JP2001023959A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマを利用し、試料の表面処理を行なう
プラズマ処理装置において、高アスペクト比のパターン
を高速度で処理する。 【解決手段】処理室２内に設けた載置台４の載置面と対
向して、処理室２の上部に、中性粒子、または中性粒子
を生成するガスを供給する供給系を備えた貯気室６を設
け、対向電極を兼ねた分離板７により処理室２と貯気室
６を分離し、分離板７の噴出孔８より貯気室６内の中性
粒子を噴出させるとともに、処理室２内に供給された処
理ガスを高周波アンテナ９によりプラズマ化して、載置
台４上の試料５の表面処理を行うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料の表面へ薄
膜を形成するため、あるいは試料の表面をエッチングす
るために用いられる半導体製造装置に関し、特に高アス
ペクト比の微細な深溝や深孔のパターンを有する試料の
表面処理を行なうプラズマ処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料、例えば基板あるいは半導体
ウエハ（以下、「ウエハ」という）などの被処理物の表
面に形成された微細なパターンへ薄膜を形成したり、試
料表面に微細加工を行なう処理装置として、プラズマを
利用したプラズマ処理装置が多く用いられている。プラ
ズマ処理装置の処理室内に処理ガスを導入し、プラズマ
を生成することにより、プラズマ中に、反応に寄与する
イオン（反応性イオン）や反応に寄与する中性粒子（中
性ラジカル）が生成され、イオンは試料表面のシースで
加速され試料表面に到達することで試料表面の処理に寄
与する。また、拡散により中性ラジカルは試料表面に輸
送され、試料表面に付着し表面反応あるいは表面に入射
するイオンのエネルギーの補助により反応することで試
料表面の処理に寄与する。

【０００３】従来、高アスペクト比の微細な深溝あるい
は深孔へ薄膜を形成する方法としてＣＶＤ原料ガスの分
子構造の工夫などがあり、パターン表面でのステップカ
バレッジが改善され、高アスペクト比のパターン上へ薄
膜を形成することが実現された。一方、プラズマエッチ
ングにより、高アスペクト比の微細な深溝あるいは深孔
のような微細加工を行なう方法として、試料表面への入
射イオンのエネルギーを高める方法があり、この方法に
より垂直加工性が向上し、高アスペクト比のパターン形
成が実現されてきた。しかし、パターンのアスペクト比
がより高くなると、従来の方法による表面処理が困難に
なってきている。

【０００４】この問題を解決する方法として、例えば、
プラズマエッチングでは、パターン側壁に入射するイオ
ンによる反応を防止するために、例えば、エクステンデ
ィッド・アブストラクツ・オブ・ソリッド・ステート・
デバイシス・アンド・マテリアルズ、２２９頁、１９８
６年（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆＳ
ｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａ
ｔｅｒｉａｌｓ，ｐ２２９（１９８６））に記載のパタ
ーン側壁に反応防止膜を形成する方法、アプライド・フ
ィジックス・レター、５２巻、６１６頁（１９８８）
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５２，６１６（１
９８８））に記載の試料を低温化する方法、ジャパニー
ズ・ジャーナル・オブアプライド・フィジックス、２９
巻、７９２頁、１９９０年（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，２９，７９２（１９９０））に記載のガス圧
力を低くする方法などが提案されている。

【０００５】しかし、これらの方法を用いても、高アス
ペクト比のパターンをエッチングする際に、高アスペク
ト比パターン内への中性ラジカルの入射フラックスが減
少するため、パターン側壁の反応防止膜が薄くなり、パ
ターン側壁に入射するイオンによるエッチングを防止で
きない場合があった。

【０００６】また、特開平６−１６３４６５号公報に
は、試料処理室とプラズマ室を分離し、プラズマ室のガ
ス圧を試料処理室のガス圧より高くして、中性のラジカ
ルやガス分子に基板方向への運動エネルギーを与え、中
性ラジカルの入射方向性を高めて、パターン底部に反応
に寄与するために十分な中性ラジカルを供給する方法が
提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法において
は、プラズマ生成室と処理室の圧力差を形成するため
に、小径（直径３ｍｍ以下）の孔を有する多孔板を設置
し、総排気速度４０００リットル／秒となるように複数
のターボ分子ポンプで排気する装置構成により実現でき
ると提案されている。しかし、装置が大きくなることに
加え、小径の孔によりイオンが処理室に移動し難く、プ
ラズマ生成室に閉じ込められるため、処理室内でのプラ
ズマ密度あるいは試料への入射イオンフラックスが不足
する。この入射イオンフラックス不足のため、高アスペ
クト比パターンの酸化膜エッチングを行なう場合、エッ
チング速度が急激に低下し、生産性が悪化してしまう問
題があった。つまり、中性ラジカルの入射方向性を高め
るために設けた多孔板により高アスペクト比のパターン
底部へ中性ラジカルは入射しやすくなっても、逆に、処
理室へ輸送されるイオンフラックスは減少してしまう。
このイオンフラックス減少の結果、エッチング反応に寄
与するイオンが不足し、エッチングが抑制される。上記
の方法は、シリコンや有機材料のエッチングのように中
性ラジカルが主に反応に寄与するエッチングには有効で
あると考えられるが、酸化膜エッチングのようにイオン
による反応が主のエッチングには不適である。また、中
性ラジカルはシースの影響を受けないのでイオンに比べ
多孔板を通過しやすいが、他の分子と結合し別の分子に
変化したり、器壁に付着したりし易いため、寿命があ
る。上記の方法では、高アスペクト比のパターン底部へ
中性粒子が入射しやすくなっても、ほとんどの中性ラジ
カルはプラズマ生成室内で減少あるいはプラズマ生成室
内に付着してしまい、試料へ入射する中性ラジカルのフ
ラックスは少ない。そのため、中性ラジカルが主に反応
に寄与するエッチングであっても、処理速度を向上させ
ることは困難であった。

【０００８】本発明は上記のような従来の問題点を解決
するためになされたものであり、寸法が微細でアスペク
ト比が高い溝や孔に対しても高速度で薄膜形成を行な
う、あるいは高精度かつ高エッチング速度でパターン形
成を行なうことのできるプラズマ処理装置を得ることを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
係るプラズマ処理装置は、処理室と、この処理室内に処
理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理室内に
供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段
と、前記処理室内に配置される被処理物を載置する載置
台と、この載置台へバイアスを印加するバイアス印加手
段と、前記載置台の、被処理物を載置する面と対向する
位置に設けられ、中性粒子、または中性粒子を生成する
ガスを供給する供給系を備えた貯気室と、この貯気室と
前記処理室を分離し、前記中性粒子を前記処理室に噴出
させるための噴出孔を有する分離板と、排気系とを備え
たものである。

【００１０】この発明の第２の構成に係るプラズマ処理
装置は、第１の構成において、分離板が載置台に対して
対向電極となるようにしたものである。

【００１１】この発明の第３の構成に係るプラズマ処理
装置は、第２の構成において、分離板が、導電性材料上
に誘電膜が形成されたものである。

【００１２】この発明の第４の構成に係るプラズマ処理
装置は、第２の構成において、分離板が接地されている
ものである。

【００１３】この発明の第５の構成に係るプラズマ処理
装置は、第２の構成において、分離板が高周波または直
流バイアスを印加する電源を備えたものである。

【００１４】この発明の第６の構成に係るプラズマ処理
装置は、第１の構成において、噴出孔が処理室側に広が
ったノズル形状であるものである。

【００１５】この発明の第７の構成に係るプラズマ処理
装置は、第１の構成において、貯気室が複数の貯気室お
よび複数の分離板から構成されているものである。

【００１６】この発明の第８の構成に係るプラズマ処理
装置は、第１の構成において、貯気室がプラズマ生成手
段を備えたものである。

【００１７】この発明の第９の構成に係るプラズマ処理
装置は、第１の構成において、貯気室がラジカル源を備
えたものである。

【００１８】この発明の第１０の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、貯気室がイオン源を備
えたものである。

【００１９】この発明の第１１の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１０の構成において、イオン源がイオン加
速手段を有するものである。

【００２０】この発明の第１２の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、噴出孔の径が貯気室内
の中性粒子の平均自由行程より短いものである。

【００２１】この発明の第１３の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、噴出孔の長さが貯気室
内の中性粒子の平均自由行程より長いものである。

【００２２】この発明の第１４の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、処理室内の圧力が貯気
室内の圧力より低いものである。

【００２３】この発明の第１５の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、載置台と分離板との間
の距離が、処理室内の中性粒子の平均自由行程以下であ
るものである。

【００２４】この発明の第１６の構成に係るプラズマ処
理装置は、第１の構成において、供給系がパルスバルブ
による供給手段を有するものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜９を用いて、この発
明の実施の形態について説明する。 実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１によるプラ
ズマエッチング処理装置を示す断面構成図である。図に
示すプラズマエッチング処理装置は、導電性材料、例え
ばアルミニウムなどから形成された処理容器１を有して
おり、所定のエッチング処理はこの処理容器１内に形成
される処理室２内で行われる。また、処理ガスの種類に
よっては処理室２内に生成されるプラズマにより処理容
器１の器壁がスパッタリングされたり、化学反応によっ
て器壁がエッチングされるため、処理容器１の器壁をコ
ーティング、例えばアルマイト処理や石英板などで保護
することもある。さらに、器壁への反応生成物などの付
着を防止するために、処理室２の内壁を加熱することも
ある。

【００２６】処理容器１は接地されており、さらに処理
容器１の内部にはセラミックなどの絶縁板３を介して半
導体ウエハなどの試料５（以下、ウエハと記載する）を
載せるための載置台４が設けられている。また、載置台
４のウエハ５載置面と対向す位置には処理容器１と気密
状態で、貯気室６が設けられ、分離板７によって処理室
２と貯気室６とが仕切られている。貯気室６にはガス配
管１２ａからガスが供給される供給系を備え、図示して
いないプラズマ生成手段・ラジカル生成手段、例えば、
高周波放電や加熱などにより、貯気室６内で反応に寄与
する中性粒子（中性ラジカル）が生成される。これら中
性粒子は、他の反応容器内で生成された中性粒子を、配
管１２ａを通して貯気室６内に貯える構成としてもよ
い。

【００２７】分離板７には処理室側に広がったノズル形
状の噴出孔８が形成され、噴出孔８を通して貯気室６内
の中性粒子が速度を落とすことなく、処理室２内に噴出
される。また、分離板７は、複数個の噴出孔からなる多
孔板である。これにより、試料に対して均一に粒子流を
供給することができ、試料の処理を均一にすることがで
きる。

【００２８】このように、試料面と対向する位置に貯気
室を設置することにより、噴出孔より試料方向に噴出さ
れた中性粒子は最短距離を通って試料表面に到達するこ
とができるので、試料方向（垂直方向）に方向性を持っ
た中性粒子が高アスペクト比のパターン底部に十分に供
給され、処理速度を向上させることができる。なお、こ
の構成において、貯気室６内の圧力を処理室２内の圧力
より高く設定することにより、貯気室６より噴出された
粒子はウエハ５に対してさらに方向性を持ち（垂直成分
の速度が水平成分の速度より高くなり）、粒子は処理室
２内でほとんど再散乱することなく、ウエハ５表面に到
達する。また、高速の排気手段、あるいはガスの供給系
にパルスバルブを用いることによるパルス的ガス供給手
段により、貯気室６と処理室２との圧力差が非常に大き
くなり、その圧力差が超音速条件を満たす場合、貯気室
６内に導入される中性粒子は噴出孔８から噴出するとき
には、超音速自由流になり、高アスペクト比のパターン
の底部に十分に供給することが可能になる。また、噴出
される中性粒子流の平均自由行程の長さと同程度もしく
はそれより短い距離に載置台４を設置することによっ
て、処理室２内での粒子の再散乱を防止することがで
き、高アスペクト比パターンの底部に十分供給すること
が可能になる。さらに、噴出孔８の径を貯気室６内の中
性粒子の平均自由行程より短くする、あるいは噴出孔８
の長さを貯気室６内の中性粒子の平均自由行程より長く
することにより、中性粒子はノズル形状の噴出孔８を通
過する際に噴出孔８の壁に複数回衝突し、処理室２へ輸
送されて、試料の垂直方向にある一定の温度（速度）を
持つ中性粒子流となり、その結果、垂直方向の温度（速
度）が水平方向の温度（速度）より高い中性粒子流がウ
エハ５に供給されるため、高アスペクト比のパターンの
底部に十分供給することが可能になる。なお、発塵の原
因となる膜の付着を防止するために、貯気室６の器壁や
分離板７をコーティング、あるいはヒータにより加熱す
ることもある。ヒータにより貯気室６および分離板７を
加熱する場合、ヒータ温度をガスの解離温度以上に設定
することで、解離によりガスから中性粒子を生成するこ
ともできる。

【００２９】処理室２内には図示しないガスボンベから
ガス配管１２ｂを通して処理ガス（が供給される。図１
のプラズマ処理装置は導体、例えばカーボンなどを渦巻
き状、コイル状、あるいはループ状に形成した高周波ア
ンテナ９を処理室２内に備え、高周波アンテナ９には整
合器１０ａを介して高周波電源１１ａが接続されてい
る。高周波アンテナ９に高周波電力を印加することによ
り高周波アンテナから電磁波が放射され、処理室２内に
高周波電場が形成される。この電磁場空間に存在する電
子を、処理室２内に供給された処理ガスに衝突させて電
離させ、プラズマを生成するように構成されている。こ
れにより、処理室２に設けたプラズマ生成手段によりイ
オンが生成されるので、十分な量のイオンフラックスを
試料表面に供給することができ、処理速度を高速にする
ことができる。また、処理室２に設けたプラズマ生成手
段により、イオンや中性粒子が生成されるが、生成され
る上記中性粒子以外に、貯気室６から噴出孔８を介して
中性粒子が処理室２内に輸送されるので、処理室内の中
性粒子密度を制御することが可能になる。

【００３０】なお、図１のプラズマ処理装置は高周波ア
ンテナによるプラズマ生成手段を有しているが、その他
のプラズマ生成手段を用いても良い。

【００３１】また、ガス配管１２ｂは処理室２横に位置
しているが、ウエハ５に対して均一にガスが供給される
ような構成にしても良い。

【００３２】なお、重金属汚染を防止するため、分離板
６および処理室２内に挿入された高周波アンテナ９の材
質には、例えば、カーボンおよびシリコンあるいは炭化
珪素（ＳｉＣ）などの材料を用いることができる。

【００３３】さらに、載置台４は図示しないウエハ保持
手段、ウエハ冷却手段を有し、整合器１０ｂを介して高
周波電源１１ｂに接続されている。そのため、処理室２
内で生成されたプラズマ中のイオンは、独立に載置台４
に印加された高周波、例えば８００ｋＨｚの高周波によ
り加速され、載置台４に設置されたウエハ５にイオンが
入射することでエッチング処理が行なわれる。

【００３４】また、分離板７は、導電性材料、例えばシ
リコン板などから作られており、バイアスが印加される
載置台４に対して対向電極の役割も果たすように構成さ
れている。なお、本実施の形態では、分離板７は接地さ
れており、これにより、分離板７は載置台４と対向する
位置に接地された電極と等価になり、載置台４へ印加す
るバイアス電場を均一に試料に印加することが可能にな
る。その結果、試料の処理を均一にすることができる。
また、載置台４に印加する高周波電場は分離板７との間
でかかるため、載置台周囲の金属部品にかかることを防
ぐことができ、アーキングなどの異常放電の防止に有効
である。

【００３５】なお、分離板７は、導電性材料上に誘電膜
を形成して構成してもよく、このようにすることによ
り、分離板の劣化を防ぐことができる。

【００３６】本実施の形態によるプラズマ処理装置は、
以上のような構成により、ウエハ５面に対しある程度の
方向性を持つ中性粒子がウエハ５面に入射することにな
る。通常、プラズマなどにより加熱された中性粒子は５
００Ｋ程度のオーダの温度を持つ。上記の構成により、
ウエハ５面に対して方向性を持つ中性粒子が処理室２内
に噴出される。そして、中性粒子は再散乱をほとんど起
こさずにウエハ５表面へ到達し、ウエハ５表面のパター
ン内に入射する。パターン内に入射した中性粒子はその
パターン側壁の影響を受け、パターン側壁で付着した
り、反射したりする。中性粒子の運動エネルギーは通常
約０．０５ｅＶと入射イオンエネルギーに比べ低いた
め、パターン壁との相互作用の時間がイオンに比べて長
く、パターン壁で乱反射（拡散反射）しながら、中性粒
子は拡散するが、前記のように、本実施の形態による構
成では分離板７の噴出孔８から噴出された中性粒子はウ
エハ５面に対して垂直方向に温度が高いので、中性粒子
がパターン側壁で最初に衝突する位置は等温の中性粒子
より深い位置になりやすく、高アスペクト比のパターン
の場合でも、パターン底部へのフラックス量が増加する
と考えられる。図２を用いてその機構について説明す
る。

【００３７】図２は中性粒子の軌道計算を、モンテカル
ロ法を用いて行ない、ホール内に入射する中性粒子のホ
ールの軸方向における温度（Ｔ_⊥）と軸に垂直な方向に
おける温度（Ｔ_‖）を変化させた場合の、ホール底への
中性粒子の入射フラックス量を計算した結果を示してい
る。図２の縦軸は規格化した中性粒子のフラックス量、
横軸はホールのアスペクト比を示す。図２より、アスペ
クト比が高くなるとともに中性粒子のフラックス量は減
少する。しかし、中性粒子のホールの軸方向における温
度、つまり、運動エネルギーを高くすることで、ホール
底への中性粒子のフラックス量を増やすことができる。
そのため、エッチング反応に寄与する中性粒子の不足に
よる処理速度の減速を防止することが可能になる。

【００３８】また、図３に高アスペクト比のホール内の
フラックス量を示す。ここでは、アスペクト比１０の計
算結果を示す。図中（ａ）は従来例、（ｂ）は本実施の
形態の場合を示す。図より、従来における等温の中性粒
子の場合に比べ、本実施の形態におけるホールの軸方向
の温度が高い中性粒子は、ホール底だけでなく側壁部の
ホール底真近の深い位置でも多くのフラックス量がある
ことがわかる。

【００３９】さらに、貯気室６と処理室２のプラズマ生
成手段が一体に構成されている従来装置では、例えば、
表面に付着しエッチングを阻害する働きを持つ中性粒子
もパターン底へ供給されてしまうが、貯気室６とプラズ
マ生成手段を有する処理室２を分けている本実施の形態
による装置では、ある特定の中性粒子のみをパターン底
部へ多く供給させることができる利点がある。

【００４０】また、従来装置のように、プラズマ室と試
料処理室間の圧力差を大きくするために、孔径の大きさ
を小さくしてしまうと、プラズマがプラズマ室に閉じ込
められてしまい、少量のイオンしか処理室へ輸送されな
い。一方、本実施の形態の場合は、処理室２内にプラズ
マ生成手段を有しているので、処理室２内において高密
度プラズマを生成することができ、処理速度が向上す
る。また、高周波アンテナ９のピッチ間に噴出孔８を形
成するなど、分離板７と高周波アンテナ９の形状および
配置を工夫することにより大面積プラズマの生成も可能
になる。

【００４１】さらに、分離板７は接地され、ウエハ５と
対向するように配置されているため、ウエハ５に対して
バイアス電場を均一に印加することができる。その結
果、処理を均一に行なうことができる。

【００４２】以上のように、本実施の形態の装置構成に
より、高アスペクト比のパターンを持つウエハ５を高速
に、かつ均一に処理することができる。

【００４３】なお、本実施の形態では、主にプラズマエ
ッチング処理装置に関して説明したが、プラズマＣＶＤ
処理装置でも同様のことが言える。特に、高アスペクト
比のパターンに薄膜形成する場合、膜のプリカーサとな
る中性粒子を高アスペクト比のパターン底へ多く入射す
ることができる。さらに、バイアス電場をウエハ５に対
して均一に印加することができるのでイオンを均一にウ
エハ５に引込むことができ、イオンアシストデポジショ
ン反応により高アスペクト比パターンへの膜の埋め込み
が可能になり、処理を均一にすることができる。また、
図１の構成では処理室２内部に高周波アンテナ９を設置
しているので、外部に高周波アンテナを設置した場合に
比べ、導電性の膜堆積に有効である。また、高周波アン
テナ９を堆積膜の成分を含む材料で製作することによ
り、重金属汚染を防止することができ、また、堆積膜で
プラズマ特性が変化することも防げる。

【００４４】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２によるプラズマ処理装置を示す断面構成図である。本
実施の形態２による装置は、載置台４のウエハ５載置面
と対向する位置に、貯気室６と誘電体窓１３とが処理容
器１に気密に設けられて設けられている点、及び誘電体
窓１３の外部に高周波アンテナ９が設置されており、こ
の高周波アンテナ９に高周波を印加することにより、誘
電体窓１３を介して高周波電場が処理室２内に注入さ
れ、プラズマが生成される点が、実施の形態１と異な
り、その他は実施の形態１と同様の構成である。

【００４５】本実施の形態２においては、外部に高周波
アンテナ９が設置されているため、プラズマにより高周
波アンテナがスパッタリングされることはなく、発塵を
防止できる。

【００４６】実施の形態３．図５は本発明の実施の形態
３によるプラズマ処理装置を示す断面構成図である。本
実施の形態３による装置は、載置台４のウエハ５載置面
と対向する位置に、貯気室６と誘電体窓１３とが処理容
器１に気密に設けられて設けられており、分離板７によ
って、貯気室６と処理室２が仕切られている。誘電体窓
１３の外側には、マイクロ波を導入する導波管１４がリ
ング状に設置されている。導波管１４を伝わるマイクロ
波は誘電体窓１３を介して処理室２内に注入され、プラ
ズマが生成される。

【００４７】本実施の形態３においては、マイクロ波は
表面波として分離板７とプラズマのシース間を介して処
理室２中央部へも伝わるので、大面積プラズマの生成が
可能になる。その結果、処理の均一化を図ることができ
る。

【００４８】実施の形態４．図６は本発明の実施の形態
４によるプラズマ処理装置を示す断面構成図である。本
実施の形態による装置は、分離板７に、整合器１０ｃを
介して高周波電源１１ｃが接続されている点が、実施の
形態１と異なり、その他は実施の形態１と同様である。

【００４９】上記構成の装置において、例えば、処理ガ
スとしてフロロカーボン系ガスが導入された場合、処理
室２内にはプラズマ生成手段により生成されたフッ素ラ
ジカルが存在する。処理条件によってはフッ素ラジカル
密度が多くなりすぎ、異方性のエッチング形状が得られ
ない場合がある。この場合、分離板７の材質をシリコン
とすることで、分離板７のシリコンとフッ素ラジカルの
反応によりある程度のフッ素ラジカルを減少させること
が可能である。

【００５０】また、分離板７にバイアスを印加すること
で、フッ素ラジカルだけでなく、イオンの分離板７への
引き込みを行ない、処理室２内のイオン密度を減少させ
ることが可能になる。また、分離板７をカーボンにする
ことにより、分離板７のスパッタリングを利用して処理
室２内にカーボンを供給することもできる。このよう
に、分離板７の材質の選択や分離板７の電位の調整によ
り処理室２内の特定粒子の密度を調整することができ、
その結果、処理条件の拡大を図ることができる。なお、
分離板７に印加する電源は直流電源であっても良い。

【００５１】実施の形態５．図７は本発明の実施の形態
５によるプラズマ処理装置を示す断面構成図である。本
実施の形態５による装置は、実施の形態４と同様に、分
離板７に整合器１０ｃを介して高周波電源１１ｃが接続
されている。実施の形態４と異なる点は、貯気室２内で
分離板７と対向する位置に接地板１５が設けられている
点であり、その他は実施の形態４と同様である。

【００５２】本実施の形態５においては、分離板７に高
周波を印加することで、配管１２ａより貯気室６内に導
入されたガスをプラズマ化することが可能になる。これ
により、貯気室６内に導入されたガスのプラズマが生成
されるとともにガスの解離種を生成することができる。
そして、噴出孔８を通して処理室２内にイオンや電子が
噴出されるため、それらを種として処理室２内では、従
来よりも低圧力でプラズマを生成することができる。そ
の結果、イオンや中性粒子はほとんど衝突せずにウエハ
５に入射することが可能になり、処理の異方性が向上す
る。さらに、貯気室６内で生成された解離種も噴出孔８
を通して処理室２内に噴出する。したがって、貯気室６
に備えられたプラズマ生成手段の動作圧力や電力を調整
することにより、ある中性ラジカルを多く処理室２へ導
入することが可能になる。その結果、処理に適した中性
ラジカルを試料に供給することができ、処理を向上する
ことができる。

【００５３】また、前述の実施の形態４と同様に、分離
板７の材質の選択や分離板７の電位の調整により処理室
２内の特定粒子の密度を調整することができ、その結
果、処理条件の拡大を図ることができる。

【００５４】なお、分離板７に印加される高周波の周波
数は他の高周波と結合しないように、位相差を設ける
か、別の周波数を用いることが好ましい。

【００５５】実施の形態６．図８は本発明の実施の形態
６によるプラズマ処理装置を示す断面構成図である。本
実施の形態による装置は、実施の形態１と同様に分離板
７は接地されており、実施の形態１と異なる点は、貯気
室６内で分離板７と対向する位置に電極１６が設けられ
ている点であり、その他は実施の形態１と同様である。

【００５６】上記のような構成により、電極１６に高周
波を印加することで、配管１２ａより貯気室６内に導入
されたガスをプラズマ化することが可能になる。これに
より、実施の形態５と同様に、貯気室６内に導入された
ガスのプラズマが生成されるとともにガスの解離種を生
成することができる。そして、噴出孔８を通して処理室
２内にイオンや電子が噴出されるため、それらを種とし
て処理室２内では、従来よりも低圧力でプラズマを生成
することができる。その結果、イオンや中性粒子はほと
んど衝突せずにウエハ５に入射することが可能になり、
処理の異方性が向上する。さらに、貯気室６内で生成さ
れた解離種も噴出孔８を通して処理室２内に噴出する。
したがって、貯気室６に備えられたプラズマ生成手段の
動作圧力や電力を調整することにより、ある中性ラジカ
ルを多く処理室２へ導入することが可能になる。その結
果、処理に適した中性ラジカルを試料に供給することが
でき、処理を向上することができる。また、分離板７が
接地されているため、電極１６に印加された高周波が処
理室２内へ伝搬するのを防止することができる。

【００５７】なお、本実施の形態において貯気室６に備
えられたプラズマ生成手段として高周波放電を採用した
が、その他の放電手段を用いても良い。

【００５８】なお、電極１６に印加される高周波の周波
数は他の高周波と結合しないように、位相差を設ける
か、別の周波数を用いることが好ましい。

【００５９】実施の形態７．図９は本発明の実施の形態
７によるプラズマエッチング処理装置を示す断面構成図
である。本実施の形態による装置は、貯気室６および分
離板７が試料面に対して複数あり、各貯気室６はイオン
源１７およびイオン加速器１８を備える点以外は実施の
形態３と同様である。貯気室６および分離板７が試料面
に対して複数あることにより、試料に対して均一に粒子
流を供給することができ、試料の処理を均一にすること
ができる。また、各貯気室６に導入する粒子を変化させ
ることで、試料の処理を面内で変化させることも可能に
なる。さらに、各貯気室６に備えられたイオン源１７に
より生成されたイオンはイオン加速器１８により加速さ
れ、貯気室６に到達する。貯気室６に導入されたガスと
イオンは衝突し、イオンは電荷交換により中性粒子に変
化し、噴出孔８を通って処理室２へ輸送され、ウエハ５
へ到達する。

【００６０】上記のような構成により、所望のエネルギ
ーを持つイオンを電荷交換により中性粒子に変化させる
ことができるため、高速中性粒子をウエハ５へ供給する
ことが可能である。例えば、プラズマにより加熱された
中性粒子の温度は５００Ｋ程度であり、これは約０．０
５ｅＶに相当する。一方、加速されたイオンは貯気室６
内での衝突で多少エネルギーを損失するが、イオン加速
器により１００ｅＶ程度に加速することにより、数１０
ｅＶ程度のエネルギーを持つ中性粒子をウエハ５へ供給
することが可能になる。また、貯気室６内でのイオンと
ガスとの衝突によりイオンの進行方向は必ずしもウエハ
５面に垂直にならないが、噴出孔８の大きさや長さ、形
状を調整することにより、ある程度コリメートされた中
性粒子をウエハ５面に供給することが可能になる。その
結果、高アスペクト比パターンの処理が可能になる。

【００６１】なお、上記実施の形態７では、複数の貯気
室６を設けたものを示したが、１つでもよく、また、上
記実施の形態１〜６のものに対して、実施の形態７と同
様に、貯気室６を試料の面方向に複数設けるようにして
も良い。

【００６２】また、上記実施の形態５、６では、貯気室
６にプラズマ発生手段を、実施の形態７では、貯気室６
にイオン源１７とイオン加速器１８を設けたが、貯気室
６にラジカル源を設けても良く、これにより、ある中性
ラジカルを多く処理室２へ導入することが可能になる。
その結果、処理に適した中性ラジカルを試料に供給する
ことができ、処理性能を向上することができる。

【００６３】また、貯気室６にイオン源を設けても良
く、これにより、処理に適したイオンを処理室２へ多く
供給することができ、処理性能が向上する。

【００６４】なお、上記の実施の形態１ないし７におい
て示した材質や形状は説明のために提示したものであ
り、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜
変更しても良い。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成に
よれば、処理室と、この処理室内に処理ガスを供給する
処理ガス供給手段と、前記処理室内に供給された処理ガ
スをプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記処理室内
に配置される被処理物を載置する載置台と、この載置台
へバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記載置台
の、被処理物を載置する面と対向する位置に設けられ、
中性粒子、または中性粒子を生成するガスを供給する供
給系を備えた貯気室と、この貯気室と前記処理室を分離
し、前記中性粒子を前記処理室に噴出させるための噴出
孔を有する分離板と、排気系とを備えたので、高アスペ
クト比の微細な深溝や深孔のパターンを有する試料の表
面処理を高速で行なうことができる。

【００６６】また、この発明の第２の構成によれば、第
１の構成において、分離板が載置台に対して対向電極と
なるようにしたので、試料の処理を均一にすることがで
きる。

【００６７】また、この発明の第３の構成によれば、第
２の構成において、分離板が、導電性材料上に誘電膜が
形成されたものであるので、分離板の劣化が防げる効果
がある。

【００６８】また、この発明の第４の構成によれば、第
２の構成において、分離板が接地されているので、試料
の処理を均一にすることができる。

【００６９】また、この発明の第５の構成によれば、第
２の構成において、分離板は高周波または直流バイアス
を印加する電源を備えたので、分離板の材質の選択や分
離板の電位の調整により処理室内の特定粒子の密度を調
整することができ、その結果、処理条件の拡大を図るこ
とができる。

【００７０】また、この発明の第６の構成によれば、第
１の構成において、噴出孔が処理室側に広がったノズル
形状であるので、貯気室内の粒子は噴出孔の通過中に速
度が低下することなく、処理室内に噴出される。

【００７１】また、この発明の第７の構成によれば、第
１の構成において、貯気室が複数の貯気室および複数の
分離板から構成されているので、試料に対して均一に粒
子流を供給することができ、試料の処理を均一にするこ
とができる。また、導入する粒子を変化させることで、
試料の処理を面内で変化させることも可能になる。

【００７２】また、この発明の第８の構成によれば、第
１の構成において、貯気室にプラズマ生成手段が備えら
れているので、処理室内では、従来よりも低圧力でプラ
ズマを生成することができ、イオンや中性粒子はほとん
ど衝突せずに試料に入射することが可能になり、処理の
異方性が向上する。また、貯気室に備えられたプラズマ
生成手段の動作圧力や電力を調整することにより、ある
中性ラジカルを多く処理室へ導入することが可能にな
る。その結果、処理に適した中性ラジカルを試料に供給
することができ、処理性能を向上することができる。

【００７３】また、この発明の第９の構成によれば、第
１の構成において、貯気室がラジカル源を備えたので、
処理に適した中性ラジカルを多く処理室へ導入すること
が可能になり、処理性能を向上することができる。

【００７４】また、この発明の第１０の構成によれば、
第１の構成において、貯気室がイオン源を備えたので、
処理に適したイオンを処理室へ多く供給することがで
き、処理性能が向上する。

【００７５】また、この発明の第１１の構成によれば、
第１０の構成において、イオン源がイオン加速手段を有
するので、処理に適したエネルギーを持つ中性粒子を処
理室へ多く供給することができ、処理性能が向上する。

【００７６】また、この発明の第１２の構成によれば、
第１の構成において、噴出孔の径が貯気室内の中性粒子
の平均自由行程より短いので、中性粒子の試料面に対し
て水平方向の温度と垂直方向の温度がある一定の比を持
つ中性粒子流が試料に供給される。

【００７７】また、この発明の第１３の構成によれば、
第１の構成において、噴出孔の長さが貯気室内の中性粒
子の平均自由行程より長いので、中性粒子の試料面に対
して水平方向の温度と垂直方向の温度がある一定の比を
持つ中性粒子流が試料に供給される。

【００７８】また、この発明の第１４の構成によれば、
第１の構成において、処理室内の圧力が貯気室内の圧力
より低いので、貯気室から処理室内へ噴出孔を通して中
性粒子が噴射される際に、試料面に垂直方向へ運動エネ
ルギーが与えられ、試料面に垂直方向の温度が高くな
る。中性粒子の試料面に垂直方向の温度が水平方向の温
度より高くなり、高アスペクト比のパターン底部へ中性
粒子を供給しやすくなる。

【００７９】また、この発明の第１５の構成によれば、
第１の構成において、載置台と分離板との間の距離が、
処理室内の中性粒子の平均自由行程以下であるので、貯
気室より噴出する中性粒子は処理室内で再散乱すること
なく、試料表面に供給される。

【００８０】また、この発明の第１６の構成によれば、
第１の構成において、供給系がパルスバルブによる供給
手段を有するので、貯気室と処理室側の圧力差が非常に
大きくなり、高アスペクト比のパターンの底部に、中性
粒子あるいはイオンを十分供給することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図２】 ホール底への中性粒子のフラックス量を示す
図である。

【図３】 高アスペクト比のホール内への中性粒子の入
射フラックス量を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態３によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図６】 本発明の実施の形態４によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図７】 本発明の実施の形態５によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態６によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【図９】 本発明の実施の形態７によるプラズマ処理装
置を示す断面構成図である。

【符号の説明】 １ 処理容器、２ 処理室、３ 絶縁板、４ 載置台、
５ 試料、６ 貯気室、７ 分離板、８ 噴出孔、９
高周波アンテナ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 整合器、１
１ａ、１１ｂ、１１ｃ 高周波電源、１２ａ、１２ｂ
ガス配管、１３誘電体窓、１４ 導波管、１５ 接地
板、１６ 電極、１７ イオン源、１８イオン加速器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 達夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA00 AA01 BA04 BA20 BB11 BB18 BB28 BB29 BB30 BC08 EB08 5F045 AA08 BB01 BB02 DP01 DP02 DP03 EF01 EF05 EF08 EF11 EH01 EH02 EH03 EH04 EH05 EH08 EH11 EH12 EH13 EH14

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室と、この処理室内に処理ガスを供
   給する処理ガス供給手段と、前記処理室内に供給された
   処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記処
   理室内に配置される被処理物を載置する載置台と、この
   載置台へバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記
   載置台の、被処理物を載置する面と対向する位置に設け
   られ、中性粒子、または中性粒子を生成するガスを供給
   する供給系を備えた貯気室と、この貯気室と前記処理室
   を分離し、前記中性粒子を前記処理室に噴出させるため
   の噴出孔を有する分離板と、排気系とを備えたことを特
   徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 分離板は、バイアスが印加される載置台
   に対して対向電極となるようにしたことを特徴とする請
   求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 分離板は、導電性材料上に誘電膜が形成
   されたものであることを特徴とする請求項２記載のプラ
   ズマ処理装置。
4. 【請求項４】 分離板は、接地されていることを特徴と
   する請求項２記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 分離板は、高周波、または直流バイアス
   を印加する電源を備えたことを特徴とする請求項２記載
   のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 噴出孔は、処理室側に広がったノズル形
   状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理
   装置。
7. 【請求項７】 貯気室は、複数の貯気室および複数の分
   離板から構成されていることを特徴とする請求項１記載
   のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 貯気室は、プラズマ生成手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 貯気室は、ラジカル源を備えたことを特
   徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】 貯気室は、イオン源を備えたことを特
    徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
11. 【請求項１１】 イオン源は、イオン加速手段を有する
    ことを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】 噴出孔の径は貯気室内の中性粒子の平
    均自由行程より短いことを特徴とする請求項１記載のプ
    ラズマ処理装置。
13. 【請求項１３】 噴出孔の長さは貯気室内の中性粒子の
    平均自由行程より長いことを特徴とする請求項１記載の
    プラズマ処理装置。
14. 【請求項１４】 処理室内の圧力は貯気室内の圧力より
    低いことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
    置。
15. 【請求項１５】 載置台と分離板との間の距離は、処理
    室内の中性粒子の平均自由行程以下であることを特徴と
    する請求項１記載のプラズマ処理装置。
16. 【請求項１６】 供給系は、パルスバルブによる供給手
    段を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処
    理装置。