JP2005079439A - プラズマの電子温度を制御する方法，プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子サイクロトロン共鳴によって発生するプラズマの電子温度を安定して低い状態に維持する。
【解決手段】 プラズマ処理装置１において，処理容器２の上部円筒部２ａの周辺に，複数のソレノイド２０〜２２が並設される。各ソレノイド２０〜２２は，上部円筒部２ａの側壁に沿ったレール２７上を移動自在になっている。そして，プラズマ処理が開始される前に，各ソレノイド２０〜２２の位置をレール２７に沿って移動させ，上部円筒部２ａ内に形成される磁場の勾配を調整する。このとき調整される磁場勾配は，予め実験などにより求めておいた磁場勾配と電子温度との相関関係から定められる。この結果，上部円筒部２ａ内に電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成した際には，当該プラズマの電子温度が所望の低い電子温度に維持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は，プラズマの電子温度を制御する方法，基板のプラズマ処理方法及び基板のプラズマ処理装置に関する。

例えば半導体装置や液晶表示装置等の電子デバイスの製造プロセスにおいては，例えば基板の表面に導電性の膜や絶縁膜を形成する成膜処理や，基板上に形成された膜を食刻するエッチング処理などが行われている。この成膜処理やエッチング処理には，プラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理が採用されている。

上記プラズマ処理は，プロセスガスあるいはキャリアガスのプラズマを生成し，プロセスガス活性種，或いはキャリアガス活性種と接触して励起されたプロセスガスによって基板の表面に化学的或いは物理的な処理を施すものである。

近年のプラズマ処理においては，プラズマの電子温度（電子の運動エネルギー）を低く抑えることが要求されている。これは，プラズマの電子温度が高いと，例えば荷電粒子の基板に対する衝突速度が増し基板にダメージを与えたり，また，プラズマ処理が行われる処理容器の壁面がプラズマによりスパッタリングされ，処理容器から飛び出した粒子によって基板が汚染されるためである。

プラズマの電子温度を低く抑えるには，比較的高い圧力でプラズマを生成することが考えられるが，圧力を上げた場合，例えばプロセスガスの圧力が高くなり，物質濃度が高くなることから，異方性の高いエッチング処理ができなくなる。また，圧力を上げた場合，成膜用のプロセスガスは，基板に到達する前に反応が進むので，プロセスガスが粒子成長して，処理容器内にパーティクルが発生してしまう。

そこで，圧力を上げないでプラズマの電子温度を低くできる電子サイクロトン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）を利用したプラズマ処理が考えられている（例えば，特許文献１参照。）。

しかしながら，上記ＥＣＲを利用したプラズマ処理は，プラズマの電子温度を低くできるものの，従来から当該電子温度を積極的に制御することができなかった。このため，プラズマの電子温度には，比較的大きなばらつきがあり，電子温度の低いプラズマ処理を安定的に行うことができなかった。

特開平８−３３５５７３号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ＥＣＲによって発生するプラズマの電子温度を安定させるために，当該プラズマの電子温度を制御する方法及びプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明によれば，電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整して，当該電子サイクロトロン共鳴により生成されるプラズマの電子温度を制御する方法が提供される。

電子サイクロトロン共鳴は，磁場と電場の相互作用により生じる。発明者の検証によれば，電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整することによって，プラズマの電子温度が制御できることが確認された。したがって，本発明によれば，磁場の勾配を調整し低い電子温度を安定的に維持して，例えば基板のプラズマ処理を安定的に行うことができる。

本発明によれば，電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成するための複数種類の処理ガスの混合比を調整して，電子サイクロトロン共鳴により生成されるプラズマの電子温度を制御する方法が提供される。

発明者の検証によれば，プラズマを生成するための処理ガスの混合比を調整することによっても，プラズマの電子温度を制御できることが確認された。したがって，本発明によれば，処理ガスの混合比を調整し低い電子温度を安定的に維持して，例えば基板のプラズマ処理を安定的に行うことができる。

本発明は，電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理する方法であって，前記電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整して，前記プラズマの電子温度を制御することを特徴とする。

上述したように電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整することによって，プラズマの電子温度を制御できる。したがって，本発明によれば，プラズマの電子温度を安定的に低い状態に維持できる。それ故，例えばプラズマ処理時に荷電粒子により基板がダメージを受けることがなく，またプラズマ処理が行われる処理容器内がスパッタリングされパーティクルが発生することもなく，プラズマ処理が適正に行われる。

前記磁場の勾配の調整は，前記磁場を形成する複数のソレノイドの各々の位置を調整するか，又は前記各々のソレノイドに流れる電流の大きさを調整するかの少なくともいずれか一方により行われてもよい。

前記各々のソレノイドの位置の調整，又は前記各々のソレノイドの電流の調整の少なくともいずれか一方によって，前記電子サイクロトロン共鳴の発生する位置を調整してもよい。上述したように磁場の勾配を変更すると，電子サイクロトロン共鳴が発生する位置が変わる場合がある。磁場の勾配の変更に伴い，電子サイクロトロン共鳴が発生する位置を調整することによって，電子サイクロトロン共鳴によりプラズマが生成される位置から基板までの距離が最適な距離に維持され，プラズマによる基板処理が適正化される。

本発明は，電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理する方法であって，前記プラズマを生成するための複数種類の処理ガスの混合比を調整して，前記プラズマの電子温度を制御することを特徴とする。

上述したようにプラズマを生成する処理ガスの混合比を調整することによって，プラズマの電子温度を制御できる。したがって，本発明によれば，プラズマの電子温度を安定的に低い状態に維持できる。それ故，例えばプラズマ処理時に荷電粒子により基板がダメージを受けることがなく，またプラズマ処理が行われる処理容器内がスパッタリングされパーティクルが発生することもなく，プラズマ処理が適正に行われる。

本発明は，電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，基板を収容する処理容器と，前記処理容器内において基板を載置する載置部と，前記載置部に載置された基板に対向する位置から当該基板に向けて高周波を供給する高周波供給部と，前記高周波供給部と前記載置部との間に形成された前記高周波の通路に対して，当該通路に沿った磁界の向きの磁場を形成する磁場形成部と，前記高周波の通路に形成された前記磁場の勾配を調整する磁場勾配調整機構と，を備えたことを特徴とする。

上述したように，発明者の検証によって，電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整することによって，プラズマの電子温度が制御できることが確認されている。本発明によれば，磁場勾配調整機構によって磁場の勾配を調整し，プラズマの電子温度を安定して低い状態に維持できる。この結果，質の高いプラズマ処理が安定的に行われる。

前記磁場形成部は，前記高周波の通路に沿って複数配置され，前記磁場勾配調整機構は，前記複数の磁場形成部を，前記高周波の通路に沿った方向に各々独立して移動させる移動機構を備えていてもよい。この場合，各磁場形成部を高周波の通路に沿って移動させ，各磁場形成部の位置を調整することによって，通路内に形成される磁場の勾配を調整することができる。なお，前記移動機構は，前記高周波の通路に沿って形成されたレールを備え，前記各磁場形成部は，前記レール上を移動自在に構成されていてもよい。

前記磁場形成部は，ソレノイドであってもよい。また，前記ソレノイドは，前記高周波の通路に沿って複数配置され，前記磁場勾配調整機構は，前記各々のソレノイドに流れる電流の大きさを調整できる電流調整機構を備えていてもよい。かかる場合，各ソレノイドの電流の大きさを調整し各ソレノイドの磁界の強さを調整して，前記高周波の通路内に形成される磁場の勾配を調整できる。

前記処理容器は，前記高周波供給部と載置部との間の前記高周波の通路を形成する円筒部を有し，前記磁場形成部は，前記円筒部の周囲に環状に配置されていてもよい。

本発明は，電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，基板を収容する処理容器と，前記処理容器内において基板を載置する載置部と，前記載置部に載置された基板に対向する位置から当該基板に向けて高周波を供給する高周波供給部と，前記高周波供給部と載置部との間に形成された前記高周波の通路に対して，当該通路に沿った磁界の向きの磁場を形成する磁場形成部と，前記処理容器内にプラズマを生成するための複数種類の処理ガスを供給するガス供給部と，前記ガス供給部から供給される前記複数種類の処理ガスの混合比を変更する処理ガス混合比変更機構と，を備えたことを特徴とする。

上述したように，発明者の検証によって，プラズマを生成する処理ガスの混合比を調整することによって，プラズマの電子温度が制御できることが確認されている。本発明によれば，処理ガス混合比変更機構によって処理ガスの混合比を調整して，プラズマの電子温度を安定して低い状態に維持できる。したがって，質の高いプラズマ処理を安定的に行うことができる。

本発明によれば，プラズマの電子温度が常に低い状態で維持され，荷電粒子による基板への衝突ダメージなどが軽減されるので，基板のプラズマ処理が適正に行われる。この結果，歩留まりの向上が図られる。

以下，本発明の実施の形態について説明する。図１は，本発明のプラズマ処理装置１の縦断面の様子を模式的に示している。

プラズマ処理装置１は，例えばアルミニウム合金により形成された処理容器２を備えている。処理容器２は，接地されている。処理容器２は，内部が閉鎖可能な略円筒状に形成されている。処理容器２は，上部円筒部２ａと，当該上部円筒部２ａよりも内径が大きい下部円筒部２ｂにより形成されている。下部円筒部２ｂの底部には，ウェハＷを載置するための載置部としての載置台３が設けられている。

載置台３には，電極板４が内蔵されている。電極板４は，処理容器２の外部に設けられた直流電源５に接続されている。電極板４に直流電圧５を印加することによって，載置台３の表面に静電気力を生じさせ，ウェハＷを載置台３上に吸着することができる。

電極板４は，処理容器２の外部に設けられた，例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源６にも接続されている。このバイアス用高周波電源６により，載置台３上に載置されたウェハＷにバイアス電圧を印加することができる。

載置台３には，処理容器２の外部に設けられた交流電源７からの給電によって発熱するヒータ８が内蔵されている。このヒータ８の発熱により，載置台３上のウェハＷを所定の温度に加熱できる。また，載置台３内には，所定温度の冷媒が通流する冷却ジャケット９が設けられている。この冷却ジャケット９により載置台３と処理容器２との接触付近を冷却して，ヒータ８からの熱によって処理容器２が高温になるのを防止できる。

載置台３の上面に対向する位置の，例えば上部円筒部２ａの天井部には，高周波供給部としてのマイクロ波導入窓１０が形成されている。マイクロ波導入窓１０は，例えば石英，シリコン酸化ガラスなどにより形成されている。マイクロ波導入窓１０には，マイクロ波発振器１１に連通する円錐状のテーパ導波管１２が接続されている。マイクロ波発振器１１から発振されたマイクロ波は，テーパ導波管１２を介してマイクロ波導入窓１０に伝搬され，マイクロ波導入窓１０から下方向（Ｚ方向）の処理容器２の内部に向けて所定の周波数のマイクロ波を供給できる。

マイクロ波導入窓１０から処理容器２の内部に向けて供給されたマイクロ波は，上部円筒部２ａ内を通過する。つまり上部円筒部２ａは，マイクロ波の通路Ｒを形成している。上部円筒部２ａの外周には，上部円筒部２ａが軸心となるような複数，例えば３つの磁場形成部としてのソレノイド２０，２１，２２が設けられている。ソレノイド２０〜２２は，上部円筒部２ａに沿って上から順に並設されている。これらのソレノイド２０〜２２によって，上部円筒部２ａ内に磁界の向きがＺ方向に向いた磁場を形成でき，前記マイクロ波導入窓１０からのマイクロ波による電界とソレノイド２０〜２２による磁界との相互作用によって，通路Ｒ内に電子サイクロトロン現象を起こすことができる。そして，この電子サイクロトロン現象によってプラズマを生成することができる。なお，ソレノイド２０，２１，２２には，例えば軸方向の長さや巻数が同じ仕様のものが用いられる。

各ソレノイド２０，２１，２２には，例えばそれぞれ別個の電源２３，２４，２５が設けられている。各電源２３，２４，２５から各ソレノイド２０，２１，２２への給電量は，例えば電流制御部２６により制御できる。したがって，電流制御部２６は，各ソレノイド２０〜２２に流れる電流を個別に制御できる。なお，本実施の形態における電源２３〜２５及び電流制御部２６は，電流調整機構を構成している。

上部円筒部２ａの外方には，Ｚ方向に延びる例えば２本のレール２７が設けられている。レール２７には，図２及び図３に示すように当該レール２７に沿って移動する３つのスライダ２８が設けられている。各スライダ２８には，支持部材２９によってソレノイド２０〜２２が一つずつ支持されている。かかる構成により，各ソレノイド２０〜２２は，レール２７上を個別に移動自在であり，上部円筒部２ａに沿ったＺ方向の所定位置に移動できる。そして，各ソレノイド２０〜２２の位置を調整することによって，上部円筒部２ａ内に形成される磁場の勾配を調整できる。なお，本実施の形態におけるレール２７，スライダ２８及び支持部材２９は，移動機構と磁場勾配調整機構を構成している。

下部円筒部２ｂの周囲には，例えばリング状の補助ソレノイド３０が配置されている。補助ソレノイド３０は，載置台３上のウェハＷよりも高い位置に設けられている。この補助ソレノイド３０により，下部円筒部２ｂ内に形成される磁界の方向を鉛直方向に向くように補正できる。

上部円筒部２ａの側壁の上部には，処理容器２内に複数種類の処理ガスを供給するためのガス供給部としての第１のガス供給ノズル４０が設けられている。第１のガス供給ノズル４０は，ガス供給管４１によって，処理容器２の外部に設置された例えば２つの第１及び第２のガス供給源４２，４３に連通している。本実施の形態においては，第１のガス供給源４２に酸素ガスが封入され，第２のガス供給源４３には不活性ガスとしてのアルゴンガスが封入されている。したがって，第１のガス供給ノズル４０を通じて，処理容器２内に２種類の処理ガスを供給できる。

下部円筒部２ｂの側壁の上部には，第２のガス供給ノズル５０が設けられている。第２のガス供給ノズル５０は，第２のガス供給管５１によって，処理容器２の外部に設置された第３のガス供給源５２に連通している。本実施の形態においては，第３のガス供給源５２にシランガスが封入されている。したがって，第２のガス供給ノズル５０を通じて，処理容器２内にシランガスを供給できる。

下部円筒部２ｂの側壁の下部には，処理容器２内の雰囲気を排気するための排気口６０が設けられている。排気口６０には，ターボ分子ポンプなどの排気装置６１に通じる排気管６２が接続されている。この排気口６０からの排気により，処理容器２内を所定の圧力に減圧できる。

次に，以上のように構成されたプラズマ処理装置１で行われるプラズマ処理であるウェハＷの成膜処理ついて説明する。

先ず，ウェハＷの成膜処理が開始される前に，各ソレノイド２０〜２２をレール２７に沿って移動させ，各ソレノイド２０〜２２のＺ方向の位置調整が行われる。この時のソレノイド２０〜２２の位置は，上部円筒部２ａ内の電子サイクロトロン現象の起きる領域Ｅ（図１中に示す点線）における磁場が所定の設定磁場勾配になるように調整される。このときの設定磁場勾配は，予め実験などで得られている，磁場勾配とプラズマの電子温度との相関関係によって求められる。なお，この磁場勾配と電子温度との相関関係については，後述する。そして，その設定磁場勾配を得るための各ソレノイド２０〜２２のＺ方向の位置は，例えば各ソレノイド２０〜２２の磁界強度や，各ソレノイド２０〜２２から領域Ｅまでの距離などから理論式により求められる。なお，予め実験などによって磁場勾配とソレノイド２０〜２２の位置との相関関係を求めておき，当該相関関係によって各ソレノイド２０〜２２のＺ方向の位置を求めてもよい。

前記電子サイクロトロン現象が起きる領域Ｅが所望の位置からずれた場合には，例えば各ソレノイド２０〜２２の位置又は各ソレノイド２０〜２２に流れる電流の大きさを微調整することによって領域Ｅの位置を修正する。この位置修正によって，プラズマの発生する領域ＥとウェハＷとの距離が適正な距離に設定され，プラズマを用いたウェハＷの成膜処理が適正に行われる。なお，この領域Ｅの位置の修正は，各ソレノイド２０〜２２の位置と各ソレノイド２０〜２２に流れる電流の大きさとの両方を微調整して行ってもよい。

各ソレノイド２０〜２２の位置調整が終了し，ウェハＷの成膜処理が開始されると，先ず，プラズマ処理装置１の処理容器２内にウェハＷが搬入され，ウェハＷが載置台３に吸着保持される。載置台３は，ヒータ８により予め所定温度に加熱されており，ウェハＷは，載置台３により昇温される。続いて，排気装置６１により処理容器２内の排気が開始され，処理容器２内が所定の圧力に減圧される。

処理容器２内が所定の圧力に減圧されると，処理容器２内に，第１のガス供給ノズル４０からアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスが供給され，第２のガス供給ノズル５０からシランガスが供給される。また，各ソレノイド２０〜２２と補助ソレノイド３０に給電され，上部円筒部２ａ内にＺ方向に向いた磁場が形成される。マイクロ波発振器１１からはマイクロ波が発振され，マイクロ波導入窓１０から下方のウェハＷに向けてマイクロ波が導入される。このマイクロ波の導入により上部円筒部２ａ内には，電場が形成される。上部円筒部２ａ内の電子は，磁場と電場の相互作用により旋回運動し，当該旋回運動の周期とマイクロ波の周波数が一致する領域Ｅにおいて電子サイクロトロン現象が生じる。

電子サイクロトロン現象により電子が加速され，当該加速された電子は，アルゴン分子や酸素分子と衝突し，アルゴン分子や酸素分子が電離してプラズマが生成される。生成されたプラズマは，高周波バイアス電圧が印加された載置台３側に引き込まれ，シランガスを活性化する。活性化されたシランや酸素がウェハＷ表面に堆積され，ウェハＷ上に例えばシリコン酸化膜が形成される。

ここで，上述したようにソレノイド２０〜２２の位置を調整する際に用いられる，電子サイクロトロン共鳴が起きる領域Ｅの磁場勾配と電子サイクロトロン共鳴により発生するプラズマの電子温度との相関関係について検証する。

この検証をするにあたり，図４に示すような実験装置１００を用いて実験を行った。実験装置１００は，アルミニウムから構成された略円筒状の処理容器１０１を有している。処理容器１０１の底部には，排気口１０２が形成され，この排気口１０２からの排気により，処理容器１０１内を所定圧力に減圧できる。

処理容器１０１の天井部には，下方に向けて所定周波数のマイクロ波を導入するマイクロ波透過窓１０３が設けられている。処理容器１０１の上部には，プラズマを生成する処理ガスを供給するガス供給ノズル１０４が設けられている。処理容器１０１の上部の周囲には，複数のソレノイド１０５がＺ方向に並べられて配置されている。ソレノイド１０５によって処理容器１０１内にＺ方向に向いた磁場を形成し，当該磁場の形成された処理容器１０１内に，マイクロ波透過窓１０３からマイクロ波を導入し，ガス供給ノズル１０４から処理ガスを導入する。こうすることによって，処理容器１０１内に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマが生成される。処理容器１０１の中央部付近には，基板ホルダ１０６が設けられ，当該基板ホルダ１０６には，発生したプラズマの電子温度を検出するセンサ１０７が設けられている。

実験では，かかる実験装置１００を用いて処理容器１０１内の一定の領域Ｅ１（ＥＣＲ領域）に電子サイクロトロン共鳴を生じさせ，当該領域Ｅ１でプラズマを生成した。このプラズマの生成を，電子サイクロトロン共鳴が生じる領域Ｅ１の磁場勾配を変えて行い，各磁場勾配のときに生成されたプラズマの電子温度を測定した。なお，実験は，処理容器１０１内の圧力が０．６６５Ｐａ，マイクロ波の周波数が９１５ＭＨｚ，処理ガスが酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスの条件で行った。かかる実験では，図５に示す８パターンの磁場配位Ｂ１〜Ｂ８が形成された。図５の横軸は，図４中に示すマイクロ波透過窓１０３から下方向へむかう距離を示すＺ座標であり，図５の縦軸は，磁場強度を示す。電子サイクロトロン共鳴の発生する，例えば磁場強度が約３２０（Ｇ）になる領域Ｅ１は，Ｚ座標が２２０ｍｍ付近の位置に設定されている。図６に示すように各磁場配位Ｂ１〜Ｂ８の領域Ｅ１における磁場勾配は，磁場勾配Ｃ１〜Ｃ８であり，磁場勾配Ｃ１→Ｃ８の順に大きくなっている。

図７は，各磁場勾配Ｃ１〜Ｃ８における電子温度の測定を，マイクロ波の出力を変えて行った場合の測定結果を示す。この図７から，プラズマの電子温度は，磁場勾配が大きくなるにつれておよそ一次関数的に大きくなることが分かる。したがって，この実験により，プラズマの電子温度が，電子サイクロトロン共鳴が生じる領域の磁場勾配に依存し，プラズマの電子温度と磁場勾配との間に相関関係があることが分かった。

本実施の形態によれば，プラズマ処理装置１における各ソレノイド２０〜２２を移動自在にし，上部円筒部２ａ内の電子サイクロトロンの発生する領域Ｅに形成される磁場の勾配を調整できるようにしたので，プラズマの電子温度を積極的に制御できる。それ故，プラズマ処理装置１内で発生するプラズマの電子温度を安定して所定の電子温度以下に維持できる。プラズマの電子温度を低く維持した結果，荷電粒子がウェハＷに高速で衝突することがなく，ウェハＷの損傷を防止できる。また，処理容器２の壁面が高速電子によりスパッタリングされることがなく，飛び出した粒子によりウェハＷが汚染されることを防止できる。なお，上記実施の形態において，ソレノイド２０〜２２の数は，３つに限られず，任意に選択できる。また，ソレノイド２０〜２２に代えて永久磁石を用いてもよい。

以上の実施の形態において，磁場勾配の調整を自動で行えるようにしてもよい。例えば図８に示すようにプラズマ処理装置１に，ソレノイド２０〜２２のスライダ１１０の動作を制御する制御部１１１が設けられ，制御部１１１には，例えばプラズマの電子温度と磁場勾配との相関データと，磁場勾配と各ソレノイド２０〜２２のＺ方向の位置との相関データとを記憶させる。そして，制御部１１１に対し所望のプラズマの電子温度を設定入力することによって，各ソレノイド２０〜２２が自動的にＺ方向の所定位置に移動し所望の磁場勾配に調整する。かかる場合，磁場勾配の調整が自動で行われるので，かかる磁場勾配の調整作業を迅速に行うことができる。

以上の実施の形態では，各ソレノイド２０〜２２の位置を変えて処理容器２内の磁場の磁場勾配を調整していたが，各ソレノイド２０〜２２に流れる電流の大きさを変えて磁場勾配を調整してもよい。例えば，所定の磁場勾配を形成するために必要な各ソレノイド２０〜２２の電流の大きさを予め求めておき，電流制御部２６により各ソレノイド２０〜２２の電源２３〜２５を制御して各ソレノイド２０〜２２に流れる電流の大きさを調整してもよい。かかる場合においても，電子サイクロトロン共鳴が生じる磁場勾配を調整して，プラズマの電子温度を低い温度に制御できる。なお，磁場勾配を調整するにあたり，ソレノイド２０〜２２の位置の調整と電流の調整との両方を行ってもよい。また，電流制御部２６に予めプラズマの電子温度と磁場勾配の相関データと，磁場勾配と各ソレノイド２０〜２２を流れる電流の大きさとの相関データを記憶させておき，電流制御部２６に所望の電子温度を入力設定することによって，電流制御部２６が各ソレノイド２０〜２２の電流の調整を自動で行い，自動で磁場勾配の調整を行ってもよい。

以上の実施の形態では，電子サイクロトロン共鳴の起きる領域Ｅの磁場勾配を調整することによってプラズマの電子温度を制御していたが，処理ガスの混合比を変えることによってプラズマの電子温度を制御してもよい。

図９は，前記実験装置１００を用いた実験において，酸素ガスとアルゴンガスの混合比を酸素ガス濃度０％と１００％に変えた場合の磁場勾配Ｃ１〜Ｃ８と電子温度との関係を示すグラフである。図９に示すように酸素ガス濃度が０％の場合と１００％の場合では，プラズマの電子温度が異なり，酸素ガス濃度が１００％の場合の方が電子温度が相対的に高いことが分かる。この結果，プラズマの電子温度が処理ガスの混合比に依存することが分かる。

処理ガスの混合比を変えてプラズマの電子温度を制御する場合，例えばプラズマ処理装置１において，図１０に示すようにガス供給管４１の第１のガス供給源４２に通じる分岐管１５０と，第２のガス供給源４３に通じる分岐管１５１にそれぞれガス流量を調整するバルブ１５２，１５３が設けられる。バルブ１５２，１５３の動作は，例えば流量制御部１５４により制御できる。そして，例えば予め実験により，酸素ガスとアルゴンガスとの処理ガスの混合比と当該処理ガスから生成されるプラズマの電子温度との相関関係を求めておき，ウェハＷの成膜処理が行われる前に，流量制御部１５４によって，酸素ガスとアルゴンガスとの混合比を，プラズマの電子温度が所望の電子温度になるように設定する。こうすることによって，プラズマの電子温度が低く維持され，例えば荷電粒子の衝突によるウェハＷの損傷や電子による処理容器２へのスパッタリングに起因するパーティクルの発生が防止できる。なお，この例においては，バルブ１５２，１５３及び流量制御部１５４によって，処理ガス混合比変更機構が構成されている。

以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば処理ガスは，酸素ガス，アルゴンガスに限られず，生成される膜の種類に応じて適宜選択され，必ずしも２種類でなくてもよい。また，化学的に気相成長させる成膜処理のみならず，物理的に膜を形成するスパッタリング処理にも本発明を適用できる。また，成膜処理以外の処理，例えばエッチング処理などにも本発明は適用できる。エッチング処理に適用した場合には，電子の高エネルギーによりＣＦ系ガスなどのエッチングガスの分子が過度に切り離されることがなく，エッチングの選択比の低下が防止できる。また，本発明に適用される基板は，ウェハに限られず，ＬＣＤ基板，有機ＥＬ基板，フォトマスク用のガラス基板等の他の基板であってもよい。

本発明は，例えば基板のプラズマ処理のように電子サイクロトロン共鳴によってプラズマが生成される場合において，当該プラズマの電子温度を所定の値に維持する際に有用である。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 プラズマ処理装置における処理容器の上部円筒部の横断面の説明図である。 処理容器の上部円筒部の構成を示す説明図である。 実験装置の構成を模式的に示す説明図である。 磁場勾配の異なる磁場配位を示すグラフである。 図５の各磁場配位における磁場勾配を示すグラフである。 図６の各磁場勾配における電子温度の測定値を示すグラフである。 制御部を設けた場合の処理容器の上部円筒部の構成を示す説明図である。 酸素ガス濃度の変えた場合の磁場勾配と電子温度との関係を示すグラフである。 処理ガスの混合比を変更する機構を設けた場合のプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。

符号の説明

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
２０〜２２ ソレノイド
２７ レール
Ｒ 通路
Ｗ ウェハ

Claims (13)

1. 電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整して，当該電子サイクロトロン共鳴により生成されるプラズマの電子温度を制御する方法。
2. 電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成するための複数種類の処理ガスの混合比を調整して，電子サイクロトロン共鳴により生成されるプラズマの電子温度を制御する方法。
3. 電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理する方法であって，
   前記電子サイクロトロン共鳴を生じさせる磁場の勾配を調整して，前記プラズマの電子温度を制御することを特徴とする，プラズマ処理方法。
4. 前記磁場の勾配の調整は，前記磁場を形成する複数のソレノイドの各々の位置を調整するか，又は前記各々のソレノイドに流れる電流の大きさを調整するかの少なくともいずれか一方により行われることを特徴とする，請求項３に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記各々のソレノイドの位置の調整，又は前記各々のソレノイドの電流の調整の少なくともいずれか一方によって，前記電子サイクロトロン共鳴の発生する位置を調整することを特徴とする，請求項４に記載のプラズマ処理方法。
6. 電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理する方法であって，
   前記プラズマを生成するための複数種類の処理ガスの混合比を調整して，前記プラズマの電子温度を制御することを特徴とする，プラズマ処理方法。
7. 電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，
   基板を収容する処理容器と，
   前記処理容器内において基板を載置する載置部と，
   前記載置部に載置された基板に対向する位置から当該基板に向けて高周波を供給する高周波供給部と，
   前記高周波供給部と前記載置部との間に形成された前記高周波の通路に対して，当該通路に沿った磁界の向きの磁場を形成する磁場形成部と，
   前記高周波の通路に形成された前記磁場の勾配を調整する磁場勾配調整機構と，を備えたことを特徴とする，プラズマ処理装置。
8. 前記磁場形成部は，前記高周波の通路に沿って複数配置され，
   前記磁場勾配調整機構は，前記複数の磁場形成部を，前記高周波の通路に沿った方向に各々独立して移動させる移動機構を備えたことを特徴とする，請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記移動機構は，前記高周波の通路に沿って形成されたレールを備え，
   前記各磁場形成部は，前記レール上を移動自在に構成されていることを特徴とする，請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記磁場形成部は，ソレノイドであることを特徴とする，請求項７，８又は９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
11. 前記ソレノイドは，前記高周波の通路に沿って複数配置され，
    前記磁場勾配調整機構は，前記各々のソレノイドに流れる電流の大きさを調整できる電流調整機構を備えたことを特徴とする，請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記処理容器は，前記高周波供給部と載置部との間の前記高周波の通路を形成する円筒部を有し，
    前記磁場形成部は，前記円筒部の周囲に環状に配置されていることを特徴とする，請求項７，８，９，１０又は１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
13. 電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させて，基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，
    基板を収容する処理容器と，
    前記処理容器内において基板を載置する載置部と，
    前記載置部に載置された基板に対向する位置から当該基板に向けて高周波を供給する高周波供給部と，
    前記高周波供給部と載置部との間に形成された前記高周波の通路に対して，当該通路に沿った磁界の向きの磁場を形成する磁場形成部と，
    前記処理容器内にプラズマを生成するための複数種類の処理ガスを供給するガス供給部と，
    前記ガス供給部から供給される前記複数種類の処理ガスの混合比を変更する処理ガス混合比変更機構と，を備えたことを特徴とする，プラズマ処理装置。

Images