JP2001291704A

JP2001291704A - 処理装置、プラズマ処理装置及びこれらのクリーニング方法

Info

Publication number: JP2001291704A
Application number: JP2001036176A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 鈴木　　朗; Shuichi Ishizuka; 修一石塚; Gohei Kawamura; 剛平川村; Jiro Hata; 次郎畑; Nobuo Ishii; 信雄石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2001-10-19
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3399467B2

Abstract

(57)【要約】【課題】処理容器内壁等のクリーニングを効率的に行
なうことが可能な処理装置を提供する。【解決手段】気密な処理容器４内においてサセプタ２
６上に載置された被処理体Ｗに対して処理を施す処理装
置において、前記サセプタと対向させて前記処理容器の
内側或いは外側にアンテナ部材６を配置し、前記アンテ
ナ部材に接続されるプラズマ発生用の高周波電源８を設
け、前記処理容器のクリーニング時に前記アンテナ部材
の一端に前記周波数電源からの高周波電圧を印加すると
共に前記アンテナ部材の他端は開放端にする。これによ
り、処理容器内壁等のクリーニングを効率的に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理装置、プラズ
マ処理装置及びこれらのクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程の一部にあって
は、被処理体としての半導体ウエハに対して各種の処
理、例えばプラズマエッチング等を施すために例えばプ
ラズマ処理装置が用いられている。この種のプラズマ処
理装置にあっては、例えば２枚の平板状の電極を平行に
処理容器内に位置させ、これらの間にプラズマ発生用の
高周波電源から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加することによりプラズマを発生させ、これによりウ
エハ表面にエッチング等の処理を施すようになってい
る。上述のような平行平板電極間に発生したプラズマ
は、電界が一方の電極から他方の電極に向けられた交番
電界となることからこの電界に沿って電子が吸引されて
気体分子と衝突し、これにより活性種が発生し、この活
性種がウエハ表面と衝突してエッチングが行われること
になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製品
の高密度化、例えばＤＲＡＭに例をとれば４Ｍ、１６Ｍ
ビットの記憶容量から６４Ｍ、２５６Ｍビットの記憶容
量へ移行するに従って、更に細かな微細加工が要求され
ており、そのために、エッチング等の方向性を向上する
ために低い圧力領域でプラズマを発生させることが求め
られている。

【０００４】しかしながら、上述したような平行平板電
極型のプラズマ処理装置にあっては、電極間に形成され
る静電容量による結合回路であるために両電極間に電界
は発生するが磁界が発生し難く、そのために磁場による
プラズマの閉じ込めが十分ではないことからプラズマの
圧力領域は１×１０^−２Ｔｏｒｒ以上となり、比較的圧
力が高かった。そのために、エッチングを行う時の活性
種が気体分子の散乱を受けやすくなって方向性が劣化
し、６４Ｍや２５６ＭビットＤＲＡＭ等において必要と
される、形状のシャープなエッチング加工を施すことが
できないという問題点があった。また、このようにエッ
チング圧力が高いとエッチングによって発生した副生成
物も十分に排出することができず、このためにエッチン
グ形状が一層劣化するのみならず、エッチングレートも
低下してしまうという問題点も発生していた。

【０００５】このような問題点に対して、処理容器の上
方にマグネットを配置して、これより発生する磁場によ
り処理領域中のイオンを閉じ込めてエッチングを効率的
に行う方法や、特開平３−７９０２７号公報に示される
ように渦巻状のコイルの両端に高周波電圧を印加し、こ
のコイルに高周波電流を流してインダクタンス成分を利
用することによりプラズマを発生する方法が提案されて
いる。

【０００６】しかしながら、マグネットを利用した装置
にあってはこれを回転させるための機構等が別個に必要
となるためにコストの大幅な上昇を余儀されて好ましく
ない。また、コイルの両端に高周波電圧を印加する、い
わゆる誘導結合型の装置にあっても必要とされる低圧力
領域で十分にプラズマを発生させることは困難であっ
た。

【０００７】また、この種のプラズマ処理装置を用いて
ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）により成膜処理を行う場合には、処理容器内
に付着する不要な成膜を除去するためにプラズマを立て
ながらクリーニングガス等を用いて定期的或いは不定期
的にクリーニング処理が行われるが、この場合、主とし
てサセプタ直上の処理空間のみにプラズマが凝集する傾
向にあり、処理容器内壁まで活性種が届き難く、従っ
て、クリーニング時間が比較的長くなるという問題点が
ある。

【０００８】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、処理容器内壁等のクリーニングを効率的に行
なうことが可能な処理装置、プラズマ処理装置及びこれ
らのクリーニング方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、気密な処理容器内においてサセプタ上に載置された
被処理体に対して処理を施す処理装置において、前記サ
セプタと対向させて前記処理容器の内側或いは外側にア
ンテナ部材を配置し、前記アンテナ部材に接続されるプ
ラズマ発生用の高周波電源を設け、前記処理容器のクリ
ーニング時に前記アンテナ部材の一端に前記周波数電源
からの高周波電圧を印加すると共に前記アンテナ部材の
他端は開放端にすることを特徴とする処理装置である。
請求項２に記載の発明は、気密な処理容器内においてサ
セプタ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を
施すプラズマ処理装置において、前記サセプタと対向さ
せて前記処理容器の内側或いは外側にアンテナ部材を配
置し、プラズマ処理時に前記アンテナ部材に接続される
プラズマ発生用の高周波電源を設け、前記処理容器のク
リーニング時に前記アンテナ部材の一端に前記周波数電
源からの高周波電圧を印加すると共に前記アンテナ部材
の他端は開放端にすることを特徴とするプラズマ処理装
置である。

【００１０】請求項３に記載の発明は、前記プラズマ処
理時に前記高周波電源が前記アンテナ部材の両端に接続
されることを特徴とするプラズマ処理装置である。請求
項４に記載の発明は、気密な処理容器内においてサセプ
タ上に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施す
プラズマ処理装置において、前記サセプタと対向させて
処理容器の内側或いは外側にアンテナ部材を配置し、プ
ラズマ処理時に前記アンテナ部材の両端に接続されるプ
ラズマ発生用の高周波電源を設け、前記処理容器のクリ
ーニング時に前記アンテナ部材の一端と前記高周波電源
の一端を開放する切替スイッチ手段を設けるように構成
したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

【００１１】請求項５に記載の発明は、気密な処理容器
内においてサセプタ上に載置された被処理体に対して処
理を施す処理装置のクリーニング方法において、前記サ
セプタと対向させて前記処理容器の内側或いは外側に配
置されたアンテナ部材の一端にプラズマ発生用の高周波
電圧を印加すると共に、前記アンテナ部材の他端は開放
端にすることを特徴とする処理装置のクリーニング方法
である。請求項６に記載の発明は、気密な処理容器内に
おいてサセプタ上に載置された被処理体に対してプラズ
マ処理を施すプラズマ処理装置のクリーニング方法にお
いて、プラズマ処理時には、前記サセプタと対向させて
前記処理容器の内側或いは外側に配置されたアンテナ部
材にプラズマ発生用の高周波電源からの高周波電圧を印
加し、クリーニング時には、前記アンテナ部材の一端に
前記高周波電圧を印加すると共に、前記アンテナ部材の
他端は開放端にすることを特徴とするプラズマ処理装置
のクリーニング方法である。請求項７に記載の発明は、
前記プラズマ処理時に前記高周波電源が前記アンテナ部
材の両端に接続されることを特徴とするプラズマ処理装
置のクリーニング方法である。請求項８に記載の発明
は、気密な処理容器内においてサセプタ上に載置された
被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
のクリーニング方法において、前記サセプタと対向させ
て前記処理容器の内側或いは外側にアンテナ部材を配置
し、プラズマ処理時にはプラズマ発生用の高周波電源か
らの高周波電圧を前記アンテナ部材の両端に印加し、ク
リーニング時には前記アンテナ部材の一端に前記高周波
電圧を印加すると共に前記アンテナ部材の他端は開放端
にすることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニン
グ方法である。

【００１２】請求項９に記載の発明は、気密な処理容器
内においてサセプタ上に載置された被処理体に対してプ
ラズマ処理を施すプラズマ処理装置のクリーニング方法
において、前記処理容器の外側に配置したアンテナ部材
にプラズマ発生用の高周波電源から高周波電圧を印加し
て前記被処理体をプラズマ処理する工程と、前記被処理
体をプラズマ処理した高周波電圧の印加方法とは異なる
高周波電圧の印加方法により生じるプラズマによりクリ
ーニング処理を行なうことを特徴とするプラズマ処理装
置のクリーニング方法である。請求項１０に記載の発明
は、気密な処理容器内においてサセプタ上に載置された
被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
のクリーニング方法において、前記処理容器の内側又は
外側に配置したアンテナ部材にプラズマ発生用の高周波
電源から高周波電圧を印加して前記被処理体をプラズマ
処理する工程と、前記サセプタ上に、静電チャックを保
護するダミーを吸着保持させる工程と、前記被処理体を
プラズマ処理した高周波電圧の印加方法とは異なる高周
波電圧の印加方法により生じるプラズマによりクリーニ
ング処理を行なうことを特徴とするプラズマ処理装置の
クリーニング方法である。

【００１３】請求項１、請求項５に記載の発明によれ
ば、クリーニング時に、アンテナ部材の一端のみに高周
波電圧を加え、この他方を開放端とすることにより、電
界がアンテナ部材から処理容器の全域に向けて加わるこ
とになり、従って、この電界によって形成されるプラズ
マがアンテナ部材の直下のみならず処理容器内の全域に
広がり、処理容器内壁等のクリーニングを効率的に行な
うことが可能となる。請求項２、請求項６の記載の発明
によれば、プラズマ処理時にはサセプタと対向して配置
したアンテナ部材に高周波電源を接続してこれに高周波
電圧を印加し、これによりアンテナ部材からの電波によ
り、プラズマが発生し、プラズマによる処理を行い、ク
リーニング時には、アンテナ部材の一端のみに高周波電
圧を加え、この他方を開放端とすることにより電界がア
ンテナ部材から処理容器の全域に向けて加わることにな
り、従って、この電界によって形成されるプラズマがア
ンテナ部材の直下のみならず処理容器内の全域に広が
り、処理容器内壁等のクリーニングを効率的に行なうこ
とが可能となる。

【００１４】請求項３、請求項７の記載の発明によれ
ば、プラズマ処理時にはサセプタと対向して配置したア
ンテナ部材の両端に高周波電源を接続してこれに高周波
電圧を印加し、これによりアンテナ部材からの電波によ
り、アンテナ部材の主として直下に高密度プラズマが発
生し、プラズマによる処理を行い、クリーニング時に
は、アンテナ部材の一端のみに高周波電圧を加え、この
他方を開放端とすることにより電界がアンテナ部材から
処理容器の全域に向けて加わることになり、従って、こ
の電界によって形成されるプラズマがアンテナ部材の直
下のみならず処理容器内の全域に広がり、処理容器内壁
等のクリーニングを効率的に行なうことが可能となる。

【００１５】請求項４、請求項８の記載の発明によれ
ば、プラズマ処理時にはサセプタと対向して配置したア
ンテナ部材の両端に高周波電源を接続してこれに高周波
電圧を印加し、これによりアンテナ部材からの電波によ
り、アンテナ部材の主として直下に高密度プラズマが発
生し、プラズマによる処理を行い、クリーニング時に
は、切替スイッチ手段を開くことにより、アンテナ部材
の一端のみに高周波電圧を加え、この他方を開放端とす
ることにより電界がアンテナ部材から処理容器の全域に
向けて加わることになり、従って、この電界によって形
成されるプラズマがアンテナ部材の直下のみならず処理
容器内の全域に広がり、処理容器内壁等のクリーニング
を効率的に行なうことが可能となる。請求項９、請求項
１０の記載の発明によれば、クリーニング処理時の高周
波印加方法をプラズマ処理時の印加方法とは変えている
のでクリーニング処理を効率良く行なうことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る処理装置、
プラズマ処理装置及びこれらのクリーニング方法の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。まず、第１の発明
のプラズマ処理装置について説明する。図１は第１の発
明に係るプラズマ処理装置の一例を示す部分破断概略構
成図、図２は本発明のプラズマ処理装置の一例を示す断
面図、図３は図２に示す装置の処理容器内の電子等の動
きを示す模式図である。

【００１７】本実施例においては、本発明に係るプラズ
マ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合に
ついて説明する。このプラズマエッチング装置２は、処
理容器４の天井部にアンテナ部材６を設け、このアンテ
ナ部材６の一端と上記処理容器４または後述するサセプ
タ２６との間にプラズマ発生用の高周波電源８を接続す
ることにより特徴づけられる。すなわち、この処理容器
４はアルミニウムやステンレス等の導電性材料により円
筒体状に成形されており、その上端開口部はアンテナ部
材６からの電波を内部へ伝搬させるために例えば石英等
の誘電体よりなる上部蓋体１０によりＯリング等のシー
ル部材１２を介して気密に閉塞されており、処理容器４
の天井壁部を形成している。また、処理容器４の下端開
口部は、アルミニウムやステンレス等よりなる筒体状の
内側枠１４により同じく気密に閉塞されており、この処
理容器４内に密閉された処理室１６が形成される。処理
容器４或いは内側枠１４としてアルミニウムを用いる場
合には、耐腐食性コーティングを行うためにその表面に
はアルマイト処理が施される。

【００１８】内側枠１４は、円筒壁部１４Ａ、その円筒
壁部１４Ａの下端から上方に若干の間隔を空けて設けら
れた底部１４Ｂ、及びその円筒壁部１４Ａの下端外周に
設けられた外方フランジ部１４Ｃとから構成されてい
る。そして、処理容器４は、上記内側枠１４を気密に覆
うように上記外方フランジ部１４Ｃの上に載置される。

【００１９】上記処理容器４の上部には、図示しない処
理ガス源より、処理ガス、例えばＨＦガスなどを図示し
ないマスフローコントローラを介して上記処理室１６内
に導入可能なガス供給管路１８が設けられている。ま
た、上記処理容器４の他方側下部には、ガス排気管路２
０が設けられており、図示しない真空ポンプにより真空
引きが可能な如く構成されている。

【００２０】処理室１６内には、被処理体、例えば上記
半導体ウエハＷを載置固定するためのサセプタアセンブ
リ２２が配置される。このサセプタアセンブリ２２は、
複数の絶縁部材２３を介して上記内側枠１４の底部１４
Ｂ上に載置されており、同時に、上記サセプタアセンブ
リ２２の側面と上記内側枠１４の円筒壁部１４Ａとの間
には、絶縁部材として例えばＯリング２４が介装されて
いるので、上記サセプタアセンブリ２２は、外部で接地
されている上記内側枠１４及び上記処理容器４から絶縁
状態に保持されるように構成されている。

【００２１】上記サセプタアセンブリ２２は、例えばア
ルミニウム等により形成され、図示の例では、３層構造
を有しており、ウエハＷを載置する下部電極としてのサ
セプタ２６と、これを支持するサセプタ支持台２８と、
この下に設けられる冷却ジャケット収容台３０により構
成される。そして、このサセプタ２６の上面の載置面に
静電チャックシート３２を接着剤等により貼り付けて静
電チャックを構成している。そして、この静電チャック
シート３２上に被処理体としての半導体ウエハＷを吸着
保持するようになっている。

【００２２】上記サセプタ支持台２８には、半導体ウエ
ハＷの温度を調節するための温度調節装置、例えばセラ
ミックヒータ３４が設けられている。このヒータ３４
は、図示しないヒータコントローラに接続されており、
上記サセプタ２６の温度を監視する図示しない温度モニ
タからの信号に応じて、温度制御を行うように構成され
ている。このサセプタ支持台２８にはスイッチ１０２を
介して高周波電源３８が接続される。

【００２３】上記サセプタ２６は、上記サセプタ支持台
２８に対して、ボルト３６などの連結部材を用いて、着
脱自在に固定される。かかる構成により、高周波電源３
８に接続されている上記サセプタ支持台２８とは別個
に、上記サセプタ２６部分のみを交換することが可能と
なり、装置の保守が容易となる。前述のように、上記サ
セプタ２６の側壁と上記内側枠１４の円筒壁部１４Ａ内
面との間にはＯリング２４が介装されているので、処理
室内に導入された処理ガスは上記サセプタ支持台２８よ
りも下方には到達せず、これらの部分の汚染が防止され
る。

【００２４】上記冷却ジャケット収容台３０の内部に
は、例えば液体窒素などの冷媒４０を溜めるための冷却
ジャケット４２が設置されている。この冷却ジャケット
４２は、パイプ４４によりバルブ４６を介して液体窒素
源４８に連通している。上記冷却ジャケット４２内に
は、図示しない液面モニタが配置されており、その液面
モニタからの信号に応答して上記バルブ４６を開閉する
ことにより、上記冷却ジャケット４２内の冷媒４０、例
えば液体窒素の供給量を制御するように構成されてい
る。更に、上記冷却ジャケット４２内の内壁底面は、例
えばポーラスに形成され、核沸騰を起こすことができる
ようになっており、その内部の液体窒素を所定温度、例
えば−１９６℃に維持することができる。このように、
構成された上記サセプタアセンブリ２２は、上記絶縁部
材２３及び２４により、上記処理室１６を構成する上記
内側枠１４及び処理容器４から絶縁されて、電気的には
同一極性のカソードカップリングを構成している。

【００２５】また、上記サセプタアセンブリ２２の上層
のサセプタ２６及び上記ヒータ３４を備えた中層の上記
サセプタ支持台２８との間、及びこのサセプタ支持台２
８と下層の冷却ジャケット収容部３０との間には、それ
ぞれ間隙５０、５２が形成されており、これらの間隙
は、例えばＯリングのような封止部材５４及び５６によ
り、それぞれ気密に構成されており、ガス供給管路５８
を介して例えば大気開放されている。この大気開放に代
えてＨｅガスやＡｒガスなどの不活性ガスを所定圧、例
えば１気圧にして供給してもよい。

【００２６】一方、石英等の誘電体により構成される上
部蓋体１０上に設けたアンテナ部材６は、上記サセプタ
２６に対向させて配置されると共に、例えば直径６．３
５ｍｍ（１／４インチ）の銅やステンレス等の導電性材
料よりなる線材５８を３〜４回程、渦巻状に巻回して構
成されており、その一端である外側端部にターミナル６
０を設けている。このターミナル６０と上記処理容器４
との間にインピーダンス整合を行うためのマッチング回
路６２及びプラズマ発生用の、例えば１３．５６ＭＨｚ
の高周波電源８が直列に接続されると共にこの高周波電
源８の他端は、スイッチ１００またはスイッチ１０１を
介してそれぞれ処理容器４またはサセプタ２６に対して
接続可能になされている。従って、このアンテナ部材６
から処理室に向けて電波を発射させると共にこのアンテ
ナ部材６と処理容器４或いはサセプタ２６との間に電界
を発生させて、これにより処理室１６にてプラズマを発
生するように構成されている。すなわち、本実施例にお
けるプラズマ発生の回路構成は、アンテナ部材６のイン
ダクタンスによる誘導結合と、このアンテナ部材６と処
理容器４との間に形成される容器結合との組み合わせ回
路となっている。また、このアンテナ部材６の上方には
この全体を被ってシールド金網６３が設けられており、
外部に電波が洩れることを防止している。

【００２７】本実施例における各部のサイズは、処理容
器４の高さ及び直径がそれぞれ１０ｃｍ〜１００ｃｍ及
び２０ｃｍ〜１００ｃｍ程度になされ、サセプタ２６の
直径が１０ｃｍ〜６０ｃｍ程度に設定されると共にこの
上に例えば８インチ（約２０ｃｍ）のウエハＷが載置さ
れる。また、サセプタ２６と上部蓋体１０との間の距離
Ｌ１は約１００ｃｍ以下に設定され、上部蓋体１０の厚
さＬ２及び直径Ｌ３はそれぞれ１ｃｍ〜１０ｃｍ程度及
び１００ｃｍ以下に設定される。そして、アンテナ部材
６の最大径Ｌ４は、上記ウエハＷの直径と略同じ、１０
ｃｍ〜３０ｃｍ程度に設定される。このアンテナ部材６
の全体の直径はプラズマが発生する範囲内ならばウエハ
の直径に対して更に大きく設定してもよいし、また、小
さく設定してもよい。

【００２８】尚、上記実施例にあっては、サセプタ２６
側へ活性種吸引用の高周波電源３８を接続しているが、
この高周波の周波数は３８０ＫＨｚ〜数ＭＨｚの範囲が
望ましい。また、このサセプタ２６に印加する電圧を、
アンテナ部材６に加える高周波と逆相の高周波電圧とし
てもよい。更には、このサセプタ２６の電位をグランド
に落とすようにしてもよいし、或いはフローティング状
態としてもよい。更には、このサセプタ２６に数１００
ＫＶのバイアス電圧を印加するようにしてもよい。

【００２９】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないゲート弁を介
して半導体ウエハＷを、図示しない搬送アームにより処
理室１６に収容し、これをサセプタ２６の載置面に設け
た静電チャックシート３２上に載置する。この静電チャ
ックシート３２の導電膜３２Ａには、図示しない高圧直
流源より例えば２．０ＫＶの直流電圧が印加され、分極
によるクーロン力によりウエハＷを吸着保持する。

【００３０】この処理室１６内は、ガス排気管路２０に
接続される真空ポンプ（図示せず）により予め真空状態
になされており、ガス供給管路１８を介して、処理ガ
ス、例えばＨＦガス等を流量を制御しつつ供給してこの
処理室１６内をプロセス圧、例えば１×１０^−３Ｔｏｒ
ｒ程度のかなり低い圧力状態に維持し、同時にプラズマ
発生用の高周波電源８より、例えば１３．５６ＭＨｚの
高周波をアンテナ部材６と処理容器４との間に印加す
る。するとアンテナ部材６のインダクタンス成分の誘導
作用により処理室１６に向けて電波が発射されると同時
に、アンテナ部材６と処理容器４との間の容量成分の作
用により処理室１６には交番電界が生じ、この結果、処
理室１６には処理ガスがイオン化してプラズマが立ち、
プラズマ放電励起によって生じた活性種によりウエハ表
面に異方性の非常に高いエッチングを施すことができ
る。

【００３１】図３はこの時の処理室１６における電子や
陰イオン６４の動きを模式的に示しており、陰イオンは
電波と電界の作用により螺旋状に旋回しながらサセプタ
２６側へ移動しており、従来の平行平板電極形の装置と
比較して陰イオン６４の移動できる距離が長くなってこ
の間にガス分子と衝突して多くのイオンが生ずることに
なる。従って、その分、エッチングレートを向上させる
ことが可能となる。また、プラズマは１×１０^−３Ｔｏ
ｒｒ〜１×１０^−６Ｔｏｒｒの間のかなり低い圧力下で
も発生するので、エッチングする時の活性種の散乱も少
なくて方向性が揃っており、従って、上述のように異方
性の高い、すなわち形状がシャープなエッチング加工を
施すことができ、例えば６４Ｍや２５６ＭビットＤＲＡ
Ｍに要求される微細加工を施すことが可能となる。

【００３２】ここでウエハＷのエッチング処理時にあっ
ては、冷却ジャケット収容台３０に設けた冷却ジャケッ
ト４２からの冷熱がサセプタ支持台２８、サセプタ２６
及びウエハＷの順に伝わって低温エッチングを行うもの
であるが、この時、サセプタ支持台２８に設けたヒータ
３４の発熱量を制御することによりウエハＷの処理温度
を制御する。この場合、冷却ジャケット収容台３０とサ
セプタ支持台２８との間隙５２及びサセプタ支持台２８
とサセプタ２６との間隙５０には熱伝達性を良好にする
ため、例えば１気圧の大気が導入されており、ウエハＷ
に対する熱伝達効率を維持している。そして、上記した
ようにウエハＷを低温化することによりエッチングの一
層の微細化を促進させることができる。

【００３３】本実施例のようにアンテナ部材６のインダ
クタンスによる誘導結合と、このアンテナ部材６と処理
容器４との間の容量結合とを組み合わせた結果、実際に
１×１０^−６Ｔｏｒｒもの超高真空下においてもプラズ
マを発生させることができた。尚、上記実施例において
はアンテナ部材６として線材を用い、全体の直径の大き
さを２０ｃｍ程度としたが、材料、大きさ等はこれに限
定されるものではない。例えば、図４乃至図１１に示す
アンテナ部材も採用することができる。

【００３４】図４に示すアンテナ部材６は、導電性材料
よりなる線材を図１に示したアンテナ部材と同様に渦巻
状に巻回し、外側端部ではなく内側端部にターミナル６
０を設け、これにプラズマ発生用の高周波電源８を接続
している。図５に示すアンテナ部材６は、導電性材料よ
りなる線材を図４に示すように複数回巻回するのではな
く、１回だけ比較的大きな直径、例えばウエハ直径に対
応させて巻回し、その端部にターミナル６０を設けてい
る。

【００３５】図６に示すアンテナ部材６は、導電性材料
よりなる長い線材を蛇行状に複数回折り返して形成し、
その端部にターミナル６０を設けている。図７に示すア
ンテナ部材６は、導電性材料よりなる長い線材を無定形
に屈曲させ、その端部にターミナル６０を設けている。

【００３６】図８に示すアンテナ部材６は、線材ではな
く銅やステンレス等の導電性材料よりなる長い中空パイ
プ６６を図４に示したと同様に渦巻状に巻回し、この端
部にターミナル６０を設けている。図９に示すアンテナ
部材６は、約２００ｍｍの比較的長い導電性材料よりな
る中空パイプ６６を直線状に設け、この端部にターミナ
ル６０を設けている。

【００３７】図１０に示すアンテナ部材６は、比較的長
い導電性材料よりなる中空パイプ６６を１回或いは２
回、Ｕ字状に折り曲げ、その端部にターミナル６０を設
けている。図１１に示すアンテナ部材６は、幅２０ｍｍ
程度のステンレス等の導電性材料よりなる導電板６８を
１回半或いは２回程度渦巻状に巻回し、その端部にター
ミナル６０を設けている。

【００３８】この図４乃至図１１にて示したアンテナ部
材を用いて実験を行ったところ、５．０〜１．０×１０
^−４Ｔｏｒｒもの低圧にてプラズマが全て発生したこと
を確認できた。この実験においては、プラズマ発生用の
高周波電源８の他端はスイッチ１００、１０１、１０２
の切換えによって処理容器４またはサセプタ２６のいず
れか一方、或いは処理容器４とサセプタ２６に同時に接
続されており、誘導結合と容量結合が組み合わされてい
るのは勿論である。

【００３９】これに対して、図１或いは図４に示すアン
テナ部材を用いても処理容器４またはサセプタ２６のい
ずれにもプラズマ発生用の高周波電源８の他端を接続し
なかった場合及びプラズマ発生用の高周波電源８の他端
を処理容器４或いはサセプタ２６に接続した場合にあっ
ても図１２乃至図１５に示すアンテナ部材を用いた場合
にあっては、５．０〜１．０×１０^−４Ｔｏｒｒの低圧
下ではプラズマを発生させることはできなかった。すな
わち図１２に示すアンテナ部材７０は、縦横がそれぞれ
９０ｍｍ程度の導電性材料よりなる平板７２を用い、そ
の一角にターミナル６０を設けている。

【００４０】図１３に示すアンテナ部材７０は、比較的
短い幅狭のステンレス板７４を略四角形状に屈曲成形
し、その端部にターミナル６０を設けている。図１４に
示すアンテナ部材７０は、長さ１００ｍｍ程度の比較的
短い銅等の導電性材料よりなる中空パイプ７６を直線状
に成形し、その端部にターミナル６０を設けている。図
１５に示すアンテナ部材７０は、長さ１００ｍｍ程度の
比較的短い中空パイプ７６の先端を屈曲成形し、その他
端にターミナル６０を設けている。

【００４１】前述のように図１２乃至図１５に示すアン
テナ部材７６を用いても、いずれも５．０〜１．０×１
０^−４Ｔｏｒｒの低圧下ではプラズマを発生させること
はできなかった。尚、上記各実施例にあっては各アンテ
ナ部材６を処理容器４の外側に設ける場合について説明
したが、これに限定されず、図１６に示すようにこのア
ンテナ部材６を処理容器４内に収容するようにしてもよ
い。

【００４２】すなわちこの場合には、アンテナ部材６を
構成する例えば線材５８を、金属汚染の防止のためにセ
ラミック、ポリイミド高分子或いはＳｉＣ（炭化ケイ
素）等よりなる絶縁体７８で被覆し、これを処理容器４
内の天井部側へ取り付ける。この場合には、アンテナ部
材６は処理室１６内の上部に設けられることから、処理
容器４の天井部は、側壁と同様に例えばステンレスによ
り一体的に成形すればよく、図２における装置にて用い
た石英製の上部蓋体１０を用いる必要がない。

【００４３】また、上記アンテナ部材６の線材５８に接
続されるプラズマ発生用の高周波電源８からの給電線８
０は、処理容器４の天井部を、絶縁材８２を介して容器
内へ挿通されている。このようにアンテナ部材６を処理
容器４内へ収容することにより、ウエハＷとアンテナ部
材６との間の距離が短くなり、プラズマの発生効率を向
上させることが可能となる。

【００４４】また、図１６の実施例にあってはアンテナ
部材６を線材５８により構成した場合が示されている
が、図１７に示すように線材５８に代えて、図８に示し
たような導電性材料よりなる渦巻状の中空パイプ６６を
用い、その外側に絶縁体７８を被覆する。更に、この中
空パイプ６６及び絶縁体７８を貫通させて処理室１６内
に向けられた多数のガス噴出孔８４を形成する。そし
て、この渦巻状の中空パイプ６６の一端に、容器天井部
を絶縁材８２を介して貫通させた導体よりなるガス供給
管路８６を接続し、これに処理ガスを流して各ガス噴出
孔８４から処理ガスをシャワー状に処理容器４内へ供給
できるように構成する。

【００４５】そして、このガス供給管路８６にプラズマ
発生用の高周波電源８の給電線８０を接続する。このよ
うにアンテナ部材６と処理ガスの供給ヘッドを兼用する
ことにより、効率的な処理ガスの供給が可能となる。
尚、この実施例の場合には、図２において処理容器４の
側壁に設けたガス供給管路１８を不要にできることは勿
論である。

【００４６】また更に、図１７に示す装置の変形例とし
て、図１８に示すように構成してもよい。すなわち、処
理容器４内の上部に上部絶縁板８８と下部絶縁板９０と
に２分割可能になされた絶縁体９２を設け、この上部絶
縁板８８と下部絶縁板９０との間に例えば線材５８を渦
巻状に形成してなるアンテナ部材６を挟み込む。上記線
材５８には図１６に示したと同様に高周波電源８からの
給電線８０を接続する一方、上記上部及び下部絶縁板８
８、９０には、それぞれ多数のガス通路９４を形成する
と共にこのガス通路９４には処理ガス用のガス供給管路
８６を接続する。

【００４７】そして、ガス通路９４に供給された処理ガ
スを下部絶縁板９０の下面に多数形成したガス噴射口９
６より処理室１６に向けて噴射するように構成する。
尚、上記実施例にあっては、プラズマエッチング処理装
置を例にとって説明したが、これに限定されず、他の全
てのプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置にも
適用することができる。本発明をプラズマＣＶＤ装置に
適用した場合には、例えばＴｉＣｌ_４とＮＨ_３ガス或
いはヒドラジンを組み合わせた処理ガスを供給してＴｉ
Ｎ（チタンナイトライド）の成膜が行われる。この場
合、ウエハ表面に形成された溝部等の埋め込みを成膜に
より行うと、１×１０^−３Ｔｏｒｒもの低圧雰囲気にて
プラズマが発生することから、エッチングの場合と同様
にイオンの散乱が抑制され、その結果、ボイド等を生ず
ることなく溝部の埋め込みが可能となる。

【００４８】次に、第２の発明について説明する。上記
した第１の発明のように一端が開放されたアンテナ部材
を用いることにより、１×１０^−６Ｔｏｒｒの高真空状
態においてもプラズマを立てることが可能になるが、第
２の発明は上記発生したプラズマ密度を高めるためにプ
ラズマ密度高化手段を設けるようにしたものである。
尚、図１及び図２に示す第１の発明の処理装置と同一部
分については同一符号を付して説明を省略する。

【００４９】図１９は、第２の発明に係るプラズマ処理
装置を示す概略斜視図である。このプラズマ処理装置１
００において、処理容器１０２内には第１の発明の装置
と同様に構成されたサセプタアセンブリ２２が収容され
ており、この上部には処理すべき半導体ウエハＷが載置
される。処理容器１０２の下部は、例えばステンレスス
チールよりなる底部１４Ｂにより密閉されており、この
底部１４Ｂには、容器内の雰囲気を排出するためのガス
排気管２０が接続される。また、上記サセプタアセンブ
リ２２の上部に設けたサセプタ２６には、プラズマによ
り生成される活性種をウエハＷ側に吸引するために例え
ば数１００ＫＨｚの高周波電源３８がコンデンサ１０４
を介して接続されている。

【００５０】また、処理容器１０２の上部蓋体１０は、
第１の発明の場合と同様に厚さＬ１の例えば水晶などの
石英の誘電体により構成されており、この上部にうず巻
状に且つフラットに巻回された同様のアンテナ部材６が
配置されている。このアンテナ部材６の一端、例えば中
心側は開放端になされ、他端である外周側端部は、端子
Ａより第１の発明と同様にマッチング回路６２を介して
例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源
８が接続されている。このアンテナ部材６の作用によ
り、第１の発明と同様に低圧真空雰囲気下においてもプ
ラズマを発生し得るようになっている。上記処理容器１
０２の側壁部１０２Ａには、第１の発明の場合には例え
ばステンレススチールにより構成したが、本発明におい
ては、上記蓋体１０の材質と同様な水晶などの石英の誘
電体により構成されている。

【００５１】そして、この処理容器１０２の側壁部１０
２Ａに、本発明の特長とする、プラズマ密度を高めるた
めのプラズマ密度高化手段１０６が配置されている。具
体的には、このプラズマ密度高化手段１０６は、この側
壁部１０２Ａの外周に沿って複数回巻回されたコイル部
１０８と、このコイル部１０８の両端の端子Ｂ、Ｃにマ
ッチング回路１１０を介して接続された、例えば１３．
５６ＭＨｚの補助高周波電源１１２とにより構成されて
いる。この補助高周波電源１１２よりコイル部１０８の
両端に高周波電圧を印加することにより、このコイル部
１０８とサセプタ２６との間でもプラズマが発生するこ
とになり、容器内のプラズマ密度を向上させることが可
能となる。コイル部１０８としては、ヘリカル共鳴型の
ものを用いれば、伝搬する低周波ヘリコン波の作用によ
り電子のみを加速でき、プラズマ密度を一層向上させる
ことができる。この場合、プラズマの発生を効率的に行
うためには、コイル部１０８をサセプタ２６の上方に位
置する側壁部１０２Ａ全域に渡って巻回するのが好まし
い。

【００５２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ガス供給管路１８より、
処理ガス、例えばＨＦガスを流しつつ高周波電源８より
アンテナ部材６に高周波電圧を印加することにより、こ
のアンテナ部材６から放出される電波等が作用して第１
の発明の場合と同様に１×１０^−３以下、例えば１×１
０^−６Ｔｏｒｒ程度の高い真空減圧下においてもプラズ
マが発生することになる。このアンテナ部材６は、本実
施例においてはプラズマに対するいわゆる着火源として
の機能を有することになる。この場合、このアンテナ部
材６により発生するプラズマだけでは余りプラズマ密度
を高くすることはできないが、しかしながら、この実施
例においてはプラズマ密度高化手段１０６を側壁部１０
２Ａに配置していることから、このプラズマ密度を高く
維持することができる。すなわち、補助高周波電源１１
２より側壁部１０２Ａに巻回したコイル部１０８に高周
波電圧を印加することにより、処理室内には交番磁界が
生じて、この交番磁界により先のアンテナ部材６の作用
により生じていたプラズマの誘引作用により更にプラス
マが相乗的に発生し、従って処理室内のプラズマの密度
を高くすることが可能となる。そして、このプラズマ放
電励起によって生じた活性種等の散乱が抑制されてウエ
ハ表面に異方性の非常に高いエッチングを施すことがで
きる。

【００５３】この場合、特にプラズマ密度を高くするこ
とができることから、異方性を一層向上させて処理効率
を高めることが可能となる。本実施例においては、プラ
ズマ密度を１×１０^１０／ｃｍ^３以上とすることがで
きた。上記実施例におけるプラズマ発生用の高周波電源
８及び補助高周波電源１１２の周波数としては、１３．
５６ＭＨｚに限定されず、例えば２〜５０ＭＨｚの広い
範囲に渡って使用することができる。

【００５４】尚、上記実施例においては、プラズマ発生
用の高周波電源８と補助高周波電源１１２を別体として
設けたが、これに限定されず、例えば図２０に示すよう
に１つの高周波電源８の両端に３つのタップ１１４Ａ、
１１４Ｂ、１１４Ｃを有するトランス１１４を接続し、
この両端の内の一方のタップ、例えばタップ１１４Ａ
を、マッチング回路６２を介してアンテナ部６に導通す
る端子Ａに接続する。また、中間タップ１１４Ｂをコイ
ル部１０８の一方に導通する端子Ｂに、他端のタップ１
１４Ｃを、マッチング回路１１０を介してコイル部１０
８の他方の端子Ｃにそれぞれ接続する。そして、アンテ
ナ部材６とコイル部１０８に印加される高周波電圧の位
相を調整するために、いずれか一方の回路、図示例にあ
っては例えばアンテナ部材６に接続される回路中に位相
シフタ１１６を介設させる。これによれば、高周波電源
の数量を減らすことができ、製造コストも削減すること
が可能となる。

【００５５】また、更には図１９に示す補助高周波電源
１１２及びマッチング回路１１０に代えて可変になされ
た直流電源１１８（図中仮想線で示す）を設け、コイル
部１０８に直流電圧を印加するようにしてもよい。これ
によれば、直流電源１１８の極性に応じて処理容器１０
２内に上方或いは下方に向かう磁場が形成され、従っ
て、アンテナ部材６により生じたプラズマがこの磁場に
拘束されて処理容器１０２内に滞留する時間がその分長
くなって消滅し難くなり、結果的に処理室内のプラズマ
密度を向上させることが可能となる。この場合、直流電
源１１８の電圧としては、０〜５００Ｖ程度の範囲の電
圧を設定するのが好ましい。また、装置不使用時におい
ては図示しないスイッチ手段を開放することによりコイ
ル部１０８への直流電圧の印加を停止して周辺機器等へ
の磁場の影響を抑制する。

【００５６】上記実施例にあっては、プラズマ密度高化
手段１０６として補助高周波電源１１２或いは直流電源
１１８とこれに接続されるコイル部１０８とにより構成
したが、これに限定されず、例えば図２１及び図２２に
示すように構成してもよい。図２１及び図２２は、第２
の発明の変形例を示す図であり、この実施例において
は、コイル部１０８や補助高周波電源１１２に代えて、
プラズマ密度高化手段１０６として処理容器１０２の側
壁部１０２Ａの外側には、複数の永久磁石１２０が配置
されている。

【００５７】具体的にはこの永久磁石１２０は、処理容
器１０２の高さ方向に沿って延びる棒状に成形されてお
り、容器１０２の周方向に沿って等間隔で図示例にあっ
ては８個配置されている。尚、この磁石１２０の数量は
８個に限定されない。また、永久磁石１２０は、Ｎ極或
いはＳ極が側壁部１０２に沿うようにして配置され、隣
り合う永久磁石１２０の極性は交互に容器中心方向に対
して反対になるように設定される。

【００５８】このようにプラズマ密度高化手段１０６と
して永久磁石１２０を配置することにより、処理室内に
永久磁石１２０のＮ極からＳ極に向かう強力な磁場１２
２が生じ、アンテナ部材６の作用により高真空下におい
て発生したプラズマが上記磁場１２２の作用により容器
内に拘束されて閉じ込められ、この消失が抑制されるこ
とになる。この効果は、磁場１２２の大きさが大きい程
強く発揮され、例えば１×１０^−６Ｔｏｒｒの高真空下
においては例えば５ガウス以上に設定するのが好まし
い。このような磁場１２２によるプラズマの閉じ込め効
果により１×１０^−６Ｔｏｒｒもの低圧雰囲気下におい
てもプラズマ密度をかなり高く維持することが可能とな
り、異方性の非常に高いエッチング等を施すことができ
る。

【００５９】次に、第２の発明の他の変形例について説
明する。図２３は、第２の発明の他の変形例を示す図で
あり、この変形例においては、プラズマ密度高化手段１
０６の構成は図１９に示す構成と同様な構成であるが、
処理容器１０２の形状及びアンテナ部６の形状が異な
る。

【００６０】具体的には、処理容器１０２は、石英等の
誘電体により例えばベルジャー状に成形されて容量の少
ない第１のチャンバー１２４とこの下方に連結される容
量の大きな第２のチャンバー１２６とにより構成され
る。この第２のチャンバー１２６は処理室として構成さ
れ、この内部にサセプタアセンブリ２２が収容されると
共に第２のチャンバー１２６の側壁部１０２Ａに図１９
に示すと同様な構成の、例えばヘリカル共鳴型のコイル
部１０８と補助高周波電源１１２とよりなるプラズマ密
度高化手段１０６が配置されている。

【００６１】また、第１のチャンバー１２４の側壁に
は、線状導体よりなるアンテナ部材６が螺旋状に複数回
巻回されており、その一端は開放端になされると共に他
端には、マッチング回路６２を介してプラズマ発生用の
高周波電源８が接続されている。そして、この第１のチ
ャンバー１２４の天井部に、処理ガス等を供給するため
のガス供給管路１８が接続されており、これに導入され
る例えばＡｒガスやＨＦガス等を上記アンテナ部６から
の電磁波の作用により１×１０^−６Ｔｏｒｒ程度の低圧
雰囲気下においてもプラズマ化し得るようになってい
る。このような実施例においては、ガス供給管路１８よ
り第１のチャンバー１２４内に流入するＡｒガス等のエ
ッチングガスは、この側壁に巻回したアンテナ部６から
の電磁波の作用により第２の発明で説明したと同様に１
×１０^−６Ｔｏｒｒ程度の高真空下においてもプラズマ
化されることになる。

【００６２】ここで発生したプラズマは下方の第２のチ
ャンバー１２６内に移動して行き、この第２のチャンバ
ー１２６の側壁部１０２Ａに巻回されているコイル部１
０８の両端には例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が
印加されていることから、上方の第１のチャンバー１２
４から流入してきたプラズマに誘引されて第２のチャン
バー１２６内においてもＡｒガス等が励起され、プラズ
マの発生が促進されることになる。すなわち単独では１
×１０^−３Ｔｏｒｒ以下の低圧でのプラズマの発生が困
難である第２のチャンバー１２６内に、第１のチャンバ
ー１２４内で発生させたプラズマを供給することにより
これに誘引させて第２のチャンバー１２６内においても
プラズマを生成することが可能となる。従って、結果的
に処理室内におけるプラズマ密度を１×１０^−６Ｔｏｒ
ｒもの低圧雰囲気下においても非常に高めることがで
き、異方性の非常に高いエッチング等を施すことができ
る。

【００６３】この場合、第１のチャンバー１２４内の圧
力を第２のチャンバー１２６内の圧力よりも僅かに陽圧
にすることにより、第１のチャンバー１２４内にて発生
したプラズマや活性種が第２のチャンバー１２６内に円
滑に移行させることができ、また逆に、第２のチャンバ
ー１２６内にて発生したプラズマ等が第１のチャンバー
１２４内に逆流することを阻止することができ、プラズ
マの密度を一層向上させることが可能となる。また、ア
ンテナ部６とこの下方のコイル部１０８へのエネルギ供
給源として異なる高周波電源８、１１２を用いることに
よりこれらを別個に制御することができ、きめの細かな
プラズマ制御が可能となる。

【００６４】また、本実施例においては、コイル部１０
８に接続した補助高周波電源１１２及びマッチング回路
１１０に代えて、図１９に示す構成において説明したと
同様に可変の直流電源を用いるようにしてもよいし、ま
た、このコイル部１０８と補助高周波電源１１２とより
なるプラズマ密度高化手段１０６に代えて、図２１及び
図２２において説明したと同様な構成の複数の永久磁石
１２０よりなるプラズマ密度高化手段を用いるようにし
てもよい。

【００６５】尚、第２の発明においてもプラズマエッチ
ング処理装置を例にとって説明したが、これに限定され
ず、他のすべてのプラズマ処理装置、例えばプラズマＣ
ＶＤ装置にも適用することができる。この場合には、上
記実施例において説明したと同様にプラズマや反応性ガ
スの活性種の散乱が抑制されて異方性が良くなり、その
結果、例えばボイド等を生ずることなく溝部の埋め込み
等を行うことができる。

【００６６】また、上記各実施例にあっては、プラズマ
処理時にはアンテナ部材の一端に高周波電圧を印加する
場合について説明したが、これに限定されず、アンテナ
部材への高周波電圧の印加の相異により生ずるプラズマ
形成領域の差異に着目し、プラズマ処理時とクリーニン
グ時の間で高周波電圧の印加方法を下記のように変える
ようにしてもよい。図２４及び図２５は第３の発明のプ
ラズマ処理装置を示す断面図である。

【００６７】この第３の発明においてはプラズマ処理装
置をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合について説明す
る。この種のプラズマＣＶＤ装置においては、成膜処理
時に不要な成膜が処理容器の内壁にも付着することか
ら、定期的或いは不定期的にこの不要な膜を除去するた
めのクリーニング処理が行われ、このクリーニング処理
時の高周波電圧の印加方法をプラズマ成膜処理時の印加
方法と変えてクリーニング処理を効率的に行うようにし
ている。図１及び図２に示す第１の発明と同一部分につ
いては同一符号を付す。

【００６８】このプラズマ処理装置としてのプラズマＣ
ＶＤ装置１５０も第１の発明と同様に例えばアルミニウ
ム等よりなる円筒状の処理容器４を有しており、この処
理容器４は接地されると共に上端開口部は例えば石英等
の誘電体よりなる上部蓋体１０によりシール部材１２を
介して気密に閉塞されている。処理容器４内には、半導
体ウエハＷを載置する載置面を有する下部電極としての
例えばアルミニウム製のサセプタ２６がサセプタ支持台
２８上に載置されており、このサセプタ支持台２８は処
理容器底部に絶縁部材２３を介して設置されている。サ
セプタ２６には給電線１５２を介してマッチングボック
ス１５４及びバイアス用の例えば１３．５６ＭＨｚの高
周波電源１５６に接続されると共に、この上の載置台に
は、例えば静電チャックよりなるウエハ保持手段１５７
が設けられ、ここにウエハをクーロン力により吸着保持
し得るようになっている。

【００６９】上記サセプタ支持台２８には、例えば冷却
水を流すための冷却ジャケット１５８が設けられると共
にこのサセプタ支持台２８とサセプタ２６の接合部に
は、例えばセラミックヒータよりなる加熱手段１６０が
設けられ、これと上記冷却ジャケット１５８を組み合わ
せることによりウエハ温度を広範囲に亘って設定し得る
ようになっている。処理容器の底部には、容器内を真空
引きする真空ポンプ（図示せず）に接続された排気口１
６２が設けられ、この容器側壁には容器内に対してウエ
ハＷの搬入・搬出を行う際に開閉するゲートバルブ１６
２が設けられる。

【００７０】また、処理容器４の側壁には、この容器内
へ成膜時の成膜ガスやエッチング時のクリーニングガス
等を導入する処理ガス供給ノズル１６４が設けられ、こ
のノズルには供給側が分岐されたガス通路１６６を介し
て原料ガス源、例えばシラン源１６８、エッチングガス
源１７０、例えばＮ_２等のキャリアガス源１７２がそ
れぞれ接続され、各分岐路には流量制御を行うマスフロ
ーコントローラ１７４Ａ、１７４Ｂ、１７４Ｃ及び開閉
弁１７６Ａ、１７６Ｂ、１７６Ｃが介設されている。更
に、この処理容器４の側壁には、成膜時にアルゴンガス
やＯ_２等の添加ガスを供給する添加ガス供給ノズル１
７８が設けられ、このノズルにはガス通路１８０を介し
てアルゴンガス源１８２と酸素源１８４が接続されると
共にこのガス通路１８０の各分岐路にはマスフローコン
トローラ１８６及び開閉弁１８８が介設されている。
尚、原料ガスや添加ガスは上記したものに限定されず、
通常のプラズマＣＶＤ処理に用いるようなガスも適用す
ることができる。

【００７１】そして、上部蓋体１０の上面には、図１及
び図２に示したと同様な構造の本発明の特長とするアン
テナ部材６が設けられる。このアンテナ部材６も、例え
ば銅やステンレス等の導電性材料よりなる線材５８を１
ターン或いは２〜３回程、渦巻状に巻回して構成されて
おり、このアンテナ部材６の両端に給電線１９０を介し
てマッチング回路６２及びプラズマ発生用の、例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電源８が直列に接続されてい
る。また、このアンテナ部材６の一端と高周波電源８の
一端とを接続する給電線１９０には、成膜処理時には閉
じられてクリーニング処理時には開放される切替スイッ
チ手段としての成膜・クリーニング切替スイッチ手段１
９２が設けられており、このスイッチ手段１９２の切替
え操作を行うことにより成膜時とクリーニング時とでア
ンテナ部材６への給電方法を切り替えるようになってい
る。また、アンテナ部材６の上方には、全体を被ってシ
ールド金網６３が設けられる。

【００７２】アンテナ部材６の断面形状は特に限定され
ず、例えば図示例のように円形でもよいし、矩形でもよ
い。また、各部のサイズは、例えば図１及び図２に示す
装置と同様に構成される。尚、原料ガスとしては、シラ
ンに限定されず、他の原料ガス、例えばジシラン、ＴＥ
ＯＳ系原料ガス等を用いることができるのは勿論であ
る。

【００７３】次に、この第３の発明の動作について説明
する。まず、この装置を用いて成膜処理を行う場合につ
いて説明する。ウエハＷをサセプタ２６上に吸着保持し
た後に、ウエハＷをプロセス温度、例えば４００℃程度
に維持し、そして、処理容器４内を所定の圧力、例えば
１０ｍＴｏｒｒ程度にしつつ原料ガス、例えばシランガ
スと添加ガス、例えばＡｒガスとＯ_２を容器内に所定
の流量で導入する。そして、原料ガス等の供給と同時に
成膜・クリーニング切替スイッチ手段１９２を閉状態と
してアンテナ部材６の両端に高周波電源８より高周波電
圧を印加する。これにより、アンテナ部材６の両端に高
周波電圧が印加されていることから、特にアンテナ部材
６の直下の領域、すなわちウエハＷの上方の領域の電波
が強くなってこの部分にプラズマＰ１が発生し、原料ガ
スと添加ガスが励起されて活性種となって反応が促進さ
れ、ウエハＷ上に成膜が堆積する。尚、この場合、サセ
プタ２６にバイアス用の高周波電圧を印加することによ
り、プラズマの吸引を促進させるようにしてもよいし、
また、これをクランドに落としたり或いはフローティン
グ状態としてもよい。このように、アンテナ部材６の直
下の電波を強くすることにより、この部分に高密度のプ
ラズマを凝集させることができ、成膜処理を迅速且つ高
効率に行うことが可能となる。

【００７４】次に、処理容器内に付着した不要な成膜の
クリーニング処理を行う場合について説明する。まず、
サセプタ２６上に静電チャックの保護の目的でダミーウ
エハＷを吸着保持させておき、成膜時の原料ガスや添加
ガスの供給を完全に停止した状態でエッチングガス源１
７０からエッチングガス、例えばＣＦ_４、ＮＦ_３系の
ガス、ＣｌＦ_３系のガスを所定の流量で供給しつつ容
器内を所定の真空状態、例えば２０ｍＴｏｒｒ以下に維
持する。尚、ＣＦ_４、ＮＦ_３系ガスをエッチングガス
として用いる場合には、これらを単独で供給し、これに
対してＣｌＦ_３系ガスをエッチングガスとして用いる
場合にはキャリアガス源１７２からキャリアガスとして
Ｎ_２ガスも所定の流量で供給する。このようにエッチン
グガスを供給すると同時に、成膜・クリーニング切替ス
イッチ１９２を図２５に示すように開放状態としてアン
テナ部材６の一端及び高周波電源８の一端をそれぞれ開
放端とすると共に他端のみに高周波電源８からの高周波
電圧を印加する。

【００７５】これにより、電界がアンテナ部材５８から
処理容器４の全内壁にかかることになり、その結果、図
２５に示すように容器内略全域にプラズマＰ２が立ちプ
ラズマＰ２及び活性種はアンテナ部材６の直下のみなら
ず、処理容器内の隅々まで行き亘り、処理容器４の内壁
やサセプタ２６、サセプタ支持台２８の表面に付着して
いる不要な成膜を除去してクリーニングが行われる。こ
のように、プラズマは処理容器４内に略全域に均一に広
がることからクリーニング操作を迅速且つ短時間で行う
ことが可能となる。この場合、成膜時と同様に、サセプ
タ２６にはバイアス用の高周波電圧を印加しておいても
よいし、また、これをグランドに落としたり、フローテ
ィング状態としてもよい。また、処理容器４の側壁もグ
ランドに落とすのではなく、これにバイアス用の高周波
電圧を印加したり或いはフローティング状態としてもよ
い。

【００７６】また、エッチングガスとしては、ＣＦ
_４、ＮＦ_３、ＣｌＦ_３系ガスに限定されず、他のエ
ッチングガスを用いてもよいし、また、高周波電源の周
波数も１３．５６ＭＨｚに限定されず、２００ＫＨｚ等
数ＫＨｚから数１０ＭＨｚの範囲内で使用することがで
きる。尚、本実施例においては、図２に示すようにアン
テナ部材６を処理容器４の天井部外側に配置した形式の
装置を例にとって説明したがこれに限定されず、図１６
から図１８に示すようにアンテナ部材６を処理容器４内
の天井部に配置した形式の装置にも適用し得る。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装
置、プラズマ処理装置及びこれらのクリーニング方法に
よれば、クリーニング処理を効率的に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係るプラズマ処理装置の一例を示
す部分破断概略構成図である。

【図２】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す断面図
である。

【図３】図２に示す装置の処理容器内の電子等の動きを
示す模式図である。

【図４】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図５】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図６】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図７】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図８】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図９】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す平
面図である。

【図１０】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す
平面図である。

【図１１】本発明に用いるアンテナ部材の変形例を示す
平面図である。

【図１２】低圧雰囲気においてプラズマを発生し得ない
アンテナ部材を示す平面図である。

【図１３】低圧雰囲気においてプラズマを発生し得ない
アンテナ部材を示す平面図である。

【図１４】低圧雰囲気においてプラズマを発生し得ない
アンテナ部材を示す平面図である。

【図１５】低圧雰囲気においてプラズマを発生し得ない
アンテナ部材を示す平面図である。

【図１６】本発明のプラズマ処理装置の変形例を示す部
分断面図である。

【図１７】本発明のプラズマ処理装置の他の変形例を示
す部分断面図である。

【図１８】本発明のプラズマ処理装置の更に他の変形例
を示す部分断面図である。

【図１９】第２の発明に係るプラズマ処理装置を示す概
略斜視図である。

【図２０】図１９に示す装置に適用できる高周波電源の
一例を示す回路図である。

【図２１】図２の発明の変形例を示す概略斜視図であ
る。

【図２２】図２１に示す装置の永久磁石の配列を示す図
である。

【図２３】第２の発明の他の変形例を示す概略斜視図で
ある。

【図２４】第３の発明のプラズマ処理装置を示す断面図
である。

【図２５】図２４に示す処理装置によりクリーニングを
実施している状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２プラズマエッチング装置（プラズマ処理装
置）４処理容器６アンテナ部材８プラズマ発生用高周波電源１６処理室１８ガス供給管路２０ガス排気管路２６サセプタ３２静電チャックシート３４セラミックヒータ４２冷却ジャケット５８線材６０ターミナル６２マッチング回路６３シールド金網６６中空パイプ６８導電板８４ガス噴出孔１００プラズマ処理装置１０２処理容器１０２Ａ側壁部１０６プラズマ密度高化手段１０８コイル部１１２補助高周波電源１１８直流電源１２０永久磁石１２２磁場１２４第１のチャンバー１２６第２のチャンバー１５０プラズマＣＶＤ装置１６４処理ガス供給ノズル１６８シラン源１７０エッチングガス源１７２キャリアガス源１７８添加ガス供給ノズル１８２アルゴンガス源１９２成膜・クリーニング切替スイッチ手段（切替
スイッチ手段）Ｐ１、Ｐ２プラズマＷ被処理体（半導体ウエハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川村剛平東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者畑次郎東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者石井信雄東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対して処理を施す処理装置におい
て、前記サセプタと対向させて前記処理容器の内側或いは外
側にアンテナ部材を配置し、前記アンテナ部材に接続されるプラズマ発生用の高周波
電源を設け、前記処理容器のクリーニング時に前記アンテナ部材の一
端に前記周波数電源からの高周波電圧を印加すると共に
前記アンテナ部材の他端は開放端にすることを特徴とす
る処理装置。
【請求項２】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記サセプタと対向させて前記処理容器の内側或いは外
側にアンテナ部材を配置し、プラズマ処理時に前記アンテナ部材に接続されるプラズ
マ発生用の高周波電源を設け、前記処理容器のクリーニング時に前記アンテナ部材の一
端に前記周波数電源からの高周波電圧を印加すると共に
前記アンテナ部材の他端は開放端にすることを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項３】前記プラズマ処理時に前記高周波電源が
前記アンテナ部材の両端に接続されることを特徴とする
請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記サセプタと対向させて処理容
器の内側或いは外側にアンテナ部材を配置し、プラズマ
処理時に前記アンテナ部材の両端に接続されるプラズマ
発生用の高周波電源を設け、前記処理容器のクリーニン
グ時に前記アンテナ部材の一端と前記高周波電源の一端
を開放する切替スイッチ手段を設けるように構成したこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対して処理を施す処理装置のクリ
ーニング方法において、前記サセプタと対向させて前記処理容器の内側或いは外
側に配置されたアンテナ部材の一端にプラズマ発生用の
高周波電圧を印加すると共に、前記アンテナ部材の他端
は開放端にすることを特徴とする処理装置のクリーニン
グ方法。
【請求項６】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置のクリーニング方法において、プラズマ処理時には、前記サセプタと対向させて前記処
理容器の内側或いは外側に配置されたアンテナ部材にプ
ラズマ発生用の高周波電源からの高周波電圧を印加し、クリーニング時には、前記アンテナ部材の一端に前記高
周波電圧を印加すると共に、前記アンテナ部材の他端は
開放端にすることを特徴とするプラズマ処理装置のクリ
ーニング方法。
【請求項７】前記プラズマ処理時に前記高周波電源が
前記アンテナ部材の両端に接続されることを特徴とする
請求項６に記載のプラズマ処理装置のクリーニング方
法。
【請求項８】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置のクリーニング方法において、前記サセプタ
と対向させて前記処理容器の内側或いは外側にアンテナ
部材を配置し、プラズマ処理時にはプラズマ発生用の高
周波電源からの高周波電圧を前記アンテナ部材の両端に
印加し、クリーニング時には前記アンテナ部材の一端に
前記高周波電圧を印加すると共に前記アンテナ部材の他
端は開放端にすることを特徴とするプラズマ処理装置の
クリーニング方法。
【請求項９】気密な処理容器内においてサセプタ上に
載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置のクリーニング方法において、前記処理容器の外側に配置したアンテナ部材にプラズマ
発生用の高周波電源から高周波電圧を印加して前記被処
理体をプラズマ処理する工程と、前記被処理体をプラズマ処理した高周波電圧の印加方法
とは異なる高周波電圧の印加方法により生じるプラズマ
によりクリーニング処理を行なうことを特徴とするプラ
ズマ処理装置のクリーニング方法。
【請求項１０】気密な処理容器内においてサセプタ上
に載置された被処理体に対してプラズマ処理を施すプラ
ズマ処理装置のクリーニング方法において、前記処理容器の内側又は外側に配置したアンテナ部材に
プラズマ発生用の高周波電源から高周波電圧を印加して
前記被処理体をプラズマ処理する工程と、前記サセプタ上に、静電チャックを保護するダミーを吸
着保持させる工程と、前記被処理体をプラズマ処理した高周波電圧の印加方法
とは異なる高周波電圧の印加方法により生じるプラズマ
によりクリーニング処理を行なうことを特徴とするプラ
ズマ処理装置のクリーニング方法。