JPH03191074A - マイクロ波プラズマ処理装置 - 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、マイクロ波プラズマ処理装置、特にプラズマ
を用いた試料のエツチング、堆積膜形成、スパッタリン
グ、クリーニング、レジスト灰化等の処理に用いられる
マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

［従来の技術］ プラズマ処理法とは、特定の物質をプラズマ化して活性
の強いラジカルとイオンを発生させ、このラジカルとイ
オンを被処理体に接触させて被処理体にエツチング、堆
積膜形成、スパッタリング、クリーニング、アッシング
（灰化）等の処理を施す加工方法をいい、プラズマ処理
装置とは、該プラズマ処理法の実施に用いられる装置を
いう。

従来、こうしたプラズマ処理装置は、原料ガス導入口と
排気口とを有する真空容器で形成されたプラズマ処理室
と、該プラズマ処理室に供給される原料ガスをプラズマ
化するエネルギーを供給する電磁波等を供給する装置と
からなっている。

ところで、プラズマ処理法は前述のラジカルやイオンの
強い活性に依拠するものであり、ラジカルやイオンの密
度や被処理体の温度等を適宜選択することにより、エツ
チング、堆ＭＭ形成等の各種の処理を所望に応じてなし
うることはプラズマ処理法の特徴であり、プラズマ処理
法において重要なことはラジカルやイオンの効率的生成
である。

従来、プラズマ化エネルギーを与える媒体としては、１
３．５６ＭＨｚ程度の高周波数電磁波が使用されていた
が、近年、２．４５Ｇ）Ｉｚ程度のマイクロ波を用いる
ことにより、高密度プラズマを効率的に生成しうろこと
が判明し、マイクロ波を用いたプラズマ処理法が注目さ
れ、そのための装置もいくつか提案されている。

例えば、特開昭５２−１２６１７５号には、導波管の内
部にマイクロ波透過真空容器を入れてプラズマを発生さ
せ、該プラズマを用いて試料を処理する装置が開示され
ている。

また、特開昭６０−１２０５２５号には、マイクロ波に
よって発生する電場と、放電室外に置かれた磁場発生装
置によって発生した磁場とによフて効率良く電子を加速
し、中性分子と衝突、電離させ、発生した高密度プラズ
マを用い処理を行う装置が開示されている。該装置を用
いた場合、特に電子のサイクロトロン周波数とマイクロ
波の周波数が一致する様に磁場の大きさを決めると効率
良くプラズマが発生できる。一般に使われる２、４５Ｇ
Ｈｚの場合、該磁場の大きさは８７５ガウスである。

本発明は先に、該装置における処理速度の不均一性等の
欠点を改良した第９図に示すごとき装置、すなわちマイ
クロ波の透過窓の外周部よりマイクロ波を該マイクロ波
透過窓に入射せしめ、該マイクロ波が真空容器の放電空
間内に完全に放射されるように装置構成し、それにより
前記放電空間内でプラズマが効率的に且つ均一分布状態
で生起されると共に生起するプラズマにより試料の均一
なエツチング又はアッシング、そして基体上への均一な
成膜等を効率的に行い得るようにしたプラズマ処理装置
を発明した。（特願昭６２−１００８２号） 第９図において、１０１は処理部を真空に保つための真
空容器、１０２は該真空容器内に処理ガスを導入するた
めのガス導入口、１０３はマイクロ波を放射するマイク
ロ波ランチャ−１０７はプラズマが存在する放電室、１
０４はマイクロ波を放電室１０７に放射するマスクで導
体平板にスリット又はスロットを入れたもの、１０５は
誘電体、例えば石英、アルミナ、ボロンナイトライド、
フォルステライト等で構成されマイクロ波ランチャ−１
０３内部と放電室１０７の間を真空シールするマイクロ
波透過窓、１０６ａ、１０６ｂはマイクロ波ランチャ−
１０３にマイクロ波を供給するための同軸管外導体、同
内導体、１０８は被処理試料、１０９は試料ホルダー　
１１０は放電室内を処理圧力に保つための真空排気系、
１１１は放電室内に磁場を発生させる空芯コイル、１１
２はマイクロ波の伝搬経路、１１３はマイクロ波反射を
抑えるためのテーパー　１１４は二層構造とするための
導体板、１１５は導体板１１４とプラズマが直接接触す
るのを避けるためのマイクロ波透過絶縁板であり、１１
６は該マイクロ波窓を真空封止する面である。

ト記構成の装置において、マイクロ波発振器で発生した
マイクロ波（通常２．４５Ｇ）ｌｚ）は、マイクロ波発
振器に戻って来るマイクロ波を吸収するアイソレータに
導波管によって供給し、更にマイクロ波ランチャ−１０
３との整合をとるためのチューナーを備えた同軸変換器
に送られ、ここで導波管から同軸管に変換されマイクロ
波ランチャ−１０３に供給される。一方処理ガス、例え
ばＳｉ基板のエツチングではＣ１２、アモルファスＳｉ
　（ａ−５ｉ）の膜堆積ではＳｉＨ４、レジストアッシ
ングではｏ２をガス導入口１０２より供給される。マイ
クロ波は伝搬経路１１２に沿ってマイクロ波ランチャ−
内の上層部から下層部に入る。この下層部は、真空封止
窓を兼ね、１１６の面で真空シールを行い、マイクロ波
の吸収が少ない材質例えば、石英、アルミナ等でできて
いる。マイクロ波はマイクロ波透過窓１０５中を中心に
向って伝搬し、語意に設けられたスリット又はスロット
より徐々に放射される。放射されたマイクロ波は金属汚
染を防ぐ、マイクロ波吸収の少ない１１５の絶縁体を通
過し、放電室１０７に達し内部にマイクロ波の電場を作
り、この電場と空芯コイル１１１によって発生した磁場
のマグネトロン効果によって効率良くプラズマが発生す
る。また、磁場の大きさを電子のサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を同一（２，４５ＧＨｚのとき８
７５　Ｇａｕｓｓ）となる様に設定すると、電子が共鳴
的に加速され更に効率良くプラズマが発生する。

この様に発生したプラズマ中に存在するイオン、ラジカ
ルにより試料を処理する。試料処理に強い影響を及ぼす
プラズマの密度、温度、イオンの価数は放射されるマイ
クロ波の強度に依存し、それらの空間分布はマイクロ波
の放射分布に強く依存する。マイクロ波の放射分布は導
体板１０４のスリット又はスロットの分布、スリット又
はスロットの幅を変化させることによって任意に変える
ことができる。例えば、スリットの形状を渦巻状とした
場合、中心部のマイクロ波の強度が強ければスリット間
隔を中心部で大きくし、周辺部で小さくすることにより
、マイクロ波の放射分布を均一とすることか可能であり
、均一な処理を行なうことができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述の例ではプラズマ化エネルギーとな
るマイクロ波電力の大きさによって、プラズマ密度分布
が変化するため、用いうるマイクロ波電力全範囲で均一
なプラズマ処理を実施することは困難であった。このこ
とは、例えば第１０図に示す前述の例によるマイクロ波
電力と、プラズマ処理と正の相関がある電子電流分布と
の関係で、マイクロ波電力９００Ｗでは比較的均一であ
るか５００Ｗでは中心付近の電子電流が著しく小さくな
っていることでボされている。

本発明は前記装置をさらに改良するものであり、マイク
ロ波電力範囲によらず均一なプラズマ処理が可能なマイ
クロ波プラズマ処理装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、放電空間を有し原料ガスを該放電空間に供給
する手段を備えた真空容器、マイクロ波発振器からのマ
イクロ波を伝搬させてマイクロ波透過窓を通して前記放
電空間内に導入するマイクロ波伝搬・導入手段、及び前
記放電空間内にマイクロ波透過窓に向い合フて配置され
た被処理試料保持台を少なくとも有してなるプラズマ処
理装置において、該マイクロ波伝搬・導入手段が、マイ
クロ波透過窓内のマイクロ波伝搬経路に対し２方向から
マイクロ波か入射する構造を有していることを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理装置であり、本発明によれば
、２方向からマイクロ波透過窓にマイクロ波が供給され
るため、放電室（放電空間）に放射されるマイクロ波電
力の総和が変化しても常に均一性の良いプラズマを発生
させることができ、この結果均一性の良いプラズマ処理
か可能となる。

本発明の装置は、基本的に放電空間を有し原料ガス供給
手段を備えた真空容器、マイクロ波透過窓を通してマイ
クロ波を放射するマイクロ波伝搬・導入手段、被処理試
料を装着する保持台、及び該透過窓の裏面と密着し保存
する透過窓保持手段を少なくとも備えたプラズマ装置で
あり、上記構成を有するものであればそれらの他に種々
の手段を有していてもよい。例えば、マイクロ波により
発生するプラズマ発生効率を上げるため空芯コイルによ
り磁場を印加する手段を備えたもの、発生したイオンを
加速するため被処理試料保持台に高周波電力を印加でき
る手段を有するもの、又同じくマイクロ波透過窓保持体
等に高周波電力を印加する手段を備えたもの、さらにイ
オンエネルギーを増大させるための電極を放電空間の下
方に設けたもの等プラズマ発生による被処理材料のエツ
チング、アッシング又は成膜処理等を行なうことのでき
る装置に対しすべて本発明を適用することができる。

又、透過窓のマイクロ波放射面にはマイクロ波を均一に
放射させるためのスロット又はスリットが設けられた導
体板、さらに該導体板からの金属スパッタを防止するた
めのマイクロ波を透過する保護板等が設けられていても
よく、マイクロ波の放射により発生するプラズマ密度分
布をより均化させることができる。

マイクロ波伝搬・導入手段は基本的に、マイクロ波発振
器以降マイクロ波透過窓から放電空間へマイクロ波を放
射させるまでに関与する手段であり、例えばアイソレー
タ、チューナ、導波管マイクロ波透過窓（以降単に透過
窓と称す）等より成るものである。

本発明において透過窓のマイクロ波伝搬経路に対し２つ
の方向からマイクロ波が入射するとは、上記マイクロ波
伝搬・導入手段が透過窓へマイクロ波を導入する導波管
のマイクロ波導入経路を２つ持つということである。例
えば、透過窓が円形の場合は、チューナから真空容器内
の透過窓へマイクロ波を導入する同軸管を２重構造とし
１方を透過窓の中心部、他方を透過窓の外周部へ向わせ
るような構成とするとよい。

本発明においては、透過窓内を伝搬するマイクロ波の伝
搬経路は基本的に、所定の厚さを有する透過窓の厚さ方
向と垂直方向であり、この伝搬経路と垂直方向に該マイ
クロ波は放電室に放射されるものであり、すなわち、透
過窓内ではマイクロ波は厚さ方向と垂直の面を伝搬経路
とするもので、２方向から透過窓に入射したマイクロ波
は上記同じ面内の伝搬経路を伝搬する。

例えばある厚みを有する円形の透過窓において、その外
周部と中心部からマイクロ波を入射させることにより、
外周から中心へ向う伝搬方向と中心から外周へ向う伝搬
方向の２方向が伝搬経路上に生じる。どちらの伝搬方向
をとるマイクロ波も当該透過窓の厚み方向から放電室へ
放射される。又この他にもある厚みを有する長方形の透
過窓において、互いに対向する側面からマイクロ波を入
射させれば、伝搬経路上１８０°方向が異なるマイクロ
波の伝搬が生じる。尚、透過窓内の２つのマイクロ波の
伝搬方向のお互いのなす角度は上記のように１８０°　
（外周→中心、左→右等）に限らず、例えば９０°であ
っても後述するマイクロ波放射の均一化作用が得られる
ものであればいず九でもよい。又場合によっては３方向
以上の伝搬方向を有していてもよい。

透過窓内のマイクロ波伝搬方向を２つにすることによる
作用効果は次のように説明することができる。

第４図は円形の透過窓を用いて放電室へマイクロ波を放
射した場合に発生するプラズマ密度分布を模式的に示し
たものである。すなち、透過窓の外周部と中心部の両方
からマイクロ波を入射すると、それぞれ第１０図の従来
例で示したマイクロ波電力５００Ｗの場合の様に、マイ
クロ波は透過窓内を伝搬中に放射強度が減衰し、ある点
を境に著しく低下する。しかし、本発明においては、伝
搬方向が互いに異なっていいるため、放射強度の減衰を
相殺することが可能となる。すなわち、両者の和が透過
窓全体からのマイクロ波放射により形成されるプラズマ
密度となり、一方により形成されるプラズマ密度の小さ
い部分で他方による密度を大きくすることで、両者合計
による密度を放電室の面内分布において平均化すること
が可能となる。

ある伝搬方向のマイクロ波の放射により形成されるプラ
ズマ密度分布の状態は、マイクロ波電力、マイクロ波周
波数、透過窓の材質及び放射面の形状、該放射面にスリ
ットやスロットが設けられている場合はそれらの形状、
配列、スリット又スロットと伝搬方向となす角度等によ
り異るため、それらを２つのマイクロ波の伝搬方向のそ
れぞれにおいて設定することにより、放電室面内プラズ
マ密度分布を均一化することが単に可能となる。特にス
リットやスロットの形状はマイクロ波放射に影響を与え
、均一化に重要な要件である。

又、伝搬方向の異なる２つのマイクロ波の位相は透過窓
内で互いに干渉し減衰しないよう、適当な手段、例えば
プランジャーやフェイズシフタ等によりマツチングをと
ればよい。

尚、第４図ではプラズマ密度分布について示しているが
、これは、プラズマ処理（エツチング、アッシング、成
膜等）速度と比例に近い正の相関があることがわかって
おり、経験的にもプラズマ密度分布の均一化はエツチン
グ処理速度の均一化を意味するとしてよい。又プラズマ
密度分布はラングミニアープローブによって測定するこ
とができるものである。

［実施例］ 以下実施例を示し本発明をさらに説明する。

実施例１ 第１図は本発明のプラズマ処理装置の最も典型的なもの
の構成を示す概略図である。第１図において１０６ａ、
１０６ｃ、１０６ｂはマイクロ波ランチャ−１０３にマ
イクロ波を供給するための同軸管外導体、回内兼外導体
、同内導体、１１２ａ、１１２ｂはマイクロ波伝搬経路
、１１３ａ、１１３ｂはマイクロ波反射を抑えるためノ
テーバー、１１６ａ、１１６ｂは真空シール面、１１７
はマイクロ波を伝搬させる導波管、１１８は導波管から
の同軸管への変換時のマツチングプランジャーであり、
その他図中第９図において付した同一の符号を付したも
のは第９図と同一のものを示している。第２図及び第３
図はスリット又はスロットを有する導体平板１０４の態
様を示し、第２図は渦状スリットを入れた導体平板、第
３図は長方形スロット３０１を多数配した導体板を示す
。

ここで、スロット又はスリットから放射されるマイクロ
波の割合は、スロット長２が λ。／　（２Ｆｌ）に近づくと増加しく但しここでλ。

はマイクロ波の真空中での波長、ε１は、透過窓の比誘
電率）又、マイクロ波の入射方向に対するスリットの傾
き角θが９０°に近、ずくほど増加し０ではマイクロ波
はほとんど放射されない。従って、これらの２．０．ス
ロット幅Ｗ、スロット間隔Ｓ、スロット列間隔ｄ及びこ
れらの分布、配置（例えば中心付近のスロットの数を増
やす）を調整することにより処理をさらに均一化できる
様にすることができる。尚、スロットやスリットの形状
は第２図や第３図に示したものに限らず、プラズマ処理
を均一化できるよう適宜選定すればよい。

次に上記構成による装置を用いたプラズマ処理動作の一
例について説明する。まず、真空容器１０１を真空排気
系１１０によって予じめＩ　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒ以下
に排気しておき、次にガス導入口１０２より、Ｓｉのエ
ツチングではＳＦ６又はＣ１２ガス、ａ−５ｉの堆積で
はＳｉＨ４を入れ、放電室内の圧力を、Ｓｉのエツチン
グでは２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ〜２　Ｘ　１０””Ｔ
ｏｒｒ％ａ−５ｉの堆積では５×１Ｏ−３ＴＯｒｒ〜Ｉ
　Ｔｏｒｒに設定する。

次にマイクロ波発振器で発生させたマイクロ波（通常２
．４５ＧＨｚ）は、マイクロ波発振器へ戻って来るマイ
クロ波を吸収するアイソレータに導波管１１７によって
伝送され、チューナによって負荷側とのチューニングを
取る。透通窓１０５の外周部から供給されるマイクロ波
は、まずマイクロ波伝搬経路１１２ａに従フて、同軸管
外導体１０６ａ、同軸管内兼外導体１０６Ｃで構成され
る同軸管に伝搬経路が変換される。ここで変換のマツチ
ングはプランジャー１１８によってとっている。該同軸
管中を伝搬して来たマイクロ波は、テーパー１１３ａで
反射を抑えながらマイクロ波ランチャ−１０３内の上層
部に入り半径方向に、外周部に向って伝搬し上層部の外
周部から下層部の透過窓に入る。

一方透過窓１０５の中心部から供給されるマイクロ波は
、マイクロ波伝搬経路１１２ｂに従って、同軸管内導体
１０６ｂ、同軸管内兼外導体１０６Ｃで構成される同軸
管に、プランジャー１１８でマツチングを取って、伝搬
経路が変換され、テーパー１１３ａの内側と１１３ｂで
反射を抑えながら透過窓１０５の中心部より入る。マイ
クロ波電力は外周部から加えるものが３００〜１２００
Ｗ、中心部より加えるものが０〜３００Ｗ程度である。

透過窓１０５の内部に入ったマイクロ波の波長は、窓材
の比誘電率を６１とすると波長は１７　ＦＧになりスリ
ット又はスロットの形状は該波長によって設定されるの
で、窓の材質を選ぶことによってプラズマ密度分布を調
整することができる。窓材としてはマイクロ波の吸収が
少ない石英、アルミナ、電化アルミ、フォルスラド、ボ
ロンナイトライド、窒化ケイン、マグネシア（Ｚｒ、　
Ｓｎ）　ＴｉＯ系、Ｔａ０−ＴｉＯ系、複合ペロブスカ
イト系のセラミックス窒化アルミを主成分とし窒化ホウ
素を含むマシナブルセラミックス等が適している。その
サイズは、そのサイズは、装置の使用目的、装置規模等
により適宜決定される。また該透過窓１０５は真空シー
ル面１１６ａ、ｂで真空封止されている。

透過窓１０５の外周部から入ったマイクロ波は、外周部
から中心に向って、また中心から入ったマイクロ波は中
心部より外周部に向って第２図に示したスリット又は第
３図に示したスロットを持った導体平板１０４と導体板
１１４の間にある透過窓１０５中を伝搬しながら、スリ
ット又はスロットより徐々に放射される、放射されたマ
イクロ波は１１５の絶縁板を通過し、放電室１０７に達
し内部にマイクロ波の電場を作り、この電場と空芯コイ
ル１１１によって発生した磁場との相互作用によって効
率よくプラズマが発生する。また磁場の大きさを電子の
サイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数を同一（２
，４５Ｇ）ｌｚのとき８７５Ｇａｕｓｓ）にすると、電
子が共鳴的に加速され更に効率良くプラズマが発生する
。

発生したプラズマの密度は模式的に第４図に示す様にな
る。同図において外周部から入れたマイクロ波によるも
のは第１０図の５００Ｗ時のように中心付近で密度が減
少している。この部分を中心より入れたマイクロ波によ
って発生したプラズマによって補い全体として均一性の
よいプラズマを発生させることができる。Ｓｉのエッチ
レートとａ−５ｉの堆積レートの処理速度の均一性はプ
ラズマ密度と比例に近い正の相関があるので、処理速度
も均一化し、均一性の良いエツチング又は膜堆積が可能
となる。

ここで、外周部→中心部へ伝搬するマイクロ波の電力を
、中心部→外周部へ伝搬するマイクロ波の電力との電力
比は、前者が３００〜１２００Ｗ後者が０〜３００Ｗ程
度（Ｚｏｏ：Ｏ〜５０：５０）としているが、これは、
第４図に示したようなプラズマ密度分布を測定し、最も
平均化される割合でそれぞれの電力を設定すればよく、
総電力の大きさ、マイクロ波周波数透過窓の材質又は形
状、スリット又はスロットの形状及びマイクロ波の透過
窓への入射方向、入射位置等により適宜設定すればよい
。従って、場合によっては上記両者の電力比は１００：
Ｏ〜０：１００の範囲をとりえるものである。又両者マ
イクロ波の位相は均一処理ができるように調整すればよ
いが、互いに透過窓内を伝搬中に干渉しあい減衰しない
ようマイクロ波伝搬・導入構造を考慮しマツチングをと
ればよい。

処理中にプラズマが直接導体板に接し、金属がスパッタ
ーされ試料が該金属によって汚染されるのを防ぐため、
１１５の絶縁板を付けるとよい。

この絶縁板の材質としては石英、アルミナ、窒化アルミ
、窒化ケイ素、フォルステライト、ボロンナイトライド
、窒化アルミを主成分とし窒化ホウ素を含むマツナブル
セラミックス、マグネシア（Ｚｒ、　Ｓｎ）　ＴｉＯ系
、Ｔａ０−ＴｉＯ系、複合ベロズスカイト系のセラミッ
クスで構成されるマイクロ波の吸収が少なく汚染源とな
らないものを用いることができ、目的とする処理により
適宜選択する。例えば、Ｓｉ、　５ｉ０２のエツチング
、アモルファスＳｉの堆積では石英、アルミナのエツチ
ングではアルミナ等を選ぶとよい。

導体にあけられたスリット又はスロット形状は、第２図
、第３図に示したものに限らず、同心円、クロススロッ
ト等任意の形状でも同様の効果が得られる。また導体板
の代りにスリット又はスロットを持つ導体箔を透過窓の
放電室側の表面にメツキ等で被覆しても同様の効果が得
られる。磁場が弱い時（≦１００　ｇａｕｓｓ）やない
時又はそれほど均一性が問題とならないとき例えば、ク
リーニング等の処理のときは、導体板１０４と絶縁板１
１５を外しても同様の効果が得られる。これは、プラズ
マが導体であるための導体板を類似した作用をするから
である。

第１図に示した実施例では、透過窓１０５の外周部及び
中心部へ供給するマイクロ波は、それぞれ別のマイクロ
波発振器によって発振されたが、第５図のブロック図に
示す様に、−台のマイクロ波発振器で発生したマイクロ
波を電力分配器で２波に分波しそわぞれに結合しても良
い。一方のマイクロ波は、そのままチュナーに入り、も
う一方のマイクロ波は位相調整するフェーズシフタ通し
てチュナーへ入る。電力分配器の電力分配割合と、フェ
ーズシフタの位相シフト量は均一性の良い処理ができる
ような値に調整する。チュナー以後は第１図に示した実
施例と同一である。

実施例２ 次に本発明の装置の別の態様として試料ホルダー１０９
に高周波電力を印加する構成を有する装置を第６図に示
す。第６図において、６１９は試料ホルダー１０９を電
気的に絶縁するための絶縁体、６２１は試料ホルダー１
０９に高周波電力を供給するための高周波電源であり、
６２０はホルダーを直流的にフローティングするための
コンデンサである。その他第１図に付したと同一の符号
を付したものは第１図と同一のものを示す。

この装置の動作を説明すると、放電空間１０７に前述し
た実施例１と同様にプラズマをマイクロ波によって発生
させる。同時に高周波電力を試料ホルダー１０９に印加
すると、試料ホルダーはコンデンサ６２０によって直流
的にフローティングしているので負にバイアスされ、試
料１０８に向かってイオンがそのバイアス電圧によって
加速され、イオンによる処理が促進される。イオンのエ
ネルギーはバイアス電圧によって決まり、バイアス電圧
は高周波電力によって決まるので、高周波電力によって
イオンのエネルギーが制御できる。

エツチングの場合、例えはイオンのエネルギーかある程
度必要な５ｉｎ２のエツチングではイオンのエネルギー
を制御してイオン衝突によるダメージを軽減しながら、
適度なエツチング速度が得られる。またＳｉＯ□の膜堆
積ではイオンのエネルギーを制御し、イオン衝突による
適度のエツチングを同時に進行させながら膜を堆積させ
、膜上の凹凸をなくし平坦な膜を形成できる。

使用する高周波の周波数に関しては２〜３　ＭＨｚ以上
で、バイアス電圧によるイオンのエネルギー制御が可能
で通常１３．５６ＧＨｚの工業用高周波を用いるウ一方
、２〜３　ＭＨｚ以下の周波数の高周波では、バイアス
電圧によるイオンのエネルギー制御はできないが、今度
は直接イオンが高周波電場によって加速されるので同様
にイオンのエネルギーを制御できる。通常用いる周波数
は１００　ＫＨｚ〜５００　ＫＨｚの範囲である。この
場合は高周波は試料ホルダーではなく、対向するマイク
ロ波ランチャ−１０３に印加しても良い。これは通常ス
リット又はスロット間隔ｄ、スロット長２は１０ｃｏ＋
以下であり、またスリット又はスロット幅Ｓは１ｃｍ以
下であるため高周波（≦１３．５６ＭＨｚ）的には平板
とみなせるからである。

実施例３ 第７図に別の態様を示す。第７図において７２２は高周
波をチューナー側へ向かうのを阻止するためのチョーク
構造体、７１９はマイクロ波ランチャ−１０３を電気的
に絶縁するための絶縁体であり、その他第１図、第６図
に付したと同一の符号を付したものは第１図、第６図と
同一のものを示す。この装置の動作の概略は次のようで
ある。第１図に示した実施例と同様にマイクロ波によっ
て放電室１０７にプラズマを発生させ、高周波電源６２
１によってマイクロ波ランチャ−１０３全体に高周波を
加え、と導体板１０４−プラズマ−試料ホルダー（又は
試料）間に高周波電場か発生し、この電場によってイオ
ンが加速され、エツチング、アッシング、成膜等を効率
的に行うことができる。

以上述べた高周波を同時に加える実施例２及び本実施例
おいては、導体板１０４と試料ホルダー１０９が平行平
板型の反応装置の対向電極として働くので単に一方に高
周波電場を加え、対向平板電極がない場合と異なり、マ
スタープラズマ−試料ホルダー間に均一な高周波電場が
発生し、均一なエツチング、アッシング、成膜等を行う
ことができる。

実施例４ 次に示す態様として、放電室１０フに発生したプラズマ
より電極群によってイオンを取り出し、試料１０８に照
射し処理を行う装置を第８図に示す。

第８図において、８２３は放電室内に発生したプラズマ
を真空容器から絶縁するための石英、アルミナ、ボロン
ナイトライド、フォルステライト等のマイクロ波を透過
する絶縁内容器、８２４゜８２５．８２６は多数の孔が
開き互いに孔が光学的に位置合わせしたイオン引き出し
用電極、８２７．８２８，８２４，８２５の引き出し電
極に直流電圧を加えるための直流電源、８２７は処理室
、１０２°は処理室に設けたガス導入口である。その使
節１図、第９に示したものと同一のものは、第１図第９
と同一のものを示す。

第８図に示した装置の動作を説明する。まず導体板１０
４のスリット又はロフトから放射されたマイクロ波は絶
縁内容器８２３を透過し放電室１０７に供給される。次
に処理ガス例えば、試料であるＳｉ基板にＳｉＮ膜を堆
積させる場合１０２よりＮ２ガスを導入し、１０２゛よ
りＳｉＨ４ガスを導入する。第１図に示した実施例１と
同様の作用によって放電室１０７内にプラズマが発生し
、磁力線に沿ってプラズマは拡散し、イオン引き出し用
電極８２４に達する。プラズマ中のイオン（主にＮ“、
Ｎ２”）は、直流電源８２７によって加えられた電圧に
依存するエネルギーを得、また電極８２５に直流電源８
２８によって加えられた電圧によってイオンの拡がりを
制御し、処理室８２９に設置された試料ホルダー１０９
に載せた試料１０８に照射され、ＳｉＨ４を分解、Ｓｉ
と化合し、ＳｉＮ膜を堆積させる。引出し用の電極は第
８図に示した３枚構成に限定される必要はなく、１枚、
２枚構成でも同様の効果が得られる。

プラズマ室１０７から引き出したイオンの分布はプラズ
マ室のプラズマの分布に大きく依存しており、外周部と
中心から供給するマイクロ波の割合を適当に調整するこ
とによって均一なプラズマを発生させ、これにより均一
なイオンビームを得ることかできる。またエツチングに
おいてはこのイオンビームによって１０−’Ｔｏｒｒ台
の圧力下でエツチングすることによって方向がそろった
イオンビームが試料に達し、イオンの進行方向にエツチ
ングが進み、異方エツチングが可能となる。

以上実施例１〜４で述べてきた゛種々の態様においては
、エツチング又は膜堆積について述べてきたが、アッシ
ング、クリーニングも同様に処理ができる。例えばそれ
らの装置でＳｉウェハー上にあるノボラック系のホトレ
ジストをアッシングする場合は、ガス導入口より酸素ガ
スをプラズマ処理室内に導入した圧力を０．１〜Ｉ　Ｔ
ｏｒｒ程度に保つ、酸素プラズマによってアッシングを
行なう。又それらの装置で、Ｓｉウェハーをクリーニン
グする場合は、ガス導入口よりＡｒガスを導入し圧力を
ｌｏ−２〜Ｉ　Ｔｏｒｒに設定し、マイクロ波を供給し
プラズマを発生させ、プラズマ中のアルゴンイオンによ
りスパッタリング作用で汚れをクリーニングを行う。

尚、圧力が１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下で磁場がなくてもプラ
ズマが発生し同様の処理が可能な場合は空芯コイル１１
１は不用である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の装置はマイクロ波透過窓
に２ケ所からマイクロ波を供給し、透過窓内のマイクロ
波伝搬方向を２つとする構造を有するため、均一性の良
い、プラズマ処理を行うことができるマイクロ波の所望
の電力比で、該マイクロ波を供給することができ、広い
電力範囲で均一性の良い処理が行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１におけるマイクロ波プラズマ
処理装置の構成を示す概略図、第２図は本発明に係る渦
状のスリットを持つ導体板の平面図、 第３図は同じく多数の長方形スロットを持つ導体板の平
面図、 第４図は本発明の装置により得られる生成したプラズマ
密度及び処理速度の分布の模式図、第５図は本発明に係
るマイクロ波の供給を一つのマイクロ波発振器により行
なうブロック図、第６図は実施例２における試料ホルダ
ー高周波を加える装置の構成を示す概略図、 第７図は実施例３におけるマイクロ波ランチャ−に高周
波を加える装置の構成を示す概略図、 第８図は実施例４における放電室よりイオンを引き出し
処理する装置の構成を示す概略図、第９図は従来のマイ
クロ波プラズマ処理装置の構成を示す概略図、 第１０図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置による電
子電流の分布を示すグラフである。 １０１：真空容器 １０２．１０２’　　：ガス導入口、 １０３：マイクロ波ランチャ− １０４：マスク（スリット又はスロットを有する導体平
板） １０５：マイクロ波透過窓 １０６：同軸管 ａ外導体、ｂ内導体、Ｃ内蓋外導体、 １０７：放電室 １０８：被処理試料 １０９：試料ホルダー １１０：真空排気系 １１１：空芯コイル １１２．１１２ａ、１１２ｂ： マイクロ波伝搬経路 １１３、　１１３ａ。 １１４：導体板 １１５：絶縁板 １１６．１１６ａ。 １１７：導波管 １１８：マツチングブランジャー ２０１：渦状スリット ３０１：長方形スロット ６１９：絶縁体 ６２０：コンデンサ ６２１：高周波電源 １１３ｂ：テーパー １１６ｂ　：真空ツール面 ７１９：絶縁体 ７２２：チョーク構造体 ８２３：絶縁内容器 ８２４．８２５．８２６：電極 ８２７．８２８：直流電源 ８２９：処理室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電空間を有し原料ガスを該放電空間に供給する
   手段を備えた真空容器、マイクロ波発振器からのマイク
   ロ波を伝搬させてマイクロ波透過窓を通して前記放電空
   間内に導入するマイクロ波伝搬・導入手段、及び前記放
   電空間内にマイクロ波透過窓に向い合って配置された被
   処理試料保持台を少なくとも有してなるプラズマ処理装
   置において、 該マイクロ波伝搬・導入手段が、マイクロ波透過窓内の
   マイクロ波伝搬経路に対し２方向からマイクロ波が入射
   する構造を有していることを特徴とするマイクロ波プラ
   ズマ処理装置。
2. （２）前記マイクロ波透過窓の放電空間側の表面にマイ
   クロ波を放射するスリット又はスロットを有する導体板
   を設置又は、該導体箔を被覆した構造を有することを特
   徴とする請求項（１）に記載のマイクロ波プラズマ処理
   装置。