JP2001110781A

JP2001110781A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2001110781A
Application number: JP28887699A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Mabuchi; 博嗣馬渕
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】試料を載置する載置台に高周波を印加する場
合であっても、パーティクルの発生を低減することがで
き、部品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。【解決手段】反応器１の載置台３の上面の位置より下
側の部分は円筒状である。反応器１の前記位置より上側
の部分は、上方に向うにつれて内径を漸次小さくして、
内周面を頭断半球形状になしてあり、この上側内周面内
の任意の位置と載置台３との間の距離は互いに略同じで
ある。反応器１の前述した上側内周面には、ガスを導入
する複数のガス導入孔19，19，…が周方向に適宜距離を
隔てて開設してあり、各ガス導入孔19，19，…はガス通
流路18にそれぞれ連通させてある。

Description

【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の基本技術と
なっている。このプラズマによって処理される基板の寸
法が大きくなるに伴って、より広い領域にプラズマを均
一に発生させることが要求されている。また、ドライエ
ッチング技術、及び薄膜形成における埋め込み技術にあ
っては、プラズマの発生とプラズマ中のイオンのエネル
ギとをそれぞれ独立して制御することが求められてい
る。そのため、本願出願人は、特開平 9−266095号公報
において次のような装置を提案している。

【０００３】図８は、特開平 9−266095号公報に開示し
たプラズマ処理装置を示す側断面図であり、図９は図８
に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。長方形
筒状の反応器41は、その全体がアルミニウムで形成され
ており、電気的に接地してある。反応器41の上部にはマ
イクロ波導入窓が開設してあり、該マイクロ波導入窓は
封止板44で気密状態に封止されている。この封止板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形成
されている。

【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54が取り付けてあり、
該誘電体線路54と封止板44との間にはエアギャップ55が
形成されている。誘電体線路54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62が
連結してあり、マイクロ波発振器62が発振したマイクロ
波は、導波管61によって誘電体線路54の凸部に入射され
る。

【０００５】前述した如く、誘電体線路54の凸部の基端
側は、平面視が略三角形状のテーパ部になしてあり、前
記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部に倣ってその
幅方向に拡げられ誘電体線路54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、誘電体線路54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57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、試料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の周面
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】反応器41の内周面には環状凸部41a が反応
器41の上端と面一になるように設けてあり、該環状凸部
41a の先端から環状凸部41a の下面にわたる部分は、環
状の対向電極63によって覆ってある。なお、環状凸部41
a の上面は封止板44に当接している。対向電極63と反応
器41との間には間隙が設けてあり、該間隙にはアルミナ
製の絶縁板64が嵌合してある。また、対向電極63は、環
状凸部41a 及び該環状凸部41a を設けた反応器本体を介
して電気的に接地されている。これによって、対向電極
63は接地電極として作用する。

【０００８】このようなプラズマ処理装置を用いて試料
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57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62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54に導入する。このとき、
誘電体線路54のテーパ部によってマイクロ波は誘電体線
路54内で均一に拡がり、誘電体線路54内に定在波を形成
する。この定在波によって、誘電体線路54の下方に漏れ
電界が形成され、それがエアギャップ55及び封止板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
イクロ波を処理室42内へ伝播させ、該マイクロ波によっ
て処理室42内にプラズマを生成させる。これによって、
比較的大きな外寸の試料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る。

【０００９】また、マイクロ波発振器62の発振と同時的
にマッチングボックス46を介して高周波電源47から載置
台43に高周波を印加する。これによって、載置台43−プ
ラズマ−対向電極63との間で電気回路が形成され、試料
Ｗの表面にバイアス電圧が発生する。このバイアス電圧
を調整することによって、プラズマ中のイオンの加速
（イオンのエネルギ）を制御しつつ、載置台43上の試料
Ｗの表面をエッチングする。これにより、プラズマの生
成と、プラズマ中のイオンのエネルギとをそれぞれ独立
して制御することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−266095号公報に開示したプラズマ処理装置では、載
置台43に高周波を印加した場合、載置台43−プラズマ−
対向電極63との間で形成される電気回路によって、比較
的表面積が狭い対向電極63に高周波電流が通流するた
め、対向電極63の表面のスパッタリングレートが高く、
パーティクルの発生及び対向電極63の短命化を招来する
という問題があった。

【００１１】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、試料を載置する載
置台に高周波を印加する場合であっても、パーティクル
の発生を低減することができ、部品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にある。

【００１２】

【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、有底筒状に形成した少なくとも内面が導電
性の容器の底部中央に被処理物を載置する載置台が設け
てあり、前記容器の開口を封止する封止部材を透過させ
て容器内へマイクロ波を導入してプラズマを生成すると
共に、前記載置台に高周波を印加してプラズマ中のイオ
ンのエネルギを調整し、調整したプラズマによって前記
載置台の載置面上に載置した被処理物を処理する装置に
おいて、前記容器の前記載置面の位置より前記封止部材
側の部分は、円形状又は四角形の四隅を弧状にした形状
の平面断面の内法寸法を前記封止部材側へ漸減してある
ことを特徴とする。

【００１３】第２発明に係るプラズマ処理装置は、第１
発明において、前記容器の前記位置より前記封止部材側
の部分の内周面に、容器内へガスを導入する複数の前記
ガス導入孔が、容器の周方向へ適宜の間隔で開設してあ
ることを特徴とする。

【００１４】第３発明に係るプラズマ処理装置は、有底
筒状の容器の底面中央に被処理物を載置する載置台が設
けてあり、前記容器の開口を封止する封止部材を透過さ
せて容器内へマイクロ波を導入してプラズマを生成する
と共に、前記載置台に高周波を印加してプラズマ中のイ
オンのエネルギを調整し、調整したプラズマによって前
記載置台の載置面上に載置した被処理物を処理する装置
において、前記容器内に少なくとも内面が導電性の筒部
材が立設してあり、該筒部材の前記載置面の位置より前
記封止部材側の部分は、円形状又は四角形の四隅を弧状
にした形状の平面断面の内法寸法を前記封止部材側へ漸
減してあることを特徴とする。

【００１５】第４発明に係るプラズマ処理装置は、第３
発明において、前記筒部材の上端と封止部材との間に適
宜の間隙が設けてあることを特徴とする。

【００１６】第５発明に係るプラズマ処理装置は、第３
又は第４発明において、前記筒部材の前記位置より前記
封止部材側の部分に、筒部材内へガスを導入する複数の
ガス導入孔が、筒部材の周方向へ適宜の間隔で開設して
あることを特徴とする。

【００１７】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、前記封止部材の表面に
対向して設けてあり、マイクロ波を伝播させる環状の導
波管と、該導波管の前記封止部材に対向する部分に設け
た開口部とを具備するアンテナを備え、前記導波管内へ
マイクロ波を入射し、前記開口部から前記封止部材へマ
イクロ波を漏洩させるようになしてあることを特徴とす
る。

【００１８】第１及び第３発明のプラズマ処理装置にあ
っては、載置台に高周波を印加した場合、載置台−プラ
ズマ−導電性の容器の載置面を覆う部分の内周面又は導
電性の筒部材の載置面を覆う部分の内周面との間で電気
回路が形成され、載置台の載置面上に載置した被処理物
の表面にバイアス電圧が発生する。即ち、容器の内周面
又は筒部材の内周面は、電気的に接地した対向電極とし
て作用する。このバイアス電圧を調整することによっ
て、プラズマ中のイオンのエネルギを調整しつつ、載置
台上に載置した被処理物の表面をプラズマ処理する。

【００１９】容器又は筒部材の前記載置面の位置より封
止部材側の部分は、平面断面の口形が、円形状又は四角
形の四隅を弧状にした形状であり、平面断面の内法寸法
を前記封止部材側へ向かうにつれて漸次小さくしてあ
る。平面断面の口形が円形状の容器又は筒部材を備える
プラズマ処理装置では、円板状の被処理物を処理し、平
面断面の口形が四角形の四隅を弧状にした形状の容器又
は筒部材を備えるプラズマ処理装置では、四角形状の被
処理物を処理する。

【００２０】このとき、被処理物と、容器の載置面より
封止部材側の部分、即ち容器の載置面を覆う部分の内周
面との間の最短寸法、又は、被処理物と、筒部材の載置
面より封止部材側の部分、即ち筒部材の載置面を覆う部
分の内周面との間の最短寸法は、前記内周面の何れの位
置において略同じである。そのため、容器又は筒部材の
前記内周面に電界の集中が発生せず、また、従来の装置
に設けてある対向電極に比べて、対向電極たる容器の前
記内周面又は筒部材の前記内周面の面積が広いため、前
記内周面のスパッタリングレートが低く、パーティクル
の発生が抑制され、従って、対向電極の寿命が長い。

【００２１】第２及び第５発明のプラズマ処理装置にあ
っては、容器又は筒部材の前記内周面に開設した複数の
ガス導入孔から容器内又は筒部材内へ、プラズマを生成
するための反応ガスを導入するため、容器内又は筒部材
内に均一に反応ガスを導入することができ、生成される
プラズマの密度も容器内又は筒部材内で均一化すること
ができる。また、容器内又は筒部材内のプラズマが生成
される領域から容器又は筒部材の前記内周面の任意の位
置までの距離が略等しい。従って、対向電極たる容器又
は筒部材の前記内周面のスパッタリングレートが均一化
され、対向電極の寿命を更に長くすることができる。

【００２２】一方、容器内又は筒部材内に均一に反応ガ
スを導入することができるため、被処理物の全領域にお
いて略均一な速度で処理することができる。更に、反応
ガスはそのほとんどが、容器内又は筒部材内のプラズマ
が生成される領域内へ直接供給されるのに加えて、供給
された反応ガスは前述した電気回路中に比較的長い時間
滞在するため、反応ガスの利用効率が高い。

【００２３】第４発明のプラズマ処理装置にあっては、
容器内に導入された反応ガスは、容器と筒部材との間隙
へ拡散して筒部材の周方向へ周り込みながら、筒部材の
上端と封止部材との間の間隙から筒部材内へ進入するた
め、筒部材内に均一に反応ガスを導入することができ
る。これによって、前同様、対向電極たる筒部材の前記
内周面のスパッタリングレートが均一化され、対向電極
の寿命を更に長くすることができる。

【００２４】第６発明のプラズマ処理装置にあっては、
アンテナ内に入射されたマイクロ波は環状の導波管内を
互いに逆方向へ進行する進行波となって伝播し、両進行
波が重なり合って定在波が形成される。この定在波によ
って、導波管の内面に所定の間隔で極大になる電流が通
流し、この電流によって、導波管に開設した開口部を挟
んで導波管の内外で電位差が生じ、この電位差によって
開口部から封止部材へ電界が漏洩する。即ち、アンテナ
から封止部材へマイクロ波が伝播する。このマイクロ波
は封止部材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。

【００２５】これによって、容器内又は筒部材内へマイ
クロ波を均一に導入することができるため、生成される
プラズマの密度も容器内又は筒部材内で均一化すること
ができる。また、容器内又は筒部材内のプラズマが生成
される領域から、容器内又は筒部材の前記内周面の任意
の位置までの距離が略等しい。従って、容器又は筒部材
の前記内周面のスパッタリングレートが均一化され、対
向電極の寿命を更に長くすることができる。

【００２６】

【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。アルミニウム製の反応器
１は、開口が円形の有底筒状をしており、電気的に接地
してある。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開設
してあり、該マイクロ波導入窓は、封止板４によって気
密状態に封止されている。この封止板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で形成されている。

【００２７】前述した封止板４には、導電性金属を円形
蓋状に成形してなるカバー部材10が外嵌してあり、該カ
バー部材10は反応器１上に固定してある。カバー部材10
の上面には、反応器１内へマイクロ波を導入するための
アンテナ11が設けてある。アンテナ11は、カバー部材10
の上面に固定してあり、断面視がコ字状の部材を環状に
成形してなる環状導波管型アンテナ部12を備えている。
そして、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部12に対
向する部分に、複数の開口部15，15，…が開設してあ
る。

【００２８】環状導波管型アンテナ部12は、反応器１の
内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に
設けてあり、その外周面に設けた開口（導入口）の周囲
には該環状導波管型アンテナ部12へマイクロ波を導入す
るための導入部13が、環状導波管型アンテナ部12の直径
方向になるように連結してある。即ち、本実施の形態で
は、アンテナ11、及びカバー部材10の環状導波管型アン
テナ部12に対向する部分（開口部15，15，…を含む）に
よって、環状導波管型のアンテナが構成してある。前述
した導入部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。

【００２９】導入部13にはマイクロ波発振器20から延設
した導波管21が連結してあり、マイクロ波発振器20が発
振したマイクロ波は、導波管21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
波が重なり合って定在波が生成される。この定在波によ
って、環状導波管型アンテナ部12の内面に、所定の間隔
で極大値を示す電流が通流する。

【００３０】図３は、図１及び図２に示した開口部15，
15，…を説明する説明図である。図３に示したように、
開口部15，15，…は、カバー部材10（図２参照）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。

【００３１】各開口部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（２ｎ−１）・λｇ／４
（ｎ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つの開口部15，15を開設して
あり、両開口部15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、
ｍ・λｇ／２（ｍは整数）の間隔で複数の他の開口部1
5，15，…がそれぞれ開設してある。

【００３２】各開口部15，15，…は、環状導波管型アン
テナ部12内に形成される複数の強電界強度の領域の間の
略中央に位置しており、各開口部15，15，…から強電界
強度の電界が漏出し、該電界は封止板４を透過して反応
器１内へ導入される。つまり、反応器１内へプラズマを
生成するマイクロ波が導入される。

【００３３】なお、本実施の形態では、開口部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
わるように開口部を開設してもよく、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、環状導波管型アンテナ部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開口部又は
マイクロ波の進行方向に開設した開口部にあっては、電
流の極大値を示す位置の変化を開口部の領域内に取り込
むことができる。

【００３４】前述したように各開口部15，15，…は、カ
バー部材10に略放射状に設けてあるため、反応器１の直
径が大きくても、マイクロ波は反応器１内の全領域に均
一に導入される。

【００３５】処理室２の底部壁中央であって、封止板４
から適宜距離を隔てた位置には、アルミニウム電極の表
面にアルミナ等の絶縁層が溶射によって形成してあり、
試料Ｗを静電吸着する載置台３が設けてあり、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、反応器１の底部壁には排気口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。

【００３６】反応器１の載置台３の上面（載置面）の位
置より下側の部分は円筒状である。反応器１の前記位置
より上側の部分は、上方に向うにつれて内径を漸次小さ
くして、内周面を頭断半球形状になしてあり、この上側
内周面内の任意の位置と載置台３の中心との間の距離は
互いに略同じである。この距離をａとすると、直径が２
００ｍｍのシリコンウェハをプラズマ処理するために、
例えば、反応器１の下端開口の内径を４００ｍｍに、封
止板４と載置台３との間の距離を１００ｍｍにした場
合、距離ａは２００ｍｍ〜２２０ｍｍに設定する。なお
このとき、反応器１の上端開口の内径は３４６ｍｍ〜３
９２ｍｍであり、環状導波管型アンテナ部12の外径及び
内径は、３４０ｍｍ及び２２０ｍｍである。

【００３７】なお、これらの寸法は、反応器１の上側部
分の内周面の面積が可及的に広くなるように設定する
が、この際、所要の排気性能を得るための載置台３と前
記内周面との間の距離、及び、所要のプラズマ発生領域
を得るための反応器１の上端開口の内径等を考慮し、更
に製造コスト等も考慮して設定する。

【００３８】反応器１の前記位置より上側の部分の内部
には、ガスを通流させる環状のガス通流路18が開設して
ある。該ガス通流路18の適宜の位置から反応器１の外周
面へ、その部分を貫通する貫通孔が延設してあり、該貫
通孔にはガス導入管17が内嵌してある。前述した上側内
周面には、ガスを導入する複数のガス導入孔19，19，…
が周方向に適宜距離を隔てて開設してあり、各ガス導入
孔19，19，…はガス通流路18にそれぞれ連通させてあ
る。ガス導入管17からガス通流路18へ供給されたガス
は、ガス通流路18内を環流しつつ、各ガス導入孔19，1
9，…からそれぞれ処理室２内へ導入される。

【００３９】このようなプラズマ処理装置を用いて円板
状の試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、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17及びガス通流路18を介してガス導入孔
19，19，…から処理室２内に反応ガスを供給する。次い
で、マイクロ波発振器20からマイクロ波を発振させ、そ
れを導波管21を経てアンテナ11に導入し、そこに定在波
を形成させる。この定在波によって、アンテナ11の開口
部15，15，…から漏洩した電界は、封止板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。

【００４０】また、マイクロ波発振器20の発振と同時的
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。これによって、載置台３−プ
ラズマ−反応器１の上側内周面との間で電気回路が形成
され、試料Ｗの表面にバイアス電圧が発生する。即ち、
反応器１の上側内周面は、電気的に接地した対向電極と
して作用する。このバイアス電圧を調整することによっ
て、プラズマ中のイオンの加速（イオンのエネルギ）を
制御しつつ、載置台３の中央に載置した試料Ｗの表面を
エッチングする。

【００４１】表面にシリコン酸化（ＳｉＯ₂）層が形成
してある試料Ｗをエッチングする場合、試料Ｗの表面に
高バイアスを印加するが、前述した如く、円板状の試料
Ｗから反応器１の上側内周面までの最短寸法は、前記内
周面の何れの位置において略同じであるため、反応器１
の上側内周面に電界の集中が発生せず、また、従来の装
置に設けてある対向電極に比べて、対向電極たる反応器
１の上側内周面の面積が広いため、反応器１の上側内周
面のスパッタリングレートが低く、パーティクルの発生
が抑制され、従って対向電極の寿命が長い。

【００４２】ところで、反応器１の上側内周面に開設し
たガス導入孔19，19，…から処理室２内へ反応ガスを導
入するため、処理室２内に均一に反応ガスを導入するこ
とができ、生成されるプラズマの密度も処理室２内で均
一化することができる。また、処理室２内のプラズマが
生成される領域から反応器１の上側内周面の任意の位置
までの距離が略等しい。これらのことによって、反応器
１の上側内周面のスパッタリングレートが均一化され、
対向電極の寿命を更に長くすることができる。

【００４３】一方、処理室２内に均一に反応ガスを導入
することができるため、試料Ｗの全領域において略均一
な速度で処理することができる。更に、反応ガスはその
ほとんどが、処理室２内のプラズマが生成される領域内
へ直接供給されるのに加えて、供給された反応ガスは前
述した電気回路中に比較的長い時間滞在するため、反応
ガスの利用効率が高い。

【００４４】（実施の形態２）図４は、実施の形態２を
示す側断面図であり、反応器1a内に、対向電極として導
電性の内筒31が設けてある。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４に示した如く、有底円筒状の反応器1a内に
は、開口が円形である筒状の内筒31が、反応器1aの中心
軸の同心円上になるように、反応器1aの底面に着脱自在
に立設してあり、内筒31の上端と封止板４との間には適
宜の間隙が設けてある。これら反応器1a及び内筒31はア
ルミニウムで形成してあり、両者は各別に電気的に接地
してある。

【００４５】内筒31の載置台３の上面の位置より下側の
部分は円筒状である。内筒31の前記位置より上側の部分
は、上方に向うにつれて内径を漸次小さくして頭断半球
形状になしてあり、載置台３の中心から半径ｒの円上の
任意の位置から、内筒31の載置台３の上面に臨む上側内
周面までの最短距離は何れの位置でも略同じである。

【００４６】この最短距離を距離ｂとすると、直径が３
００ｍｍのシリコンウェハをプラズマ処理するために、
例えば、反応器1aの内径を略５００ｍｍに、封止板４と
載置台３との間の距離を略１２０ｍｍに、半径ｒを１０
０ｍｍにした場合、距離ｂは１３０ｍｍ〜１４５ｍｍに
設定する。このとき、内筒31の上端開口及び下端開口の
内径は３００ｍｍ〜３６３ｍｍ及び４６０ｍｍ〜４９０
ｍｍであり、環状導波管型アンテナ部12の外径及び内径
は、３５０ｍｍ及び２２０ｍｍである。なお、半径ｒは
０ｍｍ〜１５０ｍｍに設定することができる。

【００４７】反応器1aの上端近傍には該反応器1aを貫通
する貫通孔が開設してあり、該貫通孔にはガス導入管17
が嵌合してある。このガス導入管17から反応器1a内へ導
入された反応ガスは、反応器1aと内筒31との間の領域に
拡散すると共に、排気口８からの排気に伴って、内筒31
の上端と封止板４との間隙から内筒31内へ進入する。

【００４８】内筒31内にはアンテナ11からマイクロ波が
供給されるようになっており、該マイクロ波によって内
筒31内へ進入した反応ガスが励起されてプラズマが生成
される。また、マイクロ波の供給と並行して、載置台３
にマッチングボックス６を介して高周波電源７から高周
波を印加する。これによって、載置台３−プラズマ−内
筒31の上側内周面との間で電気回路が形成され、試料Ｗ
の表面にバイアス電圧が発生する。即ち、内筒31の上側
内周面は、電気的に接地した対向電極として作用する。
このバイアス電圧を調整することによって、プラズマ中
のイオンの加速（イオンのエネルギ）を制御しつつ、載
置台３の中央に載置した円板状の試料Ｗの表面をエッチ
ングする。

【００４９】このとき、試料Ｗから内筒31の上側内周面
までの最短寸法は、前記内周面の何れの位置において略
同じであるため、前同様、内筒31に電界の集中が発生せ
ず、また、従来の装置に設けてある対向電極に比べて、
対向電極たる内筒31の上側内周面の面積が広いため、内
筒31のスパッタリングレートが低く、パーティクルの発
生が抑制され、従って対向電極の寿命が長い。

【００５０】ところで、反応器1a内のプラズマが生成さ
れる領域を内筒31で覆ってあるため、反応器1aの内周面
が反応生成物によって汚染されることが防止される。一
方、内筒31は着脱自在に設けてあるため、内筒31の洗浄
を容易に行うことができ、それによってパーティクルの
発生を回避することができる。

【００５１】（実施の形態３）図５は実施の形態３を示
す側断面図であり、矩形の試料Ｗをプラズマ処理するよ
うになしてある。また、図６及び図７は、図５に示した
プラズマ処理装置の平面図及び平面断面図である。な
お、これらの図中、図１及び図２、並びに図４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。

【００５２】有底正方形筒状の反応器1bの開口はマイク
ロ波導入窓になっており、該マイクロ波導入窓は正方形
状の封止板４によって封止してある。封止板４には、導
電性金属を正方形蓋状に成形してなるカバー部材10が外
嵌固定してあり、カバー部材10の上面には、環状導波管
型アンテナ部12及び導入部13を備えるアンテナ11が設け
てある。また、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部
12に対向する部分に、複数の開口部15，15，…が開設し
てある。

【００５３】反応器1b内には後述する内筒32が、反応器
1bの中心軸と同軸状に、反応器1bの底面に着脱自在に立
設してあり、内筒32の上端と封止板４との間には適宜の
間隙が設けてある。内筒32の口形は、正方形の四隅を円
弧状になした形状である。内筒32の載置台３の上面の位
置より上側の部分は、上方に向かうにつれて内法を相似
形状に漸次小さくしてあり、載置台３の中心を中心に、
一辺がｃの正方形の縁上の任意の位置から、内筒32の載
置台３の上面に臨む上側内周面までの最短距離は何れも
略同じである。

【００５４】この最短距離を距離ｄとすると、一辺が２
５０ｍｍである正方形の基板をプラズマ処理するため
に、例えば、反応器1bの内法を一辺が略５００ｍｍに、
封止板４と載置台３との間の距離を略１００ｍｍに、寸
法ｃを５０ｍｍにした場合、距離ｄは１８０ｍｍ〜２２
０ｍｍに設定する。このとき、内筒32の上端開口及び下
端開口の内径は３５０ｍｍ×３５０ｍｍ〜４４２ｍｍ×
４４２ｍｍ及び４１０ｍｍ×４１０ｍｍ〜４９０ｍｍ×
４９０ｍｍであり、環状導波管型アンテナ部12の外径及
び内径は、３５０ｍｍ及び２２０ｍｍである。なお、寸
法ｃは０ｍｍ（即ち、載置台３の中心）〜正方形の試料
Ｗの一辺の寸法に設定することができる。

【００５５】反応器1bの上端近傍にはガス導入管17が設
けてあり、内筒32のガス導入管17の位置より少し高い位
置には、内筒32を貫通する複数のガス進入用孔39，39，
…が内筒32の周方向へ所定の間隔で開設してある。ガス
導入管17から反応器1b内へ導入された反応ガスは、反応
器1bと内筒32との間の領域に拡散すると共に、排気口８
からの排気に伴って、内筒32の上端と封止板４との間
隙、及びガス進入用孔39，39，…から内筒32内へ進入す
る。

【００５６】前同様、内筒32内にはアンテナ11からマイ
クロ波が供給されるようになっており、該マイクロ波に
よって内筒32内へ進入した反応ガスが励起されてプラズ
マが生成される。また、マイクロ波の供給と並行して、
載置台３にマッチングボックス６を介して高周波電源７
から高周波を印加する。これによって、載置台３−プラ
ズマ−内筒32の上側内周面との間で電気回路が形成さ
れ、試料Ｗの表面にバイアス電圧が発生する。このバイ
アス電圧を調整することによって、プラズマ中のイオン
の加速を制御しつつ、載置台３の中央に載置した矩形状
の試料Ｗの表面をエッチングする。

【００５７】このとき、試料Ｗから内筒32の上側内周面
までの最短寸法は、前記内周面の何れの位置においても
略同じであるため、前同様、内筒32に電界の集中が発生
せず、また、従来の装置に設けてある対向電極に比べ
て、対向電極たる内筒32の上側内周面の面積が広いた
め、内筒32のスパッタリングレートが低く、パーティク
ルの発生が抑制され、従って対向電極の寿命が長い。

【００５８】また、内筒32に設けた複数のガス進入用孔
39，39，…から内筒32内へガスが進入するようにしてあ
るため、内筒32内に均一に反応ガスを導入することがで
き、生成されるプラズマの密度も内筒32内で均一化する
ことができる。また、内筒32内のプラズマが生成される
領域から内筒32の上側内周面の任意の位置までの距離が
略等しい。これらのことによって、反応器1bの上側内周
面のスパッタリングレートが均一化され、対向電極の寿
命を更に長くすることができる。

【００５９】

【実施例】次に比較試験を行った結果について説明す
る。（実施例１）図８に示した従来のプラズマ処理装置及び
図１に示した本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理
装置によって、表面にシリコン酸化膜を１μｍの厚さに
成膜した直径１５０ｍｍのシリコンウェハを、それぞれ
２５枚連続的にプラズマ処理し、シリコンウェハ上に生
じた直径０．２μｍ以上のパーティクル数を測定した。
なお、処理条件は何れも以下のように設定した。マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ高周波の周波数：４００ｋＨｚエッチングガス：ＣＨＦ₃ ガス導入量：２０ｍＬ／ｍｉｎ圧力：４Ｐａマイクロ波電力：１３００Ｗ高周波電力：１０００Ｗ載置台温度：０℃

【００６０】従来のプラズマ処理装置で処理した場合、
シリコンウェハ上に平均５０個程度のパーティクルが発
生していた。これに対し、実施の形態１に係るプラズマ
処理装置で処理した場合、シリコンウェハ上のパーティ
クルの個数は、平均２０個程度であり、従来の場合の半
分以下に低減することができた。一方、実施の形態１に
係るプラズマ処理装置にあっては、対向電極たる反応器
１の上側内周面の消耗は検出されず、対向電極の寿命が
長い。一方、高周波の反射電力及びＶｐｐ等も安定して
おり、シリコンウェハに高周波バイアスが安定して印加
されていることも確認された。

【００６１】（実施例２）本実施例では、実施例１で用
いた本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置に代
えて、図４に示した実施の形態２に係るプラズマ処理装
置を用い、前同様のプラズマ処理を行った。その結果、
シリコンウェハ上のパーティクルの個数は、２０個以下
であり、前同様、従来の場合の半分以下に低減すること
ができた。一方、実施の形態２に係るプラズマ処理装置
にあっては、対向電極たる内筒31の上側内周面の消耗は
検出されず、対向電極の寿命が長い。一方、高周波の反
射電力及びＶｐｐ等も安定しており、シリコンウェハに
高周波バイアスが安定して印加されていることも確認さ
れた。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１及び第３発明に
係るプラズマ処理装置にあっては、容器又は筒部材の前
記内周面に電界の集中が発生せず、また、従来の装置に
設けてある対向電極に比べて、対向電極たる容器の前記
内周面又は筒部材の前記内周面の面積が広いため、前記
内周面のスパッタリングレートが低く、パーティクルの
発生が抑制され、従って、対向電極の寿命が長い。

【００６３】第２及び第５発明に係るプラズマ処理装置
にあっては、対向電極たる容器又は筒部材の前記内周面
のスパッタリングレートが均一化され、対向電極の寿命
を更に長くすることができる。一方、容器内又は筒部材
内に均一に反応ガスを導入することができるため、被処
理物の全領域において略均一な速度で処理することがで
きる。更に、反応ガスはそのほとんどが、容器内又は筒
部材内のプラズマが生成される領域内へ直接供給される
のに加えて、供給された反応ガスは載置台−プラズマ−
容器又は筒部材の上側内周面との間の電気回路中に比較
的長い時間滞在するため、反応ガスの利用効率が高い。

【００６４】第４発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、筒部材内に均一に反応ガスを導入することができる
ため、対向電極たる筒部材の前記内周面のスパッタリン
グレートが均一化され、対向電極の寿命を更に長くする
ことができる。

【００６５】第６発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、容器内又は筒部材内へマイクロ波を均一に導入する
ことができるため、生成されるプラズマの密度も容器内
又は筒部材内で均一化することができる。従って、容器
又は筒部材の前記内周面のスパッタリングレートが均一
化され、対向電極の寿命を更に長くすることができる
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に示した開口部を説明する説明図
である。

【図４】実施の形態２を示す側断面図である。

【図５】実施の形態３を示す側断面図である。

【図６】図５に示したプラズマ処理装置の平面図であ
る。

【図７】図５に示したプラズマ処理装置の平面断面図で
ある。

【図８】特開平 9−266095号公報に開示したプラズマ処
理装置を示す側断面図である。

【図９】図８に示したプラズマ処理装置の部分拡大図で
ある。

【符号の説明】

１反応器２処理室３載置台４封止板１０カバー部材１１アンテナ１２環状導波管型アンテナ部１３導入部１５開口部Ｗ試料Ｃ円Ｌ延長線Ｐ₁ 交点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底筒状に形成した少なくとも内面が導
電性の容器の底部中央に被処理物を載置する載置台が設
けてあり、前記容器の開口を封止する封止部材を透過さ
せて容器内へマイクロ波を導入してプラズマを生成する
と共に、前記載置台に高周波を印加してプラズマ中のイ
オンのエネルギを調整し、調整したプラズマによって前
記載置台の載置面上に載置した被処理物を処理する装置
において、前記容器の前記載置面の位置より前記封止部材側の部分
は、円形状又は四角形の四隅を弧状にした形状の平面断
面の内法寸法を前記封止部材側へ漸減してあることを特
徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記容器の前記位置より前記封止部材側
の部分の内周面に、容器内へガスを導入する複数の前記
ガス導入孔が、容器の周方向へ適宜の間隔で開設してあ
る請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】有底筒状の容器の底面中央に被処理物を
載置する載置台が設けてあり、前記容器の開口を封止す
る封止部材を透過させて容器内へマイクロ波を導入して
プラズマを生成すると共に、前記載置台に高周波を印加
してプラズマ中のイオンのエネルギを調整し、調整した
プラズマによって前記載置台の載置面上に載置した被処
理物を処理する装置において、前記容器内に少なくとも内面が導電性の筒部材が立設し
てあり、該筒部材の前記載置面の位置より前記封止部材
側の部分は、円形状又は四角形の四隅を弧状にした形状
の平面断面の内法寸法を前記封止部材側へ漸減してある
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】前記筒部材の上端と封止部材との間に適
宜の間隙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】前記筒部材の前記位置より前記封止部材
側の部分に、筒部材内へガスを導入する複数のガス導入
孔が、筒部材の周方向へ適宜の間隔で開設してある請求
項３又は４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記封止部材の表面に対向して設けてあ
り、マイクロ波を伝播させる環状の導波管と、該導波管
の前記封止部材に対向する部分に設けた開口部とを具備
するアンテナを備え、前記導波管内へマイクロ波を入射
し、前記開口部から前記封止部材へマイクロ波を漏洩さ
せるようになしてある請求項１乃至５の何れかに記載の
プラズマ処理装置。