JP2001077090A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理において、プラズマ生成条件で
ある放電電力、原料ガスの圧力、流量、組成で、プラズ
マ内の活性種を制御するしかなく、高精度に処理性能を
制御することおよび特性を長期間安定に維持することが
困難であった。 【解決手段】 ３００から５００ＭＨｚの電磁波と磁場
の相互作用でプラズマを形成し、電磁波導入用平面板に
５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの電磁波を該３００から５０
０ＭＨｚの電磁波に重畳させ、さらに平面板と被加工試
料の間隔を被加工試料または平面板のいずれか小さい方
の１／２以下とする構成とした。 【効果】 プラズマ内の活性種がプラズマ生成条件とは
独立にかつ効果的に制御でき、さらに長期的な処理性能
の安定化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の微細
加工、特に半導体材料をリソグラフィー技術によりパタ
ーニングした形状にエッチング処理するプラズマ処理装
置及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置の製造工程で用いられ
るフ゜ラス゛マ処理装置は、例えば、エッチンク゛については「日立評
論、Vol.76、No.7、(1994)、55〜58頁」に記載されている有
磁場マイクロ波フ゜ラス゛マエッチンク゛装置がある。有磁場マイクロ波フ゜ラス
゛マエッチンク゛装置は空心コイルで発生させた磁場と立体回路を
介して真空容器内に導入されるマイクロ波領域の電磁波で気
体をフ゜ラス゛マ化している。この従来装置では、低カ゛ス圧で高
いフ゜ラス゛マ密度が得られることから、高精度かつ高速で試
料の加工を行うことができる。さらに、例えば、「Appl.Ph
ys.Lett.、Vol.62、No.13、(1993)、1469ー1471頁」には永久
磁石による局所磁場を用いる有磁場マイクロ波フ゜ラス゛マエッチンク゛
装置が報告されている。この装置では磁場を永久磁石に
より形成するため装置コスト及び消費電力共に上記従来装
置に比べ格段に低くすることができる。また、特開平3ー1
22294号公報には100MHzから1GHzの高周波にによりフ゜ラス゛
マを生成市、ミラー磁場を用いて効率よくエッチンク゛することに
ついて開示されている。さらに、特開平6ー224155号公報
には、櫛状アンテナから100から500MHzの高周波をかけてフ゜ラス
゛マを生成し、大口径チャンハ゛内で均一なフ゜ラス゛マを形成するこ
とが示されている。

【０００３】また特にシリコン酸化膜加工用としては狭電極
平行平板型(以下「狭電極型」という)の装置が実用化され
ている。狭電極型装置は1.5cmから3cm程度の間隔の平行
平板間に十数から数十MHzの高周波を印加し、フ゜ラス゛マを形
成している。狭電極型装置は原料カ゛ス圧力が数十mTorr領
域で用いられる。この狭電極型は比較的安定な酸化膜エッ
チンク゛特性が長期にわたって得られるという特徴をもって
いる。

【０００４】また、特開平7ー307200号公報には、導入波長
の1/4の長さを有する放射状のアンテナから300MHz程度高周
波をかけることについて記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記永久磁石による局
所磁場を用いる有磁場マイクロ波エッチンク゛装置では、小型の永
久磁石を複数使用している為磁場領域フ゜ラス゛マが主に生成
されている領域でのフ゜ラス゛マの均一性が悪く、従って被加
工試料をフ゜ラス゛マ生成領域から離した位置に設置仕手、拡
散によってフ゜ラス゛マを均一化して使用している。このた
め、被加工試料位置では十分なフ゜ラス゛マ密度が得られず、十
分な加工速度が得られないという問題ある。

【０００６】また、特開平3-122294号公報や特開平6-224
155号公報に記載のようなECR型の装置では、有磁場マイクロ
波フ゜ラス゛マ源には試料に対面する位置から電磁波を導入す
るため、試料対面位置には絶縁体しか設置できない。従
って、被加工試料に高周波ハ゛イアスを印加する場合等に必要
なアース電極を理想的な位置である被加工試料と対面する
位置設置できず、ハ゛イアスの不均一が生じるという問題もあ
った。被加工試料の加工特性にはフ゜ラス゛マ中の活性種が重
要な影響を与える。この活性種は真空容器壁の材質とに
影響される特に被加工試料に対面する位置の壁材とその
距離は被加工試料の加工性能に大きく影響する。言い換
えれば被加工試料に対向する位置の材料とその距離で活
性種を制御できることになる。しかし、従来ECR型は被加
工試料に対面する位置に絶縁体(現実には石英あるいは
酸化アルミニュウム)しか配置できないため、活性種を理想的な
状態に制御できない。

【０００７】狭電極型装置では、先のECR型に比べ被加工
試料の対向部に電極がある為、被加工試料のハ゛イアスに体す
るアース電極の問題および対向部材質により活性種を制御
できない問題が解決される。しかし、狭電極型は比較的
使用カ゛ス圧力が高いため、被加工試料に入射するイオンの指
向性が不均一になり、微細加工性が悪く、また電極間隔が
30mm程度以下のため、高流量カ゛ス導入時に被加工試料面内
で圧力差が大きくなってしまう問題を有する。この問題
は被加工試料径の拡大に伴い顕著となり、次世代の300mm
ウエハ以上の加工では本質的な課題となる。

【０００８】また特開平6ー224155号公報に記載のような
櫛状アンテナや特開平7ー307200号公報に記載のような放射状
のアンテナでは、アンテナを利用していない場合に比べればフ゜ラス゛
マの均一性が上がるが、それでも十分な均一性を得ること
ができない。

【０００９】本発明の目的は、低消費電力で、被加工試料
の加工面積が大きい場合にも均一性の高い有磁場マイクロ波
フ゜ラス゛マを発生させ、かつ微細加工性に優れ、高選択比、高ア
スヘ゜クト比の加工が可能で、かつ高速度の加工処理ができる
フ゜ラス゛マ処理装置を提供することにある。特にフ゜ラス゛マ内の
活性種をフ゜ラス゛マ生成条件とは独立に制御し、高精度な活
性種制御を実現することで高い表面処理性能を実現す
る。また長期間にわたりフ゜ラス゛マ内での活性種の組成が変
動せず、安定した加工特性を持続を実現する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】被加工試料に対面する位
置にフ゜ラス゛マ励起用電磁波を導入する平面板を設置し、か
つ該平面板に第2高周波を印可し、さらに平面板と被加工
試料間の距離を30mmから被加工試料径の1/2とする構造
とした。フ゜ラス゛マ励起には300から500MHzの電磁波を用い、
第2周波数には50kHzから30MHzを用いる。また被加工試
料の周辺にシリコン等の材料で形成された円環状の部材を配
置し、この円環状の部材にハ゛イアスが印可できる構造とし
た。さらに上記平面板、真空容器壁、円環状の部材を温度
制御する機能を付加した。

【００１１】以上の構成により、低磁場低ランニンク゛コストで高
密度フ゜ラス゛マを形成でき、高速で微細な加工が可能とな
る。また平面板に第2の周波数を付加し、平面板と被加工
試料の間隔を被加工試料または平面板のいずれか小さい
方の径の1/2以下とすることで、フ゜ラス゛マ内の活性種を制御
でき、被加工資料面上での反応を高精度に制御すること
で高選択比と微細加工性を両立したフ゜ラス゛マ処理装置が可
能となる。また本発明ではフ゜ラス゛マに接する大部分に常に
ハ゛イアスが印可され反応が持続している状態あるいは温度
制御された状態となるため、処理状態の経時変化が少な
く長期的な処理性能の安定化が可能となる。

【００１２】以上のフ゜ラス゛マ処理装置で、平面板にシリコン、カー
ホ゛ン、石英、炭化シリコンのいずれかを用い、アルコ゛ンとC4F8に代
表されるフロンカ゛スの混合カ゛スを主とする原料カ゛スを用いるこ
とで高精度なシリコン酸化膜の加工が可能となるフ゜ラス゛マ処理
方法が実現できる。また同様に原料カ゛スに塩素、HBr、また
それらの混合カ゛スを主体とする原料カ゛スを用いることでシリ
コン、アルミ、タンク゛ステンの高精度加工が可能となるフ゜ラス゛マ処理方
法が実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明による実施の形態を以下で説
明する。

【００１４】本発明による実施の形態を図1に示す。図1
の実施の形態は本発明における装置の基本的構成であ
り、真空排気されカ゛ス導入手段1を有する真空容器2に電磁
石3が配置されており、同軸ケーフ゛ル4により円錐状の導体を
介して平面板5に導入される電磁波と該電磁石3による磁
場の相互作用で真空容器2内に導入されたカ゛スをフ゜ラス゛マ化
し、被加工試料6を処理する。ここで電磁波放射に用いる
平面板5は、特願平8-300039に記されている平面板と同等
である。本実施の形態における平面板5にはフ゜ラス゛マ形成
用の450MHz電源7と、フイルタ8を介し、13.56MHz電源9の2つの
周波数が印可されている。磁場の大きさは、平面板5と被
加工試料6のフ゜ラス゛マ生成領域で、電子サイクロトロン共鳴を満足
する大きさが必要であり、図1の実施の形態では450MHzの
電磁波を用いているため、100-200カ゛ウスの磁場強度であ
る。本実施の形態での磁場は、その磁力線の真空容器内
での向きが図1中の上方より下方に向く磁場とした。す
なわち平面板5の中央部においては、平面板5に垂直で平
面板5から被加工試料6の方向へ磁力線が向くことにな
る。ただし、磁場は図1の上方より発散しながら下方へ
向く構成としている為、平面板5の中央部以外では平面
板5と磁力線のなす角度は垂直から最大で平行まで分布
することがありうる。真空容器内で被加工試料6は8インチ
径であり、該被加工試料と平面板5の間隔は7cmとなって
いる。平面板5の表面はシリコン10で形成されており、また該
シリコン10の表面に形成した複数の孔から原料カ゛スが真空容
器2内に導入される構成となっている。図5にこの平面板
5およびシリコン10部の詳細図を示す。さらに真空容器壁に
は真空容器壁温度制御手段26が設置されている。この真
空容器壁温度制御手段26による真空容器壁の温度制御範
囲は20から140度である。

【００１５】本実施の形態では平面板5の径を255mmとし
た。13.56MHz電源9の電磁波は平面板5に配置されたシリコン
10の表面とフ゜ラス゛マの間で形成される電位を調節する機能
を持つ。該13.56MHz電源9の出力を調節することでシリコン
表面の電位が任意に調節でき、シリコン10とフ゜ラス゛マ内活性種
の反応が制御できる。また本発明では平面板5上に配置
されたシリコン10と被加工試料6の間隔を被加工試料径の1/2
以下である100から30mmで調節できる構造となってる。
該間隔の制御は被加工試料台11の上下により行う。被加
工試料6または平面板5上のシリコン10での反応生成物は真空
容器内に拡散する。しかし、被加工試料6またはシリコン10の
表面付近は反応生成物が気相中分子と衝突することによ
りだだよい、実質的に表面反応の影響を非常に強く受け
た気相状態となる。その領域は図2に示すように、反応す
る面の大きさに依存し、ほぼ反応する面の半径となる。
よって被加工試料6とその対面する位置に相当するシリコン1
0の間隔を被加工試料6の半径以下とすることで、互いの
面での反応を強く反映させることができる。たとえば原
料カ゛スにフロン系カ゛スを用いシリコン酸化膜のエッチンク゛処理を行う
場合、フロン系カ゛スの解離種であるフッ素ラシ゛カルがエッチンク゛の特性
(特にエッチンク゛選択性)を低下させる。しかし、本発明の構
成とすることで、シリコン10でフッ素を反応させ消費すること
で被加工試料6に入射するフッ素ラシ゛カルを大幅に低減でき
る。シリコン10と被加工試料6の間隔を被加工試料6の半径以
上にするとこのフッ素ラシ゛カルの低減効果が小さくなり、効果
は急激に低下する。また該間隔を小さくすることはシリコン
10と被加工試料6に囲まれたフ゜ラス゛マのホ゛リュウムを小さくす
ることになる。先のフロン系カ゛スのフ゜ラス゛マによるフッ素ラシ゛カル
の発生絶対量はフ゜ラス゛マのホ゛リュウムに比例するのに対し、シリコ
ン10でのフッ素の消費はシリン10の面積および該シリコン10に印可
されるハ゛イアス条件にのみ依存する。よって間隔を小さく
するとフッ素の発生絶対量は抑制されるのに対し、シリコン10
での消費量は不変とすることができる。結果として被加
工試料6に入射するフッ素ラシ゛カルを低減できる。この効果も
間隔を被加工試料径の1/2以下とすることによる、フッ素ラシ
゛カルの低減効果につながる。以上の活性種制御機能は間
隔と平面板5に重畳する13.56MHzの電力で決まり、フ゜ラス゛マ
生成条件(例えば放電電力、カ゛ス圧力、流量等)と独立に制
御できるのでフ゜ロセスの制御範囲を大幅に広げることが可
能となる。また平面板5と被加工試料の間隔を30mm以下
とすると平面板5表面から供給するカ゛スの被加工試料面内
圧力分布が劣化してしまう。この劣化は被加工試料径の
拡大と共に無視できなくなり、次世代の300mmウエハの加工
では本質的な問題となる。よって平面板5と被加工試料6
との間隔は30mmから被加工試料径の1/2以下(φ200ウエハで
あれば100mm、φ300ウエハであれば150mm)で良好な特性が得
られる。シリコン酸化膜エッチンク゛では深く微細な孔を高速でか
つ高エッチンク゛選択比で加工しなければならない。この深孔
での微細性とエッチンク゛選択比は気相内ラシ゛カル種と入射イオン密
度により特性が支配され、トレート゛オフの関係にある。よって
フ゜ラス゛マの生成条件と独立に高精度な活性種制御が可能な
本発明は従来にないシリコン酸化膜エッチンク゛特性を実現でき
る。また平面板5には温度制御機能16が設置されており、
シリコン10の表面反応の時間的変動を低減している。

【００１６】本発明では図1に示中に示す円環状の部材1
2を被加工試料6の周囲に配置している。円環状の部材12
のフ゜ラス゛マに接する面はシリコン13で形成されており、また被
加工試料6に印可するハ゛イアスの一部を容量14により分割す
ることで、該シリコン13にハ゛イアスが印可される構造となってい
る。また円環状の部材12の直下に温度制御機能15が設置
されており、該円環状部材の温度を一定化できる構造と
なっている。被加工試料6であるシリコンウエハは通常レシ゛ストマスク
に覆われている。被加工試料6表面に入射するフ゜ラス゛マ中
の活性種の量はこのレシ゛ストとの反応に影響される。例え
ばC4F8に代表されるフロン系カ゛スのフ゜ラス゛マで発生するフッ素ラシ
゛カルはレシ゛ストと反応することで消費される。この反応によ
り被加工試料6に実行的に入射するフッ素ラシ゛カルの量が決ま
り、前記図2の説明と同様な理由で被加工試料6の中心部
と周辺部ではフッ素ラシ゛カルの量に差が生じてしまう。円環
状の部材12はその表面反応により被加工試料周辺部で過
剰となるフッ素ラシ゛カルを消費し、活性種入射の被加工試料6
への均一化をはかることが可能となる。この円環状の部
材表面の反応は先のハ゛イアス印可機能によるハ゛イアスで調整可
能であり、また冷却機能15により反応の時間的変動が低
減されている。円環状の部材12の被加工試料面に水平方
向の幅を、平面板5と被加工試料6間距離と同じ長さとす
ることで完全に被加工試料6面内に入射する活性種を均
一化できる。ただし、実質的には20mm以上の幅で十分効
果がある。よって円環状の部材12の幅は平面板5と被加
工試料6間距離から20mmが有効範囲となる。また円環状
の部材12の被加工試料6に垂直方向の高さは先の幅とも
関係あり、幅を大きく取るほど高さが低くできる。実質
的には高さ0から40mmの範囲内でその高さに最適な幅を
前記の範囲から選ぶ。図1の実施例では円環状の部材12
表面の材質をシリコン13としたが、他にカーホ゛ン、炭化シリコン、石
英、酸化アルミ、アルミニュウムでも制御する活性種の種類により、
同等の効果がある。図6に本実施の形態とは別な円環状
の部材の構成図を示す。図6では円環状の部材6へのハ゛イア
ス印加量を円環状の部材6の下に配置した誘電体32の厚さ
で制御する構成とした。図6の構成とすることで比較的
簡単な構造で上記の円環状の部材と同様の効果をもたす
ことができる。

【００１７】本発明ではフ゜ラス゛マ接する大部分の領域が常
にハ゛イアスが印可されるか、温度制御機能を有しており、真
空容器内部状態の経時変化が少なく長期的な処理性能の
安定化が可能となる。真空容器内壁、平面板5、円環状の
部材12の温度制御範囲を20から140度の範囲とすること
で、吸着活性種の安定化がはかられ処理特性の時間的変
動を低減できる。

【００１８】図1に示す石英リンク゛17は平面板5あるいはシリ
コン10の周辺電界強度を緩和し、フ゜ラス゛マの均一生成を可能
とする。本実施例では該石英リンク゛のホ゛リュウム(厚み)で熱容
量を制御し、該石英リンク゛17の温度制御をおこなってい
る。図1の実施例では石英リンク゛を用いたが他の誘電体材
料例えば酸化アルミニュウム、窒化シリコン、ホ゜リイミト゛樹脂であっても
同様の効果があることはいうまでもない。また本実施例
では石英リンク゛を平面板5あるいはシリコン10の円周部にしか
配置しなかったが、全面に配置しても本発明の効果があ
る。その際図3に示すように、平面板5大気側に配置し、該
誘電体で真空を保持することで装置構成が簡単な本発明
における装置が実現できる。図3では図1の構成と異なる
部分のみに符号および符号の説明を記した。その他図1
と同様な部分に関する符号および符号の説明は省略す
る。図3の実施の形態では図1の実施例におけるシリコン10の
表面反応を用いことができないが、他の機能は十分有す
るため、被加工試料の対向部の反応をそれほど必要とし
ない加工応用には、装置構成が簡単となる利点がある。

【００１９】また図1および図2の装置構成にかかわら
ず、被加工試料とそれに対面する位置に存在する部材と
の距離関係を本発明における30mmから被加工試料径の1/
2とすることで、本発明の活性種制御による効果を有す
る。その際、前記の円環状の部材を被加工試料周囲に配
置することで、同様の活性種均一化の効果も有すること
はいうまでもない。

【００２０】次に図1の実施の形態の動作例を説明す
る。本実施の形態ではシリコン酸化膜のエッチンク゛処理を実施す
る場合を記す。シリコン酸化膜をエッチンク゛する場合、本発明で
は原料カ゛スにアルコ゛ンとC4F8の混合カ゛スを用いる。原料カ゛スの
圧力は2Paである。また流量はアルコ゛ンが400sccm、C4F8が15
sccmとした。平面板5には450MHz電源7から800Wの電力を
供給し、フ゜ラス゛マを形成した。さらに平面板5に13.56MHz電
源9から300Wの電力を450MHzに重畳して印可し、平面板5
上に配置したシリコン10のとフ゜ラス゛マ間に形成される電位を調
整した。被加工試料6は200mm径のウエハを用いた。被加工
試料台11の被加工試料6に接する領域は-20度の温度に保
たれ、被加工試料6の温度を制御している。また被加工試
料6には800kHz電源18の電磁波が供給され、被加工試料6
にフ゜ラス゛マから入射するイオンのエネルキ゛ーを制御している。図4
に本動作例によるシリコン酸化膜のエッチンク゛速度および
シリコン酸化膜と窒化シリコン膜のエッチンク゛速度差(選択比)を
示す。図4では被加工試料台11の高さを変え、シリコン10と被
加工試料6の間隔によるエッチンク゛特性を示した。図4では本
発明の間隔制御による効果を示すため、シリコン10と被加工
試料6の間隔を被加工試料径の1/2より大きい、140mmから
のエッチンク゛特性を示した。図4の結果よりエッチンク゛速度は間
隔にあまり大きく依存しないが、エッチンク゛選択比は大きく
変化することが確認できる。特に被加工試料径の1/2に
相当する100mm以下からのエッチンク゛選択比向上が顕著であ
ることがわかり、本発明の有用性が確認できる。以上の
ように高いエッチンク゛選択比が得られることで、前記シリコン酸
化膜に対しシリコン窒化膜のエッチンク゛速度を低く押さえ高いエッ
チンク゛選択比を得ることで高精度の酸化膜エッチンク゛が可能と
なる。本実施の形態ではアルコ゛ン流量を400sccmとしたが0
から2000sccmとし、C4F8または酸素の分圧を制御するこ
と加工条件を制御することができる。

【００２１】本実施の形態ではフ゜ラス゛マ形成用の電磁波と
して450MHzを用いたが300から500MHzの電磁波であって
も同様の効果がある。周波数を変える場合には同時に磁
場強度も変える必要があり、平面板5と被加工試料6のフ゜ラ
ス゛マ生成領域に電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強度を形
成する。また重畳する13.56MHzの電磁波においても、50k
Hzから30MHzの電磁波で同様の効果が発揮できる。30MHz
より高い周波数ではシリコン10に発生するフ゜ラス゛マ間との電位
が小さく、また50kHzより小さい周波数では平面板5上に
設置するシリコン9の表面状態により、フ゜ラス゛マ間とに発生する
電位差が変動するため適用が困難である。

【００２２】本実施の形態では平面板5上にシリコン10を配
置したが、他にカーホ゛ン、炭化シリコン、石英、酸化アルミ、アルミニュウムを
用いて該材料面での反応を用いることで同様に活性種を
制御することが可能である。

【００２３】本実施の形態では原料カ゛スにアルコ゛ンとC4F8を
用いたが、混合カ゛スに50から300sccmのCOあるいは0.5から
50sccm酸素あるいは0.5から50sccmのCHF3、CH2F2、CH4、水
素カ゛ス単体またはそれらの混合カ゛スを添加し、シリコン酸化膜
のエッチンク゛処理を実施することが可能であり、該添加カ゛スに
よりフ゜ロセス条件をさらに精度よく制御できる。

【００２４】本発明による装置を用い添加カ゛スとしてで
なくC2F6、CHF3、CF4、C3F6O、C3F8、C5F8、C2F4、CF3I、C2F5I、
C3F6のいずれか一種類のカ゛スを主に用いシリコン酸化膜のエッチ
ンク゛を行うことでも同様の効果があることはいうまでも
ない。さらにこれらカ゛スにCOカ゛ス、酸素カ゛スまたはその両方
を添加カ゛スとして用いても同様の効果がある。また前記
実施の形態でも記したように0から2000sccmのアルコ゛ンで希
釈することでフ゜ロセウ制御性を高めることができる。

【００２５】また前記実施の形態に示したカ゛スを用いてシ
リコン酸化膜のエッチンク゛処理を実施すいた後に、本発明によ
る装置を用いArとCF4と酸素またはArとC2F6と酸素の混
合カ゛スフ゜ラス゛マで後処理を行うことで加工表面の汚染およ
びタ゛メーシ゛等が低減でき加工特性の更なる高精度化が可能
となる。

【００２６】本発明による装置を用い、酸素カ゛ス、メタンカ゛ス、
塩素カ゛ス、窒素カ゛ス、水素、CF4、C2F6、CH2F2、C4F8、SF6、NH3、N
F3、CH3OH、C2H5OHのいずれかを成分とする原料カ゛スによ
り、有機物を主体とする材料のエッチンク゛処理を行うことも
可能である。

【００２７】本実施の形態では、シリコン10表面での反応制
御を重畳して印可する電磁波により実施したが、該電磁
波による制御に加え、該平面板に温度制御機能を付加し、
該温度制御によりシリコン10の反応を制御することが可能で
ある。特にシリコン10での反応の安定化に有効である。

【００２８】本実施の形態ではシリコン酸化膜のエッチンク゛を実
施する場合について記したが、他に塩素または塩素を主
とするカ゛スを用いた本発明により、シリコン、タンク゛ステン、アルミニュウム
を主体とする材料のエッチンク゛処理が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、300から500MHzの電磁波の
電子サイクロトロン共鳴フ゜ラス゛マを用いるフ゜ラス゛マ処理装置におい
て、フ゜ラス゛マ生成条件とは独立にフ゜ラス゛マ内の活性種が制御
可能となる。特に被加工試料と被加工試料に対面する位
置に設置される平面板の間隔、平面板上の材質および平
面板に重畳して印可する電磁波を本発明に記す範囲で制
御することで活性種制御効果を飛躍的に増大し、処理条
件の制御性および制御範囲を大幅に広げることが可能と
なり、高精度なフ゜ラス゛マ処理装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的実施の形態1を示す図である。

【図２】本発明の具体的実施の形態2を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態における効果の説明図1。

【図４】本発明の実施の形態における効果の説明図2。

【図５】平面板およびシリコン部の構造詳細図。

【図６】円環状の部材の設置方法に関する具体的実施
例。

【符号の説明】 1…カ゛ス導入手段、2…真空容器、3…電磁石、4…同軸ケーフ゛ル、
5…平面板、6…被加工試料、7…450MHz電源、8…フィルタ、9…1
3.56MHz電源、10…シリコン、11…被加工試料台、12…円環状の
部材、13…シリコン、14…容量、15…冷却機能、16…温度制御機
構、17…石英リンク゛、18…800kHz電源、19…直流電源、20…容
量、21…整合器、22…整合器、23…整合器、24…800kHz通過
フィルタ、25…誘電体、26…真空容器壁温度制御手段、27…平
面板、28…誘電体、29…石英、30石英シャワーフ゜レート、31…カ゛ス導
入手段、32…誘電体、33…下部電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板橋 直志 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山本 清二 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 根岸 伸幸 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高橋 主人 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA00 DA16 DD01 DD03 DE01 DE06 DE07 DE08 DE09 DE11 DE14 DG06 DG07 DG08 DG12 DG13 DG14 DG16 DG20 DM06 DM08 DM17 DM18 DM21 DM22 DM28 DM29 DM31 DM33 DM39 DN01 5F004 AA00 BA14 BA16 BB11 BB13 BB18 BB22 BB25 BB28 DA00 DA01 DA02 DA03 DA04 DA15 DA16 DA17 DA18 DA23 DA24 DA25 DA26 DB03 5F045 AA08 AA10 DP01 DP02 DP03 DQ10 EF05 EH01 EH02 EH03 EH05 EH17 EJ03 EJ04 EM05

Claims (51)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空排気手段と原料カ゛ス供給手段と被加工
   試料設置手段とを有する真空容器内で原料カ゛スをフ゜ラス゛マ
   化し、被加工試料の処理を行うフ゜ラス゛マ処理装置において、
   該真空容器内に電磁波を放射する平面板を含み、該平面
   板から300から500MHzの電磁波を放射させる電磁波供給
   手段と磁場発生手段を備え、該平面板を該被加工試料に
   対面するように配置し、該平面板と該被加工試料との間
   隔が30mmから前記被加工試料直径の2分の1以下に設定さ
   れ、該平面板から放射される該300から500MHzの電磁波と
   磁場との相互作用で原料カ゛スをフ゜ラス゛マ化し、該フ゜ラス゛マを用
   いて前記被加工試料の表面処理を行うことを特徴とする
   フ゜ラス゛マ処理装置。
2. 【請求項２】請求項1において、平面板には300から500MH
   zの電磁波の他に第2の周波数である50kHzから30MHzの電
   磁波を重畳することを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
3. 【請求項３】請求項1または2において、平面板と被被加
   工試料の間隔が、30mm以上から100mm以下に設定されるこ
   とを特徴といするフ゜ラス゛マ処理装置。
4. 【請求項４】真空容器内で原料カ゛スをフ゜ラス゛マ化し、被加工
   試料の処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法において、電磁波を放
   射する平面板と該被加工試料との間隔が30mm以上から10
   0mm以下に設定され、前記平面板より300MHzから500MHzの
   電磁波を放射して原料カ゛スをフ゜ラス゛マ化し、前記間隔に依存
   してフ゜ラス゛マ中の活性種を制御し、被加工試料のエッチンク゛を
   行うことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
5. 【請求項５】請求項1記載のフ゜ラス゛マ処理装置において、
   磁場発生手段による磁場強度が真空容器内で300から500
   MHzの電磁波に対して電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強
   度を含むことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
6. 【請求項６】請求項4において、前記平面板の表面がシリコン
   で形成され、該シリコンとフ゜ラス゛マ中の活性種を反応させ、被加
   工試料に入射する活性種を制御することを特徴とするフ゜
   ラス゛マ処理方法。
7. 【請求項７】請求項1記載の平面板表面とフ゜ラス゛マとの反
   応を制御する手段が、該平面板の温度を制御する手段で
   あることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
8. 【請求項８】請求項1記載の平面板表面とフ゜ラス゛マとの反
   応を制御する手段が、請求項2記載の第2の周波数の電磁
   波を重畳して該平面板に供給する手段と請求項6記載の
   該平面板の温度を制御する手段の両方であることを特徴
   とするフ゜ラス゛マ処理装置。
9. 【請求項９】請求項2、8記載の平面板に重畳する第2の周
   波数の平面板に印加する電力が平面板の単位面積あたり
   0.05から5W/cm2であることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装
   置。
10. 【請求項１０】請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9記載のフ゜ラス゛マ
    処理装置において、原料カ゛スを請求項1記載の平面板に形
    成した複数の微細孔を介して真空容器内に供給すること
    を特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
11. 【請求項１１】請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10記載のフ゜ラス
    ゛マ処理装置において請求項1記載の平面板のフ゜ラス゛マ側に
    接する表面がシリコン、カーホ゛ン、炭化シリコン、石英、酸化アルミ、アルミニュ
    ウムの内一種類以上の材質で形成されていることを特徴と
    するフ゜ラス゛マ処理装置。
12. 【請求項１２】請求項7、8記載の平面板の温度を制御す
    る手段において、該手段が該平面板内に温度制御された
    液体を循環させることにより、該平面板の温度を制御す
    ることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
13. 【請求項１３】請求項11記載の平面板のフ゜ラス゛マ側に接す
    る表面に設置する材料面より真空容器内にカ゛スを供給す
    る手段を配置したことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
14. 【請求項１４】請求項1記載の被加工試料面内に入射す
    る活性種の量と種類を均一化する手段が、被加工試料の
    周辺に配置する円環状の部材であることを特徴とするフ゜
    ラス゛マ処理装置。
15. 【請求項１５】請求項14記載の円環状の部材のフ゜ラス゛マに
    接する部分の材質がシリコン、カーホ゛ン、炭化シリコン、石英、酸化アル
    ミ、アルミニュウムの内一種類以上の材質で形成されていること
    を特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
16. 【請求項１６】請求項14記載の円環状の部材において、
    該円環状の部材に高周波電力を印加することを特徴とす
    るフ゜ラス゛マ処理装置。
17. 【請求項１７】請求項16記載の円環状の部材に高周波電
    力を印加する手段が、被加工試料に印加する高周波電力
    の一部を分岐し、該円環状の部材に印加する構造である
    ことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
18. 【請求項１８】請求項1至乃17記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、被加工試料に入射する活性種の時間的変動を低
    減する手段を有し、その時間的変動を低減する手段が真
    空容器壁、平面板、請求項14記載の円環状の部材の温度制
    御手段であることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
19. 【請求項１９】請求項15、16、17、18記載の円環状の部材
    において、該円環状の部材の被加工試料面に垂直方向の
    高さが、被加工試料面より0から40mmの範囲であることを
    特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
20. 【請求項２０】請求項15、16、17、18記載の円環状の部材
    において、該円環状の部材の被加工試料面に水平方向の
    幅が20mmから請求項1記載の平面板と被加工試料間距離
    の範囲であることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
21. 【請求項２１】請求項1記載の真空容器内に電磁波を供
    給する平面板において、該平面板がアース電位の平板に誘電
    体を介して配置され、該平面板とアース電位の平板ではさま
    れる誘電体内で供給した電磁波がTM01モート゛で共振する構
    造であることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
22. 【請求項２２】請求項1、21記載の平面板において、該平
    面板は円盤状であり、さらに該平面板の中央に接続され
    る円錐状の導体を介して電磁波を供給することを特徴と
    するフ゜ラス゛マ処理装置。
23. 【請求項２３】請求項18記載の真空容器壁、平面板、円環
    状の部材の温度制御手段が温度制御された液体を循環さ
    せることにより、前記各部の温度を制御し、その温度範囲
    が20℃から140℃の範囲であることを特徴とするフ゜ラス゛マ
    処理装置。
24. 【請求項２４】請求項1記載の磁場発生手段による磁場
    の磁力線の向きが平面板近傍において、請求項1記載の平
    面板および被加工試料面と平行な向きから垂直な向きの
    範囲である事を特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
25. 【請求項２５】請求項1記載の平面板において、該平面板
    のフ゜ラス゛マに接する面の全面または一部を誘電体で被覆す
    ることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
26. 【請求項２６】請求項25記載の該平面板のフ゜ラス゛マに接す
    る面の全面または一部を被覆する誘電体が石英、酸化アルミ
    ニュウム、窒化シリコン、ホ゜リイミト゛樹脂のいずれか一種類の材料で
    構成されていることを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
27. 【請求項２７】請求項25、26記載の誘電体の温度を20℃
    から250℃の範囲内で一定に制御する手段を有すること
    を特長とするフ゜ラス゛マ処理装置。
28. 【請求項２８】請求項1至乃27記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、平面板に供給する300から500MHzの電磁波を供給
    する給電線路に被加工試料に印加する高周波電力をアース
    に流入させるフィルタを設置する事を特長とするフ゜ラス゛マ処理
    装置。
29. 【請求項２９】請求項1至乃28記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、被加工試料に100kHzから14MHzの高周波電力を被
    加工試料の単位面積あたり0.5から8W/cm2印加し、被加工
    試料の表面処理を行うことを特長とするフ゜ラス゛マ処理方
    法。
30. 【請求項３０】請求項16、17記載の円環状の部材に印加
    する高周波電力が円環状の部材のフ゜ラス゛マに接する面の単
    位面積あたり0から8W/cm2であることを特長とするフ゜ラス゛
    マ処理装置。
31. 【請求項３１】請求項1至乃30記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、磁場発生手段により平面板と被加工試料間に形
    成される電子サイクロトロン共鳴条件磁場領域の被加工試料面
    からの高さおよびその領域幅を制御し、フ゜ラス゛マ内で生成
    される活性種の制御を行うことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理
    装置。
32. 【請求項３２】請求項1記載のフ゜ラス゛マ処理装置において、
    真空容器上部を石英、酸化アルミのいずれかの一方の絶縁材
    料で構成し、該絶縁材料の大気側に請求項21記載のアース電
    位導体に誘電体を介し配置される平面板を設置し、該平
    面板に請求項3記載の電磁波を供給し、該電磁波と磁場の
    相互作用により、該真空容器内にフ゜ラス゛マを形成すること
    を特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
33. 【請求項３３】平面状の被加工試料を処理するフ゜ラス゛マ処
    理装置において、被加工試料と被加工試料試料に対面す
    る部材との距離が30mmから該被加工試料径の1/2である
    ことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
34. 【請求項３４】請求項33記載のフ゜ラス゛マ処理装置におい
    て、被加工試料の周囲に請求項16、17、30記載の円環状の
    部材を配置することを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
35. 【請求項３５】請求項33、34「記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、被加工試料に対面する位置に配置される部材が
    石英、酸化アルミ、シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、ホ゜リイミト゛樹脂の
    内一種類以上の材料で構成されていることを特徴とする
    フ゜ラス゛マ処理装置。
36. 【請求項３６】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて、原料カ゛スにアルコ゛ンとC4F8の混合カ゛スを用い、アルコ゛ン流
    量が0から2000sccm、C4F8流量が0.5から100sccmで、該混
    合カ゛スの圧力が0.01から6Paの条件でシリコン酸化膜のエッチンク゛
    処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
37. 【請求項３７】請求項36、43のフ゜ラス゛マ処理方法において、
    50から300sccmのCOカ゛スを添加し、シリコン酸化膜のエッチンク゛処
    理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
38. 【請求項３８】請求項36、37、43記載のフ゜ラス゛マ処理方法に
    おいて、0.5から100sccmの酸素カ゛スを添加し、シリコン酸化膜
    のエッチンク゛処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
39. 【請求項３９】請求項36、37、43記載のフ゜ラス゛マ処理方法に
    おいて、0.5から100sccmのCHF3、CH2F2、CH4、CH3F,水素カ゛ス
    のいずれか一つまたは混合カ゛スを添加しシリコン酸化膜のエッチ
    ンク゛処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
40. 【請求項４０】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、0から2000sccmのアルコ゛ンとC2F6、CHF3、C2F4,CF3I,
    C2F5I,C3F6,CF4、C3F6O、C3F8、C5F8ののいずれか一種類の
    カ゛スを用いシリコン酸化膜のエッチンク゛を行う事を特長とするフ゜ラ
    ス゛マ処理方法。
41. 【請求項４１】請求項40記載のカ゛スにCOカ゛スを添加し、シリコ
    ン酸化膜のエッチンク゛を行う事を特長とするフ゜ラス゛マ処理装
    置。
42. 【請求項４２】請求項40、41記載のカ゛スに酸素カ゛スを添加
    し、シリコン酸化膜のエッチンク゛を行う事を特長とするフ゜ラス゛マ処
    理装置。
43. 【請求項４３】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて、原料カ゛スにアルコ゛ンとC5F8の混合カ゛スを用い、アルコ゛ン流
    量が0から2000sccm、C5F8流量が0.5から50sccmで、該混合
    カ゛スの圧力が0.01から6Paの条件でシリコン酸化膜のエッチンク゛処
    理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
44. 【請求項４４】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて、原料カ゛スが塩素で圧力0.1から6Paの条件で、シリコン、
    アルミニュウム、タンク゛ステンあるいは該シリコン、アルミニュウム、タンク゛ステンを主
    成分とする材料のエッチンク゛処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
45. 【請求項４５】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて、原料カ゛スがHBrで圧力0.1から6Paの条件で、シリコン、ア
    ルミニュウム、タンク゛ステンあるいは該シリコン、アルミニュウム、タンク゛ステンを主成
    分とする材料のエッチンク゛処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
46. 【請求項４６】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて、原料カ゛スが塩素とHBrの混合カ゛スで圧力0.1から6Pa
    の条件で、シリコン、アルミニュウム、タンク゛ステンあるいは該シリコン、アルミニュウ
    ム、タンク゛ステンを主成分とする材料のエッチンク゛処理を行うフ゜ラス゛
    マ処理方法。
47. 【請求項４７】請求項44、45、46記載のフ゜ラス゛マ処理方法
    で、酸素カ゛スを添加し、シリコン、アルミニュウム、タンク゛ステンあるいは該シ
    リコン、アルミニュウム、タンク゛ステンを主成分とする材料のエッチンク゛処理
    を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
48. 【請求項４８】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、酸素カ゛ス、メタンカ゛ス、塩素カ゛ス、窒素カ゛ス、水素、NH3、NF
    3、CH3OH、C2H5OH、CF4、C2F6、CH2F2、C4F8、SF6のいずれかを
    成分とする原料カ゛スにより、有機物を主体とする材料のエッ
    チンク゛処理を行うことを特徴とするフ゜ラス゛マ処理装置。
49. 【請求項４９】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置を
    用いて塩素とBCl3、塩素とBCl3とCH4、塩素とBCl3とCH4と
    Ar、塩素とBCl3とCHF3、塩素とBCl3とCH2F2、塩素とBCl3と
    HCl、塩素とBCl3とCH4とAr、塩素とBCl3とN2、塩素とBCl3
    とN2とHCl、塩素とBCl3とHCl、塩素とBCl3とHClとCH4とA
    r、塩素とBCl3とN2、塩素とBCl3とN2とHCl、塩素とBCl3とC
    HCl3の混合カ゛スで圧力0.1〜2Paの条件でシリコン、アルミニュウム、タン
    ク゛ステンあるいはシリコン、アルミニュウム、タンク゛ステンを主成分とする材
    料のエッチンク゛処理を行うフ゜ラス゛マ処理方法。
50. 【請求項５０】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、請求項35至乃42記載のフ゜ラス゛マ処理方法による被
    加工試料の表面処理後に、ArとCF4と酸素の混合カ゛スによ
    るフ゜ラス゛マ処理する事を特徴とするフ゜ラス゛マ処理方法。
51. 【請求項５１】請求項1至乃35記載のフ゜ラス゛マ処理装置に
    おいて、請求項35至乃42記載のフ゜ラス゛マ処理方法による被
    加工試料の表面処理後に、ArとC2F6と酸素の混合カ゛スに
    よるフ゜ラス゛マ処理する事を特徴とするフ゜ラス゛マ処理方法。