(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台に高周波を印加し、生成したプラズマを前記載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に対向させて形成してあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記対向電極はシリコン系の材料で形成してある請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記対向電極には、ガスを導入するガス導入路が連結してあり、該ガス導入路から前記容器内へガスを供給するガス供給孔が開設してある請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス導入路には導入されたガスを拡散させるガス拡散室が設けてある請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記対向電極の温度を調整する温度調整装置を備える請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記対向電極に高周波を印加する電源を備える請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記アンテナは、マイクロ波を導く導波路を環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成し、該導波路のマイクロ波窓に対向する部分にスリットを設けてなる請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導波路内には誘電体が装入してある請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によってプラズマを生成し、生成したプラズマを前記容器内に設けてある載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に対向させて形成してあり、前記対向電極は該対向電極に高周波を印加する電源に接続してあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠な基本技術となっている。一般にプラズマを生成させる励起手段には２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を用いる場合と、１３．５６ＭＨｚ等のＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合とがある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得られるという利点がある。ところが、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置にあっては、プラズマ生成領域の面積を広くし、且つ密度が均一になるようにプラズマを発生させることが困難であった。しかしながら、プラズマ処理装置には前述した如く高密度のプラズマが得られるという利点があるため、該装置によって大口径の半導体基板，ＬＣＤ用ガラス基板等の処理を実現することが要求されていた。この要求を満たすため、本願出願人は、特開昭62−5600号公報、特開昭62−99481 号公報等において次のような装置を提案している。
【０００３】
図12は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図であり、図13は図12に示したプラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器41は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器41の上部開口はマイクロ波窓44で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓44は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で成形してある。
【０００４】
反応器41には、該反応器41の上部を覆う長方形箱状のカバー部材50が連結してある。このカバー部材50内の天井部分には誘電体線路51が取り付けてあり、該誘電体線路51とマイクロ波窓44との間にはエアギャップ53が形成されている。誘電体線路51は、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形してなり、前記凸部をカバー部材50の周面に連結した導波管61に内嵌させてある。導波管61にはマイクロ波発振器60が連結してあり、マイクロ波発振器60が発振したマイクロ波は、導波管61によって誘電体線路51の凸部に入射される。
【０００５】
前述した如く、誘電体線路51の凸部の基端側は、平面視が略三角形状のテーパ部51a になしてあり、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部51a に倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路51の全体に伝播する。このマイクロ波はカバー部材50の導波管61に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて誘電体線路51に定在波が形成される。
【０００６】
反応器41の内部は処理室42になっており、処理室42の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導入管45から処理室42内に所要のガスが導入される。処理室42の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台43が設けてあり、載置台43にはマッチングボックス46を介して高周波電源47が接続されている。また、反応器41の底部壁には排気口48が開設してあり、排気口48から処理室42の内気を排出するようになしてある。
【０００７】
このようなプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口48から排気して処理室42内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管45から処理室42内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器60からマイクロ波を発振させ、これを導波管61を介して誘電体線路51に導入する。このとき、テーパ部51a によってマイクロ波は誘電体線路51内で均一に拡がり、誘電体線路51内に定在波を形成する。この定在波によって、誘電体線路51の下方に漏れ電界が形成され、それがエアギャップ53及びマイクロ波窓44を透過して処理室42内へ導入される。このようにしてマイクロ波が処理室42内へ伝播し、処理室42内にプラズマが生成される。
【０００８】
載置台43には、マッチングボックス46を介して高周波電源47から高周波が印加されており、それによって形成されるバイアス電位によって、プラズマ中のイオンを加速して被処理物Ｗ上に導き、被処理物Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の被処理物Ｗを処理すべく反応器41の直径を大きくしても、その反応器41の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の被処理物Ｗを均一に異方性エッチングすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ処理装置では、誘電体線路51にマイクロ波を均一に拡がらせるために、マイクロ波窓44及び反応器41の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部51a を設けてあり、このテーパ部51a の寸法は、誘電体線路51の面積、即ち処理室42の直径に応じて定めてある。そのため、従来のプラズマ処理装置を設置する場合、反応器41周縁から突出させたテーパ部51a を格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。
【００１０】
一方、被処理物Ｗの大口径化に伴って、反応器41の直径が更に大きいプラズマ処理装置が要求されている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得ることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部51a の寸法は反応器41の直径に応じて定めるため、反応器41の直径が大きくなるに従ってテーパ部51a の寸法が長くなる。従って、反応器41の直径が更に大きいプラズマ処理装置を可及的に狭いスペースに設置するという２つの要求を共に満足することができない。
【００１１】
また、従来のプラズマ処理装置では、高周波を印加する載置台43の対向電極にすべく、例えば反応器41の周壁を接地していたが、反応器41の内周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷を与えるため、反応器41の寿命が短い。更に、反応器41の周壁を接地する場合、載置台43の表面に発生するバイアス電位が不十分な場合があり、その場合、被処理物Ｗに入射されるイオンの指向性が悪化し、異方性といったプロセス特性が低下する虞があった。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは載置台に対向して対向電極を配置し、該対向電極に環状のマイクロ波窓を外嵌し、容器内へマイクロ波を放射するアンテナをマイクロ波窓に倣って配置した構成にすることによって、反応器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置し得、また、被処理物に入射されるイオンの指向性を改善すると共に、反応器の寿命を長くすることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台に高周波を印加し、生成したプラズマを前記載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に対向させて形成してあることを特徴とする。
【００１４】
容器（反応器）に設けてある環状のマイクロ波窓に倣って配置した環状又はＣ字状等のアンテナから放射されたマイクロ波は、前記マイクロ波窓を透過して容器内へ導入され、プラズマが生成される。容器内の載置台に対向配置した対向電極を接地電極として載置台に高周波を印加することによって、前述した如く生成したプラズマを載置台上に載置した被処理物上へ導く。
【００１５】
前述したアンテナ内へはマイクロ波を直接的に入射することができ、そのためアンテナは容器から突出することがない。従って、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができる。即ち、アンテナ構造によりマイクロ波を供給するようになしてあるため、限られたスペースで均一にマイクロ波を供給することができる。また、アンテナは環状のマイクロ波窓に倣って配置してあり、これによてマイクロ波はアンテナから容器の全周に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。
【００１６】
一方、高周波を印加する載置台に対向配置した対向電極が接地電極として作用させることができるため、プラズマ中のイオンが容器の内周面に衝突して損傷を与えることが防止され、容器の寿命が長くすることができる。また、載置台にバイアス電位を安定して発生させることができるため、プラズマ中のイオンは被処理物上に略垂直に入射され、異方性といったプロセス特性を向上させることができる。
【００１７】
第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１発明において、前記対向電極はシリコン系の材料で形成してあることを特徴とする。
【００１８】
例えば、フルオロカーボン系反応ガス（Ｃx Ｆy ガス）に用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合、プラズマによってＣx Ｆy ガスが解離してフッ素分子（Ｆ又はＦ2 ）が生成し、レジストのエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが相対的に低下する。本発明ではシリコン系材料によって対向電極を形成してあるため、フッ素分子は対向電極と接触反応し、ＳｉＦ4 として気化するため、フッ素分子が選択的に除去される。これによって、レジストのエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが向上し、選択比が高いエッチングを実施することができる。また、シリコン系材料で形成した電極はコンタミネーション（汚染）の問題が少ないという利点もある。
【００１９】
第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１又は第２発明において、前記対向電極には、ガスを導入するガス導入路が連結してあり、該ガス導入路から前記容器内へガスを供給するガス供給孔が開設してあることを特徴とする。
【００２０】
載置台に対向配置した対向電極のガス供給孔から容器内へ反応ガスを供給する。反応ガスは容器の全周縁方向へ放射状に略均一に拡散するため、被処理物は略均一にプラズマ処理される。また、容器内に供給された反応ガスは、被処理物の処理に用いられるプラズマ中の滞在時間が長いため、反応ガスの利用効率が向上する。
【００２１】
第４発明に係るプラズマ処理装置は、第３発明において、前記ガス導入路には導入されたガスを拡散させるガス拡散室が設けてあることを特徴とする。
【００２２】
ガス導入路に設けたガス拡散室内へ反応ガスを導入し、そこで反応ガスを拡散均一化させた後、対向電極に開設したガス供給孔から容器内へ反応ガスを放出する。これによって、対向電極の複数箇所から容器内へ均一なる反応ガスを導入することができ、被処理物は更に均一にプラズマ処理される。
【００２３】
第５発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第４発明の何れかにおいて、前記対向電極の温度を調整する温度調整装置を備えることを特徴とする。
【００２４】
プラズマ処理のプロセス特性を向上させるためには、プラズマに曝される部分の温度を制御することが重要である。本発明では、対向電極の温度を温度調整装置によって調整することによって、プロセス特性を向上させることがきる。
【００２５】
第６発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第５発明の何れかにおいて、前記対向電極に高周波を印加する電源を備えることを特徴とする。
【００２６】
例えば１３．５６ＭＨｚ付近の高周波を対向電極に印加することによって、アンテナから容器内に導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対向電極と載置台との間にプラズマを生成することができる。これによって、プラズマが生成する領域と載置台との距離、即ち、マイクロ波窓及び対向電極と載置台との間の距離を短くした場合でもプラズマが十分拡散し、被処理物と同一面内で略均一になるため、プラズマ処理装置の垂直方向の寸法を小さくすることができると共に、所要のプラズマ処理を速い処理速度で行うことができる。
【００２７】
更に、前述したアンテナから容器内に導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、プラズマを生成することができるため、対向電極に印加する高周波のパワーを制御することによって、アンテナから放射するマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００２８】
第７発明に係るプラズマ処理装置は、第１乃至第６発明の何れかにおいて、前記アンテナは、マイクロ波を導く導波路を環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成し、該導波路のマイクロ波窓に対向する部分にスリットを設けてなることを特徴とする。
【００２９】
第８発明に係るプラズマ処理装置は、第７発明において、前記導波路内には誘電体が装入してあることを特徴とする。
【００３０】
これらの発明にあっては、アンテナの環状の導波路に入射されたマイクロ波は、互いに逆方向へ進行する進行波となって導波路内を伝播し、両進行波が重なりあってアンテナ内に定在波が形成される。また、Ｃ字状又は渦巻き状の導波路を備えるアンテナに入射されたマイクロ波は、終端部で反射してアンテナ内に定在波が形成される。この定在波によって、アンテナの内壁面に所定の間隔で極大になる電流が通流する。この電流が通流する壁面にスリットを設けることにより、このスリットからマイクロ波窓へ電界が放射される。即ち、アンテナからマイクロ波窓へマイクロ波が放射される。このマイクロ波はマイクロ波窓を透過して容器内へ導入され、そのマイクロ波によってプラズマが生成される。導波路は環状、Ｃ字状又は渦巻き状に曲成してあるため、マイクロ波を所要の領域に均一に供給することができる。また、スリットから放射する構成になしてあるため、スリットの形状及び配置によって、所要のマイクロ波の放射が可能である。
【００３１】
また、アンテナに入射されたマイクロ波は誘電体によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径のアンテナを用いた場合、誘電体が装入してあるときの方が、誘電体が装入していないときより、アンテナの内壁面に通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリットを多く設けることができる。そのため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。また、導波路内に誘電体を装入した状態で、スリットをマイクロ波窓に倣って設けること、即ち、アンテナの下面を全面開口になしてもよい。この場合、前述した如く、誘電体を伝播するマイクロ波は定在波を形成し、その漏れ電界がマイクロ波窓を透過して容器内へ導入されるため、容器内に均一にマイクロ波を導入することができる。
【００３２】
第９発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内へ、前記マイクロ波窓を透過させてマイクロ波を導入し、該マイクロ波によってプラズマを生成し、生成したプラズマを前記容器内に設けてある載置台上に載置した被処理物上に導いて被処理物を処理する装置において、前記載置台に対向して対向電極が配置してあり、該対向電極に環状のマイクロ波窓が外嵌してあり、前記容器内へマイクロ波を放射するアンテナが前記マイクロ波窓に対向させて形成してあり、前記対向電極は該対向電極に高周波を印加する電源に接続してあることを特徴とする。
【００３３】
例えば１３．５６ＭＨｚ付近の高周波を対向電極に印加することによって、アンテナから容器内に導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対向電極と載置台との間にプラズマを生成することができる。従って、対向電極に印加する高周波のパワーを制御することによって、アンテナから放射するマイクロ波のパワーを調整することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒状の反応器１は、その全体がアルミニウムといった金属で形成されている。反応器１の上端部には、内周面に溝が設けてあるリング部材10が取り付けてあり、リング部材10の溝に環状マイクロ波窓４の外周縁部を嵌合して環状マイクロ波窓４がリング部材10に支持されている。この環状マイクロ波窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体を環状板形に成形してある。
【００３５】
リング部材10上面には、該リング部材10の外直径と略同じ外直径であり、前述した環状マイクロ波窓４の内直径と略同じ内直径である円筒状のブロック部材25がリング部材10に螺子止めしてある。このブロック部材25はアルミニウムといった金属で形成してある。ブロック部材25の環状マイクロ波窓４に対向する部分に断面視が矩形の溝を開設してなる環状導波管型アンテナ部12が形成してあり、ブロック部材25の周面に、環状導波管型アンテナ部12に連通する矩形穴を開設してなる導入部13が形成してある。また、環状導波管型アンテナ部12の底部には、アルミニウム製の環状の板部材16が嵌合してあり、該板部材16には複数のスリット15，15，…が周方向に所定の距離を隔てて開設してある。導入部13及び環状導波管型アンテナ部12内には、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌してある。
【００３６】
ブロック部材25の周面であって、導入部13の開口の周囲にはマイクロ波発振器30から延設した導波管31が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管31を経てアンテナ11の導入部13に入射される。この入射波は、導入部13から環状導波管型アンテナ部12へ導入される。環状導波管型アンテナ部12へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部12を互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型アンテナ部12内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部12の導入部13に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この壁面定在波によって、環状導波管アンテナ部12の内面に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が通流する。
【００３７】
このとき、例えば、誘電率εｒ＝２．１のテフロン（登録商標）が装入してある環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、環状導波管型アンテナ部12の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍにする。このモードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部12内の誘電体14を伝播する。
【００３８】
また、外径が３８０ｍｍ、内径が１８０ｍｍ、厚さが２０ｍｍの環状マイクロ波窓４を用い、環状導波管型アンテナ部12にテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導波管型アンテナ部12の中心から環状導波管型アンテナ部12の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになす。この場合、環状導波管型アンテナ部12の幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部12内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナ11のＱ値が向上する。
【００３９】
図３は、図１及び図２に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図３に示したように、スリット15，15，…は、金属製の板部材16の環状導波管型アンテナ部12に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部12の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部12が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さを５０ｍｍ、幅を２０ｍｍ、相隣るスリット間の距離を略５５ｍｍ、即ち後述する交点Ｐ1 から２７．５ｍｍの位置に２つのスリットを設け、それらから５５ｍｍの間隔でスリットを設ける。
【００４０】
つまり、各スリット15，15，…は、導入部13の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部13から離隔した側である交点Ｐ1 から、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｍ−１）・λｇ／４（ｍは整数、λｇは環状導波管アンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15を開設し、両スリット15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、ｎ・λｇ／２（ｎは整数）を隔てて複数の他のスリット15，15，…を開設する。即ち、スリット15，15，…は前述した定在波の節が形成される位置に設ける。これによって、各スリット15，15，…から効率良くマイクロ波を放射することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、スリット15，15，…は、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜めに交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイクロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイクロ波の波長が変化して、環状導波管アンテナ部12の周壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合があるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリット又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域内に取り込むことができる。
【００４２】
前述したように各スリット15，15，…は、板部材16に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示したように、アンテナ11は環状になしてあるため、反応器１の直径と同じ直径のブロック部材25に、該ブロック部材25の周縁から突出することなく設けることができる。これによって、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置することができる。
【００４３】
前述したブロック部材25にはアルミニウムを円柱状に成形してなる加熱ブロック26が、該加熱ブロック26の下面が環状マイクロ波窓４の下面より少し高い位置になるように着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロック26には、加熱源であるヒータ28が埋設してある。
【００４４】
加熱ブロック26の下面中央には円筒状の凹部が設けてあり、該凹部を導体又は半導体の材料を円板状に成形してなる対向電極18で閉塞してガス拡散室20が設けてある。対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在に螺子止めしてあり、また、対向電極18は電気的に接地してある。この対向電極18を固定する螺子及び前述した環状マイクロ波窓４の下面は、石英製の環状保護板（図示せず）によって保護してある。また、反応器１、リング部材10、環状マイクロ波窓４、ブロック部材25及び加熱ブロック26が互いに接合する部分には、それらを気密状態に封止すべく耐熱性のＯリング17，17，…（一部省略）がそれぞれ介装してある。
【００４５】
図４は図１に示した対向電極18及びガス拡散室20の模式的一部破断斜視図である。図４に示した如く、ガス拡散室20の内部は、仕切り壁19によって上室20a 及び下室20b に区分してあり、仕切り壁19とガス拡散室20の天井との間、及び仕切り壁19と対向電極18との間には、環状部材21，21が介装してある。また、仕切り壁19及び対向電極18には、複数の貫通孔22，22，…及び貫通孔18a ，18a ，…が、上下に位置を異ならせて開設してある。
【００４６】
また、図１に示した如く、ガス拡散室20には、加熱ブロック26を貫通するガス導入管５が連通してある。ガス導入管５からガス拡散室20に供給されたガスは、上室20a 内に拡散すると共に仕切り壁19に開設した貫通孔22，22，…から下室20b へ供給され、そこで拡散均一化された後、対向電極18に開設した貫通孔18a ，18a ，…から処理室２内へ導入される。
【００４７】
処理室２の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台３が昇降自在に設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。また、処理室２の周囲壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。載置台３に印加する高周波は主にプラズマ中のイオンを制御することが目的であり、その周波数は２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚである。ただし、場合により数十ＭＨｚまでの電圧を印加してもよい。
【００４８】
このようなプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施すには、ヒータ28によって加熱ブロック26及び対向電極18を所要の温度に加熱すると共に、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５からガス拡散室20内へ反応ガスを供給し、内部で拡散均一化された反応ガスを対向電極18から処理室２内へ導入する。
【００４９】
次いで、マイクロ波発振器30からマイクロ波を発振させ、それを導波管31を経てアンテナ11に導入し、環状導波管型アンテナ部12に定在波を形成させる。この定在波によって、アンテナ11のスリット15，15，…から放射された電界は、環状マイクロ波窓４を透過して処理室２内へ導入され、処理室２内にプラズマが生成される。また、マイクロ波発振器30による発振と同時的にマッチングボックス６を介して高周波電源７から載置台３に高周波を印加する。載置台３と対向電極18との間に形成される電界によって、生成されたプラズマ中のイオンが被処理物Ｗ上に導かれ、被処理物Ｗの表面がエッチングされる。
【００５０】
このように、載置台３に対向配置した対向電極18と載置台３との間に形成した電界によってプラズマ中のイオンを被処理物Ｗ上に導くため、反応器１の内周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷を与えることが防止され、反応器１の寿命が長い。また、対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在の螺子止めしてあるため、対向電極18が損傷した場合、それを容易に交換することができる。更に、前記電界は被処理物Ｗの表面に直交する方向に形成されるため、載置台３の表面に安定したバイアス電位が発生し、被処理物Ｗに入射されるイオンの指向性が高く、プロセス特性が向上する。また、対向電極18を所要の温度まで加熱するため、プロセス特性が更に向上する。
【００５１】
一方、対向電極18の底部から処理室２内へ反応ガスを導入するようになしてあるため、反応ガスは処理室２の被処理物Ｗ上に、被処理物Ｗの直径と略同じ直径の平断面面積を有し、略均一なガス流となって供給され、被処理物Ｗの表面は略均一に処理される。また、処理室２内に供給された反応ガスはプラズマ中の滞在時間が長いため、反応ガスの利用効率が向上する。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図１に示した対向電極18をＳｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ、又はＰ又はＢ等の不純物をドープしたＳｉ等のシリコン系材料によって形成してある。これによって、例えば、フルオロカーボン系反応ガス（Ｃx Ｆy ガス）を用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合、フッ素分子は対向電極18と接触して反応し、ＳｉＦ4 として気化するため、フッ素分子を選択的に除去することがすることができる。これによって、レジストのエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが向上し、選択比が高いエッチングを実施することができる。
【００５３】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３を示す平面図であり、マイクロ波窓に倣ったスリットである開口を設けた場合を示している。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。即ち、図５に示した如く、環状導波管型アンテナ部12の底部には、図１に示した環状の板部材16を設けずに開口になしてあり、環状導波管型アンテナ部12には前述した誘電体14が内嵌固定してある。
【００５４】
これによって、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部12に装入した誘電体14中を伝播して定在波を形成し、その漏れ電界が環状マイクロ波窓４を透過して反応器１内の全領域に均一に導入される一方、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。また、電気的に接地した対向電極によって、前述した如く反応器１の内周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷を与えることが防止され、反応器１の寿命が長い。更に、対向電極が損傷した場合、それを容易に交換することができる。また、被処理物Ｗに入射されるイオンの指向性が改善され、プロセス特性が向上する。
【００５５】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４を示す側断面図であり、図１に示した誘電体14を設けていない場合を示している。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図６に示した如く、環状導波管型アンテナ部12の底部には、複数のスリット15，15，…を開設してなる環状の板部材16が嵌合してあり、アンテナ11は前述した誘電体を装入することなく空洞の導波路になしてある。
【００５６】
このとき、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚである場合、環状導波管型アンテナ部12の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅９６ｍｍになす。また、外径が４４０ｍｍ、内径が１６０ｍｍ、厚さが２０ｍｍである環状マイクロ波窓４を配設し、環状導波管型アンテナ部12は、その中心から幅方向の中央までの寸法を１５１ｍｍになす。この場合、環状導波管型アンテナ部12の幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さは、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の波長（略１５８ｍｍ）の略整数倍である。また、環状導波管型アンテナ部12に設けた板部材16に、長さが８０ｍｍであり、幅が２０ｍｍであるスリット15，15，…を、略７９ｍｍの間隔で開設する。
【００５７】
マイクロ波発振器30から発振されたマイクロ波は、導波管31を経てアンテナ11に導入され、そこに定在波が形成される。この定在波によって、アンテナ11のスリット15，15，…から放射された電界は、環状マイクロ波窓４を透過して処理室２内へ導入され、処理室２内にプラズマが生成される。
【００５８】
これによって、前同様、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部12から反応器１内の全領域に均一に導入される一方、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。また、電気的に接地した対向電極18によって、反応器１の内周面にプラズマ中のイオンが衝突して損傷を与えることが防止され、反応器１の寿命が長い。更に、対向電極18が損傷した場合、それを容易に交換することができる。また、対向電極18によって、被処理物Ｗに入射されるイオンの指向性が改善され、プロセス特性が向上する。
【００５９】
（実施の形態５）
図７は、実施の形態５を示す側断面図であり、対向電極18に高周波を印加するようになしてある。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図７に示した如く、対向電極18はマッチングボックス39を介して第２高周波電源38に接続してあり、該第２高周波電源38から対向電極18に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波が印加される。
【００６０】
このようなプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波発振器30からマイクロ波を発振させると共に、第２高周波電源38から対向電極18に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、処理室２内の対向電極18に対向する領域にプラズマを生成させる。このように、アンテナ11で囲まれた中央部分、即ち対向電極18の直下にもプラズマが生成されるため、載置台３と環状マイクロ波窓４との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一平面内において略均一なプラズマを得ることができる。
【００６１】
また、マイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対向電極18に高周波を印加することによって処理室２内にプラズマを生成することができるため、対向電極18に印加する高周波のパワーを制御することによって、マイクロ波発振器30から発振させるマイクロ波のパワーを調整することなく、被処理物Ｗの中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００６２】
更に、高周波電源７から載置台３にＶa ｓｉｎ（ωｔ）（ωは角周波数、ｔは時間）の高周波電圧を印加し、第２高周波電源38から対向電極18に｛−Ｖb ｓｉｎ（ωｔ）｝の高周波電圧を印加することによって、プラズマ中のイオンに与える電位を（Ｖa ＋Ｖb ）として、エッチングの異方性を向上させることができる。
【００６３】
このとき、載置台３には、プラズマ中のイオン制御を目的として例えば２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚ程度の高周波電圧を印加し、対向電極18には、プラズマの生成を目的として、載置台３に印加する周波数より高い周波数である、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。
【００６４】
（実施の形態６）
図８は、実施の形態６を示す模式的平面図であり、前述した導入部の環状導波管型アンテナ部への連結位置を変更した場合を示している。なお、図中、図２に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。本実施の形態に係るアンテナ21にあっては、導入部23が環状導波管型アンテナ部22の接線方向になるように連結してある。板部材24には、導入部23の中心線を延長した延長線が、環状導波管型アンテナ部22の幅方向の中点を結ぶ円に接する接点を通る法線と前記円とが交わる２つの点の内の、前記接点以外の交点Ｐ2 から、前記円に倣ってその両方へ、それぞれ（２ｍ−１）・λｇ／４（ｍは整数、λｇはアンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15が開設してあり、両スリット15，15から、前記円に倣ってその両方へ、ｎ・λｇ／２を隔てて複数の他のスリット15，15，…が開設してある。
【００６５】
（実施の形態７）
図９は、実施の形態７を示す模式的平面図であり、アンテナの形状を変更してある。なお、両図中、図８に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。アンテナ34の一端は、マイクロ波発振器30に連接した導波管31が連結してあり、アンテナ34の他端は閉塞してある。アンテナ34の一端側は直線状であり、他端側はＣ字状（円弧状）又は一巻き渦巻き状等（図１にあってはＣ字状）、適宜の曲率に成形した曲成部35になしてある。アンテナ34の底部には板部材36が嵌合してあり、板部材36の曲成部35に対応する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００６６】
図10は、図９に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図10に示したように、スリット15，15，…は、板部材36の曲成部35に対向する部分に、曲成部35の中心軸37に直交するように開設してあり、各スリット15，15，…の開設位置は、アンテナの閉塞した端部からｎ・λｇ／２の位置に定めてある。つまり、各スリット15，15，…はアンテナ内の底面に通流する電流の極大値を示す位置に開設してあり、各スリット15，15，…を挟んで生じる電位差によって各スリット15，15，…から電界が放射され、該電界は環状マイクロ波窓４を透過して反応器１（共に図１参照）内へ導入される。
【００６７】
（実施の形態８）
図11は、実施の形態８を示す側断面図であり、対向電極18に高周波を印加し、載置台３を電気的に接地するようになしてある。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図11に示した如く、対向電極18はマッチングボックス39を介して高周波電源40に接続してあり、該高周波電源40から対向電極18に１３．５６ＭＨｚ程度の高周波が印加される。また、載置台３は電気的に接地してある。
【００６８】
このようなプラズマ処理装置にあっては、実施の形態５に示した装置と同様、アンテナ11で囲まれた中央部分、即ち対向電極18の直下にもプラズマが生成されるため、載置台３と環状マイクロ波窓４との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一平面内において略均一なプラズマを得ることができる。
【００６９】
また、マイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対向電極18に高周波を印加することによって処理室２内にプラズマを生成することができるため、対向電極18に印加する高周波のパワーを制御することによって、マイクロ波発振器30から発振させるマイクロ波のパワーを調整することなく、被処理物Ｗの中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述した如く、第１発明に係るプラズマ処理装置にあっては、アンテナ内へ直接的にマイクロ波を入射することができるため、アンテナは容器から突出することがない。そのため、容器の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズが可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。一方、高周波を印加する載置台に対して対向電極が接地電極として作用するため、プラズマ中のイオンが容器の内周面に衝突して損傷を与えることが防止され、容器の寿命が長い。また、載置台と対向電極との間に形成された電界によってプラズマ中のイオンが導かれるため、該イオンは被処理物上に略垂直に入射され、異方性といったプロセス特性が向上する。
【００７１】
第２発明に係るプラズマ処理装置にあっては、シリコン系材料によって対向電極を形成してあるため、例えばシリコン酸化膜のエッチングにおいて、レジストのエッチングレートに対するシリコン酸化膜のエッチングレートが向上し、選択比が高いエッチングを実施することができる。
【００７２】
第３発明に係るプラズマ処理装置にあっては、載置台に対面する対向電極のガス供給孔から容器内へ反応ガスを供給するため、反応ガスは容器の全周縁方向へ放射状に略均一に拡散し、被処理物は略均一にプラズマ処理される。また、容器内に供給された反応ガスはプラズマ中の滞在時間が長いため、反応ガスの利用効率が向上する。
【００７３】
第４発明に係るプラズマ処理装置にあっては、ガス導入路に設けたガス拡散室で反応ガスを拡散均一化させるため、容器内へ均一なる反応ガスを導入することができ、被処理物は更に均一にプラズマ処理される。
【００７４】
第５発明に係るプラズマ処理装置にあっては、載置台に対向配置した対向電極の温度を温度調整装置によって調整するため、プラズマ処理のプロセス特性を向上させることができる。
【００７５】
第６発明に係るプラズマ処理装置にあっては、例えば、１３．５６ＭＨｚ付近の高周波の電界を対向電極に印加することによって、アンテナから容器内に導入したマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、対向電極と載置台との間にプラズマを生成することができるため、プラズマが生成する領域と載置台との距離を短くした場合でもプラズマが十分拡散し、被処理物と同一面内で略均一になり、プラズマ処理装置の垂直方向の寸法を小さくすることができると共に、所要のプラズマ処理を速い処理速度で行うことができる。また、対向電極に印加する高周波電界のパワーを制御することによって、アンテナから放射するマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００７６】
第７及び第８発明に係るプラズマ処理装置にあっては、アンテナから容器内の全領域にへマイクロ波が導入されるため、容器内で略均一なるプラズマを生成することができ、これによって大口径の被処理物を略均一にプラズマ処理することができる。また、スリットが設けてあるアンテナであって、アンテナ内に誘電体が装入してある場合、それを装入していない場合よりスリットを多く開設することができるため、容器内へマイクロ波を更に均一に導入することができる。また、導波路のマイクロ波窓に対向する部分を開口のスリットになし、該導波路内に誘電体を装入しておくことによって、誘電体内に形成されたマイクロ波の定在波による漏れ電界を、前記開口のスリットからマイクロ波窓を透過させて容器内へ均一に導入することがきる。
【００７７】
第９発明に係るプラズマ処理装置にあっては、第６発明に係るプラズマ処理装置と同様、容易にプラズマ処理速度を均一にすることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明図である。
【図４】図１に示した対向電極及びガス拡散室の模式的一部破断斜視図である。
【図５】実施の形態３を示す平面図である。
【図６】実施の形態４を示す側断面図である。
【図７】実施の形態５を示す側断面図である。
【図８】実施の形態６を示す模式的平面図である。
【図９】実施の形態７を示す模式的平面図である。
【図１０】図９に示したスリットを説明する説明図である。
【図１１】実施の形態８を示す側断面図である。
【図１２】従来の装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図１３】図12に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１      反応器
２      処理室
３      載置台
４      環状マイクロ波窓
１０    リング部材
１１    アンテナ
１２    環状導波管型アンテナ部
１３    導入部
１４    誘電体
１５    スリット
１６    板部材
１８    対向電極
２５    ブロック部材
２６    加熱ブロック
２８    ヒータ
Ｗ      被処理物
【図１】
0004014300.tif 000002
【図２】
0004014300.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004014300.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004014300.tif 000007
【図７】
0004014300.tif 000008
【図８】
0004014300.tif 000009
【図９】
0004014300.tif 000010
【図１０】
0004014300.tif 000011
【図１１】
0004014300.tif 000012
【図１２】
0004014300.tif 000013
【図１３】
0004014300.tif 000014