JP2000315598A

JP2000315598A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000315598A
Application number: JP2000058263A
Authority: JP
Inventors: Wikuramanayaka Snil; ウィクラマナヤカスニル
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【解決手段】プラズマ処理装置は、ヘリカルコイル１
６が配置されたヘリカル共振器１１とプラズマ処理チャ
ンバ１２とを備える。ヘリカルコイルは金属で作られか
つｎλ／４に等しい所定の長さを有し、ここでｎは整
数、λはｒｆの波長である。ヘリカル共振器はガスを導
入する垂直棒状部材２０を有し、垂直棒状部材はヘリカ
ル共振器のトッププレート１９に固定される。ヘリカル
共振器と処理チャンバに分ける仕切壁は外部金属リング
１３と円形中央プレート１４とドーナツ型誘電体プレー
ト１５から構成される。円形中央プレートは垂直棒状部
材を用いてトッププレートに固定される。上記の構成に
おいて、ヘリカルコイルは垂直棒状部材の周りに配置さ
れ、ｄ１＜Ｄ＜ｄ２を満たす直径（Ｄ）を有し、ここで
ｄ１とｄ２はドーナツ型誘電体プレートの内径と外径で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体産業で半導体ウ
ェハー上にデバイスを製作することにおいて化学気相成
長（ＣＶＤ）あるいはエッチング処理に役立つイオン、
電子、中性ラジカル、紫外線、可視光線を供給できる改
善されたプラズマ源を備えるプラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３つの重要な条件、すなわち、高プラズ
マ密度と、ウェハー表面の全体に渡ってプラズマのより
高い半径方向均一性と、大面積プラズマとを有するプラ
ズマ源は、半導体産業における現在の、そして将来の半
導体ウェハー処理のための必須な手段である。この点
で、従来の高密度プラズマ源は、それらの設計上のルー
ルが原因で応用が制限される。このことを、従来形態を
有するヘリカル共振器プラズマを用いて説明する。高密
度プラズマを生成する従来のヘリカル共振器プラズマ源
の概略図が図８（Ａ）に示される。プラズマ生成過程の
みに関心があるので、ウェハー保持ステージ、排気ポー
ト、真空排気要素は図８（Ａ）において示されていな
い。ヘリカル共振器プラズマ源は、金属で作られ、通
常、石英で作られた誘電体管５２の周りに巻かれたヘリ
カルコイル５１を有している。ヘリカルコイル５１の１
つの端部、通常、下側端部は接地されており、一方、他
の端部は開放されている。ヘルカルコイルの長さＬ１は
ｎλ／４であり、ここでλはヘリカル共振器に与えられ
るｒｆ周波の波長、ｎは整数である。ヘリカルコイル５
１の周りに、通常はアルミニウムで作られた金属シリン
ダ５３が配置される。金属シリンダ５３、ヘリカルコイ
ル５１、そして誘電体管５２は処理チャンバ５５のトッ
ププレート５９上に同軸的に配置されている。このトッ
ププレート５９は誘電体管５２の直径と等しい直径を有
する円形孔を持った金属で作られている。プロセスガス
は誘電体管５２の上端部に形成されたガス導入ポート５
８を通して供給される。ｒｆ電力源５７から生成された
ｒｆ電力は整合回路５６を介してヘリカルコイル５１の
点５４に供給される。ｒｆ電力源５７は通常１ＭＨｚか
ら４０ＭＨｚの範囲に存在する一定周波数で動作する。
ヘリカルコイル５１の長さが４分の１波長の整数の数と
して扱われるとき、上記合成構造は共振し始める。この
条件において、ヘリカルコイル５１内の電磁場は誘電体
管５２内で低い圧力でプラズマを励起し維持できる。

【０００３】ウェハーホルダは処理チャンバ５５の下側
に配置される。処理されるべきウェハーはウェハーホル
ダ上に搭載されている。誘電体管５２の内部で発生した
プラズマは、処理チャンバ５５において主にトッププレ
ート５９の円形孔を通してウェハーに向かって拡散され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】第１に、ヘリカル共振
器プラズマを作る上記高密度プラズマ源の構成に関する
主要問題は、半径方向のプラズマ均一性の制御性にあ
る。プラズマは小さい直径の誘電体管５２で生成され、
それから大きな直径の処理チャンバ５５の中に導入され
る。一旦高い密度のプラズマが処理チャンバ５５内に入
ると、様々な種、例えばイオンや電子などで作られた当
該プラズマは下流への移動に加えて径方向にも拡散す
る。この拡散の過程は、図８（Ｂ）で示されるように、
処理チャンバ５５の半径ラインに沿って不均一なプラズ
マ密度を作り出す。図８（Ｂ）は処理チャンバ５５で拡
散されたプラズマのプラズマ密度分布特性を示してい
る。横方向の軸は処理チャンバ５５を横切る半径方向に
おける距離を意味し、縦方向の軸はプラズマ密度を意味
する。図８（Ｂ）において、プラズマ密度特性曲線６０
によって示されるごとく、プラズマ密度は中央位置で高
いレベルにあり、一方、両端部の位置で低いレベルにあ
る。こうして、誘電体管５２から処理チャンバ５５の中
に拡散したプラズマは、処理チャンバ５５の半径方向に
おいて不均一になる。たとえ大きな直径の誘電体管が誘
電体管５２の代わりに用いられたとしても、上記の問題
は解決されない。こうして、上記のヘリカル共振器プラ
ズマ源と共に、他の追加的なハードウェア、例えば、磁
気的多極制限を用いることなく半径方向に均一なプラズ
マを得ることはできない。

【０００５】第２に、ヘリカルコイル５１が共振を開始
するとき、ヘリカルコイル５１の開放端部はより高い電
圧を有する。このより高い電圧は、誘電体管５２の内部
とヘリカルコイル５１の開放端部に近いところに容量結
合型のプラズマ（ＣＣＰ）を生成するという結果をもた
らす。このＣＣＰは、特に、ヘリカルコイル５１の開放
端部に近い誘電体管５２の内壁をスパッタリングする原
因となる。このことは、プラズマを汚染させる。

【０００６】これらの特性が原因となり、従来のヘリカ
ル共振器プラズマ源はプラズマ支援ウェハー処理、特に
大面積ウェハー処理においてその応用が制限されてい
た。前述の不利な点を避けるために、ヘリカル共振器プ
ラズマ源の構成は改善されることが必要である。

【０００７】本発明の目的は、下流で半径方向に均一な
プラズマを作り、誘電体管壁の局所化されたスパッタリ
ングをなくすようにヘリカル共振器プラズマ源を再設計
することにある。

【０００８】

【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、ヘリカルコイルが配置されたヘリカル共振器
と、ウェハーホルダが下側位置に配置されかつそのウェ
ハーホルダの上に処理されるべきウェハーが載置されて
いるプラズマ処理チャンバとを備えている。ヘリカルコ
イルは金属で作られ、かつｎλ／４の長さを有し、ここ
でｎは整数であり、λはヘリカルコイルに与えられるｒ
ｆ周波の波長である。プラズマ処理装置は、さらに、ヘ
リカル共振器と処理チャンバを含む反応容器を有し、こ
こでヘリカル共振器はガスを導入するための垂直な棒状
部材を備え、この垂直棒状部材はヘリカル共振器のトッ
ププレートに固定されかつガス導入ポートに接続されて
おり、そして、反応容器をヘリカル共振器と処理チャン
バに分ける仕切壁を有している。仕切壁は、外部金属リ
ングと、円形円形金属プレートと、外部金属リングと円
形金属プレートの間のドーナツ型誘電体プレートとから
構成される。円形円形金属プレートは垂直棒状部材を用
いて上記トッププレートに固定され、ガスリザーバと複
数のガス導入ポートを含んでいる。上記の構成におい
て、ヘリカルコイルは垂直な棒状部材の周りに配置さ
れ、ｄ１＜Ｄ＜ｄ２を満たす直径（Ｄ）を有し、ここで
ｄ１とｄ２はドーナツ型誘電体プレートの内径と外径で
ある。上記のプラズマ処理装置によれば、最初に処理チ
ャンバにおいてリング形あるいはドーナツ型のプラズマ
がドーナツ型誘電体プレートの下側に生成され、リング
形あるいは環状のプラズマ、すなわち、環状領域に存在
するように生成されるプラズマが、半径方向においてか
つ下流のウェハーに向って拡散される。この拡散工程が
下流において半径方向に均一のプラズマを作る。上記の
プラズマ処理装置において、好ましくは、中央金属プレ
ートは電気的に接地され、あるいは電気的に絶縁されて
いる。上記のプラズマ処理装置において、電気的に絶縁
された中央金属プレートはｒｆ電力あるいはＤＣ（直
流）バイアス電圧が供給される。上記のプラズマ処理装
置において、電気的に絶縁された中央金属プレートは直
列に接続された誘導要素（インダクタ）と可変容量要素
（可変キャパシタ）を介して接地されている。上記のプ
ラズマ処理装置において、ヘリカルコイルはいくかの巻
線部分を持ち、すなわち少なくとも２つの巻線を持ち、
それらは垂直方向に同じ直径にて延設されている。上記
のプラズマ処理装置において、ドーナツ型誘電体プレー
トにもっとも近いヘリカルコイルの下側端部は接地され
ており、一方、誘電体プレートに対してもっとも離れた
位置にある他の端部は開放されている。上記のプラズマ
処理装置において、外部金属リング、ドーナツ型誘電体
プレート、中央金属プレート、ヘリカルコイルは同じ中
央軸を共有している。さらに上記のプラズマ処理装置に
おいて、好ましくは、トッププレートは誘電体リングの
上に設けられ、そして金属カバーが共振器を覆うように
取り付けられている。上記のプラズマ処理装置におい
て、好ましくは、ヘリカルコイルに対して、接地された
下側端部の近い箇所にｒｆ周波の電力が給電されるよう
に構成されることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明によるプラズマ処
理装置の好ましい実施形態が添付図面に従って説明され
る。実施形態の説明を通して本発明の詳細が明らかにさ
れる。

【００１０】実施形態１：実施形態１は図１と図２に従
って説明される。図１は実施形態１の斜視図を示し、図
２は本発明のプラズマ源の上部の断面図（Ａ）とプラズ
マチャンバの直径方向におけるプラズマのプラズマ密度
分布（Ｂ）を示す。図２（Ｂ）において、横方向の軸は
処理チャンバを横切る半径方向における距離を意味し、
縦方向の軸はプラズマ密度のレベルを意味する。

【００１１】本実施形態１によるプラズマ源１０は２つ
の部分、いわゆる共振器１１と処理チャンバ１２を有す
る反応容器を備えている。共振器１１は上側位置にあ
り、処理チャンバ１２は下側位置にある。共振器１１と
処理チャンバ１２は仕切壁を介して１つの反応容器を作
るように結合されている。仕切壁は同様にまた共振器と
処理チャンバとの間の差圧を維持するのに使用される。
共振器１１は大気圧の状態にあり、他方、処理チャンバ
１２は低い圧力の状態にある。また反応容器は全体とし
て接地された状態にある。共振器１１の下側プレートは
処理チャンバ１２の上側プレートとなり、以後において
は処理チャンバ１２の上側プレートとして呼ぶことにす
る。処理チャンバ１２の上側プレートは前述の仕切壁に
相当し、これは、外部金属リング１３と、中央金属プレ
ート１４と、外部金属リング１３と中央金属プレート１
４の間のドーナツ型誘電体プレート１５とから構成され
ている。外部金属リング１３は反応容器に接続されてい
る。共振器１１の内部には、金属で作られたヘリカルコ
イル１６が、その中央軸が垂直方向になるように、配置
されている。ヘリカルコイル１６の中央軸は共振器１１
の円筒形側壁の垂直な中央軸と一致している。ヘリカル
コイル１６の直径は相対的に大きいものである。ドーナ
ツ型誘電体プレート１５の内径と外径（ｄ１，ｄ２）
は、数値の臨界的な意味で重要な要素ではなく、処理チ
ャンバ１２の寸法に依存して決定される。ウェハーホル
ダ１７は処理チャンバ１２の底壁に固定され、処理され
るべきウェハー１８がウェハーホルダ１７の上に搭載さ
れている。上記の処理チャンバの寸法はウェハー１８の
大きさに依存し、それ故に直径ｄ１、ｄ２はウェハー１
８の直径を考慮することで決定される。通常、ｄ１はウ
ェハー１８の直径に等しい値になるように設定される。
例えば直径（φ）２００ｍｍのウェハー処理のための反
応容器が考慮されるならば、ｄ１はおよそ２００ｍｍ付
近の値となる。ｄ２の値はｄ１よりも４０〜２００ｍｍ
大きくなるものとして選ばれる。ドーナツ型誘電体プレ
ート１５の厚みをいくつにするかということは重要な要
素ではなく、処理チャンバ１２の内外の圧力差に耐える
十分な厚みを有するものとして決定される。真空封止を
得るために、ドーナツ型誘電体プレート１５の外側の縁
と内側の縁はＯリング４４，４５の上に配置される。

【００１２】中央金属プレート１４は、通常アルミニウ
ムで作られ、垂直棒状部材（垂直バー）２０を用いて共
振器１１のトッププレート１９に固定される。垂直バー
２０は、例えばステンレス鋼のような金属で作られ、そ
してその軸部分にガス供給通路２０ａを有している。垂
直棒状部材２０の高さは誘電体プレート１５を支持する
２つのＯリング４４，４５が同じ水平面上にあるように
調整される。中央金属プレート１４はガスリザーバ２１
と、このガスリザーバ２１から処理チャンバ１２への多
数のガス導入ポート２２とから構成される。プロセスガ
スは最初主ガス導入ポート２３とガス供給通路２０ａを
通って供給される。処理チャンバ１２の内部の圧力はた
いてい１〜２００mTorr の範囲の値に維持されている。
実際の圧力はウェハー処理の形式に依存する。

【００１３】外部金属リング１３はドーナツ型誘電体プ
レート１５の外縁を支持するのに用いられる。それ故
に、外部金属リング１３の内径は誘電体プレート１５の
外径に依存する。

【００１４】金属で作られた上記ヘリカルコイル１６に
対して、通常、銅管が用いられる。ヘリカルコイル１６
の長さは印加されるｒｆ周波の１／４波長の整数倍の長
さとして選定される。ヘリカルコイル１６の直径は、例
えば、およそ（ｄ１＋ｄ２）／２の値となる。ヘリカル
コイル１６の下端の先端部は外部金属リング１３に電気
的に接続され、これによってヘリカルコイル１６の下端
は接地されている。他方、ヘリカルコイル１６の上端部
は開放された状態に維持される。

【００１５】ヘリカルコイル１６は、ｒｆ電源（高周波
電源）３１からｒｆ周波の電力（高周波電力）を供給さ
れる。ｒｆ電源３１の周波数は重要な要素ではなく、好
ましくは１〜４０ＭＨｚの範囲内にある。ｒｆ電源３１
は代表的に１３．５６ＭＨｚで動作する。ｒｆ電源３１
はたいてい低いインピーダンスを有し、代表的にはおよ
そ５０Ωであり、そしておよそ５ｋＷに至るまでのｒｆ
電力を作り出すことができる。ｒｆ電力は整合回路３２
および反応容器に形成された絶縁部を経由してヘリカル
コイル１６に印加される。ｒｆ電力がヘリカルコイル１
６において供給される位置（タップ点、電力供給点また
は接続点）は、ｒｆ電力の容易な整合がとれるように選
択される。このタップ点は、通常、ヘリカルコイル１６
における接地された端部に近いところ、すなわちヘリカ
ルコイル１６の下端部に設けられる。

【００１６】ヘリカルコイル１６は代表的に高いＱ値と
より高いインピーダンスＺｏを有する。このインピーダ
ンスＺｏは、代表的にｒｆ電力源の出力インピーダンス
あるいは伝送線インピーダンスよりも大きく、たいてい
５０Ωである。それ故にｒｆ電力のタップ位置を接地端
部に近づけるように選択することによって、良好なｒｆ
整合が得られる。ヘリカルコイル１６が共振を開始する
とき、誘導された振動磁界がドーナツ型誘電体プレート
１５を通してプラズマを生成する処理チャンバ１２の中
に入る。このプラズマは、ドーナツ型誘電体プレート１
５に沿って生成され、リング状あるいは環状の形状を有
する。こうして、リング形状のプラズマが最初にドーナ
ツ型誘電体プレート１５の下側に生成されるので、処理
チャンバ１２の上側プレートに近いプラズマ密度は、図
２（Ｂ）に示されるごとき分布特性３３を作ることが期
待される。分布特性３３によって示されるプラズマにお
いて、ドーナツ型誘電体プレート１５の下側のプラズマ
密度は高く、上側プレートの下側の残りの領域における
プラズマ密度は低くなる。

【００１７】この不均一なプラズマは処理チャンバ１２
の内部においてウェハー１８の方向に向かって拡散し、
そして上側プレートから離れた下流において半径方向に
均一なプラズマが作られる。半径方向に均一なプラズマ
のプラズマ密度分布特性は、参照符号３４によって図２
（Ｂ）に示される。

【００１８】ヘリカルコイル１６の接地された端部はド
ーナツ型誘電体プレート１５に近いところにあり、一
方、その開放端部は誘電体プレート１５から離れたとこ
ろにある。ヘリカルコイルが共振を行うとき、そのｒｆ
電流は接地端部に近いところで最大となり、開放端部の
ところで最小となる。またｒｆ電圧は接地端部で最小と
なり、開放端部で最大となる。最大のｒｆ電流が存在す
る接地端部はちょうど誘電体プレート上に存在するの
で、誘導結合機構によってプラズマが生成されることに
なる。接地端部におけるｒｆ電圧は最小であり、それ故
に静電結合機構によってプラズマはまったく生成されな
い。従って、純粋な誘導結合型のプラズマがヘリカルコ
イルの調整で生成される。このようにしてドーナツ型誘
電体プレートに対するスパッタリングのダメージが最小
化される。

【００１９】実施形態２：実施形態２は共振器部分のみ
が示された図３を参照して説明される。図３において、
実施形態１で説明された要素と実質的に同一な要素は同
じ参照符号が付されている。実施形態２における共振器
１１と処理チャンバ１２はハードウェア的構成の観点に
おいて実施形態１で与えられたものと同じである。唯一
の違いは、実施形態１で用いられた一定動作周波数を有
するｒｆ電源３１が可変周波数のｒｆ電源３５に置き換
えられ、整合回路３２が省略されているということであ
る。可変周波のｒｆ電源３５において選択される周波数
についての可変周波数範囲は通常±１０ＭＨｚの範囲に
存在する。選択された周波数はたいてい１〜４５ＭＨｚ
の範囲に存在し、代表的には１３．５６ＭＨｚで選択さ
れる。ｒｆ電源の他の属性は実施形態１で説明されたも
のと同じである。整合回路を用いることなく、可変周波
のｒｆ電源３５を用いることは、ｒｆ発生器からプラズ
マへの電力伝送効率を増加する。

【００２０】実施形態３：実施形態３は共振器の部分の
みが示された図４を参照して説明される。図４は実施形
態３の概略的線図を示す。図４において、実施形態１で
説明された要素と実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参
照符号が付されている。実施形態３においてトッププレ
ート１９は中央金属プレート１４を浮遊状態にセットす
るために誘電体リング３６の上に配置され、中央金属プ
レート１４は電気的にトッププレート１９に接続されて
いる。この誘電体リング３６を追加することを除いて、
共振器１１の構成は実施形態１，２で与えられたものと
ほとんど同じである。しかしながら、電磁放射の外部へ
の伝搬を防止するために、金属ケース３７が共振器の上
側部分を覆うように取り付けられている。ヘリカルコイ
ル１６に対するｒｆ電力は、実施形態１で与えられたｒ
ｆ電源３１から、あるいは実施形態２で与えられた可変
周波のｒｆ電源３５から供給される。中央金属プレート
１４が電気的に浮遊状態に置かれるとき、中央金属プレ
ート１４での電子損失が減じられる。この理由によっ
て、ドーナツ型プラズマの内側のプラズマ密度が増加さ
れることが期待される。このことは、中央金属プレート
が接地されている場合のそれに比較して、中央金属プレ
ートからより近い距離において半径方向に均一なプラズ
マとなる結果をもたらす。

【００２１】実施形態４：実施形態４は共振器部分のみ
が示された図５を参照して説明される。図５は実施形態
４の概略的線図を示す。実施形態４は実施形態３を拡張
したものである。図５において実施形態３で説明した要
素と実質的に同一な要素はそれぞれ同じ参照符号が付さ
れている。実施形態４において、Ｌ−Ｃ回路３８がトッ
ププレート１９に電気的に接続され、順次、電気的に中
央金属プレート１４に接続されている。通常、Ｌ−Ｃ回
路３８は、直列に接続されたインダクタ（誘導要素）３
９と可変キャパシタ（可変容量要素）４０から構成さ
れ、その結果、Ｌ−Ｃ回路３８の共振周波数を、ヘリカ
ルコイル１６に印加されるｒｆ電力の周波数に等しくな
るように変えることができる。Ｌ−Ｃ回路３８の共振周
波数が印加されたｒｆ電力の周波数に等しくなるとき、
ｒｆ電流は中央金属プレートを通って接地部へ流れる。
さらに、いかなるＤＣ電流（直流電流）あるいはヘリカ
ルコイルに印加されるもの以外の異なるｒｆ周波数を有
するｒｆ電流も、中央金属プレートを通して流れること
はできない。この条件は、中央金属プレートを静電的結
合型の電極にする。それ故に、二次的なプラズマが中央
金属プレートの前面に生成される。従って、この条件に
おいて、２つのプラズマ、ドーナツ型誘電体プレートの
下に存在する１つのプラズマと、ドーナツ型プラズマの
内側領域内に存在する他のプラズマとが存在する。拡散
の工程によって、これらの２つのプラズマは、Ｌ−Ｃ回
路を持たない場合に比較して、中央金属プレートからよ
り短い距離の場所において半径的に均一なプラズマを形
成する。さらに二次的プラズマの生成によって、反応容
器の内部の平均的プラズマ密度が少し増加されることに
なる。

【００２２】実施形態５：実施形態５は、共振器部分の
みが示された図６を参照して説明される。図６は実施形
態５の概略的線図を示す。図６において前述の各実施形
態において説明された要素と実質的に同一な要素にはそ
れぞれ同じ参照符号が付されている。実施形態５におい
て、ＤＣ（直流）電力供給源４１がトッププレート１９
に、望ましいＤＣ電圧が中央金属プレート１４に印加さ
れるために、電気的に接続されている。当該ＤＣ電力供
給源４１は電圧を１０００Ｖに至るまで配電することが
できる。プラズマ源の構成は、スパッタ成膜の応用で使
用されるものであるように期待される。この場合におい
て、ターゲットプレート６５が中央金属プレート１４に
固定され、より高い負バイアスが中央金属プレート１４
に印加される。実施形態５においては、主ガス導入ポー
ト２３、ガス供給通路２０ａ、ガスリザーバ２１、およ
び実施形態４に使用されたガスリバーサから処理チャン
バをつなぐガス導入ポート２２が省かれている。その代
わり、プロセスガスは、処理チャンバ１２の円筒形側壁
に取り付けられた円管４６で作られたガス導入部を通し
て供給される。中央金属プレート１４に印加されたより
高い負バイアスのために、プラズマにおけるイオンはタ
ーゲットプレート６５の方向に加速され、より高いエネ
ルギでターゲットプレート６５に衝突し、それによりタ
ーゲットプレートをスパッタリングすることになる。タ
ーゲットプレート６５上のイオン衝突はプラズマ密度と
その半径方向の均一性に変化をもたらす。何故ならば、
ターゲットプレートに対するイオン衝突で二次的電子が
ターゲットプレートから放出されるからである。二次的
電子の放出はプラズマ密度の増大という結果をもたら
す。さらに、これらの二次的電子は、誘電体プレートの
下側に生成されるドーナツ型プラズマの中に存在するタ
ーゲットプレートから放出されるので、ドーナツ型プラ
ズマの内側にあるプラズマ密度は増大されることにな
る。このことは、実施形態１のそれに比較して中央金属
プレートからより短い距離にあるところで半径方向の均
一なプラズマをもたらす結果になる。

【００２３】実施形態６：実施形態６は図７を参照して
説明される。図７は実施形態６の概略的線図を示す。実
施形態６は実施形態４の他の変形である。図７において
実施形態４で説明された要素と実質的に同一な要素には
各々同じ参照符号が付されている。実施形態６におい
て、第２のｒｆ電源４２が整合回路４３と上側プレート
１９を通して中央金属プレート１４に電気的に接続され
ている。第２のｒｆ電源４２の周波数は１〜１００ＭＨ
ｚの範囲の中に存在する。この周波数は、ヘリカルコイ
ル１６に印加されるｒｆ電力の周波数と等しくしてもよ
いし、等しくなくてもよい。第２のｒｆ電源４２の他の
属性は実施形態１で与えられたものと同じである。中央
金属プレートに対してｒｆ電力を与えることは、静電的
結合機構によって中央金属プレートの下側にプラズマを
生成させる。このプラズマは、誘電体プレートの下側に
生成されるドーナツ型プラズマの内側に存在するので、
ドーナツ型プラズマ内のプラズマ密度が増加することに
なる。このことは、実施形態１の場合に比較して中央金
属プレートからより短い距離における半径方向に均一な
プラズマをもたらす。

【００２４】

【発明の効果】ヘリカルコイルによって高密度プラズマ
を作ることができ、そしてプラズマ密度を制御する異な
るパラメータを有することができる本発明によるプラズ
マ処理装置は、仕切壁の一部であるドーナツ型誘電体プ
レートの下側の空間でプラズマが生成されるので、ウェ
ハーの全面に渡って半径方向に均一なプラズマを作り出
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は、内部構造を示す、実施形態１による
プラズマ処理装置の斜視図及び断面図である。

【図２】この図は、（Ａ）発明されたプラズマ源の上側
部分の断面図、（Ｂ）プラズマチャンバの直径方向にお
けるプラズマのプラズマ密度分布を示す図である。

【図３】この図は実施形態２によるプラズマ源の上側部
分の断面図である。

【図４】この図は実施形態３によるプラズマ源の上側部
分の断面図である。

【図５】この図は実施形態４によるプラズマ源の上側部
分の断面図である。

【図６】この図は実施形態５によるプラズマ源の上側部
分の断面図である。

【図７】この図は実施形態６によるプラズマ源の上側部
分の断面図である。

【図８】この図は代表的な従来のヘリカル共振器プラズ
マ源を示す説明図である。

【符号の説明】

１０プラズマ源１１共振器１２処理チャンバ１３外部金属リング１４中央金属プレート１５ドーナツ型誘電体プレート１６ヘリカルコイル１７ウェハーホルダ１８ウェハー１９トッププレート２０垂直棒状部材２１ガスリザーバ２２ガス導入ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘリカルコイルが配置されたヘリカル共
振器と、下側位置にウェハーホルダが配置されかつこの
ウェハーホルダの上に処理されるべきウェハーが載置さ
れるプラズマ処理チャンバとを備え、前記ヘリカルコイ
ルはｎλ／４の長さの金属で作られ、ここでｎは整数、
λは前記ヘリカルコイルに与えられるｒｆ周波の波長で
あるプラズマ処理装置において、当該プラズマ処理装置
は、前記ヘリカル共振器と前記処理チャンバを含む反応容器
であって、ここで前記ヘリカル共振器はガスを導入する
ための垂直棒状部材を有し、当該垂直棒状部材は前記ヘ
リカル共振器のトッププレートに固定されかつガス導入
ポートに接続されている前記反応容器と、そして、前記反応容器を前記ヘリカル共振器と前記処理チャンバ
に分ける仕切壁であって、当該仕切壁は、外部金属リン
グと、円形円形金属プレートと、前記外部金属リングと
前記中央金属プレートの間のドーナツ型誘電体プレート
とからなり、ここで前記円形円形金属プレートは前記垂
直棒状部材を用いて前記トッププレートに固定されかつ
ガスリザーバと複数のガス導入ポートを含む前記仕切壁
とからなり、ここにおいて前記ヘリカルコイルは前記垂直棒状部材の
周りに配置され、ｄ１＜Ｄ＜ｄ２を満足する直径（Ｄ）
を有し、ここでｄ１とｄ２は前記ドーナツ型誘電体プレ
ートの内径と外径であることを特徴とするプラズマ処理
装置。
【請求項２】前記中央金属プレートは電気的に接地さ
れ、あるいは電気的に絶縁されることを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】電気的に絶縁された前記中央金属プレー
トにｒｆ電力またはＤＣバイアス電圧が供給されること
を特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装
置。
【請求項４】電気的に絶縁された前記中央金属プレー
トは直列に接続された誘導要素と可変容量要素を介して
接地されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】前記ヘリカルコイルは垂直方向に延びる
同じ直径の少なくとも２つの巻線を有することを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理
装置。
【請求項６】前記ヘリカルコイルの前記ドーナツ型誘
電体プレートにもっとも近い下側端部は接地され、他
方、前記誘電体プレートに対しもっとも遠いところにあ
る他の端部は開放されていることを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】前記外部金属リング、前記ドーナツ型誘
電体プレート、前記中央金属プレートと前記ヘリカルコ
イルは同じ中央軸を共有していることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１項に記載されたプラズマ処理装
置。
【請求項８】前記トッププレートは誘電体リングの上
に配置されることを特徴する請求項１〜７のいずれか１
項に記載されたプラズマ処置装置。
【請求項９】金属ケースが前記ヘリカル共振器を覆う
ように付設されたことを特徴とする請求項１〜８のいず
れか１項に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】前記ヘリカルコイルに対して、接地さ
れた前記下側端部の近い箇所にｒｆ周波の電力が給電さ
れることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装
置。