JP4107736B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子基板、ディスプレイ用ガラス基板等の製造においてプラズマを利用して被処理物にエッチング、アッシング又はＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装置、及び該装置を用いて被処理物をプラズマ処理する方法に関する。
【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使用されている。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。
【０００３】
図８は、特開昭62−5600号公報に開示した装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図であり、図９は図８に示したマイクロ波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53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29に内嵌させてある。導波管29にはマイクロ波発振器30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29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54a 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54a 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29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、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】
このようなマイクロ波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30からマイクロ波を発振させ、これを導波管29を介して誘電体線路54に導入する。このとき、テーパ部54a 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。
【０００８】
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53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、マイクロ波が処理室42内へ伝播する。これにより、処理室42内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく処理室42を大きくしても、その処理室42の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを均一にプラズマ処理することができる。
【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54にマイクロ波を均一に拡がらせるために、封止板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54a を設けてあり、このテーパ部54a の寸法は、誘電体線路54の矩形部分の面積、即ち処理室42の水平方向の面積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の周縁から突出させたテーパ部54a 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】
ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、処理室42の水平方向の面積、即ち反応器41の水平方向の寸法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、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54a の寸法は処理室42の水平方向寸法に応じて定めるため、処理室42が大きくなるに従ってテーパ部54a の寸法が長くなる。従って、反応器41が更に大きいプラズマ処理装置を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】
一方、反応器41内に生成されるプラズマの密度分布は、反応器41内へ導入する反応ガスの組成及び誘電体線路54の構造等によって変化するが、反応ガスの組成に拘わらず、均一で且つ適宜な密度分布を有するプラズマを生成することも要求されている。しかしながら、従来のプラズマ処理装置によってその要求に応えるためには、使用する反応ガスの組成に応じた構造の誘電体線路に取り換えなければならないため、装置コストが高く、また取り換えに多くの手間を要するという問題があった。
【００１２】
本発明は斯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、環状又はＣ字状若しくは渦巻き状の導波管型アンテナに設けた複数のスリットから容器内へマイクロ波を放射すると共に、変更部材によって複数のスリットの開口面積を変更する構成になすことによって、水平方向の面積が大きい処理室であってもプラズマ処理装置全体の寸法、特に水平方向の寸法を小さくすることができると共に、反応ガスの組成に拘わらず均一で所要密度分布のプラズマを生成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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、容器の開口を封止する封止部材の表面上に環状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、容器の開口を封止する封止部材の表面上にＣ字状又は渦巻き状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
容器（反応器）の開口を封止する封止部材に対向配置した環状又はＣ字状若しくは渦巻き状の導波管型アンテナにマイクロ波を入射し、前記導波管型アンテナの封止部材に対向する部分に開設した複数のスリットから容器内へマイクロ波を放射させる。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、容器内にプラズマが生成される。このように、前述した如き突出部を設けることなく、導波管型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、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。一方、マイクロ波は導波管型アンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。
【００１６】
前述した導波管型アンテナのスリットから放射されたマイクロ波の電界強度はスリットの開口面積に依存しており、スリットの開口面積が小さいほど電界強度が強い。電界強度が強い領域に生成されるプラズマの密度は、電界強度が相対的に弱い領域に生成されるプラズマの密度より高い。即ち、スリットの開口面積を変更することによって、容器内に生成されるプラズマの密度を調整することができる。
【００１７】
本発明にあっては、導波管型アンテナに設けた複数のスリットの開口面積を変更部材によって変更し得るようになしてあるため、容器内へ導入する反応ガスの組成に応じて、各スリットの開口面積を適宜に変更することによって、反応器内に生成されるプラズマの密度を最適化することができる。
【００１９】
各スリットに応じて設けた複数の変更部材をそれぞれ支持部材で支持してあり、各支持部材は溝又はレール等の案内部によって、それが支持する変更部材がスリットの開口面積を変更するように案内される。案内部に沿って支持部材を移動させ、各スリットが適宜の開口面積になるように変更部材を摺動させ、固定部によって各支持部材を固定する。これによって、複数のスリット別に当該スリットから放射されるマイクロ波の電界強度を調整して、各スリットに応じて生成されるプラズマの密度を各別に制御することができる。従って、反応ガスの組成に拘わらず、容器内に生成されるプラズマの密度を、容器内に配置した被処理物と平行をなす面内で略均一にすることができる。
【００２０】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導波管型アンテナの周囲に回動自在に配置してあり、前記案内部を設けてなるＣ字状の第１ギヤと、第１ギヤに噛合した第２ギヤと、第２ギヤを回転駆動する回転駆動装置とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るプラズマ処理方法は、上述のプラズマ処理装置を用いて、容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する方法であって、複数の変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させてからプラズマの生成を開始し、その後、各変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に広くなるように摺動させることを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、案内部を設けてなるＣ字状の第１ギヤを正方向へ、該第１ギヤに噛合した第２ギヤを回転駆動装置で回転駆動することによって、又は各スリットの開口面積をそれぞれ変更する複数の変更部材を、各変更部材に応じて設けた複数の駆動装置によって前進させることによって、案内部に取り付けてある複数の支持部材及び変更部材を、又は各駆動装置に連動する変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させる。そして、各スリットから容器内へマイクロ波を放射させることによってプラズマの生成を開始する。このように、開口面積が狭いスリットからマイクロ波を放射することによって、強電界強度のマイクロ波が放射されるため、短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。
【００２４】
一方、マイクロ波の放射エネルギ量はスリットの開口面積が広いほど多く、放射エネルギ量が多いほど、生成したプラズマが安定化する。そのため、プラズマの生成を開始した後に、各変更部材を摺動させて、各スリットの開口を相対的に広くする。これによって、高密度で安定なプラズマを生成することができる。
【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模式的平面図である。また、図３は図１に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部開口は封止板４で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上には、反応器１内へマイクロ波を導入するための環状導波管型アンテナ11が設けてある。環状導波管型アンテナ11は、断面視がコ字状の部材を環状に成形してなる曲成部11a を備えており、カバー部材10の曲成部11a に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００２８】
曲成部11a 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の周囲には該曲成部11a へマイクロ波を導入するための導入部11b が、曲成部11a の直径方向になるように連結してある。この導入部11b 及び曲成部11a 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11b にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29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29を経て環状導波管型アンテナ11の導入部11b に入射される。この入射波は、導入部11b から曲成部11a へ導入される。曲成部11a へ導入されたマイクロ波は、曲成部11a を互いに逆方向へ進行する進行波として、該曲成部11a 内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、曲成部11a の前記開口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、曲成部11a の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。
【００３０】
このとき、曲成部11a 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にすべく、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、曲成部11a の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍになしてある。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曲成部11a 内の誘電体14を伝播する。
【００３１】
また、直径が３８０ｍｍの封止板４を用い、曲成部11a に誘電率εｒが２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、曲成部11a の中心から曲成部11a の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになしてある。この場合、曲成部11a の幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該曲成部11a 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、マイクロ波は曲成部11a 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、アンテナのＱ値が向上する。
【００３２】
ところで、曲成部11a 内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、曲成部11a 内に誘電体14を装入した場合、曲成部11a に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍だけ短くなる。従って同じ直径の曲成部11a を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、曲成部11a の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15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３３】
図４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４に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の曲成部11a に対向する部分に、曲成部11a の直径方向が長手方向になるように、即ち曲成部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向と長手方向とが直交するように短冊状に開設してある。曲成部11a が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍである。
【００３４】
各スリット15，15，…は、導入部11b 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は曲成部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を開設してあり、両スリット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スリット15，15，…がそれぞれ開設してある。
【００３５】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10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、環状導波管型アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、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。
【００３６】
処理室２の周囲壁には貫通孔が開設してあり、該貫通孔には処理室２内へ反応ガスを導入するガス導入管５が嵌合してある。また、処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台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。更に、処理室２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。
【００３７】
カバー部材10の内部であって、各スリット15，15，…を含む所定の領域には、矩形の空洞部16，16，…が、封止板４と平行に開設してあり、各空洞部16，16，…には、スリット15，15，…の開口面積より広い面積であるアルミニウム板製のシャッタ18，18，…が摺動自在に装入してある。カバー部材10の曲成部11a の周囲には、平面視がＣ字状であり、外周面に複数の歯が設けてある第１ギヤ21が曲成部11a の中心軸と同心円状に配置してあり、第１ギヤ21は図示しない案内部材によって、曲成部11a の中心軸周りに回動し得るようになしてある。
【００３８】
第１ギヤ21には円筒状の第２ギヤ22が噛合してあり、第２ギヤ22の回転軸はステッピングモータ27の出力軸に連結してある。このステッピングモータ27の回転駆動は駆動制御装置28によって制御されるようになっており、駆動制御装置28は、該駆動制御装置28に与えられた指令に従って、ステッピングモータ27を正逆回転させる正負パルスを前記指令で指定された回数だけステッピングモータ27に与える。
【００３９】
第１ギヤ21には、断面視が倒立Ｔ字状の案内溝23が第１ギヤ21の中心線上に設けてあり、該案内溝23上には、前述したシャッタ18，18，…をそれぞれ支持するセラミックス製の支持片31，31，…がスリット15，15，…に対応して配置してある。各支持片31，31，…の中心軸上には支持片31，31，…を貫通するネジ孔がそれぞれ開設してあり、各ネジ孔には固定ネジ32，32，…が支持片31，31，…の上から下へ螺合してある。各固定ネジ32，32，…の下端は支持片31，31，…の下端から突出させてあり、固定ネジ32，32，…の下端には止め座金33，33，…が固定してある。このような固定具34，34，…にあっては、固定ネジ32，32，…を正方向へ回動して止め座金33，33，…を案内溝23の上面に圧接させることによって、支持片31，31，…を固定し、固定ネジ32，32，…を逆方向へ回動して固定を解除する。
【００４０】
カバー部材10の第１ギヤ21と曲成部11a との間には、前述した空洞部16，16，…に連通する円弧状の開口17が設けてあり、各支持片31，31，…とシャッタ18，18，…とは、前記開口17を貫通させたクランク状のアーム26，26，…によって連結してある。
【００４１】
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、固定ネジ32，32，…を逆方向へ回転して固定を解除し、ガス導入管５から処理室２内へ導入する反応ガスの組成及び各スリット15，15，…の位置に応じて、スリット15，15，…の幅、即ちスリット15，15，…の開口面積が所要の面積になるように、案内溝23に沿って各支持片31，31，…の位置を調節し、固定ネジ32，32，…を正方向へ回転して各支持片31，31，…を固定した後、駆動制御装置28を起動させる。
【００４２】
駆動制御装置28には、プラズマの生成を開始するに際して、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ正回転させて、第２ギヤ22、該第２ギヤ22に噛合した第１ギヤ21、第１ギヤ21に固定した支持片31，31，…及びシャッタ18，18，…を回動することによってスリット15，15，…の開口面積を狭くし、所定時間経過した後、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ逆回転させて、スリット15，15，…の開口面積を広くする指令が予め与えられている。
【００４３】
例えば、各スリット15，15，…の幅が２０ｍｍである場合、シャッタ18，18，…によって、各スリット15，15，…の開口幅を１０ｍｍまで狭くしてプラズマの生成を開始し、その後、シャッタ18，18，…をスリット15，15，…の開口外へ移動させ、各スリット15，15，…の開口幅を２０ｍｍまで広くする。
【００４４】
開口面積が狭いスリット15，15，…からマイクロ波を放射することによって、強電界強度のマイクロ波が放射されるため、短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。一方、マイクロ波の放射エネルギ量はスリット15，15，…の開口面積が広いほど多く、放射エネルギ量が多いほど、生成したプラズマが安定化する。そのため、前述した如く、プラズマの生成を開始した後に、各スリット15，15，…の開口を広くすることによって、高密度なプラズマを安定して生成することができる。
【００４５】
駆動制御装置28がステッピングモータ27を所定ステップ数だけ正回転させてスリット15，15，…の開口面積が狭なった後、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、ガス導入管５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30から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管29を経て環状導波管型アンテナ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、環状導波管型アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域においてプラズマの生成を開始する。
【００４６】
プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、駆動制御装置28は、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ逆回転させてスリット15，15，…の開口面積を広くする。これによって、高密度なプラズマが安定して生成される。このプラズマは拡散しつつ載置台３へ伝播し、略均一になったプラズマによって載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。
【００４７】
（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示す模式的部分平面図であり、有終端の導波管型アンテナ12が設けてある。また、図６は図５に示した導波管型アンテナ12を説明する説明図である。なお、両図中、図１及び図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。導波管型アンテナ12の一端は、マイクロ波発振器に連接した導波管が連結してあり、導波管型アンテナ12の他端は閉塞してある。導波管型アンテナ12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６にあってはＣ字状）、適宜の曲率に成形した曲成部12a になしてある。
【００４８】
カバー部材10の曲成部12a に対向する部分に短冊状の複数のスリット15，15，…が、各スリット15，15，…の長手方向と平行をなす中心軸が曲成部12a の中心軸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、導波管型アンテナ12の閉塞した端部からｍ・λｇ／２の位置に定めてある。つまり、各スリット15，15，…は導波管型アンテナ12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、該電界は封止板を透過して反応器内へ導入される。
【００４９】
カバー部材10上の各シャッタ18，18，…に対応する部分には、複数の歯を側面に設けてなる複数のラック35，35，…が、開口17に倣って摺動自在に配設してあり、各ラック35，35，…とシャッタ18，18，…とはアーム26，26，…によって連結してある。各ラック35，35，…にはそれぞれピニオン36，36，…が噛合してあり、ピニオン36，36，…は、各ピニオン36，36，…に応じて配した複数のステッピングモータ（図示せず）によって正逆回転されるようになしてある。
【００５０】
各ステッピングモータを駆動して、ピニオン36，36，…を各別に回転させることによって、シャッタ18，18，…をスリット15，15，…内の異なる位置に配置することができ、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節することができる。そのため、スリット15，15，…の開口面積の調節作業が容易である。また、全ピニオン36，36，…を同じ回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、全スリット15，15，…の開口面積を一定量だけ増減させることもできる。
【００５１】
このようなプラズマ処理装置によって試料をエッチングするには、ピニオン36，36，…を各別に回転させて、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節しておき、全ピニオン36，36，…を正回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、前同様、スリット15，15，…の開口面積を狭くして、プラズマの生成を開始する。プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、全ピニオン36，36，…を逆回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を広くし、高密度で安定したプラズマによって試料の表面をエッチングする。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は実施の形態３を示す模式的部分平面図である。本実施の形態にあっては、図２に示した環状導波管型アンテナ11が設けてあり、各シャッタ18，18，…を支持する支持部材として、上面に複数の歯が設けてあるラック37，37，…をカバー部材10上に摺動自在に配置した以外は、実施の形態２に示したプラズマ処理装置と実質的に同じ構成になしてある。
【００５３】
このようなプラズマ処理装置によって試料をエッチングするには、前同様、適宜のステッピングモータ27，27，…によって対応するピニオン38，38，…を回転させて、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節しておき、全ステッピングモータ27，27，…によってピニオン38，38，…を正回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を狭くして、プラズマの生成を開始する。プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、全ステッピングモータ27，27，…によってピニオン38，38，…を逆回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を広くし、高密度で安定したプラズマによって試料の表面をエッチングする。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明にあっては、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を小さくすることができる。また、マイクロ波は導波管型アンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。更に、導波管型アンテナに設けた複数のスリットの開口面積を変更部材によって変更し得るようになしてあるため、容器内へ導入する反応ガスの組成に応じて、各スリットの開口面積を適宜に変更することによって、反応器内に生成されるプラズマの密度を最適化することができる。
【００５５】
本発明にあっては、複数のスリット別に当該スリットから出射されるマイクロ波の電界強度を調整して、各スリットに応じて生成されるプラズマの密度を各別に制御することができるため、反応ガスの組成に拘わらず、容器内に生成されるプラズマの密度を、容器内に配置した被処理物と平行をなす面内で略均一にすることができる。
【００５６】
本発明にあっては、複数の変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させてプラズマの生成を開始することによって、強電界強度のマイクロ波を放射して短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。また、プラズマの生成を開始した後に、各変更部材を摺動させて、各スリットの開口を相対的に広くすることによって、高密度で安定なプラズマを生成することができる。
【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模式的平面図である。
【図３】図１に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。
【図４】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５】実施の形態２を示す模式的部分平面図である。
【図６】図５に示した導波管型アンテナを説明する説明図である。
【図７】実施の形態３を示す模式的部分平面図である。
【図８】特開昭62−5600号公報に開示した装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図９】図８に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 反応器
４ 封止板
１０ カバー部材
１１ 環状導波管型アンテナ
１１ａ 曲成部
１１ｂ 導入部
１２ 導波管型アンテナ
１５ スリット
１６ 空洞部
１８ シャッタ
１７ 開口
２１ 第１ギヤ
２２ 第２ギヤ
２３ 案内溝
２７ ステッピングモータ
３１ 支持片
３２ 固定ネジ
３５ ラック
３６ ピニオン
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子基板、ディスプレイ用ガラス基板等の製造においてプラズマを利用して被処理物にエッチング、アッシング又はＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装置、及び該装置を用いて被処理物をプラズマ処理する方法に関する。
【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使用されている。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。
【０００３】
図８は、特開昭62−5600号公報に開示した装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図であり、図９は図８に示したマイクロ波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53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29に内嵌させてある。導波管29にはマイクロ波発振器30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29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54a 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54a 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29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、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】
このようなマイクロ波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30からマイクロ波を発振させ、これを導波管29を介して誘電体線路54に導入する。このとき、テーパ部54a 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。
【０００８】
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53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、マイクロ波が処理室42内へ伝播する。これにより、処理室42内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく処理室42を大きくしても、その処理室42の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを均一にプラズマ処理することができる。
【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54にマイクロ波を均一に拡がらせるために、封止板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54a を設けてあり、このテーパ部54a の寸法は、誘電体線路54の矩形部分の面積、即ち処理室42の水平方向の面積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の周縁から突出させたテーパ部54a 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】
ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、処理室42の水平方向の面積、即ち反応器41の水平方向の寸法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、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54a の寸法は処理室42の水平方向寸法に応じて定めるため、処理室42が大きくなるに従ってテーパ部54a の寸法が長くなる。従って、反応器41が更に大きいプラズマ処理装置を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】
一方、反応器41内に生成されるプラズマの密度分布は、反応器41内へ導入する反応ガスの組成及び誘電体線路54の構造等によって変化するが、反応ガスの組成に拘わらず、均一で且つ適宜な密度分布を有するプラズマを生成することも要求されている。しかしながら、従来のプラズマ処理装置によってその要求に応えるためには、使用する反応ガスの組成に応じた構造の誘電体線路に取り換えなければならないため、装置コストが高く、また取り換えに多くの手間を要するという問題があった。
【００１２】
本発明は斯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、環状又はＣ字状若しくは渦巻き状の導波管型アンテナに設けた複数のスリットから容器内へマイクロ波を放射すると共に、変更部材によって複数のスリットの開口面積を変更する構成になすことによって、水平方向の面積が大きい処理室であってもプラズマ処理装置全体の寸法、特に水平方向の寸法を小さくすることができると共に、反応ガスの組成に拘わらず均一で所要密度分布のプラズマを生成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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、容器の開口を封止する封止部材の表面上に環状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、容器の開口を封止する封止部材の表面上にＣ字状又は渦巻き状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
容器（反応器）の開口を封止する封止部材に対向配置した環状又はＣ字状若しくは渦巻き状の導波管型アンテナにマイクロ波を入射し、前記導波管型アンテナの封止部材に対向する部分に開設した複数のスリットから容器内へマイクロ波を放射させる。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、容器内にプラズマが生成される。このように、前述した如き突出部を設けることなく、導波管型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、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。一方、マイクロ波は導波管型アンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。
【００１６】
前述した導波管型アンテナのスリットから放射されたマイクロ波の電界強度はスリットの開口面積に依存しており、スリットの開口面積が小さいほど電界強度が強い。電界強度が強い領域に生成されるプラズマの密度は、電界強度が相対的に弱い領域に生成されるプラズマの密度より高い。即ち、スリットの開口面積を変更することによって、容器内に生成されるプラズマの密度を調整することができる。
【００１７】
本発明にあっては、導波管型アンテナに設けた複数のスリットの開口面積を変更部材によって変更し得るようになしてあるため、容器内へ導入する反応ガスの組成に応じて、各スリットの開口面積を適宜に変更することによって、反応器内に生成されるプラズマの密度を最適化することができる。
【００１９】
各スリットに応じて設けた複数の変更部材をそれぞれ支持部材で支持してあり、各支持部材は溝又はレール等の案内部によって、それが支持する変更部材がスリットの開口面積を変更するように案内される。案内部に沿って支持部材を移動させ、各スリットが適宜の開口面積になるように変更部材を摺動させ、固定部によって各支持部材を固定する。これによって、複数のスリット別に当該スリットから放射されるマイクロ波の電界強度を調整して、各スリットに応じて生成されるプラズマの密度を各別に制御することができる。従って、反応ガスの組成に拘わらず、容器内に生成されるプラズマの密度を、容器内に配置した被処理物と平行をなす面内で略均一にすることができる。
【００２０】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導波管型アンテナの周囲に回動自在に配置してあり、前記案内部を設けてなるＣ字状の第１ギヤと、第１ギヤに噛合した第２ギヤと、第２ギヤを回転駆動する回転駆動装置とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係るプラズマ処理方法は、上述のプラズマ処理装置を用いて、容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する方法であって、複数の変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させてからプラズマの生成を開始し、その後、各変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に広くなるように摺動させることを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、案内部を設けてなるＣ字状の第１ギヤを正方向へ、該第１ギヤに噛合した第２ギヤを回転駆動装置で回転駆動することによって、又は各スリットの開口面積をそれぞれ変更する複数の変更部材を、各変更部材に応じて設けた複数の駆動装置によって前進させることによって、案内部に取り付けてある複数の支持部材及び変更部材を、又は各駆動装置に連動する変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させる。そして、各スリットから容器内へマイクロ波を放射させることによってプラズマの生成を開始する。このように、開口面積が狭いスリットからマイクロ波を放射することによって、強電界強度のマイクロ波が放射されるため、短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。
【００２４】
一方、マイクロ波の放射エネルギ量はスリットの開口面積が広いほど多く、放射エネルギ量が多いほど、生成したプラズマが安定化する。そのため、プラズマの生成を開始した後に、各変更部材を摺動させて、各スリットの開口を相対的に広くする。これによって、高密度で安定なプラズマを生成することができる。
【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模式的平面図である。また、図３は図１に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部開口は封止板４で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上には、反応器１内へマイクロ波を導入するための環状導波管型アンテナ11が設けてある。環状導波管型アンテナ11は、断面視がコ字状の部材を環状に成形してなる曲成部11a を備えており、カバー部材10の曲成部11a に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００２８】
曲成部11a 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の周囲には該曲成部11a へマイクロ波を導入するための導入部11b が、曲成部11a の直径方向になるように連結してある。この導入部11b 及び曲成部11a 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11b にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29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29を経て環状導波管型アンテナ11の導入部11b に入射される。この入射波は、導入部11b から曲成部11a へ導入される。曲成部11a へ導入されたマイクロ波は、曲成部11a を互いに逆方向へ進行する進行波として、該曲成部11a 内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、曲成部11a の前記開口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、曲成部11a の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。
【００３０】
このとき、曲成部11a 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にすべく、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、曲成部11a の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍになしてある。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曲成部11a 内の誘電体14を伝播する。
【００３１】
また、直径が３８０ｍｍの封止板４を用い、曲成部11a に誘電率εｒが２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、曲成部11a の中心から曲成部11a の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになしてある。この場合、曲成部11a の幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該曲成部11a 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、マイクロ波は曲成部11a 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、アンテナのＱ値が向上する。
【００３２】
ところで、曲成部11a 内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、曲成部11a 内に誘電体14を装入した場合、曲成部11a に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍だけ短くなる。従って同じ直径の曲成部11a を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、曲成部11a の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15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３３】
図４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４に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の曲成部11a に対向する部分に、曲成部11a の直径方向が長手方向になるように、即ち曲成部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向と長手方向とが直交するように短冊状に開設してある。曲成部11a が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍである。
【００３４】
各スリット15，15，…は、導入部11b 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は曲成部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を開設してあり、両スリット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スリット15，15，…がそれぞれ開設してある。
【００３５】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10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、環状導波管型アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、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。
【００３６】
処理室２の周囲壁には貫通孔が開設してあり、該貫通孔には処理室２内へ反応ガスを導入するガス導入管５が嵌合してある。また、処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台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。更に、処理室２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。
【００３７】
カバー部材10の内部であって、各スリット15，15，…を含む所定の領域には、矩形の空洞部16，16，…が、封止板４と平行に開設してあり、各空洞部16，16，…には、スリット15，15，…の開口面積より広い面積であるアルミニウム板製のシャッタ18，18，…が摺動自在に装入してある。カバー部材10の曲成部11a の周囲には、平面視がＣ字状であり、外周面に複数の歯が設けてある第１ギヤ21が曲成部11a の中心軸と同心円状に配置してあり、第１ギヤ21は図示しない案内部材によって、曲成部11a の中心軸周りに回動し得るようになしてある。
【００３８】
第１ギヤ21には円筒状の第２ギヤ22が噛合してあり、第２ギヤ22の回転軸はステッピングモータ27の出力軸に連結してある。このステッピングモータ27の回転駆動は駆動制御装置28によって制御されるようになっており、駆動制御装置28は、該駆動制御装置28に与えられた指令に従って、ステッピングモータ27を正逆回転させる正負パルスを前記指令で指定された回数だけステッピングモータ27に与える。
【００３９】
第１ギヤ21には、断面視が倒立Ｔ字状の案内溝23が第１ギヤ21の中心線上に設けてあり、該案内溝23上には、前述したシャッタ18，18，…をそれぞれ支持するセラミックス製の支持片31，31，…がスリット15，15，…に対応して配置してある。各支持片31，31，…の中心軸上には支持片31，31，…を貫通するネジ孔がそれぞれ開設してあり、各ネジ孔には固定ネジ32，32，…が支持片31，31，…の上から下へ螺合してある。各固定ネジ32，32，…の下端は支持片31，31，…の下端から突出させてあり、固定ネジ32，32，…の下端には止め座金33，33，…が固定してある。このような固定具34，34，…にあっては、固定ネジ32，32，…を正方向へ回動して止め座金33，33，…を案内溝23の上面に圧接させることによって、支持片31，31，…を固定し、固定ネジ32，32，…を逆方向へ回動して固定を解除する。
【００４０】
カバー部材10の第１ギヤ21と曲成部11a との間には、前述した空洞部16，16，…に連通する円弧状の開口17が設けてあり、各支持片31，31，…とシャッタ18，18，…とは、前記開口17を貫通させたクランク状のアーム26，26，…によって連結してある。
【００４１】
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、固定ネジ32，32，…を逆方向へ回転して固定を解除し、ガス導入管５から処理室２内へ導入する反応ガスの組成及び各スリット15，15，…の位置に応じて、スリット15，15，…の幅、即ちスリット15，15，…の開口面積が所要の面積になるように、案内溝23に沿って各支持片31，31，…の位置を調節し、固定ネジ32，32，…を正方向へ回転して各支持片31，31，…を固定した後、駆動制御装置28を起動させる。
【００４２】
駆動制御装置28には、プラズマの生成を開始するに際して、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ正回転させて、第２ギヤ22、該第２ギヤ22に噛合した第１ギヤ21、第１ギヤ21に固定した支持片31，31，…及びシャッタ18，18，…を回動することによってスリット15，15，…の開口面積を狭くし、所定時間経過した後、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ逆回転させて、スリット15，15，…の開口面積を広くする指令が予め与えられている。
【００４３】
例えば、各スリット15，15，…の幅が２０ｍｍである場合、シャッタ18，18，…によって、各スリット15，15，…の開口幅を１０ｍｍまで狭くしてプラズマの生成を開始し、その後、シャッタ18，18，…をスリット15，15，…の開口外へ移動させ、各スリット15，15，…の開口幅を２０ｍｍまで広くする。
【００４４】
開口面積が狭いスリット15，15，…からマイクロ波を放射することによって、強電界強度のマイクロ波が放射されるため、短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。一方、マイクロ波の放射エネルギ量はスリット15，15，…の開口面積が広いほど多く、放射エネルギ量が多いほど、生成したプラズマが安定化する。そのため、前述した如く、プラズマの生成を開始した後に、各スリット15，15，…の開口を広くすることによって、高密度なプラズマを安定して生成することができる。
【００４５】
駆動制御装置28がステッピングモータ27を所定ステップ数だけ正回転させてスリット15，15，…の開口面積が狭なった後、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、ガス導入管５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30から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管29を経て環状導波管型アンテナ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、環状導波管型アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域においてプラズマの生成を開始する。
【００４６】
プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、駆動制御装置28は、ステッピングモータ27を所定ステップ数だけ逆回転させてスリット15，15，…の開口面積を広くする。これによって、高密度なプラズマが安定して生成される。このプラズマは拡散しつつ載置台３へ伝播し、略均一になったプラズマによって載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。
【００４７】
（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示す模式的部分平面図であり、有終端の導波管型アンテナ12が設けてある。また、図６は図５に示した導波管型アンテナ12を説明する説明図である。なお、両図中、図１及び図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。導波管型アンテナ12の一端は、マイクロ波発振器に連接した導波管が連結してあり、導波管型アンテナ12の他端は閉塞してある。導波管型アンテナ12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６にあってはＣ字状）、適宜の曲率に成形した曲成部12a になしてある。
【００４８】
カバー部材10の曲成部12a に対向する部分に短冊状の複数のスリット15，15，…が、各スリット15，15，…の長手方向と平行をなす中心軸が曲成部12a の中心軸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、導波管型アンテナ12の閉塞した端部からｍ・λｇ／２の位置に定めてある。つまり、各スリット15，15，…は導波管型アンテナ12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、該電界は封止板を透過して反応器内へ導入される。
【００４９】
カバー部材10上の各シャッタ18，18，…に対応する部分には、複数の歯を側面に設けてなる複数のラック35，35，…が、開口17に倣って摺動自在に配設してあり、各ラック35，35，…とシャッタ18，18，…とはアーム26，26，…によって連結してある。各ラック35，35，…にはそれぞれピニオン36，36，…が噛合してあり、ピニオン36，36，…は、各ピニオン36，36，…に応じて配した複数のステッピングモータ（図示せず）によって正逆回転されるようになしてある。
【００５０】
各ステッピングモータを駆動して、ピニオン36，36，…を各別に回転させることによって、シャッタ18，18，…をスリット15，15，…内の異なる位置に配置することができ、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節することができる。そのため、スリット15，15，…の開口面積の調節作業が容易である。また、全ピニオン36，36，…を同じ回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、全スリット15，15，…の開口面積を一定量だけ増減させることもできる。
【００５１】
このようなプラズマ処理装置によって試料をエッチングするには、ピニオン36，36，…を各別に回転させて、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節しておき、全ピニオン36，36，…を正回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、前同様、スリット15，15，…の開口面積を狭くして、プラズマの生成を開始する。プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、全ピニオン36，36，…を逆回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を広くし、高密度で安定したプラズマによって試料の表面をエッチングする。
【００５２】
（実施の形態３）
図７は実施の形態３を示す模式的部分平面図である。本実施の形態にあっては、図２に示した環状導波管型アンテナ11が設けてあり、各シャッタ18，18，…を支持する支持部材として、上面に複数の歯が設けてあるラック37，37，…をカバー部材10上に摺動自在に配置した以外は、実施の形態２に示したプラズマ処理装置と実質的に同じ構成になしてある。
【００５３】
このようなプラズマ処理装置によって試料をエッチングするには、前同様、適宜のステッピングモータ27，27，…によって対応するピニオン38，38，…を回転させて、各スリット15，15，…を所要の開口面積に調節しておき、全ステッピングモータ27，27，…によってピニオン38，38，…を正回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を狭くして、プラズマの生成を開始する。プラズマの生成を開始してから所定時間経過したとき、全ステッピングモータ27，27，…によってピニオン38，38，…を逆回転方向へ同じステップ数だけ回転させることによって、スリット15，15，…の開口面積を広くし、高密度で安定したプラズマによって試料の表面をエッチングする。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明にあっては、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を小さくすることができる。また、マイクロ波は導波管型アンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。更に、導波管型アンテナに設けた複数のスリットの開口面積を変更部材によって変更し得るようになしてあるため、容器内へ導入する反応ガスの組成に応じて、各スリットの開口面積を適宜に変更することによって、反応器内に生成されるプラズマの密度を最適化することができる。
【００５５】
本発明にあっては、複数のスリット別に当該スリットから出射されるマイクロ波の電界強度を調整して、各スリットに応じて生成されるプラズマの密度を各別に制御することができるため、反応ガスの組成に拘わらず、容器内に生成されるプラズマの密度を、容器内に配置した被処理物と平行をなす面内で略均一にすることができる。
【００５６】
本発明にあっては、複数の変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させてプラズマの生成を開始することによって、強電界強度のマイクロ波を放射して短時間内に確実にプラズマを生成することができ、所謂着火性が向上する。また、プラズマの生成を開始した後に、各変更部材を摺動させて、各スリットの開口を相対的に広くすることによって、高密度で安定なプラズマを生成することができる。
【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模式的平面図である。
【図３】図１に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。
【図４】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５】実施の形態２を示す模式的部分平面図である。
【図６】図５に示した導波管型アンテナを説明する説明図である。
【図７】実施の形態３を示す模式的部分平面図である。
【図８】特開昭62−5600号公報に開示した装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図９】図８に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 反応器
４ 封止板
１０ カバー部材
１１ 環状導波管型アンテナ
１１ａ 曲成部
１１ｂ 導入部
１２ 導波管型アンテナ
１５ スリット
１６ 空洞部
１８ シャッタ
１７ 開口
２１ 第１ギヤ
２２ 第２ギヤ
２３ 案内溝
２７ ステッピングモータ
３１ 支持片
３２ 固定ネジ
３５ ラック
３６ ピニオン
Claims (4)
- 容器の開口を封止する封止部材の表面上に環状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、
前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、
各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 容器の開口を封止する封止部材の表面上にＣ字状又は渦巻き状の導波管型アンテナが設けてあり、該導波管型アンテナの前記封止部材に対向する部分に複数のスリットが開設してあり、マイクロ波を導波管型アンテナに入射し、各スリットから前記容器内へマイクロ波を放射させて容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する装置であって、
前記スリットの開口面積を変更する変更部材を備え、
各スリットに応じて、複数の変更部材が前記封止部材と略平行をなす面内で摺動自在に設けてあり、各変更部材をそれぞれ支持する複数の支持部材と、対応する変更部材によってスリットの開口面積を変更すべく各支持部材を案内する案内部と、支持部材を案内部の任意位置で固定する固定部とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記導波管型アンテナの周囲に回動自在に配置してあり、前記案内部を設けてなるＣ字状の第１ギヤと、第１ギヤに噛合した第２ギヤと、第２ギヤを回転駆動する回転駆動装置とを備える請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
- 請求項３に記載のプラズマ処理装置を用いて、容器内にプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理する方法であって、複数の変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に狭くなるように摺動させてからプラズマの生成を開始し、その後、各変更部材を、対応するスリットの開口面積が相対的に広くなるように摺動させることを特徴とするプラズマ処理方法。
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