JPH11195500A

JPH11195500A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH11195500A
Application number: JP9369355A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Sato; 久明佐藤; Kojin Nakagawa; 行人中川; Etsuo Wani; 悦夫和仁; Kiyoushiyoku Kin; 京植金; Tsutomu Tsukada; 勉塚田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低ＵＨＦ帯のマイクロ波を使用して広い領域
に均一なプラズマを形成して大面積の対象物に均一な表
面処理を行なえるようにする。【解決手段】マイクロ波発生器１が発生させた低ＵＨ
Ｆ帯のマイクロ波は、円筒形の空胴共振器２に対して同
軸上に配置されたアンテナ１３によって空胴共振器２内
に電界結合方式で導入される。マイクロ波は空胴共振器
２内でＴＭ_０１０モードで共振し、完全軸対称性を有す
る。空胴共振器２の一部である放射板２２に軸対称状に
設けられた複数の円形の放射穴２３を通して処理容器３
にマイクロ波が均等に放射され、処理容器３内のガスが
均一にプラズマ化し、このプラズマによって基板３０に
均一な処理が施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、ドライエッチン
グ、プラズマ化学蒸着（プラズマＣＶＤ）、スパッタな
どのようなプラズマを利用して対象物の表面に所定の処
理を施す表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いて対象物の表面に処理を
施すことは、ＬＳＩ（大規模集積回路）のような半導体
素子やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のような表示装置を
製作する際に頻繁に使用されている。プラズマは、大ま
かには、非平衡プラズマと平衡プラズマに分類される。
平衡プラズマは、プラズマを構成している電子、イオン
及び中性粒子（分子又は原子）の温度がほぼ等しく、熱
平衡状態にあるプラズマである。一方、非平衡プラズマ
は、電子の平均エネルギーがイオンや中性粒子の平均エ
ネルギーよりも大きな状態にあるプラズマである。非平
衡プラズマは、荷電粒子（電子及びイオン）の熱運動が
クーロン力による運動に比べて無視できる程度に小さい
ため、「低温プラズマ」と呼ばれることもある。非平衡
プラズマないしは低温プラズマは、高いエネルギーの電
子によって原料ガスを分解して必要なラジカルやイオン
を生成することができる。このため、このようなラジカ
ルやイオンを利用した微細加工や薄膜作成等の表面処理
に盛んに応用されている。

【０００３】このような非平衡プラズマないしは低温プ
ラズマを形成する方式として、高周波を使用する方式が
従来より採用されている。高周波を用いてプラズマを形
成する表面処理装置のひとつとして、マイクロ波を利用
するものが従来より開発されている。この場合、電子に
エネルギーを注入する方法として、電子が磁場の作用に
よりサイクロトロン運動をする周波数をマイクロ波の周
波数と合致させて共鳴状態にする方法と、マイクロ波を
空胴共振器に導入してその振幅を大きくする方法とがあ
る。以下、本願発明に関係する後者の従来装置について
述べる。

【０００４】空胴共振器を使用する表面処理装置の従来
例としては、まず、特開昭５６―９６８４１号公報に示
されたものがある。図５は、この特開昭５６―９６８４
１号公報にある従来の表面処理装置を示す図である。こ
の公報に開示された表面処理装置では、マイクロ波発生
器１が発生させたマイクロ波が空胴共振器２に導入され
て共振する。これによって形成されたプラズマにより、
処理容器３内の基板載置台３１に載置された基板３０に
表面処理が行われる。処理容器３には、ガス供給口３２
及び排気口３３が設けられている。処理容器３内にガス
が導入され、このガスにマイクロ波のエネルギーが与え
られて上記プラズマが形成される。

【０００５】この図５に示す従来の表面処理装置では、
空胴共振器２の内部でプラズマが形成されるため、プラ
ズマの影響により空胴共振器２の共振条件が変化してし
まう。その結果、プラズマが不安定であるという欠点が
あった。この欠点を解決するため次に登場したのが、特
開平８―２４６１４６号公報あるいは特公平８―３１４
４４号公報に示されたものである。図６は、一例とし
て、特公平８―３１４４４号公報に示された従来の表面
処理装置を示す図である。

【０００６】この図６に示す表面処理装置では、空胴共
振器２と処理容器３の間に誘電体板４１が設けられて両
者を区画している。処理容器３の上端開口の縁には、容
器フランジ３４が設けられている。ガス供給口３２は、
この容器フランジ３４に形成されている。空胴共振器２
の下端開口の縁は、この容器フランジ３４に接合されて
いる。両者の接合部分にはＯリングのようなシール部材
９が設けられていて真空シールを行なっている。

【０００７】誘電体板４１は、金属製フランジ４２で周
囲が保持されている。金属製フランジ４２と誘電体板４
１はろう付けされていて気密に接合されている。容器フ
ランジ３４と金属製フランジ４２との間にはすき間が周
状に形成されている。このすき間は、ガス供給口３２か
ら供給されるガスのガス溜めとして形成されている。ガ
ス供給口３２から供給されるガスは、上記すき間に入っ
て周状に拡散するようになっている。

【０００８】誘電体板４１の下側には、ガス拡散板５０
が設けられている。ガス拡散板５０は内部が中空であ
り、処理容器３内の空間を臨むようにして不図示のガス
吹き出し孔を多数均等に設けてある。上記すき間を周状
に拡散するガスは、このガス拡散板５０を経由して処理
容器３内に吹き出す。

【０００９】誘電体板４１の処理容器３側の表面には、
金属メッキ膜２１が形成されている。金属メッキ膜２１
は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長の半分以上の長
さのスリット形状でパターン化されている。空胴共振器
２内で共振するマイクロ波は金属メッキ膜２１を通して
処理容器３内に放射され、そして、処理容器３内のガス
雰囲気中でプラズマが形成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】最近の表面処理装置へ
の要請のひとつに、処理領域の大面積化が挙げられる。
この要請は、半導体素子の製作の場合には、一枚の大き
な半導体ウェハから産出される半導体回路素子の数を多
くする必要性から生じる。ＬＣＤのような表示装置の場
合には、大きな表示画面の表示装置を作るのに大型の基
板を使用するため、大きな処理領域が必要になってい
る。

【００１１】上述のようなマイクロ波を使用してプラズ
マを生成する表面処理装置においては、処理領域を大き
くしようとした場合、マイクロ波の周波数を従来の２．
４５ＧＨｚより低くした方が好ましいと考えられる。こ
れは、以下のような理由に基づく。

【００１２】上記空胴共振器の大きさは、処理領域の面
積に合うように決定される。処理領域が大きくなるに従
って、空胴共振器の容量も大きくなる。この場合、高い
周波数のマイクロ波では、空胴共振器の大きさに対して
マイクロ波の波長が相対的に短くなる。つまり、空胴共
振器内には、１波長や１．５波長以上の複数の山が形成
された状態でマイクロ波が共振することになる。このよ
うに複数の山が形成されて共振するマイクロ波を用いて
プラズマを生成すると、プラズマ密度が不均一になり易
くなる。不均一なプラズマ密度では、基板上の処理を不
均一化する。従って、処理領域が大きくなるに従い、よ
り低い周波数のマイクロ波を用いた方が良いのである。

【００１３】このような理由から、本願の発明者は、上
述した従来の２．４５ＧＨｚのマイクロ波よりも波長が
長い低ＵＨＦ帯(３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ)の方が有利で
あると考えた。本願の発明者は、このような帯域のマイ
クロ波を使用する装置を試作した。図７は、低ＵＨＦ帯
のマイクロ波を使用するものとして発明者が試作した表
面処理装置の構造を示す正面図である。

【００１４】図７に示す表面処理装置は、低ＵＨＦ帯の
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１を有する。
マイクロ波発生器１が発生させたマイクロ波が、同軸線
路１１及びループ１２を介して空胴共振器２に導入され
る。より具体的に説明すると、ループ１２は、磁界結合
方式によりマイクロ波を空胴共振器２に導入する。即
ち、ループ１２を流れる電流によって空胴共振器２内に
周状に磁界が誘起される。そして、この磁界を介して空
胴共振器２内に電界が発生し、マイクロ波の電磁界が空
胴共振器２内で共振する。つまり、空胴共振器２内への
マイクロ波の結合に磁界が媒介している。

【００１５】また、空胴共振器２には、誘電体板４１を
介在させて処理容器３が接続されている。処理容器３は
ガス供給口３２から処理容器３内にガスを供給するガス
供給系５を有する。さらに、処理容器３は、排気口３３
から処理容器３内を排気する排気系６を有する。処理容
器３内には、基板載置台３１が設けられている。

【００１６】空胴共振器２は、マイクロ波がＴＭ(trans
verse magnetic)₀₁₀モードで共振する円筒形の共振器で
ある。円筒の軸は、紙面上の上下方向であり、基板３０
と同軸即ち基板３０の中心を垂直に貫く軸に一致してい
る。ループ１２の存在を無視すれば、ＴＭ₀₁₀ モードは
電磁界の分布が完全に軸対称になるので、中心軸に対し
て垂直な面内にほぼ均一なプラズマが生成される。この
面に平行に基板３０を載置することにより、基板３０の
表面にほぼ均一な処理を行なうことができる。

【００１７】また、図７に示す装置では、空胴共振器２
から処理容器３にマイクロ波を放射させる構造が図６に
示す装置と異なっている。誘電体板４１の空胴共振器２
側には、空胴共振器２の下壁部である放射板２２が設け
られている。放射板２２は金属製の板であり、軸対称状
に複数の円形の穴２３を設けてある。空胴共振器２内で
共振するマイクロ波は、この円形の穴（以下、「放射
穴」と呼ぶ）２３を通過するとともに誘電体板４１を透
過して処理容器３内に放射される。そして、放射された
マイクロ波は、処理容器３内でプラズマを発生させる。

【００１８】図７に示す試作した表面処理装置では、発
明者の検討の結果、以下のような問題があることが判明
した。空胴共振器２内にできる電磁界は、純粋なＴＭ
₀₁₀ モードの場合には、明らかに完全な軸対称性を有す
る。しかし、図７に示す従来の空胴共振器では、側壁付
近に励振用のループ１２が一カ所取り付けられている。
このループ１２は、空胴共振器２内の電磁界をできるだ
け乱さず、しかも必要な耐熱性と電気的結合度を確保す
るため、厚さ約２ｍｍ、幅約１５ｍｍの板状部材をルー
プ状に成形して作られる。

【００１９】しかしながら、このループ１２の存在によ
り、空胴共振器２内の電磁界は図８に示すように局部的
に乱され、完全な軸対称性を失ってしまうという問題が
生じる。図８は、この問題を示した図であり、図７の装
置において磁界結合されたＴＭ₀₁₀ モードの共振につい
て示す模式図である。このうち、図８（Ａ）は空胴共振
器２の軸方向の断面図、図８（Ｂ）は軸に垂直な方向で
の断面図である。図８は、ある瞬間における空胴共振器
２内の電磁界の状態を示している。図８中、Ｅは電界、
Ｈは磁界、ｉは電流を示す。電界Ｅは空胴共振器２の中
心軸に対して平行であり、磁界Ｈは中心軸の回りに同軸
円周状となる。そして、ある瞬間においては、電流ｉ
は、空胴共振器２の底面の中央から周辺に向かって放射
状に流れ、側面を上に向かって流れた後、上面を中央に
向かって流れる。

【００２０】この図８（特に（Ｂ））に示すように、図
７に示す装置では、ループ１２の付近で電磁界の軸対称
性が乱されてしまう。このことは、次の実験結果からも
明らかである。即ち、図７に示す従来装置で基板３０を
エッチングした場合、ループ１２が位置する直下付近の
エッチングレートは、他の部分のエッチングレートに比
べて約５パーセント高いことが見出された。更にループ
１２を図８に示す位置から中心軸を中心に１８０度反対
側に移すと、エッチングレートの上昇部も１８０度反対
側に移った。この結果は、ループ１２の存在による空胴
共振器３内の電磁界の非対称性により、処理容器３内の
プラズマ密度が非対称化されるものと解釈される。

【００２１】本願の発明は、上述した課題を解決するた
めになされたものであり、低ＵＨＦ帯のマイクロ波を使
用することにより広い領域に均一なプラズマを生成して
大面積の対象物に均一な表面処理を行なうことができる
実用的な装置を提供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、３００ＭＨｚから１
ＧＨｚの低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発生させるマイクロ
波発生手段と、このマイクロ波発生手段が発生させるマ
イクロ波がＴＭ₀₁₀ モードで共振するよう形成された空
胴共振器と、マイクロ波発生手段が発生させたマイクロ
波をこの空胴共振器に導入するマイクロ波導入手段と、
空胴共振器からマイクロ波が放射されるように空胴共振
器に接続された気密な処理容器と、放射されたマイクロ
波のエネルギーによってプラズマ化するガスを処理容器
内に供給するガス供給系と、プラズマによって処理され
る位置に処理対象物を配置する手段とを備え、前記マイ
クロ波導入手段は、空胴共振器の中心軸と同軸上に配置
されたアンテナを有しており、このアンテナからマイク
ロ波が電界結合方式により励振されて空胴共振器内に導
入されるという構成を有する。また、上記課題を解決す
るため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成に
おいて、前記処理対象物は、円形の基板であり、前記保
持手段は、前記円筒形の空胴共振器と同軸上の位置でこ
の基板を保持するものであるという構成を有する。ま
た、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、
上記請求項１又は２の構成において、前記空胴共振器
は、リエントラント形であるという構成を有する。ま
た、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、
上記請求項１、２又は３の構成において、前記空胴共振
器と前記処理容器との間には、マイクロ波を透過させる
誘電体板が設けられて両者が区画されているという構成
を有する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本願の発明の実施の形態に
ついて説明する。図１は本願発明の実施形態に係る表面
処理装置を示す正面図、図２は図１に示す空胴共振器内
の電磁界分布を示す模式図である。図１に示す表面処理
装置は、低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発生させるマイクロ
波発生器１を有する。マイクロ波発生器１が発生させた
マイクロ波がマイクロ波導入手段１０により、空胴共振
器２に導入される。空胴共振器２は、気密な処理容器３
に接続されている。処理容器３は、ガス供給口３２から
処理容器３内にガスを供給するガス供給系５を有する。
さらに、処理容器３は、排気口３３から処理容器３内を
排気する排気系６を有する。処理容器３は、その内部に
基板３０を載置する基板載置台３１を有する。

【００２４】マイクロ波発生器１としては、固体素子が
通常採用され、周波数は低ＵＨＦ帯例えば５００ＭＨｚ
である。具体的には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
を使用した素子が使用できる。このような固体素子とし
ては、例えばモトローラ社製のＭＲＦ−３９３等が市販
されている。尚、マイクロ波発生器１の出力は約２ｋＷ
とされる。

【００２５】マイクロ波導入手段１０は、マイクロ波発
生器１と空胴共振器２とをつなぐ同軸線路１１と、同軸
線路１１の空胴共振器２への接続部分に設けられたアン
テナ１３とから主に構成されている。同軸線路１１は、
マイクロ波を伝送する二線回路であり、内導体とこれを
取り囲む同軸状の外導体とからなる。内導体と外導体と
の間には、必要に応じて誘電体が装荷される。

【００２６】アンテナ１３は、電界結合方式により空胴
共振器２内にマイクロ波を導入するように構成されてい
る。アンテナ１３は、同軸線路１１の内導体を延長して
設けられており、外径１７ｍｍ程度の丸棒状である。
尚、アンテナ１３の材質は、アルミニウム又は銅等であ
る。アンテナ１３は、空胴共振器２の上壁部の中心の開
口から内部に少し突出している。この突出長さは、例え
ば１７ｍｍ程度である。

【００２７】同軸線路１１によって伝送されたマイクロ
波は、アンテナ１３を介して電界結合方式により空胴共
振器２内に導入される。アンテナ１３は、ループ状では
なく、端部が開放されている。従って、アンテナ１３の
端部からマイクロ波の電界が空胴共振器２内に励振され
る。この電界を基にして、空胴共振器２内には周状に磁
界が発生し、マイクロ波の電磁界が空胴共振器２内で共
振する。つまり、空胴共振器２内へのマイクロ波の結合
にはアンテナ１３からの電界が媒介している。

【００２８】空胴共振器２は、アルミニウムまたはステ
ンレスのような金属でできた円筒形の容器である。この
空胴共振器２は、マイクロ波発生器１が発生させるマイ
クロ波が最低次のＴＭ₀₁₀ モードで共振する円筒形の共
振器である。このモードの共振周波数ｆ₀ は、ａを空
胴半径として、次式で計算される。 λ₀ ＝２．６１ａ＝ｃ／ｆ₀ この式から、ａ＝２００ｍｍのとき、ｆ₀ ＝５７５ＭＨ
ｚとなる。尚、ｃは真空中の光速度、λ₀ はマイクロ波
の波長である。尚、空胴共振器２の軸方向の長さは、半
径ａと同程度でよく、例えば１７５ｍｍである。

【００２９】図２は、図１に示す装置において電界結合
方式により励振されたＴＭ₀₁₀ モードの共振を示す模式
図である。図２中の（Ａ）は空胴共振器の軸方向の断面
図、（Ｂ）は軸に垂直な方向での断面図である。図２
中、Ｅは電界、Ｈは磁界、ｉは電流を表わしている。こ
の図２に示すように、電界結合方式により励振されたＴ
Ｍ₀₁₀ モードでは、電磁界の分布は完全軸対称であり、
軸対称性の良い均一なプラズマが形成される。この点
が、ループ１２を使用した磁界結合方式である図７の装
置とは大きく異なる。

【００３０】図２（Ａ）に示すように、ＴＭ₀₁₀ モード
では、電界の向きが軸方向であり、（Ｂ）に示すように
磁界の向きが周方向である。高周波電流は、ある瞬間に
おいて空胴共振器２の下板部分で中心から周辺に向かっ
て流れ、側板部分を上方に向かって流れ、そして、上板
部分を周辺から中心に向かって流れる。

【００３１】図１に戻り、本実施形態の装置のその他の
構造について説明する。まず、空胴共振器２には、誘電
体板４１を介在させて処理容器３が接続されている。誘
電体板４１は、石英ガラス又はアルミナなどで形成さ
れ、厚さは３０ｍｍ程度でよい。また、誘電体板４１の
空胴共振器２側には、空胴共振器２の壁部である放射板
２２が設けられている。放射板２２は金属製の板であ
り、軸対称状に複数の放射穴２３を設けてある。空胴共
振器２内で共振するマイクロ波は、放射穴２３を通過す
るとともに誘電体板４１を透過して処理容器３内に放射
される。そして、放射されたマイクロ波は、処理容器３
内でプラズマを発生させる。尚、放射穴２３は直径９０
ｍｍ程度の円形であり、空胴共振器２の中心軸から１２
０ｍｍ程度の半径位置にその中心が位置するように、６
個程度設けられている。

【００３２】処理容器３は、ガス供給口３２及び排気口
３３を有する。処理容器３の上端開口の縁には容器フラ
ンジ３４が設けられており、ガス供給口３２はこの容器
フランジ３４に形成されている。図１に示すように、容
器フランジ３４と放射板２２の間にはすき間が形成され
ている。このすき間は、ガス供給口３２から供給される
ガスのガス溜めとして形成されている。ガス供給口３２
から供給されるガスは上記すき間に入って周状に拡散す
る。

【００３３】前述した誘電体板４１は、その側面にフラ
ンジ４２が接続されている。このフランジ４２は、容器
フランジ３４に気密に接続されている。フランジ４２と
容器フランジ３４との間には、Ｏリングのようなシール
部材９が設けられて真空シールを形成している。

【００３４】ガス供給系５は、不図示のガスボンベとガ
ス供給口３２とをつなぐ配管５１と、配管５１に設けら
れたバルブ５２と、不図示の流量調整器とを有する。排
気口３３は、処理容器３の底面部分に設けられている。
また、排気系６は、排気口３３から処理容器３内を排気
するターボモレキュラーポンプのような真空ポンプを有
する。排気系６は、処理容器３内を１Ｔｏｒｒ〜１０^-3
Ｔｏｒｒ程度の圧力に排気できるようになっている。

【００３５】このような処理容器３は、空胴共振器２と
ほぼ同じ内径の円筒形の容器であり、アルミニウム又は
ステンレスのような金属で形成されている。処理容器３
内のほぼ中央には、プラズマによって処理される位置に
処理対象物である基板３０を保持する保持手段としての
基板載置台３１が設けられている。基板３０は、基板載
置台３１に載置されて保持される。基板載置台３１は、
ステンレスのような金属であり、支柱３１１によって支
えられている。支柱３１１は処理容器３の底面を気密に
貫通している。

【００３６】この基板載置台３１は、基板３０に一定の
バイアス電位を印加する電極の役割を兼ねている。基板
載置台３１には、処理容器３外に設けられた高周波電源
７が接続されている。高周波電源７が与える高周波電圧
とプラズマとの相互作用によって、基板載置台３１上の
基板３０にプラズマに対して負のバイアス電位が生まれ
る。基板載置台３１及び支柱３１１を覆うようにして絶
縁体３１２が設けられており、接地される処理容器３か
ら基板載置台３１を絶縁している。

【００３７】次に、図１の装置の動作を説明する。基板
３０は、処理容器３に設けられた不図示のゲートバルブ
を通して処理容器３内に搬入され、基板載置台３１上に
載置される。基板載置台３１内には必要に応じて静電吸
着機構が設けられ、基板３０を静電吸着する。ガス導入
系５によってガス供給口３２を通して処理容器３内に所
定のガスを供給しながら、排気系６によって処理容器３
内を排気し、処理容器３内を設定圧力に保つ。この状態
で、マイクロ波発生器１が低ＵＨＦ帯のマイクロ波を発
生させる。マイクロ波は同軸線路１１によって伝送され
て、アンテナ１３を介して空胴共振器２に導入される。

【００３８】マイクロ波は空胴共振器２内でＴＭ₀₁₀ モ
ードで共振しながら、放射板２２の放射穴２３を通して
処理容器３内に放射される。放射されたマイクロ波は、
処理容器３内に供給されたガスにそのエネルギーを注入
して、プラズマが形成される。そして、このプラズマを
利用して基板３０の表面に所望の処理が施される。例え
ば、プラズマ反応イオンエッチングを行なう場合には、
プラズマ中で活性種たとえばフッ素系活性種を生成する
ガスを供給し、活性種で基板３０をエッチングする。ま
た、プラズマＣＶＤを行なう場合、プラズマ中で分解反
応を生ずる原料ガスを供給し、基板３０上に所望の薄膜
を堆積させる。

【００３９】本実施形態におけるような低温プラズマで
は、プラズマの電子温度は低く、基板３０に入射するイ
オンの加速電圧となるプラズマ電位も通常２０〜３０Ｖ
程度である。この場合、高周波電源７によって基板３０
に負のセルフバイアス電圧を発生させると、プラズマ中
からイオンが引き出されて基板３０に衝突するのが促進
される。このような構成は、比較的大きなエネルギーを
必要とするリアクティブイオンエッチングの場合に好適
である。

【００４０】上述した動作において、図１に示すよう
に、基板載置台３１の上面は放射板２２に対して平行に
なっている。従って、放射板２２と基板載置台３１との
間の電界は、基板３０に対して垂直となる。このため、
プラズマ中のイオンは基板３０に垂直に多く入射する。
この点は、例えば基板３０の表面に形成された溝や穴の
底部にイオンを多く到達させる必要がある場合に特に好
適である。また、プラズマが周方向で均一になることと
相まって、基板への電界が垂直になることから、基板３
０へのイオン入射量も周方向で均一になる。基板載置台
３１の上面と放射板２２との平行な関係は、このような
基板３０に対する均一処理にも貢献している。

【００４１】図３は、図１及び図２に示す本実施形態の
装置の効果を確認した実験の結果を示す図である。この
実験では、表面処理の一例としてプラズマエッチングを
行った。そして、基板３０の中心から半径７５ｍｍ程度
の位置での周方向でのエッチングレートの分布を測定し
た。図３中、○でプロットした線が図１に示す本実施形
態の装置におけるエッチングレート分布であり、×でプ
ロットした線が図７に示す試作機の装置におけるエッチ
ングレート分布である。

【００４２】図３に示す通り、図７の装置では、周方向
の位置でのエッチングレートのばらつきが大きく、均一
なエッチングができていないことが分かる。一方、図１
の装置では、エッチングレートは周方向位置で均一であ
り、均一なエッチングができることが分かる。

【００４３】次に、本願発明の他の実施形態について説
明する。図４は、本願発明の他の実施形態の表面処理装
置を示す正面図である。この図４に示す実施形態では、
リエントラント(re-entrant)形の空胴共振器２が使用さ
れている。リエントラント形の空胴共振器２は、同軸形
共振器の中心導体をカットしたものであり、その共振周
波数は、中心導体２５の長さ（図４のＬ１及びＬ２）に
よって調整可能である。

【００４４】前述したように、空胴共振器２の大きさは
共振周波数を決定する条件として重要なパラメーターで
あるため、共振周波数が固定されていると、それに従っ
て空胴共振器の大きさも固定されてしまう。空胴共振器
２の大きさは、プラズマを形成する領域を決めてしま
う。一方、空胴共振器２の大きさは、処理する基板３０
の大きさによって制約を受ける。空胴共振器２を基板３
０の大きさに合うように設計したら、空胴共振器２の共
振周波数が希望する周波数からずれてしまう場合があ
る。マイクロ波発生器１についても、発振可能な周波数
が限られている場合があり、そのような発振可能な周波
数に共振周波数を合わせておく必要がある。

【００４５】図４に示す実施形態は、このような事情を
考慮してなされたものである。中心導体２５の長さを適
宜設定することにより共振周波数を調整できるように
し、空胴共振器２の大きさやマイクロ波発生器１の発振
周波数の設計の自由度を増加させている。具体的には、
空胴共振器２内に突出したアンテナ１３の周囲を取り囲
むようにして、上側導体２５が設けられている。上側導
体２５は、アンテナ１３と同軸の円筒形であり、材質的
には空胴共振器２と同様の金属である。また、空胴共振
器の下壁部を構成する放射板２２の中央には、下側導体
２６が設けられている。下側導体２６は、アンテナ１３
と同軸に設けられた円柱状（内部が空洞でもよい）であ
り、材質的には空胴共振器２と同様の金属である。

【００４６】空胴共振器２の内径が３５０ｍｍ、マイク
ロ波発生器１の発振周波数が５００ＭＨｚの場合、上側
導体２５と下側導体２６の合計の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）は
１００ｍｍで、上側導体２５と下側導体２６の太さ（外
径）は７０ｍｍ程度とされる。尚、アンテナ１３は、上
側導体２５の下端から少し（１７ｍｍ程度）突出した状
態とされる。このような寸法で構成することで、最適な
共振状態を得ることができる。

【００４７】冒頭に述べたように、本願発明は非平衡プ
ラズマいわゆる低温プラズマを用いて表面反応を進行さ
せる場合に利用されるが、これに限られるものではな
く、その他のプラズマを用いたり、その他の表面処理を
行なう場合にも有効であることは言うまでもない。

【００４８】また、処理対象物である基板３０は、円形
の場合に限らず、液晶基板のように方形であってもよ
い。方形の基板の場合には、方形の対角線と同等かそれ
以上の直径を有する空胴共振器２を使用し、やはり、基
板の中心と空胴共振器２の中心軸とを一致させるように
する。尚、円形や方形以外の形状の基板や板状ではない
ものを処理対象物としても良いことは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、低ＵＨＦ帯のマイクロ波を使用するた
め、処理領域が大きくなった場合でも均一な表面処理が
行なえる。ＴＭ₀₁₀ モードで共振する空胴共振器を使用
することから、さらに均一な表面処理が可能になる。空
胴共振器は完全軸対称性を有する電界結合方式により励
振されており、このことが、均一なプラズマによる均一
な表面処理に貢献している。また、請求項２記載の発明
によれば、上記請求項１の発明の効果に加え、処理対象
物が半導体ウェハのような円形の基板の場合に最適な構
成となる。また、請求項３記載の発明によれば、上記請
求項１又は２の効果に加え、空胴共振器がリエントラン
ト形であるので、空胴共振器の大きさやマイクロ波発生
器の発振周波数の設定に対して自由度が増える。さら
に、請求項４の発明によれば、上記請求項１、２又は３
の効果に加え、空胴共振器と処理容器とが分離されて空
胴共振器内とは別の場所でプラズマが生成されるので、
プラズマの有無による共振条件の変化を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態に係わる表面処理装置を示
す正面図である。

【図２】図１の装置において電界結合されたＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振について示す模式図であり、（Ａ）は空胴共
振器２の軸方向の断面図、（Ｂ）は軸に垂直な方向での
断面図である。

【図３】図１及び図２に示す本実施形態の装置の効果を
確認した実験の結果を示す図である。

【図４】本願発明の他の実施形態の表面処理装置を示す
正面図である。

【図５】特開昭５６―９６８４１号公報に示された従来
の表面処理装置を示す図である。

【図６】特公平８―３１４４４号公報に示された従来の
表面処理装置を示す図である。

【図７】低ＵＨＦ帯のマイクロ波を使用するものとして
発明者が試作した従来の表面処理装置の構造を示す正面
図である。

【図８】図７の装置において磁界結合されたＴＭ₀₁₀ モ
ードの共振について示す模式図であり、（Ａ）は空胴共
振器２の軸方向の断面図、（Ｂ）は軸に垂直な方向での
断面図である。

【符号の説明】

１マイクロ波発生器１０マイクロ波導入手段１１同軸線路１３アンテナ２空胴共振器２２放射板２３放射穴２５中心導体３処理容器３０基板３１保持手段としての基板載置台３１１支柱３１２絶縁体３２ガス供給口３３排気口３４容器フランジ４１誘電体板４２金属製フランジ４３装着フランジ５ガス供給系５１配管５２バルブ６排気系７高周波電源９シール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｂ (72)発明者金京植東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者塚田勉東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３００ＭＨｚから１ＧＨｚの低ＵＨＦ帯
のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段が発生させるマイクロ波がＴＭ₀₁₀
モードで共振するよう形成された円筒形の空胴共振器
と、マイクロ波発生手段が発生させたマイクロ波をこの
空胴共振器に導入するマイクロ波導入手段と、空胴共振
器からマイクロ波が放射されるように空胴共振器に接続
された気密な処理容器と、放射されたマイクロ波のエネ
ルギーによってプラズマ化するガスを処理容器内に供給
するガス供給系と、プラズマによって処理される位置に
処理対象物を保持する保持手段とを備え、前記マイクロ
波導入手段は、空胴共振器の中心軸と同軸上に配置され
たアンテナを有しており、このアンテナからマイクロ波
が電界結合方式により励振されて空胴共振器内に導入さ
れることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】前記処理対象物は、円形の基板であり、
前記保持手段は、前記円筒形の空胴共振器と同軸上の位
置でこの基板を保持するものであることを特徴とする請
求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】前記空胴共振器は、リエントラント形で
あることを特徴とする請求項１又は２記載の表面処理装
置。
【請求項４】前記空胴共振器と前記処理容器との間に
は、マイクロ波を透過させる誘電体板が設けられて両者
が区画されていることを特徴とする請求項１、２又は３
記載の表面処理装置。