JPH08293397A

JPH08293397A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH08293397A
Application number: JP8099846A
Authority: JP
Inventors: Saburo Kanai; 三郎金井; Yoshinao Kawasaki; 義直川崎; Kazuaki Ichihashi; 一晃市橋; Seiichi Watanabe; 成一渡辺; Makoto Nawata; 誠縄田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の被処理面内での処理均一性を向上すると
ともに、確保できる導波管とは隔離され内部にプラズマ
生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプの
マイクロ波プラズマ処理装置を提供するにある。【解決手段】マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内
部にプラズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部
に有し、前記プラズマを利用して試料を処理する装置
を、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応す
る部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマ
イクロ波不透過材で形成した。

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
マ処理装置に係り、特にマイクロ波伝播用の導波管とは
隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段を導
波管部に有するタイプのマイクロ波プラズマ処理装置で
あって、かつ、半導体素子基板等の試料にエッチング処
理、成膜処理等の処理を施すのに好適なマイクロ波プラ
ズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置とし
ては、例えば、日立評論、Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．５，Ｐ
Ｐ．３３〜３８（１９８９）や特公昭５３−３４４６１
号公報等に記載のような、マイクロ波を伝播する導波管
の内側に石英製の放電管を有し、該放電管内でマイクロ
波電界と磁界との相乗作用によりプラズマを発生させ、
該プラズマを利用して処理室内の半導体ウエハをエッチ
ング処理するようにしたものが知られている。

【０００３】また、例えば、特開昭５９．１０３３４０
号公報，特開昭６４−２５４２０号公報等に記載のよう
な、マイクロ波を伝播する円形の導波管の内側に石英製
の放電管を有し、該放電管内でマイクロ波電界の作用に
よりプラズマを発生させ、該プラズマを利用して処理室
内の半導体素子基板等の試料をエッチング処理や成膜処
理するようにしたものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プラズマを利用した半
導体素子基板等の試料の処理では、試料の被処理面に対
応するプラズマ密度分布を均一にしないと、試料の被処
理面内での処理の均一性を確保できない。

【０００５】また、本発明者の知見によれば、例えば、
シリコン酸化膜等の絶縁物のエッチング処理では、プラ
ズマ中のラジカル等の活性中性粒子のエネルギ寄与度合
いよりも、該活性中性粒子より高エネルギであるイオン
のエッチング寄与度合いの方が大きい。しかし、イオン
のエネルギが高過ぎると試料にイオン損傷を与え好まし
くない。従って、試料のイオン損傷の防止の観点から
は、プラズマは処理ガスをイオン化する程度のエネルギ
が好ましく、処理速度を向上させるためには、イオン化
率の向上、つまり、プラズマ密度の向上が必要となる。

【０００６】これに対し、上記従来技術、即ち、前者の
所謂有磁場型のマイクロ波プラズマ処理技術及び後者の
所謂有磁場型のマイクロ波プラズマ処理技術では、いず
れも導波管部には石英製、つまり、マイクロ波透過材で
形成された放電管が有り、該放電管の内部はプラズマで
満たされ外部は大気である。従って、放電管内のプラズ
マには、導波管がマイクロ波透過材で形成されているた
め、導波管で伝播されてきたマイクロ波が進行方向のみ
ならず放電管の側面方向等からも導入されるため、プラ
ズマ内のマイクロ波の進行状態は極めて複雑なものとな
る。これにより、試料の被処理面の対応するプラズマ密
度分布の均一性が損なわれるようになり、試料の被処理
面内での処理の均一性が低下するといった未だ解決すべ
き課題を有している。

【０００７】また、一方、処理速度を向上させるには、
上記したようにプラズマ密度の向上が必要になる。これ
に対しては処理圧力を変えるか、投入するマイクロ波パ
ワーを増加させる等の方策が有るが、しかし、プラズマ
密度をより高密度化して処理速度を向上させるには、上
記従来技術は限界を有する。尚、処理速度向上のために
マイクロ波パワーを増加されるに従って試料の被処理面
に対応するプラズマ密度分布の均一性が更に損なわれる
ようになり、試料の被処理面内での処理の均一性の低下
に及ぼす影響は更に深刻なものとなる。

【０００８】本発明の目的は、試料の被処理面内での処
理均一性を向上、確保できる導波管とは隔離され内部に
プラズマ生成領域を有する放電手段を導波管部に有する
タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を提供することに
ある。

【０００９】また、他の目的は、試料の被処理面内での
処理の均一性を向上、確保でき、かつ、処理速度を向上
できる導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有
する放電手段を導波管部に有するタイプのマイクロ波プ
ラズマ処理装置を提供することにある。

【００１０】また、更に他の目的は、試料の被処理面内
での処理の均一性を向上、確保でき、かつ、イオン損傷
を防止して処理速度を向上できる導波管とは隔離され内
部にプラズマ生成領域を有する放電手段を導波管部に有
するタイプのマイクロ波プラズマ処理装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、マイクロ波
伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を
有する放電手段を前記導波管部に有し、前記プラズマを
利用して試料を処理する装置を、前記放電手段の前記マ
イクロ波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透過材
で形成し、その他の部分をマイクロ波不透過材で形成し
たものとすることにより、達成される。

【００１２】また、上記他の目的は、マイクロ波伝播用
の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する
放電手段を前記導波管部に有し、前記プラズマを利用し
て試料を処理する装置を、前記放電手段の前記マイクロ
波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透過材で形成
し、その他の部分をマイクロ波不透過材で形成し、前記
試料が設置される試料台にバイアス用電源を接続したも
のとし、また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され
内部にプラズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管
部に有し、前記プラズマを利用して試料を処理する装置
を、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応す
る部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマ
イクロ波不透過材で形成し、前記導波管の内部空間を前
記マイクロ波のインピーダンスマッチングが可能とした
ものとすることより、達成される。

【００１３】また、上記更に他の目的は、マイクロ波伝
播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有
する放電手段を前記導波管に有し、前記プラズマを利用
して試料を処理する装置を、前記放電手段の前記マイク
ロ波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透過材で形
成し、その他の部分をマイクロ波不透過で形成し、前記
導波管の内部空間を前記マイクロ波のインピーダンスマ
ッチングが可能な空間としたものとし、また、マイクロ
波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域
を有する放電手段を前記導波管部に有し、前記プラズマ
を利用して試料を処理する装置を、前記放電手段の前記
マイクロ波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透過
材で形成し、その他の部分をマイクロ波不透過材で形成
し、少なくとも前記放電手段のプラズマ生成領域に印加
される磁界を発生する手段を設け、前記試料の被処理面
近傍の磁界を補正する手段を設けたものとし、更にま
た、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラ
ズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し、
前記プラズマを利用して試料を処理する装置を、前記放
電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部分をマ
イクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイクロ波不
透過材で形成し、前記マイクロ波を円偏波に変換して前
記導波管へ伝播させる手段を設けたものとすることによ
り、達成される。

【００１４】マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内
部にプラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導
波管部に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対
応する部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部
分はマイクロ波不透過材で形成される。従って、導波管
を伝播してきたマイクロ波は、放電手段のマイクロ波透
過材で形成された部分からのみ放電手段の内部には導入
されない。このため、従来のように側面等からもマイク
ロ波が導入されるものに比べて試料の被処理面に対応す
るプラズマ密度分布の均一性が大幅に向上し、これを利
用して処理される試料の被処理面内での処理の均一性が
向上する。

【００１５】また、これと共に、試料が設置される試料
台ににバイアス用電源を接続、つまり、試料にバイアス
電圧を印加し試料の被処理面に入射させられるイオンを
加速することで、処理速度が向上する。

【００１６】また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離
され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段であって
上記導波管部に有される放電手段のマイクロ波の進行方
向と対応する部分はマイクロ波透過材で形成され、その
他の部分はマイクロ波不透過材で形成され、上記導波管
の内部空間はマイクロ波のインピーダンスマッチングが
可能な空間とされている。このように放電手段を構成す
ることで、上記したように試料の被処理面に対応するプ
ラズマ密度分布の均一性が大幅に向上し、これを利用し
て処理される試料の被処理面内での処理の均一性が向上
する。これと共に、マイクロ波の反射波を零にすること
ができた。つまり、マイクロ波が放電手段のプラズマ生
成領域でのプラズマに効率良く吸収されるようになる。
このため、プラズマ密度が高まり、これにより処理速度
が向上する。更に、試料に対するイオンの加速エネルギ
を低く押えることができ、低ダメージで処理速度が向上
する。

【００１７】また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離
され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段であって
上記導波管部に有される放電手段のマイクロ波の進行方
向と対応する部分はマイクロ波透過材で形成され、その
他の部分はマイクロ波不透過材で形成され、少なくとも
放電手段のプラズマ生成領域に印加される磁界を発生す
る手段と試料の被処理面近傍の磁界を補正する手段とが
設けられる。

【００１８】この場合、更に、補正磁界の方向、強さが
調節されてプラズマ密度、均一性が補正され、これによ
り、試料の処理速度、均一性が補正される。

【００１９】また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離
され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段であって
上記密波管部に有される放電手段のマイクロ波の進行方
向と対応する部分はマイクロ波透過材で形成され、その
他の部分はマイクロ波不透過材で形成され、マイクロ波
を円偏波に変換して上記導波管へ伝播させる手段が設け
られる。この場合、更に、マイクロ波を円偏波に変換し
て上記導波管へ伝播させることで、放電手段のプラズマ
生成領域でのプラズマの生成密度が大幅に向上し試料の
処理速度が更に低ダメージで向上する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する図１は、本発明の一実施例のマイクロ波プ
ラズマエッチング装置の要部縦断面図構成図である。

【００２１】図１で、真空容器１０は、その頂部が開放
した構造となっている。真空容器１０は、例えば、ステ
ンレス鋼で形成されている。真空容器１０の頂部開放部
の形状は、この場合、平面視略円形である。真空容器１
０の側壁底部には、排気ノズル１１が形成されている。
真空排気装置２０は、真空容器１０外に設置されてい
る。排気ノズル１１と真空排気装置２０の吸気口とは、
排気管２１で連結されている。排気管２１には、開閉弁
（図示省略）、排気抵抗可変弁（図示省略）等が設けら
れている。

【００２２】図１で、内部にプラズマ生成領域を有する
手段である放電ブロック３０は、その形状がマイクロ波
の進行方向に対して断面積変化のない中空円筒であり、
マイクロ波不透過材、この場合、アルミニウム等の非磁
性導電材料で形成されている。放電ブロック３０の外形
寸法は、真空容器１０の頂部開放部の寸法よりも大きく
なっている。放電ブロック３０は、その内部中空の軸心
を略垂直軸とし、該内部中空を真空容器１０の頂部開放
部を介し真空容器１０内に連通させて真空容器１０の頂
壁に気密に構設されている。放電ブロック３０の頂部に
は、その内部中空の上端部を気密に封止してマイクロ波
透過窓４０が設けられているマイクロ波透過窓４０は、
石英、アルミナ等のマイクロ波透過材料で形成されてい
る。つまり、真空容器１０内、放電ブロック３０の内部
中空及びマイクロ波透過窓４０により外部から遮断され
た空間５０が形成される。

【００２３】図１で、試料台軸６０が、その上部を空間
５０に突出させ、また、その上部を真空容器１０外に突
出させた状態で真空容器１０の底壁に気密を保持し設け
られている。真空容器１０の底壁と試料台軸６０とは、
電気絶縁部材７０により電気的により電気的に絶縁され
ている。試料台軸６０の軸心は、略垂直軸となってい
る。試料台６１は、一方の面、この場合、上面に試料設
置面を有している。試料台６１は、その試料設置面を略
水平面として試料台軸６０の上端に設けられている。
尚、試料台軸６０と試料台６１とは、一体に形成されて
いても勿論良い。この場合、空間５０の外には、バイア
ス用電源である高周波電源８０が設置されている。試料
台軸６０は、高周波電源８０に接続されている。高周波
電源８０は、接地されている。試料台軸６０、試料台６
０は、導電材料で形成され、試料台６１は、試料台軸６
０と導通状態にある。一方、真空容器１０は接地され、
また、この場合、放電ブロック３０も真空容器１０を介
して接地されている。尚、バイアス用電源としては、こ
の地に直流電源等の使用も可能である。また、この場
合、試料台６１の内部には、冷媒流路（図示省略）が形
成され、試料台軸６０の内部には、冷媒流路に連通して
冷媒供給路（図示省略）、冷媒排出路（図示省略）がそ
れぞれ形成されている。冷媒供給装置（図示省略）が、
空間５０外に設置されている。冷媒供給装置の冷媒供給
口と試料台軸６０の冷媒供給路とは、冷媒供給管（図示
省略）で連絡されている。試料台軸６０の冷媒排出路に
は、冷媒排出管（図示省略）の一端が連絡され、その他
端は、冷媒回収槽（図示省略）に連絡若しくは大気開放
されている。

【００２４】図１で、マイクロ波透過窓４０と試料台６
１の試料設置面、つまり、該試料設置面に半導体素子基
板等の試料９０が設置された場合はその被処理面とは、
この場合、上下方向に対向した状態となり、それらの面
は略平行状態となる。尚、放電ブロック３０の内部中空
の軸心、マイクロ波透過窓４０の中心及び試料台６１の
試料設置面、つまり、試料９０の被処理面の中心がそれ
ぞれ略一致するように構成されることが望ましい。ま
た、この場合、放電ブロック内部中空の形状は、放電ブ
ロック３０の高さ方向で途中部から下端部にかけてテー
パ状に拡大した形状となっている。これは、放電ブロッ
ク３０の内部中空の大きさが、試料９０の被処理面のそ
れよりも小さいためである。尚、放電ブロック３０の内
部中空の大きさが、試料９０の被処理面のそれよりも大
きい場合には、放電ブロック３０の内部中空の形状を上
記のようにテーパ状に拡大した形状となす必要は無く、
放電ブロック３０の高さ方向で上端から下端部まで略同
一としても良い。

【００２５】図１で、放電ブロック３０の内部には、ガ
ス供給路１００が形成されている。処理ガス源１０１
が、空間５０の外に設置されている。処理ガスゲン１０
１とガス供給路１００の一端とは、ガス供給管１０２で
連絡されている。ガス供給管１０２には、開閉弁（図示
略図）、ガス流量制御器（図示略図）等が設けられてい
る。ガス供給路１００の他端は、放電ブロック３０の高
さ方向の上端から途中部との間で放電ブロック３０の内
部中空に開口させられている。

【００２６】図１で、放電ブロック３０の外側には、該
ブロック３０を内部に含んだ状態で導波管１１０が配設
されている。導波管１１０は、真空容器１０で終端して
いる。導波場１１０の形状は、この場合、略円筒形であ
る。導波管１１０の閉止端壁である頂壁と放電ブロック
３０の上端部面（マイクロ波透過窓４０の上面）との間
には、所定の高さ（間隔）を有する空間１２０が形成さ
れている。この場合、導波管１１０の頂壁のマイクロ波
透過窓４０の上面と対向する部分には、開口が形成され
ている。尚、該開口は、上記の位置に必ずしも設けられ
る必要はない。空間５０，１２０の外には、マイクロ波
を発振する手段であるマグネトロン１３０が設けられて
いる。マグネトロン１３０と導波管１１０とは、導波管
１１１，１１２で連絡されている。導波管１１１，１１
２内は、導波管１１０の頂壁の開口を介して空間１２０
と連通状態にある。ここで、導波管１１１は、矩形・円
形直角変換用の導波管であり、また、導波管１１２は、
矩形の導波管である。尚、マグネトロン１３０と導波管
１１０とは、その他のマイクロ波伝播手段、例えば、同
軸ケーブル等で連絡されていても良い。

【００２７】図１で、導波管１１０の側壁外周には、磁
界を発生する手段である空心コイル１４０，１４１が、
高さ方向に、この場合、２段環装されている。更に、こ
の場合、空心コイル１４０は空間１２０に、また、空心
コイル１４１は放電ブロック３０の外周側面に略対応さ
せられている。空心コイル１４０，１４１はＯＮ−ＯＦ
Ｆ手段（図示略図）や通電量調節手段（図示略図）等を
それぞれ介して電源（図示略図）に接続されている。

【００２８】図１で、開閉弁、排気抵抗可変弁を開弁し
真空排気装置２０を作動することで、空間５０は減圧排
気される。また、ガス供給管１０２，開閉弁、ガス流量
制御器等、ガス供給路１００を介して処理ガス源１０１
から放電ブロック３０の内部中空に所定流量で所定のエ
ッチング用ガスが導入される。つまり、空間５０には、
エッチング用ガスが導入される。空間５０に導入された
エッチング用ガスの一部は、排気抵抗可変弁の弁開度調
節により真空排気装置２０により排気され、これによ
り、空間５０の圧力は、所定のエッチング処理圧力に調
節される。

【００２９】また、図１で公知の搬送手段（図示略図）
で試料９０が、この場合、１個真空容器１０内に搬入さ
れる。真空容器１０内に搬入された試料９０は、搬入手
段から試料台６１に渡される。試料９０を渡した搬入手
段は、試料９０の処理を阻害しない場所に退避させられ
る。試料台６１に渡された試料９０は、試料台９０の試
料設置面に被処理面上向き姿勢にて設置される。また、
空心コイル１４０，１４１が作動され放電ブロック３０
の内部中空には、磁界が印加される。

【００３０】図１で、マグネトロン１３０が作動され、
例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振される。発振
されたマイクロ波は、導波管１１２を介し導波管１１１
で矩形モードから円形モードに直角変換された後に導波
管１１０に導かれ、更に、マイクロ波透過窓４０のみを
通して放電ブロック３０内に伝播されて行く。空心コイ
ル１４０，１４１による磁界とマイクロ波電界との相乗
作用により放電ブロック３０内のエッチング用ガスは、
プラズマ化される。生成されたプラズマ中の荷電粒子
は、放電ブロック３０内の強い磁場作用により磁場と直
角方向への拡散が抑制され、磁場の弱い真空容器１０内
側へ急速に拡散して行き、試料台６１に設置された試料
９０の被処理面上を覆う。これにより、試料の被試理面
は該プラズマにより所定エッチング処理される。更に、
このとき、高周波電源８０から試料台６１に高周波バイ
アス電圧を印加することで、プラズマ中の＋イオン種
は、高周波バイアスの負の周期に試料９０へ吸引されて
その被処理面に入射させられ、イオンエッチングを行な
うことができる。また、試料台６１の内部の冷媒流路に
は、冷媒供給装置から冷媒供給管、冷媒供給路を介して
所定の冷媒（冷却水や０℃未満の温度の冷媒等）が供給
される。冷媒流路を流通して冷媒は、冷媒排気路、冷媒
排出管を経て冷媒回収若しくは大気排出される。これに
より、試料９０の温度は、所定温度に調節される。

【００３１】このように本実施例では、導波管内に非磁
性導電材料で形成された放電ブロックを設けているた
め、マグネトロンから発振され導波管を伝播してきたマ
イクロ波は、放電ブロックのマイクロ波透過窓からしか
放電ブロック内には導入されない。このため、従来の放
電管でその側面からもマイクロ波が導入されるものに比
べて、試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布の均
一性を大幅に向上でき、従って、試料の被処理面内で処
理の均一性を向上させることができる。

【００３２】また、放電ブロックを非磁性導電材料で形
成しているため、空心コイルにより発生される磁界であ
って放電ブロックの内部中空、つまり、プラズマ生成領
域に印加される磁界の強度、分布状態を放電ブロックに
より弱められたり乱されたりしないため、マイクロ波電
界と磁界との相乗作用を極めて効率的に得ることができ
る。このため、試料の被処理面に対応するプラズマ密度
の低下を防ぐことができ試料の被処理面内でのエッチン
グ処理速度の低下を防止できる。これに加えて放電ブロ
ックを非磁性電材料で形成しているため、プラズマ生成
領域に印加される磁界の強度がより強まり、マイクロ波
電界と磁界との相乗作用をより増強できる。このため、
試料の被処理面に対応するプラズマ密度をより高めるこ
とができ試料の被処理面内でのエッチング処理速度をよ
り向上させることができる。尚、プラズマ生成に磁界を
用いずマイクロ波電界のみを用いるタイプの無磁場型の
マイクロ波プラズマエッチング装置にあっては、放電ブ
ロックを本実施例のように非磁性導電材料習形成する必
要は無く、導電性材料で形成すれば充分である。

【００３３】また、放電ブロックの内部中部が、テーパ
状に拡大した形状となっているため、プラズマの横方向
への拡散が容易に実施され、その分、大面積のプラズマ
が得られ、大口径試料の被処理面内内外周のエッチング
処理の均一化を図ることができる。

【００３４】また、試料の被処理面内でエッチング処理
の均一性を向上させることができる共に、バイアス印加
によりイオンエッチングを行なうことができエッチング
処理速度を向上させることができる。

【００３５】尚、試料台６１の試料設置面に設置された
試料９０の被処理面からマイクロ波透過窓４０の内面ま
での距離は、放電ブロックの内部中空での放電状態をよ
り安定化させるために該内部中空の管内波長の少なくと
も１／２とするのが望ましい。これにより、試料の被処
理面内でエッチング処理の均一性をより安定して向上さ
せることができる。

【００３６】本発明の第２実施例を図２、図３により説
明する。図２は、本発明の第２の実施例のマイクロ波プ
ラズマエッチング装置の要部縦断面構成図である。

【００３７】図２で、この場合、放電ブロック３０の頂
面と導波管１１０の頂壁内面との間隔Ｌが調節可能に構
成されている。例えば、装置組み立て時や装置使用時等
において、導波管１１０若しくは放電ブロック３０を上
下方向に移動させる手段（図示省略）により導波管１１
０若しくは放電ブロック３０を上下方向に移動させるこ
とで、間隔Ｌが調節される。なお、図２で、その他図１
と同一部品、装置等は同一符号で示し、説明を省略す
る。

【００３８】図２で、空間１２０の形状、つまり、導波
管１１１の連結部より拡大しその後マイクロ波透過窓４
０で縮小する形状により間隔Ｌを調節することで、マイ
クロ波のインピーダンスマッチングが可能であり、プラ
ズマ等の負荷からのマイクロ波の反射波を零にすること
ができる。このときのプラズマ密度は、図３に示すよう
に、従来の半球状の放電管を用いたものに比べ数倍上昇
していると考えられる。これは、マイクロ波の反射波を
零にできることで、マイクロ波が効率良くプラズマに吸
収されるようになるためである。

【００３９】図３は、プラズマ密度の大小を簡易的に比
較するために、試料台６１に定パワー特性の高周波電源
を印加してその時の出力電圧を見たもので、電源出力パ
ワー（Ｐ）と出力電圧（Ｅ）との関係を本実施例
（Ａ），従来技術（Ｂ）比較して示したものである。図
３は、出力電圧が小さい程放電インピーダンスが小さ
い、即ち、プラズマ密度が高いことを示している。

【００４０】従って、本実施例では、上記一実施例での
効果に加えて次のような効果が得られる。

【００４１】（１）プラズマ密度が高いため、エッチン
グ処理速度を大幅に向上できる。

【００４２】（２）プラズマ密度が高いため、試料に対
するイオンの加速エネルギを低く押えることができ、低
ダメージのエッチング処理が行なえる。

【００４３】尚、放電ブロック３０の頂面と導波管１１
０の頂壁内面との間隔Ｌは、ガス種、処理圧力等処理条
件により調節することが望ましいが、しかしながら、該
間隔Ｌを予備実験等により予め設定し、該設定された間
隔Ｌでもって装置設計を行ない製作するようにしても良
い。

【００４４】本発明の第３の実施例を図４により説明す
る。図４は、本発明の第３の実施例のマイクロ波プラズ
マエッチング装置の要部縦断面構成図である。

【００４５】図４で、本発明の一実施例を示す図１と異
なる点は、導波管１１０′がテーパ状に拡大した導波管
である点と、放電ブロック３０′の外周側面が導波管１
１１０の内周面形状に沿ってテーパ状になっている点
（但し、円筒内径部の形状は図１と同）である。導波管
１１０′は、導波管１１１の連結端部から放電ブロック
３０′に向かってテーパ状に拡大した形状となってい
る。また、上段に配置された空心コイル１４０′は、下
段に配置された空心コイル１４１よりも内径を小さくし
てコイル巻数を増やしたもので、放電部に加える磁場強
度の分布（マイクロ波導入方向が強く、真空容器１０側
に向かうにしたがって徐々に弱くなる）に適合させたも
のである。尚、図４で、その他図１と同一部品、装置等
は同一符号で示し説明を省略する。

【００４６】本実施例では、上記一実施例での効果に加
え次のような効果が得られる。

【００４７】（１）放電ブロックを内部に有する導波管
の形状をテーパ状形状にしたことで、上段に配置された
空心コイルのコイル巻数を増加でき最大磁場発生用のコ
イル電源（図示省略）を小さくできる。

【００４８】本発明の第４の実施例を図５により説明す
る。図５は、本発明の第４の実施例のマイクロ波プラズ
マエッチング装置の要部縦断面構成図である。

【００４９】図５で、本発明の一実施例を示す図１と異
なる点は、補正磁界印加用の空心コイル１４２が試料台
６１の試料装置面の反対側で試料台軸６０に環装されて
いる点である。空心コイル１４２は、放電ブロック３０
内へ磁場を印加する空心コイル１４０，１４１によって
発生する試料９０に被処理面近傍の磁界を補正するもの
である。尚、図５で、その他図１と同一部品、装置等は
同一符号で示し、説明を省略する。

【００５０】図５で、空心コイル１４０，１４１による
磁束方向が図で上からした方向へ向かっているとき、空
心コイル１４２の磁束の向きを図で上方向に向けると、
試料９０の被処理面近傍の合成磁界方向は試料９０の被
処理面の外周方向を向き、空心コイル１４２の磁束の向
きを逆に下向きにすると合成磁界は、試料９０の被処理
面の中央部へ集まろうとする。生成されるプラズマは、
磁束の流れ方向に拡散し易い性質があるため、補正磁界
の方向、強さを調節することで、プラズマ密度、プラズ
マの拡散状態を補正することができ、試料の処理速度、
均一性を補正することができる。

【００５１】図６は、本発明の第５の実施例を示すもの
で、図６で、本発明の一実施例を示す図１と同一部品、
装置等は同一符号で示し説明を省略する。

【００５２】図６で、１４２′は、補正磁界印加用の空
心コイルであり、上記第４の実施例での空心コイルと同
様な作用、効果を奏するものである。空心コイル１４
２′は、試料台６１の試料設置面の反対側で真空容器１
０外、つまり、大気中に設けられている。このため、上
記第４の実施例での空心コイルに比べて放熱や真空封
止、メンテナンスの面で優れた特性を有する。

【００５３】図７は、本発明の第６の実施例を示すもの
で、図７で、本発明の一実施例を示す図１と同一部品、
装置等は同一符号で示し説明を省略する。

【００５４】図７で、１５０は、円偏波変換素子であ
り、導波管１１０と導波管１１１との間に設けられてい
る。つまり、円偏波変換素子１５０の一端は、導波管１
１１の出口端に連結され、他端は、導波管１１０に連結
されている。

【００５５】図７で、矩形・円形直角変換用の導波管１
１１で円形導波管がモードに変換されたマイクロ波（Ｔ
Ｅ₁₁モード）は、円偏波変換素子１５０で直線偏波から
円偏波に変換されて次段の導波管１１０へ伝播され、更
にマイクロ波透過窓４０を通して放電ブロック３０内へ
伝播される。

【００５６】本実施例では、上記一実施例での効果に加
え、円偏波変換素子を用いることにより、放電ブロック
内でのプラズマの生成密度を上記一実施例でのそれに比
べて数倍向上でき、これにより試料の処理速度を更に向
上できる効果がある。

【００５７】尚、プラズマ密度を更に向上させる方策と
して、上記第６の実施例では、円偏波を用いる例を説明
したが、この他に、例えば、マグネトロンをパルス放電
させることも有効である。

【００５８】以上の実施例においては、有磁場型のマイ
クロ波プラズマエッチング装置への適用を例に採り説明
したが、この他に、有磁場型のマイクロ波ＣＶＤ装置
や、また、無磁場型のマイクロ波プラズマエッチング装
置（含むアッシング装置），ＣＶＤ装置にも同様に適用
できることはいうまでもない。このように、マイクロ波
ＣＶＤ装置に本発明を適用した場合、成膜の均一性が向
上し、また、その成膜速度を向上させることができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波伝播用の導
波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電
手段を導波管部に有するマイクロ波プラズマ処理装置を
用いて試料を処理する際に、試料の被処理面に対応する
プラズマ密度分布の均一性を大幅に向上できこれを利用
して処理される試料の被処理面内での処理の均一性を向
上できる効果がある。

【００６０】また、本発明によれば、上記のように試料
の被処理面内での処理の均一性を向上できる効果と共
に、試料の被処理面に入射するイオンを加速でき、ま
た、プラズマ密度を高めることができるので、試料の処
理速度を向上できる効果がある。

【００６１】更に、本発明によれば、上記のように試料
の被処理面内での処理の均一性を向上できる効果と共
に、プラズマ密度を高めることができるので、試料に対
するイオンの加速エネルギを低く押えることができ低ダ
メージで処理速度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置の要部縦断面構成図である。

【図２】本発明の第２の実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。

【図３】同じく従来技術との比較を示す電源出力パワー
と出力電源との関係模式図である。

【図４】本発明の第３の実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。

【図５】本発明の第４の実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。

【図６】本発明の第５の実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。

【図７】本発明の第６の実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。

【符号の説明】

１０…真空容器、２０…真空排気装置、３０，３０′…
放電ブロック、４０…マイクロ波透過窓、６１…試料
台、８０…高周波電源、９０…試料、１０１…処理ガス
源、１１０〜１１２，１１０′…導波管、１２０…空
間、１３０…マグネトロン、１４０〜１４２，１４
０′，１４２′…空心コイル、１５０…円偏波変換素
子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者渡辺成一茨城県土浦市神田町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者縄田誠茨城県土浦市神田町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を発振する手段と、該マイクロ
波を伝播する手段と、該手段が連結される閉止端壁を有
する略円筒形の導波管と、マイクロ波不透過材製の中空
円筒形で該中空部にマイクロ波透過窓が設けられ該マイ
クロ波透過窓が設けられた面と前記閉止端壁との間で空
間を形成して前記導波管内に設けられた放電手段と、該
放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部分を
マイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイクロ波
不透過材で形成し、試料設置面を前記中空部に対応して
有する試料台と、前記中空部に連通し前記試料台が設け
られる空間を減圧排気する手段と、前記減圧空間に処理
ガスを供給する手段とを備えたことを特徴とするマイク
ロ波プラズマ処理装置。