(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する容器と、この容器の開口部外周の端面に支持され前記開口部を閉塞する誘電体部材と、この誘電体部材を介して前記開口部から前記容器の内部へ電磁界を供給するアンテナと、少なくとも前記容器の端面と前記アンテナとの間に延在して前記誘電体部材の外周を覆い前記電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置において、
前記容器の端面と前記アンテナとの間隔をＤ、前記容器の端面と、前記アンテナと、前記シールド材とにより囲まれた領域内における相対空気密度をδ、前記領域内における前記電磁界の波長をλg とすると、前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離Ｌ1 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ1 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ1 ≧０
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2]
（Ｎは０以上の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ装置において、
前記容器の端面と前記誘電体部材との接合部に介在してこの接合部を密閉するシール部材を更に備え、
前記シールド材の内面から前記シール部材の配置位置までの距離Ｌ2 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ2 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ2 ≧０
（Ｍは０以上Ｎ以下の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項３】
導電体が挿通される貫通孔が形成された容器と、この容器の内部へ電磁界を供給するアンテナと、前記容器の貫通孔を塞いで前記電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置において、
前記容器の貫通孔の直径をＤ、前記貫通孔内における相対空気密度をδ、前記貫通孔内における前記電磁界の波長をλg とすると、前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離Ｌ3 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ3 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ3 ≧０
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2]
（Ｎは０以上の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ装置において、
前記容器の貫通孔を密閉するシール部材を更に備え、
前記シールド材の内面から前記シール部材の配置位置までの距離Ｌ4 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ4 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ4 ≧０
（Ｍは０以上Ｎ以下の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項５】
開口部を有する容器と、この容器の開口部外周の端面に支持され前記開口部を閉塞する誘電体部材と、この誘電体部材を介して前記開口部から前記容器の内部へ電磁界を供給するアンテナと、少なくとも前記容器の端面と前記電磁界供給手段との間に延在して前記誘電体部材の外周を覆い前記電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置の製造方法において、
前記容器の端面と前記アンテナとの間隔をＤ、前記容器の端面と、前記アンテナと、前記シールド材とにより囲まれた領域内における相対空気密度をδ、前記領域内における前記電磁界の波長をλg とすると、前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離Ｌ1 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ1 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ1 ≧０
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2]
（Ｎは０以上の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記シールド材の内面から前記容器の端面と前記誘電体部材との接合部を密閉するシール部材の配置位置までの距離Ｌ2 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ2 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ2 ≧０
（Ｍは０以上Ｎ以下の自然数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ処理装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記誘電体部材と前記アンテナとの間隔を変化させることにより、前記容器の端面と前記アンテナと前記シールド材とにより囲まれた領域内における前記電磁界の波長を調整することを特徴とするプラズマ装置の製造方法。
【請求項８】
導電体が挿通される貫通孔が形成された容器と、この容器の内部へ電磁界を供給するアンテナと、前記容器の貫通孔を塞いで前記電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置の製造方法において、
前記容器の貫通孔の直径をＤ、前記貫通孔内における相対空気密度をδ、前記貫通孔内における前記電磁界の波長をλg とすると、前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離Ｌ3 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ3 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ3 ≧０
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2]
（Ｎは０以上の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記シールド材の内面から前記シール部材の配置位置までの距離Ｌ4 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ4 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ただし、Ｌ4 ≧０
（Ｍは０以上Ｎ以下の整数）
を満たしていることを特徴とするプラズマ処理装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成するプラズマ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、プラズマ装置が多用されている。これらのプラズマ装置の中に、アンテナを用いて容器内に高周波電磁界を供給し、その電磁界により高密度プラズマを発生させる高周波プラズマ装置がある。この高周波プラズマ装置は、プラズマガスの圧力が比較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、用途が広いという特色がある。
【０００３】
図８は、従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示す図である。この図では、一部構成について縦断面構造が示されている。また、図９は、図８において点線で囲まれた部分IXを拡大して示す断面図である。
図８に示すように、このプラズマ装置は、上部が開口している有底円筒形の処理容器５１１を有している。この処理容器５１１の底部には載置台５２２が固定され、この載置台５２２の上面に基板５２１が配置される。処理容器５１１の側壁には、ガス供給用のノズル５１７が設けられ、処理容器５１１の底部には、真空排気用の排気口５１６が設けられている。処理容器５１１の上部開口には、誘電体板５１３が配置され、処理容器５１１の側壁上面と誘電体板５１３の下面周縁部との接合部にシール部材としてＯリング５１４を介在させることにより、この接合部を密閉している。
【０００４】
この誘電体板５１３の上にはラジアルアンテナ５３０が配置されている。ラジアルアンテナ５３０の中心部には、高周波電磁界を発生する高周波発生器５４５が導波路によって接続されている。また、処理容器５１１の側壁上面に、環状のシールド材５１２が配置されている。このシールド材５１２は誘電体板５１３及びラジアルアンテナ５３０の外周を覆い、電磁界が処理容器５１１の外部に漏れない構造になっている。
【０００５】
ラジアルアンテナ５３０から放射された電磁界のうち、誘電体板５１３を透過して処理容器５１１内に導入された電磁界Ｆは、処理容器５１１内のガスを電離させて、基板５２１の上部空間Ｓ２にプラズマを生成する。このとき、生成されたプラズマによって吸収されずに反射された電磁界Ｆ１や、ラジアルアンテナ５３０から処理容器５１１内に直接導入されなかった電磁界Ｆ２は、ラジアルアンテナ５３０の放射面とプラズマ表面との間の領域Ｓ１で反射を繰り返し、定在波を形成する。この定在波もプラズマ生成に関与している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ装置では、シールド材５１２を処理容器５１１の側壁上面に配置するにあたり、処理容器５１１の側壁内面のエッジ５１１Ａからシールド材５１２の内面までの距離Ｌ１について、何の配慮もなされていなかった。しかし、処理容器５１１の側壁上面とラジアルアンテナ５３０の放射面とシールド材５１２の内面とから形成される凹部（図９（ａ），（ｂ）において梨子地模様を付した領域）５１８内における電磁界の波長λg に対して、図９（ａ）に示すようにＬ１がおよそλg/４であると、凹部５１８の開口部であるエッジ５１１Ａの位置が定在波の腹に当たるため、エッジ５１１Ａの位置における電圧が大きくなり、異常放電が生じることがある。この異常放電が生じると、電子衝撃によって処理容器５１１の金属原子が離脱して、処理容器５１１内の汚染の原因となるという問題があった。
【０００７】
また、従来のプラズマ装置では、シールド材５１２の内面からＯリング５１４の配置位置までの距離Ｌ２についても、何の配慮もなされていなかった。しかし、図９（ｂ）に示すようにＬ２がおよそλg/４であると、定在波の強い電磁界によりＯリング５１４の弾性が奪われ、Ｏリング５１４の寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマが生成される容器内の汚染を抑制することにある。
また、他の目的は、Ｏリングなどのシール部材の寿命を長くすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のプラズマ装置は、開口部を有する容器と、この容器の開口部外周の端面に支持され開口部を閉塞する誘電体部材と、この誘電体部材を介して開口部から容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、少なくとも容器の端面と電磁界供給手段との間に延在して誘電体部材の外周を覆い電磁界を遮蔽するシールド材とを備え、容器の端面における容器の内面からシールド材の内面までの距離が、容器の端面と電磁界供給手段とシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）になっていることを特徴とする。これにより、容器の内面の位置が上記領域内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、この位置における電圧がおよそ零となるので、この位置では異常放電は生じない。なお、上記距離は、上記領域内にある誘電体部材の比誘電率を考慮して決定される。
【００１０】
ここで、容器の端面とアンテナとの間隔をＤ、上記領域内における相対空気密度をδ、上記領域内における電磁界の波長をλg とすると、容器の内面からシールド材の内面までの距離Ｌ1 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ1 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2｝
を満たしていることが望ましい。
【００１１】
また、容器の端面と誘電体部材との接合部に介在してこの接合部を密閉するシール部材については、シールド材の内面から上記領域内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に配置されていることを特徴とする。このシール部材の配置位置は、上記領域内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、定在波の電磁界が弱い。
ここで、容器の端面とアンテナとの間隔をＤ、上記領域内における相対空気密度をδ、上記領域内における電磁界の波長をλg とすると、シールド材の内面からシール部材の配置位置までの距離Ｌ2 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ2 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2｝
を満たしていることが望ましい。
【００１２】
本発明のプラズマ装置は、導電体が挿通される貫通孔が形成された容器と、この容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、容器の貫通孔を塞いで電磁界を遮蔽するシールド材とを備え、容器の貫通孔内における容器の内面からシールド材の内面までの距離が、貫通孔内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）になっているを特徴とする。これにより、容器の内面の位置が貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、この位置における電圧がおよそ零となるので、この位置では異常放電は生じない。なお、貫通孔に挿通される導電体の例としては、プラズマ密度計測用のプローブなどがある。
【００１３】
ここで、容器の貫通孔の直径をＤ、貫通孔内における相対空気密度をδ、貫通孔内における電磁界の波長をλg とすると、容器の内面からシールド材の内面までの距離Ｌ3 は、
(Ｎ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ3 ＜ (Ｎ／２)・λg ＋ΔＬ
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2｝
を満たしていることが望ましい。
【００１４】
また、容器の貫通孔を密閉するシール部材については、シールド材の内面から貫通孔内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に配置されていることを特徴とする。このシール部材の配置位置は、貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、定在波の電磁界が弱い。
ここで、容器の貫通孔の直径をＤ、貫通孔内における相対空気密度をδ、貫通孔内における電磁界の波長をλg とすると、シールド材の内面からシール部材の配置位置までの距離Ｌ4 は、
(Ｍ／２)・λg −ΔＬ ＜ Ｌ4 ＜ (Ｍ／２)・λg ＋ΔＬ
ΔＬ ＝ (θ／360)・λg
θ ＝ sin-1(１／Γ)
Γ ＝ １＋[0.328／(δ・Ｄ)1/2｝
を満たしていることが望ましい。
【００１５】
本発明のプラズマ装置の製造方法は、開口部を有する容器と、この容器の開口部外周の端面に支持され開口部を閉塞する誘電体部材と、この誘電体部材を介して開口部から容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、少なくとも容器の端面と電磁界供給手段との間に延在して誘電体部材の外周を覆い電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置を製造する際に、容器の端面における容器の内面からシールド材の内面までの距離を、容器の端面と電磁界供給手段とシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように調整することを特徴とする。
【００１６】
また、容器の端面と誘電体部材との接合部を密閉するシール部材を、シールド材の内面から上記領域内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に配置することを特徴とする。
また、電磁界供給手段を誘電体部材に対向配置されたアンテナで構成した場合、誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させることにより、容器の端面とアンテナとシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長を調整するようにしてもよい。
【００１７】
本発明のプラズマ装置の製造方法は、導電体が挿通される貫通孔が形成された容器と、この容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、容器の貫通孔を塞いで電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置を製造する際に、容器の貫通孔内における容器の内面からシールド材の内面までの距離を、貫通孔内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）となるように調整することを特徴とする。なお、貫通孔に挿通される導電体の例としては、プラズマ密度計測用のプローブなどがある。
また、容器の貫通孔を密閉するシール部材を、シールド材の内面から貫通孔内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に配置することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例にして説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。この図では、一部構成について縦断面構造が示されている。
【００１９】
このエッチング装置は、上部に開口部を有する有底円筒形の処理容器１１を備えている。この処理容器１１は、アルミニウムなどの金属で形成されている。
処理容器１１の側壁には、Ａｒなどのプラズマガス及びＣＦ4 などのエッチングガスを処理容器１１内に導入するためのノズル１７が設けられている。このノズル１７は石英パイプなどで形成されている。
処理容器１１の底部には、セラミックなどからなる絶縁板１５が設けられている。また、この絶縁板１５及び処理容器１１底部を貫通する排気口１６が設けられており、この排気口１６に連通する真空ポンプ（図示せず）により、処理容器１１内を所望の真空度にすることができる。
【００２０】
処理容器１１内には、処理対象の基板２１が上面に配置される円柱状の載置台２２が収容されている。この載置台２２は、処理容器１１の底部を遊貫する昇降軸２３によって支持され、上下動自在となっている。また、載置台２２には、マッチングボックス２５を介してバイアス用の高周波電源２６が接続されている。この高周波電源２６の出力周波数は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲内の所定周波数とする。なお、処理容器１１内の気密性を確保するため、載置台２２と絶縁板１５との間に、昇降軸２３を囲むようにベローズ２４が設けられている。
【００２１】
処理容器１１の開口部には、厚さ２０〜３０ｍｍ程度の石英ガラス又はセラミック（例えばＡｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ）などからなる誘電体板１３が配置されている。この誘電体板１３の直径は開口部よりも大きく、誘電体板１３は処理容器１１の開口部外周にあたる側壁上面（処理容器１１の端面）に支持されている。そして、処理容器１１の側壁上面と誘電体板１３の周縁部下面との接合部に、シール部材としてＯリング１４を介在させて、この接合部を密閉している。Ｏリング１４は例えばバイトン（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）で形成される。
【００２２】
誘電体板１３の上には、この誘電体板１３を介して処理容器１１の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段としてのラジアルアンテナ３０が配置されている。このラジアルアンテナ３０は、誘電体板１３によって処理容器１１から隔離されており、処理容器１１内で生成されるプラズマから保護されている。
また、処理容器１１の側壁上面に、誘電体板１３及びラジアルアンテナ３０の外周を覆う環状のシールド材１２が配置されている。このシールド材１２は、アルミニウムなどの金属で形成され、電磁界を遮蔽する作用を有している。このシールド材１２により、処理容器１１の外部への電磁界の漏洩を防止できる。なお、シールド材は、少なくとも処理容器１１の側壁上面とラジアルアンテナ３０の下面との間に延在して、誘電体板１３の外周を覆う構造であればよい。
【００２３】
ラジアルアンテナ３０は、ラジアル導波路３３を形成する互いに平行な２枚の円形導体板３１，３２と、これらの導体板３１，３２の周縁部を接続する導体リング３４とから構成されている。ラジアル導波路３３の上面となる導体板３２の中心部には、ラジアル導波路３３内に電磁界を導入する導入口３５が形成され、ラジアル導波路３３の下面となる導体板３１には、ラジアル導波路３３内を伝搬する電磁界を処理容器１１内に供給するスロット３６が複数形成されている。この導体板３１がラジアルアンテナ３０の放射面となる。
なお、ラジアル導波路３３内における電磁界の波長がλg1であるとき、導体板３１の径方向におけるスロット間隔をλg1程度として、放射型のアンテナとしてもよいし、上記間隔をλg1/20〜λg1/30として、リーク型のアンテナとしてもよい。導体板３１，３２及び導体リング３４は、銅又はアルミニウムなどの金属で形成されている。
【００２４】
ラジアルアンテナ３０の中央部には、同軸線路４１が接続されている。この同軸線路４１の外導体４１Ａは導体板３２の導入口３５に接続されている。また、同軸線路４１の内導体４１Ｂの先端は円錐状に成形され、この円錐の底部が導体板３１の中心に接続されている。
このようにラジアルアンテナ３０の中央部に接続された同軸線路４１は、矩形・同軸変換器４２及び矩形導波管４３を介して、高周波発生器４５に接続されている。この高周波発生器４５は、１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの範囲内の所定周波数（例えば、2.45ＧＨｚ）の高周波電磁界を発生するものである。また、矩形導波管４３の途中にインピーダンスのマッチングを図るマッチング回路４４を設けることにより、電力の使用効率を向上させることができる。なお、高周波発生器４５からラジアルアンテナ３０までの間を、円筒導波管で接続してもよい。
【００２５】
図２は、図１において点線で囲まれた部分IIを拡大して示す断面図である。
処理容器１１の側壁上面とラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３１）とシールド材１２の内面とから形成される凹部（図２において梨子地模様を付した領域）１８内における電磁界の波長をλg とすると、処理容器１１の側壁内面のエッジ１１Ａからシールド材１２の内面までの距離（すなわち、凹部１８の開口部から端面までの深さ）Ｌ１がおよそλg/２となるように、シールド材１２が配置されている。また、Ｏリング１４は、シールド材１２の内面からλg/２よりもやや短い距離Ｌ２を隔てた位置に配置されている。
【００２６】
凹部１８内における電磁界の波長λg は、次のように表される。まず、誘電体板１３の厚みと比誘電率をそれぞれｄ1 ，ε1 、この誘電体板１３とラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３１）との間の距離と比誘電率をそれぞれｄ2 ，ε2 とし、ｄ1＋ｄ2＝ｄとすると、ラジアルアンテナ３０外部の等価比誘電率εr は、
εr ＝ ε1・ε2/[ε1・(１−α)＋ε2・α]               ・・・（１）
で求められる。ここで、αはｄ1/ｄであり、誘電体占有率と呼ぶ。そして、自由空間における電磁界の波長をλとすると、凹部１８内における電磁界の波長λg は、等価比誘電率εr を用いて、
λg ＝ λ/(εr)1/2                                  ・・・（２）
と表される。ここで、１/(εr)1/2 を波長短縮率と呼ぶ。
【００２７】
図３は、等価比誘電率及び波長短縮率の誘電体占有率依存性を示す図である。横軸は誘電体占有率α、縦軸は等価比誘電率εr 及び波長短縮率１/(εr)1/2 である。ここでは、誘電体板１３の比誘電率ε1 を４とし、この誘電体板１３とラジアルアンテナ３０との間の空間の比誘電率ε2 を１としている。
この図からも分かるように、誘電体占有率αが変化すれば、ラジアルアンテナ３０外部の等価比誘電率εr が変化し、波長短縮率１/(εr)1/2 が変化するので、それに応じて凹部１８内における電磁界の波長λg も変化する。誘電体占有率αは、誘電体板１３の厚みｄ1 又はこの誘電体板１３とラジアルアンテナ３０との間隔ｄ2 によって変化する。したがって、例えばラジアルアンテナ３０を上下動させて、誘電体板１３とラジアルアンテナ３０との間隔ｄ2 を変えることにより、波長λg を変化させてＬ１，Ｌ２がおよそλg/２となるように調整することができる。
【００２８】
次に、図１に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板２１を載置台２２の上面に置いた状態で、処理容器１１内を例えば０．０１〜１０Ｐａ程度の真空度にする。この真空度を維持しつつ、ノズル１７からプラズマガスとしてＡｒを、またエッチングガスとしてＣＦ4 を供給する。この状態で、高周波発生器４５からの電磁界を矩形導波管４３、矩形・同軸変換器４２及び同軸線路４１を介してラジアルアンテナ３０に供給する。
【００２９】
ラジアルアンテナ３０に導入された電磁界は、ラジアル導波路３３の中心部から外周部に向かって放射状に伝搬しながら、複数のスロット３６から少しずつ放射されてゆく。ラジアルアンテナ３０から放射された電磁界Ｆは、誘電体板１３を透過し、処理容器１１内に導入される。そして、処理容器１１内のＡｒを電離させて基板２１の上部空間Ｓ２にプラズマを生成すると共に、ＣＦ4 を解離させる。
プラズマは、載置台２２に印加されたバイアス電圧によってエネルギーや異方性がコントロールされ、基板２１上に付着したラジカルＣＦx （ｘ＝１，２，３）と共にエッチング処理に利用される。
【００３０】
従来と同様に、生成されたプラズマによって吸収されずに反射された電磁界Ｆ１や、ラジアルアンテナ３０から処理容器１１内に直接導入されなかった電磁界Ｆ２は、ラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３１）とプラズマ表面との間の領域Ｓ１で反射を繰り返し、定在波を形成する。
しかし、このエッチング装置では、図２に示したように、処理容器１１のエッジ１１Ａからシールド材１２の内面までの距離Ｌ１がおよそλg/２となっている。このため、エッジ１１Ａの位置は定在波のほぼ節の位置に当たる。したがって、エッジ１１Ａとその対向位置の放射面（導体板３１）との間の電圧がおよそ零となるので、エッジ１１Ａでは異常放電は生じない。よって、異常放電が原因となる処理容器１１内の汚染を防止できる。
【００３１】
また、シールド材１２の内面からＯリング１４までの距離Ｌ２も、およそλg/２となっている。このため、Ｏリング１４の位置も定在波のほぼ節の位置に当たり、定在波の電磁界が弱いので、Ｏリング１４が定在波から受ける影響が小さくなる。よって、Ｏリング１４の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
以上では、処理容器１１のエッジ１１Ａからシールド材１２の内面までの距離Ｌ１がおよそλg/２である例を説明したが、エッジ１１Ａが定在波のほぼ節の位置にくればよいので、Ｌ１はλg のおよそＮ／２倍（Ｎは自然数）であればよい。
同様に、シールド材１２の内面からＯリング１４までの距離Ｌ２も、λg のおよそＭ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）であればよい。ただし、Ｎ≠Ｍの場合、Ｏリング１４からみて処理容器１１の内部側に定在波の腹が存在することになる。ここで仮に異常放電が発生すると、電子衝撃によって処理容器１１から離脱した金属原子が処理容器１１内に発散し、処理容器１１内が汚染される。このため、Ｎ＝Ｍとして、Ｏリング１４をエッジ１１Ａからみてややシールド材１２側に配置することが望ましい。
【００３３】
また、Ｌ１，Ｌ２は厳密にλg・Ｎ/２，λg・Ｍ/２である必要はない。以下に、Ｌ１，Ｌ２の許容範囲について説明する。
平行板電極が作る平等電界場において、交流電界で火花放電が発生するときの電界強度Ｅ1 と電極間等価距離Ｄ[ｃｍ]との関係は、
Ｅ1 ＝ 24.05δ[1＋[0.328/(δ・Ｄ)1/2]]  [ｋＶ/ｃｍ]  ・・・（３）
で与えられる。
δは相対空気密度と呼ばれ、常温常圧（２０℃，1013ｈＰａ）の空気密度を１としたときの空気密度であり、
δ ＝ 0.289ｐ/(273＋ｔ)                             ・・・（４）
で求められる。ｐは圧力[ｈＰａ]、ｔは温度[℃]である。
【００３４】
（３）式の関係を図２に示した構成に適用する場合、平等電界場を作る平行板電極は、処理容器１１の側壁上面とラジアルアンテナ３０の放射面（導体板３１）に相当する。したがって、（３）式中の電極間等価距離Ｄが凹部１８の間隔に当たる。ただし、ここでは側壁上面と誘電体板１３との間の真空部分は無視するので、電極間等価距離Ｄは、
Ｄ ＝ (ε1)1/2・ｄ1＋(ε2)1/2・ｄ2 ・・・（５）
となる。
【００３５】
一方、（３）式で、Ｄを無限大とした場合に、不平等電界場において火花放電が発生するときの電界強度Ｅ2 が与えられる。
Ｅ2 ＝ 24.05δ  [ｋＶ/ｃｍ]                          ・・・（６）
これは、処理容器１１の側壁内面のエッジ１１Ａにおいて、火花放電が発生する条件を示している。
（３）式と（６）式の比をとると、
Γ ＝ Ｅ1/Ｅ2 ＝ 1＋[0.328/(δ・Ｄ)1/2]               ・・・（７）
となる。
【００３６】
エッジ１１Ａにおける電圧が、ピーク電圧の（１／Γ）以下であれば、エッジ１１Ａで放電することはないと考えられる。電圧がピーク電圧の１／Γとなる角度θは、
θ ＝ sin-1(１/Γ)  [゜]                             ・・・（８）
で与えられる。したがって、Ｌ１，Ｌ２の許容値ΔＬは、
ΔＬ ＝ (θ/360)・λg                                 ・・・（９）
となるので、Ｌ１，Ｌ２は次のような範囲で設定されればよい。
(Ｎ/２)・λg−ΔＬ ＜ Ｌ1 ＜ (Ｎ/２)・λg＋ΔＬ      ・・・（１０）
(Ｍ/２)・λg−ΔＬ ＜ Ｌ2 ＜ (Ｍ/２)・λg＋ΔＬ      ・・・（１１）
【００３７】
具体例を示す。図２に示した構成において、電極間を、厚みｄ1＝3.1[ｃｍ]で比誘電率ε1＝3.8の石英ガラス（誘電体板１３）と、厚みｄ2＝0.5[ｃｍ]で比誘電率ε1＝1.0の空気（誘電体板１３とラジアルアンテナ３０との間の空間）とで構成した場合、電極間等価距離Ｄは（５）式から6.5 [ｃｍ]となる。また、（４）式において、圧力ｐ＝1013[ｈＰａ]、温度ｔ＝40[℃]とすると、（７）式及び（８）式からθ＝61.9[゜]が得られる。一方、電極間の等価比誘電率εr は（１）式から2.73であるので、周波数が2.45[ＧＨｚ]である電磁界の波長λg は（２）式から7.4 [ｃｍ]となる。したがって、Ｌ１，Ｌ２の許容範囲は、θ及びλg の値を（９）式〜（１１）式に代入すれば、
(3.7・Ｎ−1.27)[ｃｍ] ＜ Ｌ1 ＜ (3.7・Ｎ＋1.27)[ｃｍ]
(3.7・Ｍ−1.27)[ｃｍ] ＜ Ｌ2 ＜ (3.7・Ｍ＋1.27)[ｃｍ]
となる。
なお、この条件は放電が生じない制約であって、プラズマ中の電子の衝撃によって処理容器１１から金属原子が離脱することに対する制約とはなっていない。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。この図において、図１と同一部分又は相当部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。また、図５は、図４において点線で囲まれた部分Ｖを拡大して示す断面図である。
図４に示すエッチング装置は、処理容器１１の側壁に、プラズマ密度計測用の導電体プローブ５１が挿通される円形の貫通孔１９が形成されている。プローブ５１は貫通孔１９の中心軸に配置され、貫通孔１９の内面とともに同軸線路を形成している。同軸線路は高周波のカットオフがないので、高周波プラズマ装置のプラズマ密度計測によく使われる。プローブ５１の一端は、処理容器１１の外部に配置されたプラズマ密度計測装置本体５２に接続され、他端は処理容器１１の内部にのびている。
【００３９】
処理容器１１の側壁に形成された貫通孔１９は、プローブ５１との間に介在するシール部材としてのＯリング５３によって密閉され、処理容器１１内部の気密性が確保されている。
また、貫通孔１９はシールド材５４により側壁外面側が塞がれており、この貫通孔１９を通って処理容器１１の外部に向かう電磁界は遮蔽される。なお、プローブ５１はシールド材５４の中心部を貫通して処理容器１１の外部に取り出されるが、プローブ５１とシールド材５４とが接触しないように図５に示すような絶縁部材５５を介在させている。
【００４０】
ここで、貫通孔１９の内面とシールド材５４の内面とから形成される凹部５６内における電磁界の波長をλg とすると、処理容器１１の側壁内面のエッジ１１Ｂからシールド材５４の内面までの距離（すなわち、凹部５６の開口部から端面までの深さ）Ｌ３が、λg のおよそＮ／２倍となるように、シールド材５４が配置されている。また、Ｏリング１４は、シールド材１２の内面からの距離Ｌ４が、λg のおよそＭ／２倍となるように配置されている。Ｌ３の許容範囲は、上述した（１０）式においてＬ１をＬ３に置き換えた範囲で表され、Ｌ４の許容範囲は、上述した（１１）式においてＬ２をＬ４に置き換えた範囲で表される。
これにより、凹部５６内に定在波が現れても、エッジ１１Ｂでは異常放電が発生しないので、処理容器１１内の汚染を抑制できる。また、Ｏリング５４の位置では定在波の電磁界が弱いので、Ｏリング５４の寿命を延ばすことができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本発明は、電子サイクロトロン共鳴(electron cyclotron resonance:ＥＣＲ) を利用して基板をエッチングするＥＣＲエッチング装置にも適用できる。図６は、本発明の第３の実施の形態であるＥＣＲエッチング装置の構成図である。この図において、図１と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
このエッチング装置は、図６に示すように、ミラー磁場を形成する電磁コイル１５１が周囲に設けられたプラズマ室１１１Ｐと、処理対象である基板２１を収容する反応室１１１Ｑとからなる真空容器１１１を有している。プラズマ室１１１Ｐの上部には、Ａｒなどのプラズマガスを導入するガス供給ノズル１１７Ａが設けられ、反応室１１１Ｑの上部には、ＣＦ4 などのエッチングガスを導入する環状のガス供給部１１７Ｂが設けられている。
【００４２】
プラズマ室１１１Ｐの上部にある開口部には、誘電体板１１３が配置されている。この誘電体板１１３は、プラズマ室１１１Ｐの開口部にあたる側壁上面（真空容器１１１の端面）に支持され、この側壁上面と誘電体板１１３の周縁部下面との接合部に、シール部材としてＯリング１１４が介在している。
誘電体板１１３の上には、高周波電磁界を発生する高周波発生器１４５に接続された導波管１４４が配置されている。このＥＣＲエッチング装置では、導波管１４４と高周波発生器１４５とにより、電磁界供給手段が構成される。また、真空容器１１１の側壁上面に、誘電体板１１３の外周を覆う環状のシールド材１１２が配置されている。
【００４３】
図７は、図６において点線で囲まれた部分ＶIIを拡大して示す断面図である。
真空容器１１１の側壁上面と導波管１４４の下面とシールド材１１２の内面とから形成される凹部（図７において梨子地模様を付した領域）１１８内における電磁界の波長をλg とすると、真空容器１１１の側壁内面のエッジ１１１Ａからシールド材１１２の内面までの距離（すなわち、凹部１１８の開口部から端面までの深さ）Ｌ５がおよそλg/２となるように、シールド材１１２が配置されている。また、Ｏリング１１４は、シールド材１１２の内面からλg/２よりもやや短い距離Ｌ６を隔てた位置に配置されている。Ｌ５の許容範囲は、上述した（１０）式においてＬ１をＬ５に置き換えた範囲で表され、Ｌ６の許容範囲は、上述した（１１）式においてＬ２をＬ６に置き換えた範囲で表される。
これにより、凹部１１８内に定在波が現れても、エッジ１１１Ａには異常放電が発生しないので、真空容器１１１内の汚染を抑制できる。また、Ｏリング１１４の位置では定在波の電磁界が弱いので、Ｏリング１１４の寿命を延ばすことができる。
【００４４】
なお、真空容器１１１の側壁に、プラズマ密度計測用のプローブが挿通される貫通孔が形成されている場合には、シールド材及びＯリングの配置位置は第２の実施の形態で示したのと同様に調整すればよい。
以上では、本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマ装置に適用してもよいことは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、容器の端面と電磁界供給手段とシールド材とにより囲まれた領域内において、容器の内面からシールド材の内面までの距離が、上記領域内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）に調整されている。これにより、容器の内面の位置が上記領域内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、この位置における電圧がおよそ零となる。よって、容器の内面の位置で異常放電は生じないので、容器内の汚染を抑制できる。
また、本発明では、シールド材の内面から上記領域内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に、シール部材を配置する。この位置は、上記領域内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、定在波の電磁界が弱いので、シール部材の寿命を延ばすことができる。
【００４６】
また、電磁界供給手段を誘電体部材に対向配置されたアンテナで構成した場合、誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させることにより、容器の端面とアンテナとシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長を調整する。容器の内面からシールド材の内面までの距離が物理的に一定であっても、誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させて上記領域内における電磁界の波長を調整することにより、上記距離を電磁界の波長の略Ｎ／２倍とすることができる。
同じ理由から、シール部材の配置位置が物理的に固定であっても、誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させることにより、シールド材の内面からシール部材の配置位置までの距離を、電磁界の波長の略Ｍ／２倍とすることができる。
【００４７】
また、本発明では、容器の貫通孔内において、容器の内面からシールド材の内面までの距離が、貫通孔内における電磁界の波長の略Ｎ／２倍（Ｎは自然数）に調整されている。これにより、容器の内面の位置が貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、この位置における電圧がおよそ零となる。よって、容器の内面の位置で異常放電は生じないので、容器内の汚染を抑制できる。
また、本発明では、シールド材の内面から貫通孔内における電磁界の波長の略Ｍ／２倍（ＭはＮ以下の自然数）に相当する距離を隔てた位置に、シール部材を配置する。この位置は、貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、定在波の電磁界が弱いので、シール部材の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。
【図２】  図１において点線で囲まれた部分IIを拡大して示す断面図である。
【図３】  等価比誘電率及び波長短縮率の誘電体占有率依存性を示す図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。
【図５】  図４において点線で囲まれた部分Ｖを拡大して示す断面図である。
【図６】  本発明の第３の実施の形態であるＥＣＲエッチング装置の構成図である。
【図７】  図６において点線で囲まれた部分ＶIIを拡大して示す断面図である。
【図８】  従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示す図である。
【図９】  図８において点線で囲まれた部分IXを拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１１…処理容器、１１Ａ，１１Ｂ，１１１Ａ…エッジ、１２，１１２…シールド材、１３，１１３…誘電体板、１４，５３，１１４…Ｏリング、１８，５６，１１８…凹部、３０…ラジアルアンテナ、１９…貫通孔、５１…プローブ、５４…シールド材、１１１…真空容器、１１１Ｐ…プラズマ室、１１１Ｑ…反応室、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２…電磁界、λg …凹部内における電磁界の波長。
【図１】
0004680400.tif 000002
【図２】
0004680400.tif 000003
【図３】
0004680400.tif 000004
【図４】
0004680400.tif 000005
【図５】
0004680400.tif 000006
【図６】
0004680400.tif 000007
【図７】
0004680400.tif 000008
【図８】
0004680400.tif 000009
【図９】
0004680400.tif 000010