
   マ室とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 ５、上記空洞共振器を、複数の空洞共振室を連接して構
   成し、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段と
   して上記連接する箇所にスロットの面積又は位置を偏心
   させたスロット板を設置して構成したことを特徴とする
   請求項４記載のプラズマ処理装置。 ６、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段とし
   て、内壁に少なくとも部分的に上記インピーダンスの異
   なる材料を設けて形成したことを特徴とする請求項４記
   載のプラズマ処理装置。 ７、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段とし
   て、上記結合部材にスロットの面積又は位置を偏心させ
   たスロット板を設置して構成したことを特徴とする請求
   項４記載のプラズマ処理装置。 ８、更に、上記プラズマ室内における上記結合部材の周
   辺部から処理ガスを上記プラズマ室内に導入する処理ガ
   ス導入手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のプ
   ラズマ処理装置。 ９、上記処理ガス導入手段内に、処理ガスを着火性を向
   上するための磁石手段を設けたことを特徴とする請求項
   ８記載のプラズマ処理装置。 １０、マイクロ波を大気圧雰囲気の空洞共振器に偏心し
   た位置から導入し、該空洞共振器内でマイクロ波を共振
   させ、該空洞共振器から共振され、且つ偏心のない分布
   を有するマイクロ波を処理基板を設置したプラズマ室に
   導入し、該プラズマ室内においてプラズマを発生させて
   上記処理基板に対して処理することを特徴とするプラズ
   マ処理方法。