JPH04133322A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に係り。

特にマイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラ
ズマ生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイ
プのマイクロ波プラズマ処理装置であって、かつ、半導
体素子基板等の試料にエツチング処理、成膜処理等の処
理を施すのに好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来のマイクロ波プラズマ処理装置としては、例えば１
日立評論、Ｖｏｌ、　７１．　Ｎｏ、　５．　ＰＰ、　
３３〜３８（１９８９）や特公昭５３−３４４６１号公
報等に記載のような、マイクロ波を伝播する導波管の内
側に石英製の放電管を有し、該放電管内でマイクロ波電
界と磁界との相乗作用によりプラズマを発生させ、該プ
ラズマを利用して処理室内の半導体ウェハをエツチング
処理するようにしたものが知られている。

また１例えば、特開昭５９−１０３３４０号公報、特開
昭６４−２５４２０号公報等に記載のような、マイクロ
波を伝播する円形の導波管の内側に石英製の放電管を有
し、該放電管内でマイクロ波電界の作用によりプラズマ
を発生させ、該プラズマを利用して処理室内の半導体素
子基板等の試料をエツチング処理や成膜処理するように
したものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ プラズマを利用した半導体素子基板等の試料の処理では
、試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布を均一に
しないと、試料の被処理面内での処理の均一性を確保で
きない。

また、本発明者の知見によれば、例えば、シリコン酸化
膜等の絶縁物のエツチング処理では、プラズマ中のラジ
カル等の活性中性粒子のエネルギ寄与度合いよりも、該
活性中性粒子より高エネルギであるイオンのエツチング
寄与度合いの方が大きい。しかし、イオンのエネルギが
高過ぎると試料にイオン損傷を与え好ましくない。従っ
て、試料のイオン損傷の防止の観点からは、プラズマは
処理ガスをイオン化する程度のエネルギが好ましく、処
理速度を向上させるためには、イオン化率の向上、つま
り、プラズマ密度の向上が必要となる。

これに対し、上記従来技術、即ち、前者の所謂有磁場型
のマイクロ波プラズマ処理技術及び後者の所謂無磁場型
のマイクロ波プラズマ処理技術では、いずれも導波管部
には石英製、つまり、マイクロ波透過材で形成された放
電管が有り、該放電管の内部はプラズマで満たされ外部
は大気である。

従って、放電管内のプラズマには、導波管がマイクロ波
透過材で形成されているため、導波管で伝播されてきた
マイクロ波が進行方向のみならず放電管の側面方向等か
らも導入されるため、プラズマ内のマイクロ波の進行状
態は極めて複雑なものとなる。これにより、試料の被処
理面に対応するプラズマ密度分布の均一性が損なわれる
ようになり、試料の被処理面内での処理の均一性が低下
するといった未だ解決すべき課題を有している。

また、一方、処理速度を向上させるには、上記したよう
にプラズマ密度の向上が必要になる。これに対しては処
理圧力を変えるが、投入するマイクロ波パワーを増加さ
せる等の方策が有るが、しかし、プラズマ密度をより高
密度化して処理速度を向上させるには、上記従来技術は
限界を有する。

尚、処理速度向上のためにマイクロ波パワーを増加させ
るに伴って試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布
の均一性が更に損なねれるようになり、試料の被処理面
内での処理の均一性の低下に及ぼす影響は更に深刻なも
のとなる。

本発明の目的は、試料の被処理面内での処理の均一性を
向上、確保できる導波管とは隔離され内部にプラズマ生
成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプのマ
イクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。

また、他の目的は、試料の被処理面内での処理の均一性
を向上、確保でき、かつ、処理速度を向上できる導波管
とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段
を導波管部に有するタイプのマイクロ波プラズマ処理装
置を提供することにある。

また、更に他の目的は、試料の被処理面内での処理の均
一性を向上、確保でき、かつ、イオン損傷を防止して処
理速度を向上できる導波管とは隔離され内部にプラズマ
生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプの
マイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内
部にプラズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部
に有し、前記プラズマを利用して試料を処理する装置を
、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する
部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイ
クロ波不透過材で形成したものとすることにより、達成
される。

また、上記他の目的は、マイクロ波伝播用の導波管とは
隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段を前
記導波管部に有し、前記プラズマを利用して試料を処理
する装置を、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向
と対応する部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の
部分をマイクロ波不透過材で形成し、前記試料が設置さ
れる試料台にバイアス用電源を接続したものとし、また
、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズ
マ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し、前
記プラズマを利用して試料を処理する装置を、前記放電
手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部分をマイ
クロ波透過材で形成し、その他の部分をマイクロ波不透
過材で形成し、前記導波管の内部空間を前記マイクロ波
のインピーダンスマツチングが可能な空間としたものと
することにより、達成される。

また、上記更に他の目的は、マイクロ波伝播用の導波管
とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電手段
を前記導波管部に有し、前記プラズマを利用して試料を
処理する装置を、前記放電手段の前記マイクロ波の進行
方向と対応する部分をマイクロ波透過材で形成し、その
他の部分をマイクロ波不透過材で形成し、前記導波管の
内部空間を前記マイクロ波のインピーダンスマツチング
が可能な空間としたものとし、また、マイクロ波伝播用
の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する
放電手段を前記導波管部に有し、前記プラズマを利用し
て試料を処理する装置を、前記放電手段の前記マイクロ
波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透過材で形成
し、その他の部分をマイクロ波不透過材で形成し、少な
くとも前記放電手段のプラズマ生成領域に印加される磁
界を発生する手段を設け、前記試料の被処理面近傍の磁
界を補正する手段を設けたものとし、更にまた、マイク
ロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ生成領
域を有する放電手段を前記導波管部に有し、前記プラズ
マを利用して試料を処理する装置を、前記放電手段の前
記マイクロ波の進行方向と対応する部分をマイクロ波透
過材で形成し、その他の部分をマイクロ波不透過材で形
成し、前記マイクロ波を円偏波に変換して前記導波管へ
伝播させる手段を設けたものとすることにより、達成さ
れる。

［作月］ マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ
生成領域を有する放電手段であって上記導波管部に有さ
れる放電手段のマイクロ波の進行方向と対応する部分は
マイクロ波透過材で形成され、その他の部分はマイクロ
波不透過材で形成される。従って、導波管を伝播してき
たマイクロ波は、放電手段のマイクロ波透過材で形成さ
れた郡部からのみ放電手段の内部には導入されない。こ
のため、従来のように側面等からもマイクロ波が導入さ
れるものに比べて試料の被処理面に対応するプラズマ密
度分布の均一性が大幅に向上し、これを利用して処理さ
れる試料の被処理面内での処理の均一性が向上する。

また、これと共に、試料が設置される試料台にバイアス
用電源を接続、つまり、試料にバイアス電圧を印加し試
料の被処理面に入射させられるイオンを加速することで
、処理速度が向上する。

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプ
ラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管部
に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応する
部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分はマ
イクロ波不透過材で形成され、上記導波管の内部空間は
マイクロ波のインピーダンスマツチングが可能な空間と
されている。このように放電手段を構成することで、上
記したように試料の被処理面に対応するプラズマ密度分
布の均一性が大幅に向上し、これを利用して処理される
試料の被処理面内での処理の均一性が向上する。これと
共に、マイクロ波の反射波を零にすることができる。つ
まり、マイクロ波が放電手段のプラズマ生成領域でのプ
ラズマに効率良く吸収されるようになる。このため、プ
ラズマ密度が高まり、これにより処理速度が向上する。

更に、試料に対するイオンの加速エネルギを低く押える
ことができ、低ダメージで処理速度が向上する。

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプ
ラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管部
に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応する
部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分はマ
イクロ波不透過材で形成され、少なくとも放電手段のプ
ラズマ生成領域に印加される磁界を発生する手段と試料
の被処理面近傍の磁界を補正する手段とが設けられる。

この場合、更に、補正磁界の方向、強さが調節されてプ
ラズマ密度、均一性が補正され、これにより、試料の処
理速度、均一性が補正される。

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプ
ラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管部
に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応する
部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分はマ
イクロ波不透過材で形成され、マイクロ波を円偏波に変
換して上記導波管へ伝播させる手段が設けられる。この
場合、更に、マイクロ波を円偏波に変換して上記導波管
へ伝播させることで、放電手段のプラズマ生成領域での
プラズマの生成密度が大幅に向上し試料の処理速度が更
に低ダメージで向上する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエツ
チング装置の要部縦断面構成図である。

第１図で、真空容器１０は、その頂部が開放した構造と
なっている。真空容器１０は、例えば、ステンレス鋼で
形成されている。真空容器１０の頂部開放部の形状は、
この場合、平面視略円形である。

真空容器１０の側壁底部には、排気ノズル１１が形成さ
れている。真空排気装置２０は、真空容器１０外に設置
されている。排気ノズル１１と真空排気装置２０の吸気
口とは、排気管２１で連結されている。排気管２１には
、開閉弁（図示省略）、排気抵抗可変弁（図示省Ｑ）等
が設けられている。

第１図で、内部にプラズマ生成領域を有する手段である
放電ブロック３０は、その形状がマイクロ波の進行方向
に対して断面積変化のない中空円筒であり、マイクロ波
不透過材、この場合、アルミニウム等の非磁性導電材料
で形成されている。放電ブロック３０の外形寸法は、真
空容器１０の頂部開放部の寸法よりも大きくなっている
。放電ブロック３０は、その内部中空の細心を略垂直軸
とし、該内部中空を真空容器ｉｏの頂部開放部を介し真
空容器１０内に連通させて真空容器１０の頂壁に気密に
構設されている。放電ブロック３０の頂部には、その内
部中空の上端部を気密に封止してマイクロ波透過＄４０
が設けられている。マイクロ波透過窓４０は。

石英、アルミナ等のマイクロ波透過材料で形成されてい
る。つまり、真空容器１０内、放電ブロック３０の内部
中空及びマイクロ波透過窓４０により外部から遮断され
た空間５０が形成される。

第１図で、試料台輪６０が、その上部を空間５０に突出
させ、また、その下部を真空容器１０外に突出させた状
態で真空容器１０の底壁に気密を保持し設けられている
。真空容器１０の底壁と試料台軸６０とは、電気絶縁部
材７０により電気的に絶縁されている。試料台軸６０の
軸心は、略垂直軸となっている。

試料台６１は、一方の面、この場合、上面に試料設置面
を有している。試料台６１は、その試料設置面を略水平
面として試料台軸６０の上端に設けられている。尚、試
料台−６０と試料台６１とは、一体に形成されていても
勿論良い。この場合、空間５０の外には、バイアス用電
源である高周波電源８０が設置されている。試料台軸６
０は、高周波電源８０に接続されている。高周波電源８
０は、接地されている。

試料台軸６０、試料台６０は、導電材料で形成され。

試料台６１は、試料台軸６０と導通状態にある。一方、
真空容器１０は接地され、また、この場合、放電ブロッ
ク３０も真空容器１０を介して接地されている。

尚、バイアス用電源としては、この他に直流電源等の使
用も可能である。また、この場合、試料台６１の内部に
は、冷媒流路（図示省略）が形成され、試料台軸６０の
内部には、冷媒流路に連通して冷媒供給路（図示省ａＩ
）　、冷媒排出路（図示省略）がそれぞれ形成されてい
る。冷媒供給装置（図示省略）が、空間５０外に設置さ
れている。冷媒供給装置の冷媒供給口と試料台輪６０の
冷媒供給路とは、冷媒供給管（図示省略）で連結されて
いる。試料台軸６０の冷媒排出路には、冷媒排出管（図
示省略）の一端が連結され、その他端は、冷媒回収槽（
図示省Ｗ８）に連結若しくは大気開放されている。

第１図で、マイクロ波透過窓４０と試料台６１の試料設
置面、つまり、該試料設置面に半導体素子基板等の試料
９０が設置された場合はその被処理面とは、この場合、
上下方向に対向した状態となり、それらの面は略平行状
態となる、尚、放電ブロック３０の内部中空の細心、マ
イクロ波透過窓４０の中心及び試料台６１の試料設置面
、つまり、試料９０の被処理面の中心がそれぞれ略一致
するように構成されることが望ましい。また、この場合
、放電ブロック３０の内部中空の形状は、放電ブロック
３０の高さ方向で途中部から下端部にかけてテーパ状に
拡大した形状となっている。これは、放電ブロック３０
の内部中空の大きさが、試料９０の被処理面のそれより
もかさいためである。尚、放電ブロック３０の内部中空
の大きさが、試料９０の被処理面のそれよりも大きい場
合には、放電ブロック３０の内部中空の形状を上記のよ
うにテーパ状に拡大した形状となす必要は無く、放電ブ
ロック３０の高さ方向で上端部から下端部まで略同−と
しても良い。

第１図で、放電ブロック３０の内部には、ガス供給路１
００が形成されている。処理ガス源１０１が、空間５０
の外に設置されている。処理ガスゲン１０１とガス供給
路１００の一端とは、ガス供給管１０２で連結されてい
る。ガス供給管１０２には、開閉弁（図示省略）、ガス
流量制御器（図示省略）等が設けられている。ガス供給
路１００の他端は、放電ブロック３０の高さ方向の上端
部から途中部との間で放電ブロック３０の内部中空に開
口させられている。

第１図で、放電ブロック３０の外側には、該ブロック３
０を内部に含んだ状態で導波管１１０が配設されている
。導波管１１０は、真空容器１０で終端している。導波
管１１０の形状は、この場合、略円筒形である。導波管
１１０の閉止端壁である頂壁と放電ブロック３０の上端
部面（マイクロ波透過窓４０の上面）との間には、所定
の高さ（間隔）を有する空間１２０が形成されている。

この場合、導波管１１０の頂壁のマイクロ波透過窓４０
の上面と対向する部分には、開口が形成されている。尚
、該開口は、上記の位置に必ずしも設けられる必要はな
い。空間５０．１２０の外には、マイクロ波を発振する
手段であるマグネトロン１３０が設けられている。マグ
ネトロン１３０と導波管１１０とは、導波管ＩＩＩ、１
１２で連結されている。導波管１１１，１１２内は、導
波管１１０の頂壁の開口を介して空間１２０と連通状態
にある。ここで、導波管１１１は、矩形・円形直角変換
用の導波管であり、また、導波管１１２は、矩形の導波
管である。尚、マグネトロン１３０と導波管１１０とは
、その他のマイクロ波伝播手段、例えば、同軸ケーブル
等で連結されていても良い。

第１図で、導波管１１０の側壁外周には、磁界を発生す
る手段である空心コイル１４０，１４１が、高さ方向に
、この場合、２段環装されている。更に、この場合、空
心コイル１４０は空間１２０に、また、空心コイル１４
１は放電ブロック３０の外周側面に略対応させられてい
る。空心コイル１４０，１４１は、ＯＮ−〇ＦＦ手段（
図示省略）や通電量謂節手段（図示省略）等をそれぞれ
介して電源（図示省略）に接続されている。

第１図で、開閉弁、排気抵抗可変弁を開弁じ真空排気袋
Ｗ２０を作動することで、空間５０は減圧排気される。

また、ガス供給管１０２．開閉弁、ガス流量制御器等、
ガス供給路１００を介して処理ガス源１０１から放電ブ
ロック３０の内部中空に所定流量で所定のエツチング用
ガスが導入される。つまり、空間５０には、エツチング
用ガスが導入される。空間５０に導入されたエツチング
用ガスの一部は、排気抵抗可変弁の弁開度調節により真
空排気装置２０により排気され、これにより、空間５０
の圧力は、所定のエツチング処理圧力に調節される。

また、第１図で、公知の搬送手段（図示省略）で試料９
０が、この場合、１個真空容器１０内に搬入される。真
空容器１０内に搬入された試料９０は、搬送手段から試
料台６１に渡される。試料９０を渡した搬送手段は、試
料９０の処理を阻害しない場所に退避させられる。試料
台６１に渡された試料９０は、試料台９０の試料設置面
に被処理面上向き姿勢にて設置される。また、空心コイ
ル１４０，１４１が作動され放電ブロック３０の内部中
空には、磁界が印加される。

第１図で、マグネトロン１３０が作動され、例えば、２
．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振される。発振されたマ
イクロ波は、導波管１１２を介し導波管１１１で矩形モ
ードから円形モードに直角変換された後に導波管１１０
に導かれ、更に、マイクロ波透過窓４０のみを通して放
電ブロック３０内に伝播されて行く、空心コイル１４０
，１４１による磁界とマイクロ波電界との相乗作用によ
り放電ブロック３０内のエツチング用ガスは、プラズマ
化される。生成されたプラズマ中の荷電粒子は、放電ブ
ロック３０内の強い磁場作用により磁場と直角方向への
拡散が抑制され、磁場の弱い真空容器１０内側へ急速に
拡散して行き、試料台６１に設置された試料９０の被処
理面上を覆う。これにより、試料の被処理面は該プラズ
マにより所定エツチング処理される。更に、このとき、
高周波電源８０から試料台６１に高周波バイアス電圧を
印加することで、プラズマ中の＋イオン種は、高周波バ
イアスの負の周期に試料９０へ吸引されてその被処理面
に入射させられ、イオンエツチングを行なうことができ
る。また、試料台６１の内部の冷媒流路には、冷媒供給
装置から冷媒供給管、冷媒供給路を介して所定の冷媒（
冷却水や０℃未満の温度の冷媒等）が供給される。冷媒
流路を流通した冷媒は、冷媒排出路、冷媒排出管を経て
冷媒回収槽に回収若しくは大気排出される。

これにより、試料９０の温度は、所定温度に調節される
。

このように１本実施例では、導波管内に非磁性導電材料
で形成された放電ブロックを設けているため、マグネト
ロンから発振され導波管を伝播してきたマイクロ波は、
放電ブロックのマイクロ波透過窓からしか放電ブロック
内には導入されない。

このため、従来の放電管でその側面からもマイクロ波が
導入されるものに比べて、試料の被処理面に対応するプ
ラズマ密度分布の均一性を大幅に向上でき、従って、試
料の被処理面内で処理の均一性を向上させることができ
る。

また、放電ブロックを非磁性導電材料で形成しているた
め、空心コイルにより発生される磁界であって放電ブロ
ックの内部中空、つまり、プラズマ生成領域に印加され
る磁界の強度１分布状態を放電ブロックにより弱められ
たり乱されたりしないため、マイクロ波電界と磁界との
相乗作用を極めて効率的に得ることができる。このため
、試料の被処理面に対応するプラズマ密度の低下を防ぐ
ことができ試料の被処理面内でのエツチング処理速度の
低下を防止できる。これに加えて放電ブロックを非磁性
導電材料で形成しているため、プラズマ生成領域に印加
される磁界、の強度がより強まり、マイクロ波電界と磁
界との相乗作用を、より増強できる。このため、試料の
被処理面に対応するプラズマ密度をより高めることがで
き試料の被処理面内でのエツチング処理速度をより向上
させることができる。尚、プラズマ生成に磁界を用いず
マイクロ波電界のみを用いるタイプの無磁場型のマイク
ロ波プラズマエツチング装置にあっては。

放電ブロックを本実施例のように非磁性導電材料で形成
する必要は無く、導電性材料で形成すれば充分である。

また、放電ブロックの内部中空が、テーパ状に拡大した
形状となっているため、プラズマの横方向への拡散が容
易に実施され、その分、大面積のプラズマが得ら九、大
口径試料の被処理面内内外周のエツチング処理の均一化
を図ることができる。

また、試料の被処理面内でエツチング処理の均一性を向
上させることができる共に、バイアス印加によりイオン
エツチングを行なうことができエツチング処理速度を向
上させることができる。

尚、試料台６１の試料設置面に設置された試料９０の被
処理面からマイクロ波透過窓４０の内面までの距離は、
放電ブロックの内部中空での放電状態をより安定化させ
るために該内部中空の管内波長の少なくとも１／２とす
るのが望ましい。これにより、試料の被処理面内でエツ
チング処理の均一性をより安定して向上させることがで
きる。

本発明の第２の実施例を第２図、第３図により説明する
。

第２図は、本発明の第２の実施例のマイクロ波プラズマ
エツチング装置の要部縦断面構成図である。

第２図で、この場合、放電ブロック３０の頂面と導波管
１１０の頂壁内面との間隔りが調節可能に構成されてい
る。例えば、装置組み立て時や装置使用時等において、
導波管１１０若しくは放電ブロック３０を上下方向に移
動させる手段（図示省Ｗ８）により導波管１１０若しく
は放電ブロック３０を上下方向に移動させることで、間
隔りが調節される。尚、第２図で、その他第１図と同一
部品、装置等は同一符号で示し、説明を省略する。

第２図で、空間１２０の形状、つまり、導波管１１１の
連結部より拡大しその後マイクロ波透過窓４０で縮小す
る形状により間隔りを調節することで、マイクロ波のイ
ンピーダンスマツチングが可能であり、プラズマ等の負
荷からのマイクロ波の反射波を零にすることができる。

このときのプラズマ密度は、第３図に示すように、従来
の半球状の放電管を用いたものに比べ数倍上昇している
と考えられる。これは、マイクロ波の反射波を零にでき
ることで、マイクロ波が効率良くプラズマに吸収される
ようになるためである。

第３図は、プラズマ密度の大小を簡易的に比較するため
に、試料台６１に定パワー特性の高周波電源を印加して
その時の出力電圧を見たもので、電源出力パワー（Ｐ）
と出力電圧（Ｅ）との関係を本実施例（Ａ）、従来技術
（Ｂ）比較して示したものである。第３図は、出力電圧
がｔＪｌさい程放電インピーダンスが小さい、即ち、プ
ラズマ密度が高いことを示している。

従って、本実施例では、上記一実施例での効果に加えて
次のような効果が得られる。

（１）プラズマ密度が高いため、エツチング処理速度を
大幅に向上できる。

（２）プラズマ密度が高いため、試料に対するイオンの
加速エネルギを低く押えることができ、低ダメージのエ
ツチング処理が行なえる。

尚、放電ブロック３０の頂面と導波管１１０の頂壁内面
との間隔りは、ガス種、処理圧力等処理条件により調節
することが望ましいが、しかしなから、該間隔りを予備
実験等により予め設定し、該設定された間隔りでもって
装置設計を行ない製作するようにしても良い。

本発明の第３の実施例を第４図により説明する。

第４図は、本発明の第３の実施例のマイクロ波プラズマ
エツチング装置の要部縦断面構成図である。

第４図で、本発明の一実施例を示す第１図と異なる点は
、導波管１１０′がテーパ状に拡大した導波管である点
と、放電ブロック３０′の外周側面が導波管１１０′の
内周面形状に沿ってテーパ状になっている点（但し、円
筒内径部の形状は第１図と同）である。導波管１１０′
は、導波管１１１の連結端部から放電ブロック３０′に
向かってテーパ状に拡大した形状となっている。また、
上段に配置された空心コイル１４０′は、下段に配置さ
れた空心コイル１４１よりも内径を小さくしてコイル巻
数を増やしたもので、放電部に加える磁場強度の分布（
マイクロ波導入方向が強く、真空容器１０側に向かうに
したがって徐々に弱くなる）に適合させたものである。

尚、第４図で、その他第１図と同一部品、装置等は同一
符号で示し説明を省略する。

本実施例では、上記一実施例での効果に加え次のような
効果が得られる。

（１）放電ブロックを内部に有する導波管の形状をテー
バ状形状にしたことで、上段に配置された空心コイルの
コイル巻数を増加でき最大磁場発生用のコイル電源（図
示省略）を小さくできる。

本発明の第４の実施例を第５図により説明する。

第５図は、本発明の第４の実施例のマイクロ波プラズマ
エツチング装置の要部縦断面構成図である。

第５図で、本発明の一実施例を示す第１図と異なる点は
、補正磁界印加用の空心コイル１４２が試料台６１の試
料設置面の反対側で試料台軸６０に環装されている点で
ある。空心コイル１４２は、放電ブロック３０内へ磁場
を印加する空心コイル１４０，１４１によって発生する
試料９０の被処理面近傍の磁界を補正するものである。

尚、第５図で、その他第１図と同一部品、装置等は同一
符号で示し、説明を省略する。

第５図で、空心コイル１４０，１４１による磁束方向が
図で上からした方向へ向かっているとき、空心コイル１
４２の磁束の向きを図で上方向に向けると、試料９０の
被処理面近傍の合成磁界方向は試料９０の被処理面の外
周方向を向き、空心コイル１４２の磁束の向きを逆に下
向きにすると合成磁界は、試料９０の被処理面の中央部
へ集まろうとする。生成されるプラズマは、磁束の流れ
方向に拡散し易い性質があるため、補正磁界の方向１強
さを調節することで、プラズマ密度、プラズマの拡散状
態を補正することができ、試料の処理速度、均一性を補
正することができる。

第６図は、本発明の第５の実施例を示すもので、第６図
で、本発明の一実施例を示す第１図と同一部品、装置等
は同一符号で示し説明を省略する。

第６図で、１４２′は、補正磁界印加用の空心コイルで
あり、上記第４の実施例での空心コイルと同様な作用、
効果を奏するものである。空心コイル１４２′は、試料
台６１の試料設置面の反対側で真空容器１０外、つまり
、大気中に設けられている。このため、上記第４の実施
例での空心コイルに比べて放熱や真空封止、メンテナン
スの面で優れた特性を有する。

第７図は、本発明の第６の実施例を示すもので。

第７図で１本発明の一実施例を示す第１図と同一部品、
装置等は同一符号で示し説明を省略する。

第７図で、１５０は、円偏波変換素子であり、導波管１
１０と導波管１１１との間に設けられている。つまり、
円偏波変換素子１５０の一端は、Ｒ波管１１１の出口端
に連結され、他端は、導波管１１０に連結されている。

第７図で、矩形・円形直角変換用の導波管１１１で円形
導波管モードに変換されたマイクロ波（ＴＥ□、モード
）は、円偏波変換素子１５０で直線偏波から円偏波に変
換されて次段の導波管１１０へ伝播され、更にマイクロ
波透過窓４０を通して放電ブロック３０内へ伝播される
。

本実施例では、上記一実施例での効果に加え、円偏波変
換素子を用いることにより、放電ブロック内でのプラズ
マの生成密度を上記一実施例でのそれに比べて数倍向上
でき、これにより試料の処理速度を更に向上できる効果
がある。

尚、プラズマ密度を更に向上させる方策として、上記第
６の実施例では、円偏波を用いる例を説明したが、この
他に、例えば、マグネトロンをパルス放電させることも
有効である。

以上の実施例においては、有磁場型のマイクロ波プラズ
マエツチング装置への適用を例に採り説明したが、この
他に、有磁場型のマイクロ波ＣＶＤ装置や、また、無磁
場型のマイクロ波プラズマエツチング装置（含むアッシ
ング装置）、ＣＶＤ装置にも同様に適用できることはい
うまでもない。

このように、マイクロ波ＣＶＤ装置に本発明を適用した
場合、成膜の均一性が向上し、また、その成膜速度を向
上させることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離さ
れ内部にプラズマ生成領域を有する放電手段を導波管部
に有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料を処
理する際に、試料の被処理面に対応するプラズマ密度分
布の均一性を大幅に向上できこれを利用して処理される
試料の被処理面内での処理の均一性を向上できる効果が
ある。

また、本発明によれば、上記のように試料の被処理面内
での処理の均一性を向上できる効果と共に、試料の被処
理面に入射するイオンを加速でき、また、プラズマ密度
を高めることができるので。

試料の処理速度を向上できる効果がある。

更に１本発明によれば、上記のように試料の被処理面内
での処理の均一性を向上できる効果と共に、プラズマ密
度を高めることができるので、試料に対するイオンの加
速エネルギを低く押えることができ低ダメージで処理速
度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエツ
チング装置の要部縦断面構成図、第２図は、本発明の第
２の実施例のマイクロ波プラズマエツチング装置の要部
縦断面構成図、第３図は。 同じ〈従来技術との比較を示す電源出力パワーと出力電
圧との関係模式図、第４図乃至第７図は。 本発明の第３乃至第６の実施例のマイクロ波プラズマエ
ツチング装置の要部縦断面構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラ
   ズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し、
   前記プラズマを利用して試料を処理する装置において、
   前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部
   分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイク
   ロ波不透過材で形成したことを特徴とするマイクロ波プ
   ラズマ処理装置。 ２、前記放電手段の前記その他の部分を導電材料で形成
   した第１請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 ３、前記放電手段の前記その他の部分を非磁性導電材料
   で形成した第１請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理
   装置。 ４、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラ
   ズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し、
   前記プラズマを利用して試料を処理する装置において、
   前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部
   分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイク
   ロ波不透過材で形成し、前記試料が設置される試料台に
   バイアス用電源を接続したことを特徴とするマイクロ波
   プラズマ処理装置。 ５、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラ
   ズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し、
   前記プラズマを利用して試料を処理する装置において、
   前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する部
   分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイク
   ロ波不透過材で形成し、前記導波管の内部空間を前記マ
   イクロ波のインピーダンスマッチングが可能な空間とし
   たことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 ６、前記導波管の内部空間の形状を、前記マイクロ波の
   伝播導入部より拡大しその後前記放電手段の前記マイク
   ロ波の進行方向と対応する部分で縮小する形状とした第
   ５請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 ７、前記導波管の内部空間の前記マイクロ波の進行方向
   の間隔を、該マイクロ波のインピーダンスマッチングが
   可能な間隔とした第６請求項に記載のマイクロ波プラズ
   マ処理装置。 ８、前記導波管の形状を略円筒形とし、前記放電手段を
   形状が中空円筒で該中空部にマイクロ波透過窓が気密に
   設けられ、かつ、導電材料で形成された放電ブロックと
   し、該放電ブロックの前記マイクロ波の進行方向と対応
   する面と該面と対向し他の導波管が連結される前記導波
   管の内面との間隔を前記マイクロ波のインピーダンスマ
   ッチングが可能な間隔とした第７請求項に記載のマイク
   ロ波プラズマ処理装置。 ９、前記導波管の形状を前記マイクロ波の進行方向にテ
   ーパ状に拡大した形状とし、前記放電手段を形状が前記
   導波管の形状に略合った中空円錐台形で該中空部にマイ
   クロ波透過窓が気密に設けられ、かつ、導電材料で形成
   された放電ブロックとし、該放電ブロックの前記マイク
   ロ波の進行方向と対応する面と該面と対向し他の導波管
   が連結される前記導波管の内面との間隔を前記マイクロ
   波のインピーダンスマッチングが可能な間隔とした第７
   請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 １０、前記放電ブロックを非磁性導電材料で形成し、か
   つ、該放電ブロックの中空部に印加される磁界を発生す
   る手段を前記導波管のテーパ状外周面に対応して設けた
   第９請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 １１、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプ
   ラズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し
   、前記プラズマを利用して試料を処理する装置において
   、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する
   部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイ
   クロ波不透過材で形成し、少なくとも前記放電手段のプ
   ラズマ生成領域に印加される磁界を発生する手段を設け
   、前記試料の被処理面近傍の磁界を補正する手段を設け
   たことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 １２、前記磁界補正手段を、前記試料の被処理面とは反
   対側で、かつ、真空中に設けた第１１請求項に記載のマ
   イクロ波プラズマ処理装置。 １３、前記磁界補正手段を、前記試料の被処理面とは反
   対側で、かつ、大気中に設けた第１１請求項に記載のマ
   イクロ波プラズマ処理装置。 １４、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプ
   ラズマ生成領域を有する放電手段を前記導波管部に有し
   、前記プラズマを利用して試料を処理する装置において
   、前記放電手段の前記マイクロ波の進行方向と対応する
   部分をマイクロ波透過材で形成し、その他の部分をマイ
   クロ波不透過材で形成し、前記マイクロ波を円偏波に変
   換して前記導波管へ伝播させる手段を設けたことを特徴
   とするマイクロ波プラズマ処理装置。 １５、前記マイクロ波を直線偏波から円偏波に変換して
   前記導波管へ伝播させる手段を設けた第１４請求項に記
   載のマイクロ波プラズマ処理装置。 １６、前記マイクロ波変換手段として円偏波変換素子を
   用い、該円偏波変換素子を介して矩形・円形直角変換用
   の導波管と前記放電手段を有する前記導波管とを連結し
   た第１５請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 １７、マイクロ波を発振する手段と、該マイクロ波を伝
   播する手段と、該手段が連結される閉止端壁を有する略
   円筒形の導波管と、マイクロ波不透過材製の中空円筒形
   で該中空部にマイクロ波透過窓が設けられ該マイクロ波
   透過窓が設けられた面と前記閉止端壁との間で空間を形
   成して前記導波管内に設けられた放電手段と、試料設置
   面を前記中空部に対応して有する試料台と、前記中空部
   に連通し前記試料台が設けられる空間を減圧排気する手
   段と、前記減圧空間に処理ガスを供給する手段とを備え
   たことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 １８、前記放電手段に、導電材料で中空円筒形に形成し
   た放電ブロックを用いた第１７請求項に記載のマイクロ
   波プラズマ処理装置。 １９、少なくとも前記中空部に印加される磁界を発生す
   る手段を有し、前記放電手段に非磁性導電材料で中空円
   筒形に形成した放電ブロックを用いた第１７請求項に記
   載のマイクロ波プラズマ処理装置。 ２０、前記放電ブロックのマイクロ波透過窓が設けられ
   た面と前記導波管の閉止端壁との間をインピーダンスマ
   ッチングが可能な間隔とした第１８請求項若しくは第１
   ９請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 ２１、前記試料台の試料設置面に設置された試料の被処
   理面近傍の磁界を補正する手段を有した第１９請求項に
   記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 ２２、前記マイクロ波を伝播する手段と前記導波管とを
   、前記マイクロ波を同偏波に変換して前記導波管へ伝播
   させる手段を介して連結した第１８請求項若しくは第１
   ９請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。