JP2001237098A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents
プラズマ処理方法及び装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズ
マを得ることができるプラズマ処理方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 真空容器１内にガス供給装置２から所定
のガスを導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排
気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、ア
ンテナ用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力
をアンテナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが
発生し、基板電極６上に載置された基板７に対してエッ
チング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことが
できる。光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ
（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ
（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することによ
り、プラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得
ることができ、基板を高速に、かつ、安定的に処理する
ことができた。
マを得ることができるプラズマ処理方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 真空容器１内にガス供給装置２から所定
のガスを導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排
気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、ア
ンテナ用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力
をアンテナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが
発生し、基板電極６上に載置された基板７に対してエッ
チング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことが
できる。光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ
（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ
（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することによ
り、プラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得
ることができ、基板を高速に、かつ、安定的に処理する
ことができた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体等の電子
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
ッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等のプラズ
マ処理方法及び装置に関し、特にＶＨＦ帯またはＵＨＦ
帯の高周波電力を用いて励起するプラズマを利用するプ
ラズマ処理方法及び装置に関するものである。
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
ッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等のプラズ
マ処理方法及び装置に関し、特にＶＨＦ帯またはＵＨＦ
帯の高周波電力を用いて励起するプラズマを利用するプ
ラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体等の電子デバイスの微細化に対応
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平８−８３６９６号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平８−８３６９６号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。
【０００３】Ｃｌ2やＳＦ6等のように負性の強いガス、
言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズマ化
したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下になると、電子温
度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成され
る。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によっ
て微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによっ
て起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防止
することができ、極めて微細なパターンのエッチングを
高精度に行うことができる。
言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズマ化
したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下になると、電子温
度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成され
る。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によっ
て微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによっ
て起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防止
することができ、極めて微細なパターンのエッチングを
高精度に行うことができる。
【０００４】また、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチ
ングを行う際に一般的に用いられるＣｘＦｙやＣｘＨｙ
Ｆｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素及びフッ素を含む
ガスをプラズマ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下
になると、電子温度が高いときに比べてガスの解離が抑
制され、とくにＦ原子やＦラジカル等の生成が抑えられ
る。Ｆ原子やＦラジカル等はシリコンをエッチングする
速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッチ
ング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。
ングを行う際に一般的に用いられるＣｘＦｙやＣｘＨｙ
Ｆｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素及びフッ素を含む
ガスをプラズマ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下
になると、電子温度が高いときに比べてガスの解離が抑
制され、とくにＦ原子やＦラジカル等の生成が抑えられ
る。Ｆ原子やＦラジカル等はシリコンをエッチングする
速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッチ
ング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。
【０００５】また、電子温度が３ｅＶ以下になると、イ
オン温度やプラズマ電位も低下するので、プラズマＣＶ
Ｄにおける基板へのイオンダメージを低減することがで
きる。
オン温度やプラズマ電位も低下するので、プラズマＣＶ
Ｄにおける基板へのイオンダメージを低減することがで
きる。
【０００６】電子温度の低いプラズマを生成できる技術
として現在注目されているのは、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ
帯の高周波電力を用いるプラズマ源である。
として現在注目されているのは、ＶＨＦ帯またはＵＨＦ
帯の高周波電力を用いるプラズマ源である。
【０００７】図１は、我々がすでに提案している板状ア
ンテナ方式プラズマ処理装置の断面図である。図１にお
いて、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを
導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排気を行
い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ
用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力をアン
テナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生
し、基板電極６上に載置された基板７に対してエッチン
グ、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができ
る。このとき、図１に示すように、基板電極６にも基板
電極用高周波電源８により高周波電力を供給すること
で、基板７に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができる。なお、アンテナ５は、半径１１５ｍｍの金属
板９、半径１１５ｍｍの誘電板１０から成り、誘電板１
０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介して金属板９
に高周波電圧を給電できるように構成されている。
ンテナ方式プラズマ処理装置の断面図である。図１にお
いて、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを
導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排気を行
い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ
用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力をアン
テナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生
し、基板電極６上に載置された基板７に対してエッチン
グ、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができ
る。このとき、図１に示すように、基板電極６にも基板
電極用高周波電源８により高周波電力を供給すること
で、基板７に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができる。なお、アンテナ５は、半径１１５ｍｍの金属
板９、半径１１５ｍｍの誘電板１０から成り、誘電板１
０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介して金属板９
に高周波電圧を給電できるように構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示した従来の方式では、プラズマ密度が高く、かつ、安
定したプラズマを得るのが困難であるという問題点があ
った。
示した従来の方式では、プラズマ密度が高く、かつ、安
定したプラズマを得るのが困難であるという問題点があ
った。
【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プラ
ズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得ることが
できるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的
としている。
ズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得ることが
できるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的
としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願の第１発明のプラズ
マ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して設け
られ、基板に対向する真空容器壁面と金属板の間に誘電
板を挟み込んだ構造からなるアンテナに、周波数５０Ｍ
Ｈｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、
真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラ
ズマ処理方法であって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電
力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電
板の半径をｒ（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することを特
徴とする。
マ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して設け
られ、基板に対向する真空容器壁面と金属板の間に誘電
板を挟み込んだ構造からなるアンテナに、周波数５０Ｍ
Ｈｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、
真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラ
ズマ処理方法であって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電
力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電
板の半径をｒ（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することを特
徴とする。
【００１１】本願の第１発明のプラズマ処理方法におい
て、好適には、誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
が望ましい。
て、好適には、誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
が望ましい。
【００１２】この場合、真空容器と短絡する部位の各々
がアンテナの中心に対してほぼ等配置されていることが
望ましい。
がアンテナの中心に対してほぼ等配置されていることが
望ましい。
【００１３】また、アンテナの表面が絶縁カバーにより
覆われていることが望ましい。
覆われていることが望ましい。
【００１４】また、アンテナと真空容器との間に設けら
れた環状でかつ溝状のプラズマトラップによって、基板
上のプラズマ分布が制御された状態で基板を処理するこ
とが望ましい。
れた環状でかつ溝状のプラズマトラップによって、基板
上のプラズマ分布が制御された状態で基板を処理するこ
とが望ましい。
【００１５】本願の第１発明のプラズマ処理方法は、と
くに、真空容器内に直流磁界が存在しない場合に効果的
なプラズマ処理方法である。
くに、真空容器内に直流磁界が存在しない場合に効果的
なプラズマ処理方法である。
【００１６】本願の第２発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器内に基板を載置するための基板電極と、基板電極に
対向する真空容器壁面と金属板の間に誘電板を挟み込ん
だ構造からなるアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨ
ｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高
周波電源とを備えたプラズマ処理装置であって、光速を
ｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電
板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ（ｍ）としたと
き、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することがで
きるよう構成されたことを特徴とする。
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器内に基板を載置するための基板電極と、基板電極に
対向する真空容器壁面と金属板の間に誘電板を挟み込ん
だ構造からなるアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨ
ｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高
周波電源とを備えたプラズマ処理装置であって、光速を
ｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電
板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ（ｍ）としたと
き、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することがで
きるよう構成されたことを特徴とする。
【００１７】本願の第２発明のプラズマ処理装置におい
て、好適には、誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
が望ましい。
て、好適には、誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
が望ましい。
【００１８】この場合、真空容器と短絡する部位の各々
がアンテナの中心に対してほぼ等配置されていることが
望ましい。
がアンテナの中心に対してほぼ等配置されていることが
望ましい。
【００１９】また、アンテナの表面が絶縁カバーにより
覆われていることが望ましい。
覆われていることが望ましい。
【００２０】また、アンテナと真空容器との間に、環状
でかつ溝状のプラズマトラップを設けることが望まし
い。
でかつ溝状のプラズマトラップを設けることが望まし
い。
【００２１】本願の第２発明のプラズマ処理装置は、と
くに、真空容器内に直流磁界を印加するためのコイルま
たは永久磁石を備えていない場合に効果的なプラズマ処
理装置である。
くに、真空容器内に直流磁界を印加するためのコイルま
たは永久磁石を備えていない場合に効果的なプラズマ処
理装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態につ
いて、図１を参照して説明する。なお、図１は、従来例
の説明において用いたものと同じであるから、基本動作
の説明は省略する。
いて、図１を参照して説明する。なお、図１は、従来例
の説明において用いたものと同じであるから、基本動作
の説明は省略する。
【００２３】図２は、ガス種とガス流量がＣｌ2＝１０
０ｓｃｃｍ、圧力が１．３Ｐａ、アンテナ用高周波電力
が１ｋＷというプラズマ発生条件を固定し、誘電板１０
の比誘電率を４から９０まで変化させた場合の、基板７
の直上におけるイオン飽和電流密度を測定した結果であ
る。図２から、誘電板１０の比誘電率がおおむね８以下
のときは、イオン飽和電流密度が低くなることがわか
る。また、誘電板１０の比誘電率がおおむね８０以上の
ときは、プラズマが不安定となり、測定ができなかっ
た。
０ｓｃｃｍ、圧力が１．３Ｐａ、アンテナ用高周波電力
が１ｋＷというプラズマ発生条件を固定し、誘電板１０
の比誘電率を４から９０まで変化させた場合の、基板７
の直上におけるイオン飽和電流密度を測定した結果であ
る。図２から、誘電板１０の比誘電率がおおむね８以下
のときは、イオン飽和電流密度が低くなることがわか
る。また、誘電板１０の比誘電率がおおむね８０以上の
ときは、プラズマが不安定となり、測定ができなかっ
た。
【００２４】一般に、光速をｃ（ｍ／秒）、電磁波の周
波数をｆ（Ｈｚ）としたとき、比誘電率εの媒質中にお
ける電磁波の波長λ（ｍ）は、 λ＝ｃ／（ｆ・ε1/2） となる。つまり、波長λは比誘電率ε1/2に反比例す
る。アンテナ５からの電磁波の出口となる誘電板１０の
外周部は解放端であるため、誘電板１０内では中心付近
で電界強度が弱く、外周部では電界強度が強くなるが、
外周部における電界強度を高めるためには、誘電板１０
内における波長を小さくして、中心付近との位相差を大
きくすることが効果的である。このことから、誘電板１
０の比誘電率を大きくすると、誘電板１０の外周部の電
界強度が増し、高いイオン飽和電流密度を得ることがで
きたものと考えられる。
波数をｆ（Ｈｚ）としたとき、比誘電率εの媒質中にお
ける電磁波の波長λ（ｍ）は、 λ＝ｃ／（ｆ・ε1/2） となる。つまり、波長λは比誘電率ε1/2に反比例す
る。アンテナ５からの電磁波の出口となる誘電板１０の
外周部は解放端であるため、誘電板１０内では中心付近
で電界強度が弱く、外周部では電界強度が強くなるが、
外周部における電界強度を高めるためには、誘電板１０
内における波長を小さくして、中心付近との位相差を大
きくすることが効果的である。このことから、誘電板１
０の比誘電率を大きくすると、誘電板１０の外周部の電
界強度が増し、高いイオン飽和電流密度を得ることがで
きたものと考えられる。
【００２５】一方、誘電板１０の比誘電率を大きくしす
ぎると、誘電板１０内における波長が短くなりすぎるた
め、誘電板１０に高次モードの電磁界が許容されるよう
になり、基本モードとの混在状態が現れる。その結果、
プラズマが不安定になったものと考えられる。
ぎると、誘電板１０内における波長が短くなりすぎるた
め、誘電板１０に高次モードの電磁界が許容されるよう
になり、基本モードとの混在状態が現れる。その結果、
プラズマが不安定になったものと考えられる。
【００２６】以上の実験結果から、プラズマ密度が高
く、かつ、安定したプラズマを得るためには、誘電板１
０の比誘電率がある範囲に入っていることが必要である
ことがわかった。アンテナ用高周波電力の周波数ｆは１
００ＭＨｚ＝１００，０００，０００Ｈｚ、誘電板１０
の半径ｒは１１５ｍｍ＝０．１１５ｍであるから、次の
関係式を満たすように各パラメータを選択することで、
プラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得るこ
とができる。
く、かつ、安定したプラズマを得るためには、誘電板１
０の比誘電率がある範囲に入っていることが必要である
ことがわかった。アンテナ用高周波電力の周波数ｆは１
００ＭＨｚ＝１００，０００，０００Ｈｚ、誘電板１０
の半径ｒは１１５ｍｍ＝０．１１５ｍであるから、次の
関係式を満たすように各パラメータを選択することで、
プラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得るこ
とができる。
【００２７】３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ 以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用
範囲のうち、真空容器の形状、アンテナの形状及び配
置、誘電体の形状及び配置等に関して様々なバリエーシ
ョンのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用
にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーショ
ンが考えられることは、いうまでもない。
範囲のうち、真空容器の形状、アンテナの形状及び配
置、誘電体の形状及び配置等に関して様々なバリエーシ
ョンのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用
にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーショ
ンが考えられることは、いうまでもない。
【００２８】以上述べた本発明の第１実施形態におい
て、誘電板１０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介
して金属板９に高周波電圧を給電する場合について説明
したが、図３に示す本発明の第２実施形態のように、誘
電板１０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介して金
属板９に高周波電圧を給電し、かつ、誘電板１０の中心
とも周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介
して、金属板９と基板７に対向する真空容器壁面１２と
をショートピン１３によって短絡する構成としてもよ
い。この場合、アンテナ５から放射される電磁界の基本
モードのうち、非等方的なモードを抑制できる効果があ
る。より良い効果を得るためには、真空容器と短絡する
部位の各々がアンテナ５の中心に対してほぼ等配置され
ていることが望ましい。
て、誘電板１０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介
して金属板９に高周波電圧を給電する場合について説明
したが、図３に示す本発明の第２実施形態のように、誘
電板１０の中心付近に設けられた貫通穴１１を介して金
属板９に高周波電圧を給電し、かつ、誘電板１０の中心
とも周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介
して、金属板９と基板７に対向する真空容器壁面１２と
をショートピン１３によって短絡する構成としてもよ
い。この場合、アンテナ５から放射される電磁界の基本
モードのうち、非等方的なモードを抑制できる効果があ
る。より良い効果を得るためには、真空容器と短絡する
部位の各々がアンテナ５の中心に対してほぼ等配置され
ていることが望ましい。
【００２９】また、以上述べた本発明の第１実施形態に
おいて、アンテナ５の表面がプラズマに暴露される構造
になっている場合について説明したが、図４に示す本発
明の第３実施形態のように、アンテナ５の表面が絶縁カ
バー１４により覆われていてもよい。絶縁カバー１４が
無いと、アンテナ５を構成する物質による基板の汚染等
の問題が発生する可能性があるため、汚染に敏感な処理
を行う際には、絶縁カバー１４を設けた方がよい。ま
た、絶縁カバー１４が無い場合は、金属板９とプラズマ
との容量的な結合の割合が増大し、基板中央部のプラズ
マ密度が高まる傾向があるため、使用するガス種やガス
圧力によっては、絶縁カバー１４が無い場合の方が均一
なプラズマ分布を得られることもある。
おいて、アンテナ５の表面がプラズマに暴露される構造
になっている場合について説明したが、図４に示す本発
明の第３実施形態のように、アンテナ５の表面が絶縁カ
バー１４により覆われていてもよい。絶縁カバー１４が
無いと、アンテナ５を構成する物質による基板の汚染等
の問題が発生する可能性があるため、汚染に敏感な処理
を行う際には、絶縁カバー１４を設けた方がよい。ま
た、絶縁カバー１４が無い場合は、金属板９とプラズマ
との容量的な結合の割合が増大し、基板中央部のプラズ
マ密度が高まる傾向があるため、使用するガス種やガス
圧力によっては、絶縁カバー１４が無い場合の方が均一
なプラズマ分布を得られることもある。
【００３０】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、アンテナ５の近くに固体表面で囲まれた空間が存在
しない場合について説明したが、図５に示す本発明の第
４実施形態のように、アンテナ５と真空容器１との間
に、環状でかつ溝状のプラズマトラップ１５を設けても
よい。このような構成では、アンテナ５から放射された
電磁波がプラズマトラップ１５で強められ、また、低電
子温度プラズマではホローカソード放電が起きやすい傾
向があるため、固体表面で囲まれたプラズマトラップ１
５で高密度のプラズマ（ホローカソード放電）が生成し
やすくなる。したがって、真空容器１内では、プラズマ
密度がプラズマトラップ１５で最も高くなり、拡散によ
って基板７近傍までプラズマが輸送されることで、より
均一なプラズマが得られる。
て、アンテナ５の近くに固体表面で囲まれた空間が存在
しない場合について説明したが、図５に示す本発明の第
４実施形態のように、アンテナ５と真空容器１との間
に、環状でかつ溝状のプラズマトラップ１５を設けても
よい。このような構成では、アンテナ５から放射された
電磁波がプラズマトラップ１５で強められ、また、低電
子温度プラズマではホローカソード放電が起きやすい傾
向があるため、固体表面で囲まれたプラズマトラップ１
５で高密度のプラズマ（ホローカソード放電）が生成し
やすくなる。したがって、真空容器１内では、プラズマ
密度がプラズマトラップ１５で最も高くなり、拡散によ
って基板７近傍までプラズマが輸送されることで、より
均一なプラズマが得られる。
【００３１】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、真空容器内に直流磁界が存在しない場合について説
明したが、高周波電力がプラズマ中に浸入できるように
なるほどの大きな直流磁界が存在しない場合、例えば、
着火性の改善のために数十ガウス程度の小さな直流磁界
を用いる場合においても、本発明は有効である。しか
し、本発明は、真空容器内に直流磁界が存在しない場合
にとくに有効である。
て、真空容器内に直流磁界が存在しない場合について説
明したが、高周波電力がプラズマ中に浸入できるように
なるほどの大きな直流磁界が存在しない場合、例えば、
着火性の改善のために数十ガウス程度の小さな直流磁界
を用いる場合においても、本発明は有効である。しか
し、本発明は、真空容器内に直流磁界が存在しない場合
にとくに有効である。
【００３２】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、アンテナに１００ＭＨｚの高周波電力を供給する場
合について説明したが、周波数はこれに限定されるもの
ではなく、５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの周波数を用いるプ
ラズマ処理方法及び装置において、本発明は有効であ
る。
て、アンテナに１００ＭＨｚの高周波電力を供給する場
合について説明したが、周波数はこれに限定されるもの
ではなく、５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの周波数を用いるプ
ラズマ処理方法及び装置において、本発明は有効であ
る。
【００３３】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、アンテナが平板状である場合について説明したが、
図６に示す本発明の第５実施形態のように、アンテナ５
が基板７と逆方向に凸形のドーム状であってもよく、ま
た、図７に示す本発明の第６実施形態のように、アンテ
ナ５が基板７の方向に凸形のドーム状であってもよい。
て、アンテナが平板状である場合について説明したが、
図６に示す本発明の第５実施形態のように、アンテナ５
が基板７と逆方向に凸形のドーム状であってもよく、ま
た、図７に示す本発明の第６実施形態のように、アンテ
ナ５が基板７の方向に凸形のドーム状であってもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願の
第１発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガ
スを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、真空容器内の基板電極に載置さ
れた基板に対向して設けられ、基板に対向する真空容器
壁面と金属板の間に誘電板を挟み込んだ構造からなるア
ンテナに、周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力
を印加することにより、真空容器内にプラズマを発生さ
せ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、光速を
ｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電
板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ（ｍ）としたと
き、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加するため、プ
ラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得ること
ができ、基板を高速に、かつ、安定的に処理することが
できる。
第１発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガ
スを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、真空容器内の基板電極に載置さ
れた基板に対向して設けられ、基板に対向する真空容器
壁面と金属板の間に誘電板を挟み込んだ構造からなるア
ンテナに、周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力
を印加することにより、真空容器内にプラズマを発生さ
せ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、光速を
ｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電
板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ（ｍ）としたと
き、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加するため、プ
ラズマ密度が高く、かつ、安定したプラズマを得ること
ができ、基板を高速に、かつ、安定的に処理することが
できる。
【００３５】また、本願の第２発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器内に基板を載置するための基板電極
と、基板電極に対向する真空容器壁面と金属板の間に誘
電板を挟み込んだ構造からなるアンテナと、アンテナに
周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給する
ことのできる高周波電源とを備えたプラズマ処理装置で
あって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ
（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ
（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することがで
きるよう構成されるため、プラズマ密度が高く、かつ、
安定したプラズマを得ることができ、基板を高速に、か
つ、安定的に処理することができる。
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器内に基板を載置するための基板電極
と、基板電極に対向する真空容器壁面と金属板の間に誘
電板を挟み込んだ構造からなるアンテナと、アンテナに
周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給する
ことのできる高周波電源とを備えたプラズマ処理装置で
あって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数をｆ
（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ
（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することがで
きるよう構成されるため、プラズマ密度が高く、かつ、
安定したプラズマを得ることができ、基板を高速に、か
つ、安定的に処理することができる。
【図１】本発明の第１実施形態及び従来例で用いたプラ
ズマ処理装置の構成を示す断面図
ズマ処理装置の構成を示す断面図
【図２】誘電板の比誘電率を４から９０まで変化させた
場合の、基板の直上におけるイオン飽和電流密度を測定
した結果を示す図
場合の、基板の直上におけるイオン飽和電流密度を測定
した結果を示す図
【図３】本発明の第２実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
置の構成を示す断面図
【図４】本発明の第３実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
置の構成を示す断面図
【図５】本発明の第４実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
置の構成を示す断面図
【図６】本発明の第５実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
置の構成を示す断面図
【図７】本発明の第６実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
置の構成を示す断面図
１ 真空容器 ２ ガス供給装置 ３ ポンプ ４ アンテナ用高周波電源 ５ アンテナ ６ 基板電極 ７ 基板 ８ 基板電極用高周波電源 ９ 金属板 １０ 誘電板 １１ 貫通穴
Claims (12)
- 【請求項１】 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して設け
られ、基板に対向する真空容器壁面と金属板の間に誘電
板を挟み込んだ構造からなるアンテナに、周波数５０Ｍ
Ｈｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、
真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理するプラ
ズマ処理方法であって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電
力の周波数をｆ（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電
板の半径をｒ（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することを特
徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項２】 誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
を特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項３】 真空容器と短絡する部位の各々がアンテ
ナの中心に対してほぼ等配置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方法。 - 【請求項４】 アンテナの表面が絶縁カバーにより覆わ
れていることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処
理方法。 - 【請求項５】 アンテナと真空容器との間に設けられた
環状でかつ溝状のプラズマトラップによって、基板上の
プラズマ分布が制御された状態で基板を処理することを
特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項６】 真空容器内に直流磁界が存在しないこと
を特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項７】 真空容器と、真空容器内にガスを供給す
るためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための
排気装置と、真空容器内に基板を載置するための基板電
極と、基板電極に対向する真空容器壁面と金属板の間に
誘電板を挟み込んだ構造からなるアンテナと、アンテナ
に周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給す
ることのできる高周波電源とを備えたプラズマ処理装置
であって、光速をｃ（ｍ／秒）、高周波電力の周波数を
ｆ（Ｈｚ）、誘電板の比誘電率をε、誘電板の半径をｒ
（ｍ）としたとき、 ３ｒ＜ｃ／（ｆ・ε1/2）＜９ｒ なる関係を満たすように高周波電力を印加することがで
きるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項８】 誘電板の中心付近に設けられた貫通穴を
介して金属板に高周波電圧を給電し、誘電板の中心とも
周辺とも異なる複数の部位に設けられた貫通穴を介して
金属板と基板に対向する真空容器壁面とを短絡すること
を特徴とする、請求項７記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項９】 真空容器と短絡する部位の各々がアンテ
ナの中心に対してほぼ等配置されていることを特徴とす
る、請求項８記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項１０】 アンテナの表面が絶縁カバーにより覆
われていることを特徴とする、請求項７記載のプラズマ
処理装置。 - 【請求項１１】 アンテナと真空容器との間に、環状で
かつ溝状のプラズマトラップを設けたことを特徴とす
る、請求項７記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項１２】 真空容器内に直流磁界を印加するため
のコイルまたは永久磁石を備えていないことを特徴とす
る、請求項７記載のプラズマ処理装置。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=18568059
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| TW299559B (ja) * | 1994-04-20 | 1997-03-01 | Tokyo Electron Co Ltd | |
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| JP3257328B2 (ja) * | 1995-03-16 | 2002-02-18 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| WO1997039607A1 (fr) * | 1996-04-12 | 1997-10-23 | Hitachi, Ltd. | Dispositif de traitement au plasma |
| US5863376A (en) * | 1996-06-05 | 1999-01-26 | Lam Research Corporation | Temperature controlling method and apparatus for a plasma processing chamber |
| US5846883A (en) * | 1996-07-10 | 1998-12-08 | Cvc, Inc. | Method for multi-zone high-density inductively-coupled plasma generation |
| JP3640478B2 (ja) * | 1996-09-20 | 2005-04-20 | アネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
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| US6273022B1 (en) * | 1998-03-14 | 2001-08-14 | Applied Materials, Inc. | Distributed inductively-coupled plasma source |
| JP3180776B2 (ja) * | 1998-09-22 | 2001-06-25 | 日本電気株式会社 | 電界効果型トランジスタ |
| US6178919B1 (en) * | 1998-12-28 | 2001-01-30 | Lam Research Corporation | Perforated plasma confinement ring in plasma reactors |
| JP3482904B2 (ja) * | 1999-05-10 | 2004-01-06 | 松下電器産業株式会社 | プラズマ処理方法及び装置 |
| JP3374796B2 (ja) * | 1999-08-06 | 2003-02-10 | 松下電器産業株式会社 | プラズマ処理方法及び装置 |
| JP2002252207A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-09-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高周波電源、プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の検査方法及びプラズマ処理方法 |
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- 2000-02-23 JP JP2000045483A patent/JP3379506B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2001-02-22 US US09/789,799 patent/US6432730B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-06-26 US US10/179,857 patent/US20020168814A1/en not_active Abandoned
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