(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に配置され、対向電極となる一対の平行平板間にプラズマ処理空間が形成されたプラズマ処理装置において、
前記一対の平行平板のうち一方の平板に又は前記一方の平板の前記プラズマ処理空間とは反対側に隣接するプラズマ発生チャンバに、前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が環状に分散して形成され、
前記一対の平行平板のうち他方の平板は、前記真空チャンバの内底に直接又はサポート部材を介して間接的に植設され、上面が基板乗載可能に形成され、
更に、前記一対の平行平板を両端面とする筒状空間の側面部分である前記プラズマ処理空間の開口部分を覆う形状の可動壁体と、
前記可動壁体が前記開口部分を覆う位置と前記可動壁体が前記開口部分を解放する位置との両位置に亘って前記可動壁体を進退させる壁体駆動機構と、
前記可動壁体の内側となる前記プラズマ処理空間に処理ガスを導入するガス導入路と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
更に、前記プラズマ処理空間内の圧力を直接検出する真空圧計測手段と、
前記プラズマ処理空間の圧力に応じて前記壁体駆動機構による前記可動壁体の進退量を制御する圧力制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記可動壁体は、前記開口部分を覆う位置に在るときに前記可動壁体の上端が全周縁のところに前記他方の平板との間にほぼ同一の隙間を生じさせる形状のものであることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記可動壁体は、前記開口部分を覆う位置に在るときにおける前記他方の平板の上辺縁に対応した高さのところに開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記平板は円筒形であり、前記可動壁体は、内径が前記平板より僅かに大きい円筒形の金属製の筒状体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス導入路は、前記プラズマ発生空間にプラズマ用ガスを導入する第１のガス導入路と、前記プラズマ処理空間に処理ガスを導入する第２のガス導入路とからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第２のガス導入路へは反応ガス成分を含むガスを供給すると共に前記第１のガス導入路へは非反応性ガスのみを供給するものであることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
上記プラズマ処理装置がデポジション処理装置またはエッチング処理装置のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＣやＬＣＤなど高精度の製造工程においてプラズマ処理を効率よく行うときに好適なプラズマ処理装置に関し、詳しくは、電界及び磁界を用いてプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＶＤやエッチング，アッシング等のプラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置の例として、対向電極となる一対の平行平板を設けておいてこれらの平行平板間にプラズマ処理空間を形成してシリコンウエハ等の基板を対象にエッチング処理を行ういわゆる平行平板形エッチャー（ＲＩＥ）や成膜処理を行う平行平板形ＰＣＶＤ等が知られている。
【０００３】
図１３に縦断面構造図を示したが、平行平板形のプラズマ処理装置は、一対の平行平板が真空チャンバ内に設けられていて、両平板間に形成されたプラズマ処理空間にプラズマを発生させ又は導入するとともにそのプラズマ処理空間内に所定の処理ガス等も導入する。そして、プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせ、これによってプラズマ処理空間内の基板表面に対してエッチング処理等を施すものである。
【０００４】
エッチャーを例に詳述すると、この装置は、真空チャンバ本体部２の上に真空チャンバ蓋部３が開閉可能に取着された真空チャンバを備えており、被処理物である基板１が平板状をしていることから、水平に置かれたカソード部１２が真空チャンバ本体部２内のほぼ中央に設けられ、このカソード部１２の上面が平坦に形成されたうえ絶縁膜が張られて基板１を乗載しておくことが可能なようになっている。真空チャンバ本体部２の内底中央には筒状のローアーサポート１２ａが貫通して立設されており、カソード部１２はこのローアーサポート１２ａの上端に固着して支持されており、これらによって構成された基板支持体は、真空チャンバ内に植設され上面が基板乗載可能に形成されたものとなっている。
【０００５】
真空チャンバ蓋部３内のほぼ中央であってカソード部１２の上方にはアノード部１１が筒状のアッパーサポート１１ａによって真空チャンバ蓋部３に垂設されており、アノード部１１とカソード部１２とを互いに対向した電極としてＲＦ電源３１によって高周波が印加されると所定の真空圧の下でアノード部１１とカソード部１２との間にプラズマが発生する。そこに、所定の処理ガスが供給されるとカソード部１２上面に載置された基板１にガス状態等に応じたプラズマ処理がなされる。これにより、アノード部１１は、カソード部１２の上面との間にプラズマ処理空間１３を形成するものとなっている。
【０００６】
真空チャンバ本体部２には真空チャンバ内ガスを吸い出して適度な真空度を保つために内外貫通した吸引口２ａが加工形成され、この吸引口２ａに対し順にゲートバルブ４ａ、可変バルブ４、真空ポンプ５が連結されている。ゲートバルブ４ａは保守時等に仕切るための手動弁であり通常動作時には開状態にされる。これとターボポンプ等の真空ポンプ５とに介挿された可変バルブ４は、バルブ開度を可変駆動するモータ等が付設されていてこれを電気信号で制御することで遠隔制御可能な通過流体の可変絞りとして機能する。そして、真空チャンバに付設された真空圧計４ｂによって真空チャンバ内の真空圧が検出され、この検出値と所定の設定目標値との差に基づいてＰＩＤ制御回路４ｃによって制御信号が生成出力されると、この制御信号に従って可変バルブ４による絞り量が可変駆動される。このような真空圧計４ｂを圧力検出器としＰＩＤ制御回路４ｃを圧力制御回路とし可変バルブ４を圧力制御機構とする圧力制御手段によって、真空チャンバ内の真空圧が設定圧力になるように自動制御される。
【０００７】
ところで上述のようにプラズマ空間を挟む平行平板に電界を加えるだけのプラズマ発生ではプラズマ密度が不足するので、磁界も加えてプラズマを封じることで高密度プラズマ（ＨＤＰ）を発生させるようにした物も知られている。これは、ＭＲＩＥ（マグネトロンリアクティブイオンエッチャー）等に応用されており、プラズマの高密度化に伴ってプラズマ成分におけるイオン種の割合も増加させるものである。このタイプではプラズマが偏在しがちなことに加えて、イオン種の割合が高くなるとイオンによる被処理物へのダメージも強くなる傾向がある。そこで、下記に特許文献１に記載の如く平面状コイルを用いた磁場の一様化によってダメージを防止しようとした装置もあるが、この方式では、依然として、発生中の高密度プラズマに被処理物が直接曝される。しかし、そのことに起因してのプラズマ電流による被処理物のチャージアップ等その他の問題ついては、言及が無い。
【特許文献１】特開平３−０７９０２５号公報  これに対し、イオンによる被処理物へのダメージを低減させるとともに発生中の高密度プラズマに被処理物が直接曝されないようにするために、プラズマ空間を互いに連通したプラズマ処理空間とプラズマ発生空間とに分離しておき、プラズマ発生空間内で高密度プラズマを発生させてそこからプラズマ処理空間へプラズマを供給させる際にプラズマ成分のイオン種を抑制してラジカル種の割合を増加させるようにしたプラズマエッチング装置も知られている。これには、ラジカルフローを利用したＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）や下記特許文献２に記載のもの等のように両空間を距離的に引き離したものや、ＩＣＰ（インダクティブカップルプラズマ）等のように強力な磁場で高密度プラズマをプラズマ処理空間に隣接したプラズマ発生空間へ閉じこめるもの、さらにプラズマ処理空間にプラズマ発生空間が隣接している点では同じであるが下記特許文献３記載のもの等のようにリングアンテナからの円偏波電磁波を利用して高密度プラズマを閉じこめるものなどに分類される。
【特許文献２】特開平４−０８１３２４号公報
【特許文献３】特開平４−２９０４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これら従来のプラズマ処理装置のうち、上述したＥＣＲタイプのもの即ち距離的に引き離す方式では、プラズマ処理空間およびプラズマ発生空間の両空間が適度な距離を保つようにそれらの機構を実装するうえで制約が多い等のことから、イオン種の割合が必要以上に抑制されてしまってラジカル種が増えた割にはプラズマ処理効率の向上が得られない。しかも、機構の実装等を工夫してプラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率をプラズマ処理効率の高いところへ近づけたとしても、活性ガスの種類や圧力さらには被処理物の材質などが変化すると望ましい比率自体がずれて変動するうえ、両空間の距離を可変制御しうる機構の具体化が困難なこともあって、この方式の下では、適正なプラズマ成分比率で処理効率が良いというプラズマ処理装置を実現しきれていない。
【０００９】
一方、ＩＣＰのタイプでは、コイルに流す電流の時間変化に伴う磁界の変化が電子を加速してその電子が周りの処理ガスを電離させるエネルギーを超えるとイオン化が起こりプラズマが発生し形成される。この電離メカニズムは、コイルの合成磁界に依存して収束された状態で形成されるため、イオン化に役立つ高エネルギー電子の発生形状はドーナツ状となる。この電子エネルギー分布はほぼボルツマン分布をするから、電離以上のエネルギーを持つ電子は、プラズマ空間内のガスを電離させ、それ以下の電子はラジカルを生成させる。このように、ＩＣＰプラズマではイオン形成とラジカル形成とが同一のプラズマ形成手段に依存しているため、イオンとラジカルとの密度比率を任意に設定・制御することができない。また、ＴＣＰプラズマ（トランスフォームドカップルプラズマ）についても、コイル形状は異なるが、ほぼ同一のメカニズムとなっている。
【００１０】
他方、円偏波電磁波を利用する方式では、強力磁場の利用は避けても、大径の単一リングアンテナを用いていること等のため、プラズマ処理空間におけるプラズマ分布の均一性を確保するために、プラズマ発生空間が概ねプラズマ処理空間に匹敵する広がりを持っており、少なくとも被処理物以上の広がりを持っており、その広い状態のまま両空間の隣接面のところで連通するものとなっている。
【００１１】
しかし、両空間連通部の面積が広いと、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ逆流するガスが多くなる。このことは、プラズマ処理空間とプラズマ発生空間とが分離されていても隣接している方式を採っている従来のプラズマ処理装置の場合すべてに共通して言えることである。さらに、このことはＥＣＲ等についてもほぼ同じと言える。このタイプの場合、一見すると、ＴＣＰやＩＣＰプラズマと異なりプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とが離れているため、両者が分離されているように見えるが、両空間の連通部における開口径が大きいので、プラズマ成分に関しては見かけほど分離されていないのである。
【００１２】
このような逆流ガスには被処理物の処理によって発生等した早急に排出すべき成分も一部ではあっても含まれている。そして、かかる排出すべきガスは、プラズマ発生空間に入ると高密度プラズマによって激しく分解・電離させられるので、適正な処理を妨げたり装置内部を汚染させたりする不所望なものに変質してしまうことが多い。一応分割されていてもプラズマ成分に関しては明確に分離しきれていないのである。このため、プラズマ分布の均一性が確保できたとしても、不所望なガスの逆流を阻止できないのでは、良質の処理を提供することが難しい。
【００１３】
なお、両空間が連通する隣接面のところに連通面積を絞るバッフル板を設置して通過量を抑制することも考えられるが、この場合、流入量が減っても流出量も同様に減ることから、一旦プラズマ発生空間へ入ったガスはなかなか出ていかないので、高密度プラズマによって変質させられるガスの割合が高くなってしまう。このため、単純に特開平４−２９０４２８号公報記載のもの等とバッフル板等とを組み合わせても、ガス変質防止という最終的な効果は期待できない。
【００１４】
そこで、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入を有効に阻止することができるように両空間の構造等を工夫することが課題となる。ただし、プラズマダメージやチャージアップ低減の観点からプラズマ空間をプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに分離するとともに、プラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率を適正化するという観点から、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間とを隣接させるという条件は維持したい。
【００１５】
ところで、プラズマ処理の対象である基板サイズが広がって大きくなるに連れて１枚ごとに処理する枚様処理がプラズマ処理装置でも一般的となっており、その場合、一対の平行平板のうち基板支持体となる他方の平板についてその上面は概ね基板によって覆われることから、それ以前のように基板支持体の中央に吸引口を設けるということが難しいので、従来のプラズマ処理装置では、吸引口が真空チャンバ本体部において基板支持体植設部位を外したところに形成されている。そして、基板サイズが大きくなるに連れて平行平板も大きくなり、さらにはチャンバ内容積や吸引口も拡大してきている。
【００１６】
一方、基板サイズが大きくなったからといって、処理の精密度や均一性に対する要求は緩むことなく厳しさを増すばかりである。そして、この要求に応えるには、基板上面全域に亘ってプラズマ状態の均一性を確保することが必要となる。ところが、吸引口が対称中心からずれていたり、例え吸引口を対称位置に分散させたとしても各吸引口から真空ポンプまでの配管に長短があったりすると、プラズマ等の流れが偏向して、プラズマの均一性を確保するのが難しい。これに対しては、真空チャンバにおいて吸引口の手前にバッフル板を設置してバッフル板より手前の流れを均一化することも考えられるが（図１３における２ｂ参照）、この場合、チャンバ内容積の増加に加えて、バッフル板が流れの抵抗になることから、圧力制御性が低下してしまう。すなわち、プラズマの圧力状態を素早く制御することができなくなって圧力変動が増加し、その結果、プラズマの圧力を所望の設定状態に維持することが困難となる。
【００１７】
他方、プラズマの圧力制御性を高めるには逆に真空チャンバの容積を減らすことが有効といえる。具体的にはチャンバ内側壁が平行平板の辺縁部に接触しそうなところまで真空チャンバを縮めることが考えられる（図１４参照）。もっとも、このような強引な手法で単純にチャンバ容積の削減を行ったのでは、吸引口をプラズマ処理空間の真横に設けざるを得ないことから、プラズマの流れが激しく偏ってプラズマの均一性が大きく損なわれることになりかねない。この場合、緩衝用にバッフル板を設ける空間的な余裕も無く、基板の搬入搬出機構等の付設や平行平板の裏側等の保守作業も困難になってしまう。
【００１８】
しかしながら、プラズマ処理の均一性に加えて基板の大形化もプラズマ処理装置に対する重要な要請であり、何れか一方にしか応えないのでは、装置の製品価値を維持向上させることができない。そこで、これらの相反する要求に応えるべく、プラズマの圧力状態等を一層均一に且つ一層素早く制御することが可能な構造を案出することも、さらなる課題となる。
【００１９】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、プラズマ空間をプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに分離し且つこれらを隣接させるという前提条件の下でプラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともに、プラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止の両立を図ることにより、良質のプラズマを供給するプラズマ処理装置を実現することを目的とする。また、この発明は、均一で質の良いプラズマの供給に加えて圧力制御性にも優れたプラズマ処理装置を実現することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第１４の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。なお、その骨子は、プラズマ空間をプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに分割するとともに、分割された両空間におけるプラズマ成分に関しての分離度を高めることにある。
【００２１】
第１の解決手段のプラズマ処理装置は、プラズマ処理空間が形成された第１機構と、前記第１機構に取着して又はそれと一体的に設けられプラズマ発生空間が形成された第２機構とを具え、前記プラズマ発生空間が前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通しているプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生空間が分散等して形成されたものであることを特徴とするものである。
【００２２】
第２の解決手段のプラズマ処理装置は、（真空チャンバ内に）対向電極となる一対の平行平板（を具えこれら平行平板）間にプラズマ処理空間を形成したプラズマ処理装置において、前記一対の平行平板のうち一方の平板に又はその隣接機構部に、前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散等して形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
すなわち、これら第１，２の解決手段のプラズマ処理装置は、プラズマ空間がプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに分割されているとともに、プラズマ発生空間がプラズマ処理空間に隣接し且つ連通しているプラズマ発生装置において、プラズマ発生空間が分散等して形成されているものである。
【００２４】
ここで、上記の「分散等」とは、点状に分かれて散在しているという文字通りの分散の他、密接とは言えない程度に離れるように分割されている場合や、線状，破線状，直・曲線状などで複数の又はそれらの混在するものがプラズマ処理空間との隣接部・連通部に分布している場合、さらには環状，円状，多角形状、スパイラル状のものが同心で若しくは非同心で多数が列設され又は単独で広く形成されている場合も該当する意味である。
【００２５】
このような第１，２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ空間の分離および隣接連通という条件を維持することにより、プラズマダメージやチャージアップの低減、及びプラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率適正化という基本的要請に応えている。
【００２６】
しかも、プラズマ発生空間が分散等して形成されているので、プラズマ分布の均一性確保の要請に応え得るばかりか、プラズマ処理空間との連通隣接面さらにはその面に沿ったプラズマ発生空間自身の断面積が必然的にプラズマ処理空間のそれよりも小さくなる。このことは、全断面についてだけでなく、中央部やその他の部分断面についてもいえる。このように双方空間の面積に差があると、連通隣接面の面積とこれに沿ったプラズマ処理空間の断面積との比を第１比とし連通隣接面の面積とこれに沿ったプラズマ発生空間の断面積との比を第２比として、第１比が１未満で且つ第２比よりも小さいことになる。
【００２７】
そして、第１比が１未満の場合、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ流入するガス量が減少する。一方、第２比が１の場合、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ流出するガス量は減少しない。また、第２比が１未満で流出ガス量が減少する場合であっても、第２比が第１比より大きければ、減少の程度が小さくて済む。何れにしても、相対的には、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ流入するガスの割合よりもプラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ流出するガスの割合の方が高くなる。これにより、不所望なガスのプラズマ発生空間への流入が抑制されるばかりか、ガスがプラズマ発生空間へ入ってしまったときでもそのガスはプラズマ流とともに速やかにプラズマ処理空間へ出されてしまうので、高密度プラズマによるガス変質を防止・抑制することができる。
【００２８】
したがって、この発明によれば、所定の前提条件の下でプラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともに、プラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という両要請に応えることで、良質のプラズマを供給することができる。その結果、良質のエッチング処理を提供することができる。
【００２９】
第３の解決手段のプラズマ処理装置は、（真空チャンバ内に）対向電極となる一対の平行平板（を具えこれら平行平板）間にプラズマ処理空間を形成したプラズマ処理装置において、前記一対の平行平板のうち一方の平板に又はその隣接機構部に、前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が形成されるとともに、前記プラズマ発生空間に対して磁気回路が付設され、この磁気回路用の磁性部材が（少なくとも一部は）前記プラズマ発生空間によって囲まれた又は挟まれたところに配置されていることを特徴とするものである。
【００３０】
このような第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ空間の分離および隣接連通という条件を維持することにより、プラズマダメージやチャージアップの低減、及びプラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率適正化という基本的要請に応えている。しかも、プラズマ発生空間内にはプラズマの発生およびそのイオン化に寄与する電子が磁気回路によって封じられるが、この磁気回路用の磁性部材が少なくとも一部はプラズマ発生空間によって囲まれた又は挟まれたところに配置されているので、磁気回路が局所化される。そうすると、磁力線の分布状態が凝縮されたものとなり、漏れ磁束も少なくなる。
【００３１】
これにより、電子がプラズマ発生空間内に高い確度で封じられる。そして、電子がプラズマ処理空間へ迷い出てそこの低温プラズマをランダムにイオン化したり、逆にその電子等と入れ替わりにプラズマ処理空間から不所望な処理ガスがプラズマ発生空間に混入してきたりすることが少なくなる。つまり、制御不能な混合が減少することとなる。その結果、イオン種比率の高いプラズマを適度にプラズマ処理空間へ送給してそこのイオン種比率の低いプラズマと混合させるに際して、エッチング処理に供するプラズマにおけるイオン種成分比率が適正値になるように広い範囲に亘って制御することが可能となる。
【００３２】
また、局所的な磁気回路は、並列化等によって容易に均一化の要請にも応える。しかも、局所化によって磁気回路全体としては磁力が弱くて済むので、個々の磁性部材に小形・簡易なものが使えて実装が容易になるという利点がある。さらに、プラズマ発生空間の分散等形成という上述の構成と組み合わせた場合には、プラズマ発生空間へ逆流して高密度プラズマによってイオン化された不所望なガスがさらなる変質をする前に高密度プラズマと一緒になってプラズマ処理空間へ速やかに押し戻されるという相乗効果も期待できる。
【００３３】
したがって、この発明によれば、所定の前提条件の下でプラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともに、プラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という両要請に応えることで、良質のプラズマを供給することができる。その結果、良質のプラズマ処理を提供することができる。
【００３４】
第４の解決手段のプラズマ処理装置は、（真空チャンバ内に）対向電極となる一対の平行平板（を具えこれら平行平板）間にプラズマ処理空間を形成したプラズマ処理装置において、前記一対の平行平板のうち一方の平板に又はその隣接機構部に、前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散等して形成されており、且つ、前記プラズマ発生空間に電子を封じる磁気回路が付設されていることを特徴とする。このような第４の解決手段のプラズマ処理装置は、上述した第２，第３の解決手段の双方の作用効果を併せ持つものとなる。
【００３５】
第５の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第４の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生空間が線状に形成されたものであり、前記磁気回路用の磁性部材が前記プラズマ発生空間を（両側から）挟んで（多数）列設されたものであることを特徴とする。
【００３６】
このような第５の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生空間を点在・散在させた場合に比べて、プラズマ発生空間が分散等していながらも連続したところで或る程度の容量を確保したものとなる。特に、スパイラル状に形成した場合は、単一空間としてのまとまりも持つ。これにより、プラズマ発生空間が分散等していてもその中のプラズマはかなり均一化される。また、多重環状や多重矩形辺状に形成したり、さらにはこれらを一部で連結させることで、まとまりを保持しつつ処理対象基板の形状に適合した分散を図ることも容易である。しかも、プラズマ発生空間の形状が決まれば、磁気回路は小片に分けてこれに沿ってその両側等に並べることで容易に、プラズマ発生空間に電子が封じられることとなる。これにより、磁気回路の具体化も容易となる。
【００３７】
第６の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第３〜第５の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記磁気回路が永久磁石または直流励磁コイルによって形成されていることを特徴とする。
【００３８】
このような第６の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、強力な電磁石が不要なので、実装設計が容易となり、装置を小形にすることができる。また、強力電磁石に加えてその駆動用大電源も不要となるので、コストが削減される。特に永久磁石の場合は、同一・類似形状の小片を列設することで各種形状に容易に適合するので、原価削減ばかりか設計の自由度向上も大きい。
【００３９】
第７の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１〜第６の解決手段のプラズマ処理装置であって、プラズマの発生または強化に寄与する電界または磁界を前記プラズマ処理空間に印加する第１印加回路と、プラズマの発生および強化に寄与する電界または磁界を前記プラズマ発生空間に印加する第２印加回路とを備えたことを特徴とする。
【００４０】
このような第７の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、第１印加回路の出力パワーを変えることでプラズマにおけるイオン種成分の比率を可変制御しうるばかりか、第２印加回路の出力パワーも変えることでプラズマにおけるイオン種成分の比率を変えることなくプラズマ密度を可変制御することも可能となる。これにより、プラズマ成分比率とプラズマ密度とを独立に設定しうるものとなる。
【００４１】
第８の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第７の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記第１印加回路および前記第２印加回路は、出力が互いに独立して制御可能なものであることを特徴とする。
【００４２】
ここで、「独立して制御可能」とは、両回路の出力を別個に可変したければそのようにできるという意味であり、制御の内容が関連しないということまで意味する訳では無い。例えば、予め或る係数または関数を設定しておいて、この係数または関数によって両者が関連付けられる場合でも、その係数または関数に基づくそれぞれの制御目標に対してそれぞれの回路がその出力を対応させるとき、独立して制御可能に含まれる。
【００４３】
このような第８の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、各印加回路の出力パワーが独立に制御される。これにより、プラズマ成分比率とプラズマ密度とが独立して設定される。換言すればイオン種濃度とラジカル種濃度とが独立に制御・設定される。そこで、広い設定範囲の中から自由に処理条件を選択することができるので、プラズマ処理の効率および質を一層向上させることができる。
【００４４】
第９の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１〜第８の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生空間は、前記プラズマ処理空間に連通する又は開口するところの面積が（前記一対の平行平板と平行な断面における）前記プラズマ発生空間の面積よりも小さいものであることを特徴とするものである。
【００４５】
このような第９の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間との連通部分が絞られて、単にプラズマ発生空間をプラズマ処理空間に開口させた場合よりも第１，第２の解決手段について述べた第１比が小さくなるので、不所望なガスのプラズマ発生空間への流入が一層抑制される。さらに、これに加えて、プラズマ発生空間内で発生し膨張したプラズマが面積比に応じた適度な速度でプラズマ処理空間へ送り出されるので、そのプラズマ特にイオン種に対して鉛直方向の速度成分を加味することもできる。
【００４６】
第１０の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１〜第９の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生空間にプラズマ用ガスを導入する第１のガス導入路と、前記プラズマ処理空間に処理ガスを導入する第２のガス導入路とが個別に設けられているものである。
【００４７】
このような第１０の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ用ガスが第１のガス導入路を介してプラズマ発生空間に導入される一方、処理ガスは、それとは別個に、第２のガス導入路を介してプラズマ処理空間に導入される。そして、高密度プラズマの発生に必要なプラズマ用ガスと高密度プラズマに入ると好ましくない処理ガスとが分離され、特に処理ガスはプラズマ発生空間を経ることなくプラズマ処理に供され、これらは最終段階に至って初めて混合される。これにより、処理ガスがプラズマ処理に供される前に高密度プラズマによって変質させられるのを確実に回避することができる。
【００４８】
第１１の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１０の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記第２のガス導入路へは反応ガス成分を含むガスを供給するとともに前記第１のガス導入路へは非反応性ガスのみを供給するものである。
【００４９】
このような第１１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、処理ガスにはエッチング処理に必要な反応ガス成分が含まれることとなる一方、プラズマ用ガスには、高密度プラズマの発生に役立ち且つ高密度プラズマとなっても不所望に変質することの無い非反応性ガスのみが用いられる。これにより、反応ガス供給をプラズマ発生空間経由で行った場合に比べて、より質の良いプラズマを提供することができ、延いては反応ガスの変質を気にすることなく高密度プラズマそしてイオン種を所望量任意に例えば大量に生成することができる。
【００５０】
第１２の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第２〜第１１の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記一対の平行平板を基準とした前記プラズマ処理空間の開口部分を覆う形状の可動壁体と、前記可動壁体が前記開口部分を覆う位置と前記可動壁体が前記開口部分を解放する位置との両位置に亘って前記可動壁体を進退させる壁体駆動機構とを備え、前記一対の平行平板のうち他方の平板は、前記真空チャンバの内底に直接又はサポート部材を介して間接的に植設され上面が基板乗載可能に形成されたものであることを特徴とするものである。
【００５１】
ここで、上記の「一対の平行平板を基準としたプラズマ処理空間の開口部分」とは、両平行平板を両端面とする筒状空間の側面部分を意味する。また、「開口部分を覆う」とは、完全に密閉して覆うのではなく、少なくとも処理済みのプラズマやガス等を排気してプラズマを維持しうる程度の隙間は残すようにして覆うという意味である。
【００５２】
このような第１２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、真空チャンバの内部空間において他方の平板の上面に基板が乗載させられその上方にプラズマ処理空間が形成されそこでその基板に対するプラズマ処理が施されるが、プラズマ処理空間の開口部分が可動壁体によって覆われることから、プラズマ処理空間は真空チャンバ内で一対の平行平板と可動壁体とによって概ね囲まれることとなる。そこで、真空チャンバ内空間の一部がプラズマ処理空間に分割され、両者の圧力状態もほぼ分離されることとなる。その分離の程度は、可動壁体による覆いから残された隙間の大きさに依存する。
【００５３】
そして、可動壁体を壁体駆動機構によって進退させると、その隙間が広狭変化して、プラズマ処理空間内圧力は素早く真空チャンバ内の真空圧に近づいたりこれから離れて高くなったりするので、可動壁体の進退駆動に基づいてプラズマの圧力状態を制御することが可能となる。また、可動壁体の形状を平行平板の形状に整合させてそれらとの間隙を出来るだけ一様に分散させることでプラズマ処理空間から流出する流れの形態における偏りも減ることとなる。なお、基板を真空チャンバから出し入れする際には、プラズマ処理空間の開口部分が解放される位置まで可動壁体を壁体駆動機構によって進退移動させておけば、可動壁体を真空チャンバ内に設けたことの不都合は何も無い。
【００５４】
これにより、直接の圧力制御対象がチャンバ内圧力からその一部のプラズマ処理空間に分離されて応答性の劣る大容積の物から応答性の優れた小容積の物に絞り込まれる一方で、流れの形態が、真空チャンバ壁の吸引口による支配を外れて、中心を基準に対称にする等の一様分散化が比較的容易な可動壁体によってほとんど決せられるので、プラズマ処理空間内の圧力制御性を向上させると同時にプラズマ処理空間内における流れの状態を一様にさせることも容易となる。したがって、この発明によれば、均一で質の良いプラズマの供給に加えて圧力制御性にも優れたプラズマ処理装置を実現することができる。
【００５５】
第１３の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１２の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記可動壁体は、前記開口部分を覆う位置に在るとき前記他方の平板との間に通過流体の絞りとなる間隙を生じさせる形状のものであることを特徴とするものである。
【００５６】
このような第１３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理に際して、一般に基板の無い一方の平板側からプラズマ処理空間へ供給される処理ガス等が同じ一方の平板側からでなく別の他方の平板側の隙間を経由してプラズマ処理空間から流出する。これにより、流れが上方から下方へ揃い易くなるので、逆流や滞留の発生が抑制される。したがって、この発明によれば、プラズマ状態の均一性を一層高めることができる。
【００５７】
第１３の解決手段のプラズマ処理装置は、上記の第１２，第１３の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理空間の圧力に応じて前記壁体駆動機構による前記可動壁体の進退量を制御する圧力制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００５８】
このような第１４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間の圧力が圧力制御手段によって所望の真空圧になるよう自動制御される。しかも、その際に、プラズマ処理空間に対する圧力制御性の良い可動壁体の進退量を制御することで自動制御がなされるので、プラズマ処理装置の処理レシピ等の設定目標に対してプラズマの圧力状態が速やかに且つ正確に追従する。これにより、従来より木目細かな処理条件を設定しても確実に設定通りのプラズマ反応が行われる。したがって、この発明によれば、より精密なプラズマ処理を基板に施すことができる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明の第１，第２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間との断面積比を変えてプラズマ発生空間にイオン種が長時間止まらないで済むようにしたことにより、プラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともにプラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という両要請に応えられて、その結果、良質のプラズマを供給するプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００６０】
また、本発明の第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生空間に電子を確実に封じるようにしたことにより、プラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともにプラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という両要請に応えられて、その結果、良質のプラズマを供給するプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果を奏する。
【００６１】
さらに、本発明の第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間との断面積比を変えてプラズマ発生空間にイオン種が長時間止まらないで済むようにしたことに加えてプラズマ発生空間に電子を確実に封じるようにもしたことにより、プラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともにプラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という両要請に応えられて、その結果、良質のプラズマを供給するプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００６２】
また、本発明の第５の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、まとまりを保ちつつ分散させるようにしたことにより、発生プラズマの均一化および磁気回路の設計・製造の容易化を達成することまでもできたという有利な効果を奏する。
【００６３】
さらに、本発明の第６の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、強力電磁石が不要となるようにしたことにより、設計容易化・装置小形化・コスト削減を達成することができたという有利な効果が有る。
【００６４】
また、本発明の第７及び第８の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ成分比率とプラズマ濃度とを独立して設定しうるようにしたことにより、プラズマ処理の効率を一層向上させることができたという有利な効果を奏する。
【００６５】
また、本発明の第９の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、単にプラズマ発生空間をプラズマ処理空間に開口させた場合よりもプラズマ処理空間からプラズマ発生空間の方を見た面積比が小さくなるようにしたことにより、不所望なガスのプラズマ発生空間への流入が一層抑制されるとともに、イオン種に対して鉛直方向の速度成分を加味することもできるようになったという有利な効果が有る。
【００６６】
また、本発明の第１０の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、処理ガスがプラズマ発生空間を経ることなくプラズマ処理に供されるようにしたことにより、処理ガスがプラズマ処理に供される前に高密度プラズマによって変質させられるのを確実に回避することができたという有利な効果が有る。
【００６７】
また、本発明の第１１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、反応ガスが直接に高密度プラズマに曝されることの無いようにしたことにより、より質の良いプラズマを提供することができ、さらにはイオン種を任意に生成することもできるようになったという有利な効果が有る。
【００６８】
また、本発明の第１２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、圧力制御対象が大容積のチャンバ内圧力から小容積のプラズマ処理空間に絞り込まれる一方で流れの形態が真空チャンバ壁の吸引口による支配を外れて一様分散化容易な可動壁体に依存するようにしたことにより、均一で質の良いプラズマの供給に加えて圧力制御性にも優れたプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００６９】
また、本発明の第１３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、流れが一方向へ揃うようにしたことにより、プラズマの均一性を一層高めることができたという有利な効果を奏する。
【００７０】
また、本発明の第１４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理空間に対する圧力制御性の良い可動壁体の進退量を制御することで自動制御がなされるようにしたことにより、従来より精密なプラズマ処理を基板に施すことが可能になったという有利な効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
このような解決手段で達成された本発明のプラズマ処理装置は、一般に適宜の真空チャンバに装着して使用される。そのために、プラズマ処理空間に隣接したプラズマ発生空間が形成される平行平板のうちの一方の平板やその隣接機構などの各機構部は、真空チャンバ内への組み込み等の容易性と真空度の必要性とのバランスを図る等の観点から、別個に形成してから取着されることが多いが、例えば密着して固設されることが多いが、一部又は全部が同一・単一の部材たとえばクラッド材を加工等することで一体的に形成されてもよい。
【実施例１】
【００７２】
本発明のプラズマ処理装置の一実施例としてのプラズマエッチング装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、その主要部の縦断面図であり、図２は、そのプラズマ発生チャンバ周りの縦断面斜視図であり、図３は、その中の一のプラズマ発生空間についての拡大図であり、図５は、真空チャンバへの装着状態を示す断面図である。
【００７３】
このプラズマエッチング装置は、概ね、プラズマ処理空間を確保するための平行平板部（第１機構）と、プラズマ発生空間を確保するための隣接機構部（第２機構）およびその付加部と、各プラズマに電界又は磁界を印加するための印加回路部とで構成されている。
【００７４】
平行平板部は、一対の平行平板となる共に金属製のアノード部１１及びカソード部１２を有していて、アノード部１１が上方に配置され、エッチング対象のウエハ等の基板１を乗載するために上面の絶縁処理された基板支持体となるカソード部１２が下方に配置されて、これらによって挟まれたところに低温プラズマ１０用のプラズマ処理空間１３が形成されるものとなっている。また、アノード部１１は、予め、多数の連通口１４が貫通して穿孔されるとともに、プラズマ処理空間１３へ向けて開口した第２のガス導入路としての処理ガス供給口１５も形成されたものとなっている。この例では、連通口１４の横断面積とプラズマ処理空間１３の有効な横断面積との比すなわち第１比が０．０５になっている。なお、処理ガス供給口１５を介してプラズマ処理空間１３へ供給される処理ガスＢとしては、シランガス等の反応ガスに適量の希釈ガスを混合させたもの等が供給されるようにもなっている。
【００７５】
隣接機構部すなわち一対の平行平板のうちの一方の平板１１に隣接する機構は、絶縁物製のプラズマ発生チャンバ２１が主体となっており、このプラズマ発生チャンバ２１には、プラズマ発生空間２２となる複数の（図では４個の）環状溝が同心に彫り込まれて形成されている。これにより、プラズマ発生空間２２が分散等したものとなっている。そして、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２の開口側（図では下面）をアノード部１１の上面に密着した状態で固設される。その際、プラズマ発生空間２２の開口がアノード部１１の連通口１４に重なるように位置合わせがなされる。これにより、プラズマ発生空間２２とプラズマ処理空間１３とが互いに隣接し且つ連通しているものとなる。この例では、連通口１４の横断面積とプラズマ発生空間２２の横断面積との比すなわち第２比が０．５になっている。これにより、プラズマ発生空間２２がプラズマ処理空間１３に連通するところの面積がプラズマ発生空間２２の面積よりも小さくて少し絞られた状態となる。なお、これらの比の値は大小関係が逆転しない限り自由に変えてよいものである。
【００７６】
また、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２のさらに奥に第１のガス導入路としてのプラズマ用ガス送給路２３がやはり環状に形成され、両者が多数の小穴またはノズルで連通されていて、プラズマ発生空間２２は底部（図では上方）からアルゴン等の非反応性ガス成分だけのプラズマ発生用ガスＡの供給を受けて高密度プラズマ２０を発生させ連通口１４を介してプラズマ処理空間１３へそれを送り込むものとなっている。さらに、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２を囲む側壁と底部とを残すようにしてプラズマ発生空間２２開口側の裏の面（図では上面）が削り取られる。そして、プラズマ発生空間２２の両側壁を挟むようにして、コイル２４及び永久磁石片２５が環状に付加される。
【００７７】
永久磁石片２５は、縦の長さがプラズマ発生空間２２のそれにほぼ等しくされ、且つ横のプラズマ発生空間２２方向へ磁極が向くようにされ、さらに環状の不所望な誘起電流を断つために小片に分けて形成されている。そして、多数の永久磁石片２５がプラズマ発生空間２２側壁に沿って列設されることで、プラズマ発生空間２２に対応した環状の磁気回路が構成される。これにより、磁気回路用の磁性部材２５は最外周以外のものがプラズマ発生空間２２によって挟まれたところに配置されたものとなっている。この磁気回路の磁力は、質量の小さい電子を捕捉可能な程度の強さで十分であり、質量の大きいイオンまで捕捉する程度の強さは不要である。
【００７８】
この磁気回路の一断面について詳述すると（図３参照）、縦長の永久磁石片２５のほぼ上半分から出た磁束線２６は永久磁石片２５の上端近くを中心とした略同心円を描いて戻ることから、永久磁石片２５のほぼ上端を頂上とする磁気の山ができる。永久磁石片２５の下端のところにもほぼ同様の磁気の山ができる。永久磁石片２５はプラズマ発生空間２２を挟んで両側に付設されているので、プラズマ発生空間２２の周りには磁気の山が４つできる。そこで、プラズマ発生空間２２には、磁気の山に囲まれた言わば磁気の盆地ができる。そして、ここに電子が補足されることとなる。なお、ポテンシャル場風に説明したが実際はベクトル場なので正確に述べると複雑になるが、要するに全体としては環状のプラズマ発生空間２２の中でドーナツ状に電子が封じられるようになっているのである。なお、磁極が上下になった永久磁石片を上下に並べることによっても（図４参照）プラズマ発生空間２２の断面を囲む４つの磁気の山を作ることが可能である。また、図示は割愛したが、５つ以上の磁気の山で囲むようにしてもよい。
【００７９】
印加回路部は、ＲＦ電源３１を中心とする第１印加回路と、ＲＦ電源３２を中心とする第２印加回路とに分かれる。ＲＦ電源３１は、その出力パワーが可変のものであり、接地されたアノード部との間に交番電界を印加するとともにバイアス電圧も発生させるために、その出力はブロッキングキャパシタを介してカソード部１２へ送給される。また、これには、周波数５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚのものがよく用いられる。これにより、第１印加回路は、低温プラズマ１０の強化に或る程度寄与する電界をプラズマ処理空間１３に印加するものとなっている。
【００８０】
ＲＦ電源３２は、やはり出力パワーが可変のものであり、プラズマ発生空間２２を挟む両コイル２４を駆動してプラズマ発生空間２２に交番磁界を印加するようになっている。その最大出力パワーは大きく、その周波数は１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとされることが多い。これにより、第２印加回路は、高密度プラズマ２０の発生および強化に寄与する磁界をプラズマ発生空間２２に印加するものとなっている。
【００８１】
圧力制御手段については、従来装置（図１３参照）における可変バルブ４が省かれ、その代わりに、可動壁体４０、及びこれを上下動させる壁体駆動機構４１〜４４が設けられている（図５参照）。
【００８２】
可動壁体４０は、金属製の筒状体からなり、内径がカソード部１２の外径より僅かに大きくて内腔にカソード部１２が緩く上下動可能に嵌合されるようになっている。その上端はアノード部１１に接近したときに全周縁のところにほぼ同一の隙間ができるようになっている。そして、そのときに、可動壁体４０は上部がプラズマ処理空間１３の側面周辺を塞ぐとともに下部がカソード部１２との嵌合が外れないところまで届くような長さに形成されている。これにより、可動壁体４０は、真空チャンバ２，３内に設けられ一対の平行平板１１，１２を基準としたプラズマ処理空間１３の開口部分を覆う形状のものとなっている。なお、この可動壁体４０は不所望にチャージアップしないように接地等されるようにもなっている。
【００８３】
壁体駆動機構は、気密性及び伸縮性を持ったベローズ４１が吸引口２ａと重ならない位置で真空チャンバ本体部２の底面と可動壁体４０とを連結し、このベローズ４１内にボールネジ４２が縦に遊挿され、その上端が可動壁体４０に連結されていて、可動壁体４０を上下動可能に支持するものである。さらに、ボールネジ４２は、サポート４３によって真空チャンバ本体部２に対して固定されたモータ４４の回転軸に対して下端が連結されている。そして、モータ４４が回転すると、これに応じてボールネジ４２が進退駆動され、それに伴って可動壁体４０が上下に駆動されて、上はアノード部１１にほぼ当接するまで下はカソード部１２の上面より低いところまで可動壁体４０が移動する。これにより、壁体駆動機構４１〜４４は、可動壁体４０がプラズマ処理空間１３の開口部分を覆う上方位置と、可動壁体４０がプラズマ処理空間１３の開口部分を解放する下方位置との両位置に亘って、可動壁体４０を上下に進退させるものとなっている。
【００８４】
また、図示は割愛したが、真空圧計４ｂは可動壁体４０に取着されてプラズマ処理空間１３内の圧力を直接検出するようになっており、その検出信号はベローズ４１内腔等を介して真空を破らずに取り出せるようになっている。そして、その検出信号を受けたＰＩＤ制御回路４ｃによってモータ４４の回転量や回転速度が制御される。これにより、このプラズマエッチング装置は、プラズマ処理空間１３の圧力に応じて壁体駆動機構４１〜４４による可動壁体４０の進退量を制御する圧力制御手段を備えたものとなっている。
【００８５】
この実施例のプラズマエッチング装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図５は、上述した主要部を真空チャンバに装着した状態を示す断面図であり、図６は、プラズマ内電子のエネルギー分布を示すグラフであり、図７は、プラズマにおけるイオン比率の制御可能範囲を示す図である。
【００８６】
使用に先だって、プラズマエッチング装置のカソード部１２は、上が解放した箱状の真空チャンバ本体部２の中央にローアーサポート１２ａを介して植設される。真空チャンバ本体部２は、プラズマ発生チャンバ２１やアノード部１１が取着され、水冷も可能であり、これを閉めると、真空チャンバ本体部２の内部さらにはプラズマ処理空間１３及びプラズマ発生空間２２も密閉される。それから、可動壁体４０がカソード部１２よりも下方へ下げられ、その状態で真空チャンバ２，３内へ横から水平状態の基板１が搬入され、この基板１がカソード部１２の上面に載置される。そして、基板搬入口等が閉められると同時に真空ポンプ５による真空引きが行われる。このとき、ゲートバルブ４ａは開状態にされたままであり、可変バルブ４も存在しないので、真空チャンバ２，３内は速やかに真空状態となる。
【００８７】
それから、モータ４４を回転させて可動壁体４０をアノード部１１に当接しない程度に上昇させ、さらにプラズマ用ガス送給路２３を介するプラズマ用ガスＡの供給，さらに処理ガス供給口１５を介する処理ガスＢの供給などを適宜に開始すると、可動壁体４０の上端とアノード部１１の下面との間に形成される絞り部４９によってプラズマ処理空間１３内の圧力が適度に保たれる。すなわち、可動壁体４０に付設された真空圧計４ｂによってプラズマ処理空間１３内の真空圧が検出され、この検出値と所定の設定目標値との差に基づいてＰＩＤ制御回路４ｃによって制御信号が生成出力され、この制御信号に従ってモータ４４が回転してボールネジ４２を進退させることで可動壁体４０が上下動する。
【００８８】
具体的には、プラズマ処理空間１３の真空度が低下して絶対圧力が上がり過ぎると、可動壁体４０が下降するように駆動されて、絞り部４９が開き気味になってプラズマ処理空間１３の圧力が速やかに下がって所定圧になる。逆に、プラズマ処理空間１３の真空度が高くなって絶対圧力が下がり過ぎると、可動壁体４０が上昇するように駆動されて、絞り部４９が閉まり気味になってプラズマ処理空間１３の圧力が速やかに上がって所定圧になる。こうして、可動壁体４０及び壁体駆動機構４１〜４４を圧力制御機構とする圧力制御手段によって、真空チャンバ内の真空圧が速やかに設定圧力になるよう自動制御される。
【００８９】
また、絞り部４９はプラズマ処理空間１３の上部周辺にほぼ一様に展開して形成され、プラズマ処理空間１３内圧力とその外側の真空チャンバ内圧力との差に応じて、絞り部４９の何処でもガス等の通過流体の流れが概ね同様の状態となるので、プラズマ処理空間１３内のガス状態はほぼ対称形で均一性の高いものとなる。さらに、このような圧力制御状態はプラズマ処理空間１３にプラズマが形成されたときにも継続するので、以下に述べるエッチング処理における低温プラズマ１０の状態も、ほぼ対称形で均一性の高いものとなる。これで、カソード部１２上に乗載された基板１に対するプラズマエッチング処理の準備が調う。
【００９０】
次に、ＲＦ電源３２を作動させると、プラズマ発生空間２２内にコイル２４を介してＲＦ電磁界が印加され、プラズマ用ガスＡの電子が激しく運動させられる。このとき、電子は、永久磁石片２５による磁気回路の働きによってプラズマ発生空間２２に長く留まり、環状空間内を螺旋運動しながら飛び回ってプラズマ用ガスＡを励起させる。こうして、高密度プラズマ２０が発生するが、プラズマ発生空間２２に封じられた電子にはイオン種生成に大きく寄与する１０〜１５ｅＶ以上の高いエネルギーのものが多く含まれているので（図６（ａ）の二点鎖線グラフを参照）、高密度プラズマ２０はイオン種成分の比率が高い。そして、プラズマ発生空間２２で膨張した高密度プラズマ２０は、特にそのラジカル種およびイオン種成分は、膨張圧力によって速やかにプラズマ処理空間１３へ運ばれる。
【００９１】
また、ＲＦ電源３１を作動させると、プラズマ処理空間１３にもアノード部１１及びカソード部１２を介してＲＦ電界が印加される。こちらには電子を封じ込める磁気回路等がないので、処理ガスＢ等が励起されても高密度プラズマができないで、低温プラズマ１０となる。ＲＦ電源３１からのパワーだけの場合、低温プラズマ１０は、１０〜１５ｅＶ以上のエネルギーを持った電子が少ないので（図６（ａ）の一点鎖線グラフを参照）、ラジカル種成分の比率が高くなる。もっとも、この装置における低温プラズマ１０の場合は、上述の高密度プラズマ２０が混合されるので、実際のラジカル種成分とイオン種成分との比率は、両者の中間における何れかの比率となる。
【００９２】
そして、ＲＦ電源３２の出力をアップさせると、プラズマ発生空間２２内における１０〜１５ｅＶ以上の電子が増える（図６（ｂ）参照）。そして、高密度プラズマ２０の生成量が増加する。その混合の結果、低温プラズマ１０は、イオン種成分の割合が引き上げられる。一方、ＲＦ電源３２の出力をダウンさせると、プラズマ発生空間２２内における１０〜１５ｅＶ以上の電子が減ってくる（図６（ｃ）参照）。そして、高密度プラズマ２０の生成量が減少する。その混合の結果、低温プラズマ１０は、イオン種成分の割合が引き下げられる。
【００９３】
さらに、ＲＦ電源３１の出力をアップさせる一方でＲＦ電源３２の出力を少しダウンさせると、次のようになる。先ずＲＦ電源３１の出力アップによってプラズマ処理空間１３における電子密度が高密度および高エネルギー側に移行し（図６（ｄ）一点鎖線参照）、プラズマ処理空間１３内の低温プラズマが増える。これによってそこのラジカル濃度が上がるのだが、同時にイオン比率も少し上がる。次に、ＲＦ電源３２の出力ダウンによってプラズマ発生空間２２における電子密度が低密度および低エネルギー側に移行し（図６（ｄ）二点鎖線参照）、プラズマ発生空間２２内の高密度プラズマが少し減る。これによってそこのラジカル濃度およびイオン比率が下がるが、こちらは高エネルギー成分が元々大きいので少しの出力ダウンであってもイオン比率が大きく下がる。そして、このような高密度プラズマ２０がプラズマ処理空間１３内の低温プラズマ１０に混合されると、イオン比率の増減が概ね相殺される一方ラジカル濃度は増加する。すなわち、低温プラズマ１０は、ラジカル種成分とイオン種成分との比率があまり変わらずにプラズマ濃度が引き上げられる。同様にして、ＲＦ電源３１，３２の出力を逆方向にアップ・ダウンさせると、低温プラズマ１０のプラズマ濃度が引き下げられる。
【００９４】
こうして、低温プラズマ１０は、容易にラジカル種成分とイオン種成分との比率が可変制御され、その可変範囲が従来のほとんど総ての機種をカバーしうるほど広範に亘っている（図７参照、なお、この図７や上述の図６は定性的・相対的な性質を説明するための模式図的なものである）。そして、そのときのエッチングにとって最適な条件の下で即ち従来では設定困難だった条件下で効率よくエッチング処理が進む（図７におけるａ点を参照）。さらに、処理ガスＢの成分変更などによって最適条件が変化した場合は、ＲＦ電源３１，３２の出力を適宜調節する。しかも、この調節はいわゆるレシピとして予め設定しておけば自動的に行われる。その結果、再び最適条件下で効率よくエッチング処理が進む（図７におけるｂ点を参照）。これで、エッチング処理を常に効率よく行うことができる。
【００９５】
また、この装置では、プラズマ発生空間２２の断面積がプラズマ処理空間１３の断面積よりも遥かに小さくなっていて、第１比が第２比より桁違いに小さいことから、高密度プラズマ２０がプラズマ発生空間２２からプラズマ処理空間１３へ速やかに送り出されるうえに、そもそもプラズマ処理空間１３からプラズマ発生空間２２へ逆流して入り込むガス量が少ないので、処理ガスＢが高密度プラズマ２０で直接に励起されて不所望なまで分解・電離するということはほとんど無くなる。
【００９６】
このようにして良質なプラズマによるエッチング処理が効率よく進むと、低温プラズマ１０が基板１と反応してできる反応生成物の発生速度すなわち単位時間当たりに発生する反応生成物の量も増加する。そして、これが真空チャンバ内に滞留するとこの反応生成物と処理ガスとの反応等によってプラズマ処理の質が低下してしまいかねないが、上述したようにプラズマエッチング処理に必要なガス圧とされる範囲がアノード部１１とカソード部１２と可動壁体４０とによる最小限の空間に絞り込まれていて、その周りを取り囲む真空チャンバ２，３内は十分に吸引されて真空状態となっていることから、反応生成物は発生量が増加してもプラズマ処理空間１３に長く留まることなく速やかに排気される。こうして、プラズマ発生空間等からの良質なプラズマの供給と、可動壁体等による反応生成物の速やかな排出とが相まって、質も処理速度も優れたプラズマエッチング処理が継続されるのである。
【００９７】
次に、プラズマ成膜装置（ＣＶＤ）について説明するが、基本的には上述したものとほぼ同様の構成のものでよく、相違点は、対向電極におけるカソードとアノードとが入れ替わることと、成膜処理ガスＢとしてモノシランその他の活性ガスが用いられることと、プラズマ処理空間の圧力が少し高い（真空度は低い）ところに設定されること等である。この場合も、低温プラズマ１０は、容易にラジカル種成分とイオン種成分との比率が可変制御され、その可変範囲が従来のほとんど総ての機種をカバーしうるほど広範に亘っている（図８参照）。
【００９８】
そして、そのときの成膜にとって最適な条件の下で即ち従来では設定困難だった条件下で効率よく成膜処理が進む（図８におけるａ点を参照）。 さらに、処理ガスＢの成分変更などによって最適条件が変化したときにＲＦ電源３１，３２の出力を適宜調節することで何時でも最適条件下で効率よく成膜処理を進めることができる（図８におけるｂ点を参照）ことも同様である。こうして、ポリシリコンや，アルミやタングステン等のメタル，酸化膜，窒化膜など種々のものが成膜の対象とされたときであっても、本発明のプラズマ成膜装置ではプラズマ成膜時のイオンとラジカルとの比を広範に変えることが可能なので、成膜対象の膜質やその他の用途に応じて最適な成膜条件を自由に選択・設定することができて、良質な成膜が高い生産性で行なわれる。
【００９９】
このようにこれらのプラズマ処理装置は、プラズマにおけるイオン比率の制御可能範囲が広くて、従来のプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤのほぼ総てに亘るとともにそれらの間隙をもカバーすることから（図９参照）、最適なプラズマ処理条件を自由に選択・設定することができる。その結果、良質なプラズマ処理を効率良く行うことが可能となる。
【０１００】
最後に、本発明のプラズマ処理装置についての他の構成例を説明する。図１０〜図１２に示したプラズマ処理装置は、上述の装置における可動壁体４０についての各種変形例であり、何れも、可動壁体４０が、上昇させられてプラズマ処理空間１３の開口部分を覆う位置に在るときにカソード部（基板支持体）１２との間に通過流体の絞りとなる間隙を生じさせるような形状に加工されたものである。なお、アノード部１１もカソード部１２と外径が同一にされて可動壁体４０の内腔に嵌挿されるものとなっている。
【０１０１】
図１０に示した第１変形例の可動壁体４０ａは、内腔の下方が広げられて段付き状態に形成されており、ボールネジ４２等がカソード部１２と干渉し合わないように最下端のところがボールネジ４２によって支持されるとともに、内腔の小径部下端部分とカソード部１２の上辺縁部分とによって流体に対する絞り部４９ａが形成されるようになっている。
【０１０２】
図１１に示した第２変形例の可動壁体４０ｂは、カソード部１２の上辺縁に対応した高さのところに開口４９ｂが多数穿孔形成されていて、それらの開口４９ｂのところに分散して絞りが形成されるものである。
【０１０３】
図１２に示した第３変形例の可動壁体４０ｃは、さらに可動壁体内側面４９ｃに丸みを持たせることで、プラズマ処理空間１３の角張ったところが少なくなるようにしたものであり、これによって開口４９ｂ近傍における流れの急激な変化によってプラズマ処理空間１３内部にまで及びうる不均一性の影響が緩和されることを期したものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施例としてのプラズマエッチング装置について、その主要部の縦断面図である。
【図２】そのプラズマ発生空間周りの縦断面斜視図である。
【図３】そのうち一のプラズマ発生空間についての拡大図である。
【図４】磁気回路の変形例である。
【図５】真空チャンバへの装着状態を示す断面図である。
【図６】プラズマ内電子のエネルギー分布である。
【図７】プラズマエッチャでのイオン比率の制御可能範囲を示す。
【図８】プラズマＣＶＤでのイオン比率の制御可能範囲を示す。
【図９】プラズマにおけるイオン比率の制御可能範囲を示す。
【図１０】可動壁体の第１変形例である。
【図１１】可動壁体の第２変形例である。
【図１２】可動壁体の第３変形例である。
【図１３】従来のプラズマ処理装置である。
【図１４】チャンバ縮小時の予想構造図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１    基板（被処理物、ウエハ）
２    真空チャンバ本体部（真空チャンバ）
２ａ    吸引口
２ｂ    バッフル板
３    真空チャンバ蓋部（真空チャンバ）
４    可変バルブ（可変絞り、圧力制御機構、圧力制御手段）
４ａ    ゲートバルブ（仕切弁）
４ｂ    真空圧計（圧力検出器、圧力制御手段）
４ｃ    ＰＩＤ制御回路（圧力制御回路、圧力制御手段）
５    真空ポンプ
１０  低温プラズマ
１１  アノード部（平行平板の一方、第１印加回路、第１機構）
１１ａ  アッパーサポート
１２  カソード部（平行平板の他方、第１印加回路、第１機構、基板支持体）
１２ａ  ローアーサポート
１３  プラズマ処理空間
１４  連通口
１５  処理ガス供給口（第２のガス導入路）
２０  高密度プラズマ
２１  プラズマ発生チャンバ（隣接機構部、第２機構）
２２  プラズマ発生空間
２３  プラズマ用ガス送給路（第１のガス導入路）
２４  コイル（第２印加回路）
２５  永久磁石片（磁気回路用の磁性部材）
２６  磁束線（磁気回路）
３１  ＲＦ電源（第１印加回路）
３２  ＲＦ電源（第２印加回路）
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ  可動壁体（可変絞り）
４１  ベローズ（蛇腹、壁体駆動機構）
４２  ボールネジ（進退駆動軸、壁体駆動機構）
４３  サポート（支柱、壁体駆動機構）
４４  モータ（電動機、壁体駆動機構）
４９，４９ａ  絞り部
４９ｂ  開口
４９ｃ  可動壁体内側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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