JP3081885B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】プラズ
マ処理装置は、処理用ガスの存在する処理容器内で真空
放電させてプラズマを発生させ、このプラズマを利用し
て被処理体に所定の処理を施すように構成されている。
このプラズマ処理装置は、従来から半導体製造工程にお
ける、スパッタリング工程、アッシング工程、ＣＶＤ工
程、あるいはエッチング工程などで広く用いられてい
る。

【０００３】プラズマ処理装置としては、平行平板電極
をプラズマ発生源とするものが代表的なものであるが、
このタイプのものは電極構造の関係から例えば数１００
mmTorrという比較的高いガス圧で用いられるため、例え
ばプラズマ中のイオンが電極に衝突して電極をスパッタ
し、電極から不純物が発生し、それ故に最近のハーフミ
クロン以上の微細加工への適用が困難である。そこで、
現在、高真空下で高密度のプラズマを発生させる種々の
プラズマ処理装置が開発されている。このようなプラズ
マ処理装置としては、例えば、直交電磁界を利用したマ
グネトロン方式のもの、高周波の電磁エネルギーを利用
した高周波誘導結合方式のもの、更に最近では磁場に対
して平行に伝搬する電磁波から発生するヘリコン波を利
用したものなどがある。

【０００４】例えば、図８は従来の高周波誘導結合型プ
ラズマ処理装置の構成を示す概念図である。この高周波
誘導結合型プラズマ処理装置は、同図に示すように、プ
ロセスガスＧを供給するガス供給部１１Ａ及び処理後の
ガスを排気するガス排気部１１Ｂを有し且つ所定の真空
度に保持する処理容器１１と、この処理容器１１の上面
に配設されたプラズマ発生手段１２と、このプラズマ発
生手段１２によるプラズマＰで所定の処理を施す半導体
ウエハＷを保持する保持体１３とを備えて構成されてい
る。上記処理容器１１は、ステンレス等の導電性材料に
よって形成された本体１１Ｃと、この本体１１Ｃの上端
に取り付けられた石英等の高周波を透過する絶縁材料に
よって形成された上面１１Ｄとを備えている。そして、
この本体１１Ｃの周面に上記ガス供給部１１Ａ及びガス
排気部１１Ｂがそれぞれ１箇所ずつ取り付けられてい
る。また、上記プラズマ発生手段１２は、例えば１ター
ンのアンテナ１２Ａと、このアンテナ１２Ａにマッチン
グ回路１２Ｂを介して接続された高周波電源１２Ｃとを
備え、この高周波電源１２Ｃからマッチング回路１２Ｂ
を介してアンテナ１２Ａに高周波電力を供給し、処理容
器１１内にアンテナ１２Ａから高周波を発信し、その電
磁エネルギーによりプロセスガスＧを活性化してプラズ
マＰを発生させるように構成されている。また、上記保
持体１３にはブロッキングコンデンサ１４を介して高周
波電源１５が接続され、この高周波電源１５から高周波
電力を供給し、ブロッキングコンデンサ１４を介してプ
ラズマ電位に対する自己バイアス電位を維持するように
構成されている。

【０００５】従って例えば、アルゴンガスを用いて半導
体ウエハＷを物理的エッチングする際には、まず半導体
ウエハＷを保持体１３で保持した状態でアルゴンガス圧
を１０mmTorrに調整する。次いで、高周波電源１２Ｃか
らマッチング回路１２Ｂを介して所定の電力をアンテナ
１２Ａに供給すると、アンテナ１２Ａから処理容器１１
内部に高周波が発信され、この電磁エネルギーによって
アルゴンガスが励起されてプラズマ化し、例えば１０
^１１ ｃｍ^−３台の高密度プラズマＰを発生する。一方、
保持体１３には高周波電源１５からブロッキングコンデ
ンサ１４を介して１００ＫＨzの高周波電力を供給して
いるため、この保持体１３とプラズマＰとの 間にイオ
ンシースを形成し、プラズマＰからアルゴンイオンが半
導体ウエハＷに衝突して所定のエッチングを施す。

【０００６】また、図１０は従来のヘリコン波プラズマ
処理装置の構成を示す概念図である。このプラズマ処理
装置は、同図に示すように、プロセスガスＧを供給する
ガス供給部２１Ａ及び処理後のガスを排気するガス排気
部２１Ｂを有し且つ所定の真空度に保持する処理容器２
１と、この処理容器２１の一部を形成する印加部２１Ｃ
を囲繞するヘリコン波プラズマ発生手段２２と、このヘ
リコン波プラズマ発生手段２２の作用によりプロセスガ
スＧから発生したヘリコン波プラズマで所定の処理を施
す半導体ウエハＷを保持する保持体２３とを備えて構成
されている。そして、上記印加部２１Ｃは、石英等の電
磁波を透過する絶縁材料によって形成され、この印加部
２１Ｃの下端開口で連設された本体２１Ｄはステンレス
等の導電性材料によって形成されている。また、上記ヘ
リコン波プラズマ発生手段２２は、上記印加部２１Ａの
外周面を囲繞するアンテナ２２Ａと、このアンテナ２２
Ａの更に外側で印加部２１Ａを囲繞する電磁コイル２２
Ｂとを備え、アンテナ２２Ａから発信される電磁波が電
磁コイル２２Ｂで形成される磁場方向と平行に伝搬し、
電磁波がプラズマ中を伝搬する間に磁場の作用を受けて
ヘリコン波を発生し、このヘリコン波によって高密度な
ヘリコン波プラズマを発生するように構成されている。
尚２４はブロッキングコンデンサ、２５は高周波電源で
ある。

【０００７】従って、例えば、アルゴンガスを用いて半
導体ウエハＷを物理的エッチングする際には、まず半導
体ウエハＷを保持体２３で保持した状態でアルゴンガス
をガス供給部２１Ｃから供給してそのガス圧を例えば１
０mmTorrに調整する。この状態でアンテナ２２Ａに高周
波電力を印加し、このアンテナ２２Ａから処理容器２１
内で軸芯方向に進行する電磁波を発信すると、この電磁
波からアルゴンガスが活性化エネルギーを得てプラズマ
化して高密度プラズマを発生する。また、これと並行し
て電磁コイル２２Ｂにより処理容器１内で電磁波の進行
方向と平行な磁場が形成されているため、この磁場の作
用により電磁波から低周波のヘリコン波が発生してプラ
ズマ中を伝搬し、この間にプラズマ中の電子を加速して
プラズマを高密度化する。この時、保持体２３には高周
波電源２５によりブロッキングコンデンサ２４を介して
高周波電力を供給しているため、上述のように保持体２
３が自己バイアスされ、プラズマ電位との電位差により
アルゴンイオンが半導体ウエハＷに衝突して半導体ウエ
ハＷをエッチングする。このプラズマ処理は、比較的低
磁場でもヘリコン波を発生させることができるため、強
磁場を利用するＥＣＲプラズマ処理と比較して磁場の影
響を緩和できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高周波を誘導結合したプラズマ処理装置の場合には、図
８に示すプラズマ処理装置で得られるプラズマ密度が１
０^１０ｃｍ^−３台までであれば、数１０Ｗ程度の電力を
保持体１３に印加するだけで数１０Ｖ〜数１００Ｖの自
己バイアス電位−Ｖ_ｄｃが得られるが、上述のようにプ
ラズマ高密度が１０^１１ｃｍ^−３台以上の高密度になる
と従来の高周波バイアス回路では数１００Ｗの電力を供
給しても数Ｗ程度の自己バイアス電位−Ｖ_ｄｃしか得る
ことができず、プラズマ処理を行なうことができなくな
るという課題があった。図９は供給電力と自己バイアス
電位−Ｖ_ｄｃとの関係を示す図で、この図９を用いて両
者の関係を具体的に説明する。同図に示すようにプラズ
マ高密度が１０^１１ｃｍ^−３台になると保持体１３に対
する供給電力を高めていっても保持体１３の自己バイア
ス電圧が徐々に出難くなり、プラズマ密度が６.６×１
０^１１ｃｍ^−３に達すると殆ど自己バイア ス電圧が出
なくなり、折角高密度のプラズマを得たとしても半導体
ウエハＷの処理を行なうことができなくなるという課題
があった。尚、図９に示すデータは、ブロッキングコン
デンサ６の静電容量が３０００ｐＦで１００ＫＨzの高
周波を 種々の電力を供給した場合の自己バイアス電位
−Ｖ_ｄｃを示している。この自己バイアス電位−Ｖ_ｄｃ
は保持体１３とブロッキングコンデンサ１４間で測定し
たものである。

【００１０】また、従来の図１０に示すヘリコン波プラ
ズマ処理装置を用いた場合には、ＥＣＲプラズマよりも
低磁場でプラズマ処理を施すことができるが、例えば磁
場の影響を軽減するために磁場を更に低下させて行く
と、アンテナ２２Ａから離れるに従ってエッチング速度
が漸減し、半導体ウエハＷの中心部で最も遅く、全面に
均一なエッチング（プラズマ処理）を施すことが難しく
なるという課題があった。況して最近のように半導体ウ
エハＷが大口径化して来るとこのような傾向が益々顕著
になり、しかも積層膜の薄膜化も一層進行するため、従
来のヘリコン波プラズマ処理装置では低磁場条件での処
理ができなくなる。

【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、低磁場の条件下でヘリコン波を発生させ、
全体に均一の高密度プラズマを作り、大口径の被処理体
を均一に高速処理できるプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的としている。また、１０^１１ｃｍ^−３台の高密
度プラズマ下でも低い供給 電力で自己バイアス電位を
十分に確保、維持することができるプラズマ処理装置を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のヘ
リコン波プラズマ処理装置における処理容器１１の中央
部でのプラズマ密度の低下原因について種々検討した結
果、ヘリコン波プラズマ処理装置の場合には低磁場にな
るほどヘリコン波によるプラズマ発生機構よりも高周波
誘導加熱方式によるものに近くなることを確認し、この
現象によって図５の□印で示すように処理容器２２中央
部のプラズマ密度が低下することを知見した。また、高
周波誘導結合型プラズマ処理装置の場合における高密度
プラズマ下で自己バイアス電位を確保できなくなる原因
を種々検討した結果、従来あまり顧みられなかったブロ
ッキングコンデンサ１４、２４の静電容量の大きさはイ
オンシースの静電容量の大きさに制約されるとの知見を
得た。

【００１３】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、請求項１に記載のプラズマ処理装置は、所定の真空
度に保持する処理容器と一体的に形成された印加部を囲
繞するヘリコン波プラズマ発生手段と、このヘリコン波
プラズマ発生手段の作用により上記処理容器内に供給さ
れたプロセスガスから発生したヘリコン波プラズマで所
定の処理を施す被処理体を保持する保持体と、上記印加
部の頂部に、その外側から内部に向けて高周波を発信し
て上記プラズマを高密度化する第２プラズマ発生手段を
備えたプラズマ処理装置であって、上記第２プラズマ発
生手段は、ループアンテナと、このループアンテナに対
してマッチング回路介して接続された高周波電源を有す
ることを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明の請求項２に記載のプラズマ
処理装置は、請求項１に記載に発明において、上記ルー
プアンテナは、１ターンのループアンテナからなること
を特徴とするものである。

【００１５】また、本発明の請求項３に記載のプラズマ
処理装置は、所定の真空度に保持する処理容器内でプロ
セスガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段
と、このプラズマ発生手段の作用により発生したプラズ
マで所定の処理を施す被処理体を保持する保持体と、こ
の保持体のバイアス電位を維持するコンデンサとを備え
たプラズマ処理装置において、上記コンデンサの静電容
量の大きさを、上記保持体近傍に形成されるシースの静
電容量の大きさの少なくとも１０倍以上に設定したこと
特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明の請求項１に記載の発明によれば、処理
容器内にプロセスガスを供給し所定の真空度に保持した
後、ヘリコン波プラズマ発生手段からの電磁波によりプ
ロセスガスをプラズマ化すると共に、この電磁波が磁場
に対して平行にプラズマ中を伝搬する間にヘリコン波を
発生し、このヘリコン波によりプラズマを高密度化して
ヘリコン波プラズマを発生させると共に、処理容器内で
磁場の作用が及ばない中央部分に対しては処理容器頂部
の第２プラズマ発生手段の高周波電源からマッチング回
路を介してループアンテナに高周波電力を印加すると、
ループアンテナから高周波を発信して処理容器中央部の
プラズマを高密度化して処理容器内全体の高密度プラズ
マを均一化し、被処理体全面を均一に高速処理すること
ができる。

【００１７】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、請求項１に記載の発明において、上記ループアン
テナは、１ターンのループアンテナからなっているた
め、１ターンループアンテナから安定した高周波を発信
することができる。

【００１８】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、プラズマ発生手段により処理容器内でプロセスガ
スから高密度プラズマを発生させると、高周波電源及び
コンデンサの作用により高密度プラズマ中から電子が優
先的に保持体へ流入して保持体が負に自己バイアスさ
れ、保持体と高密度プラズマとの間にイオンシースを形
成するが、この高密度化によってイオンシースが薄くな
り、その静電容量が大きくなっても、コンデンサの静電
容量の大きさがイオンシースの静電容量の大きさの１０
倍以上に設定してあるため、保持体への供給電力が従来
よりも小さくても自己バイアス電位を出して維持するこ
とができる。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜図７に示す実施例に基づいて同
一部分または相当部分には同一符号を付して本発明を説
明する。 実施例１. 本実施例の高周波誘導結合型プラズマ処理装置は、図１
（ａ）、（ｂ）に示すように、プロセスガスＧを供給す
るガス供給部１及び処理後のガスを排気するガス排気部
２を有し且つ所定の真空度に保持する処理容器３と、こ
の処理容器３の上面に配設され且つこの内部に高周波を
発信してプロセスガスＧから高密度プラズマを発生させ
るプラズマ発生手段４と、このプラズマ発生手段４によ
って発生した高密度プラズマにより所定の処理を施す被
処理体としての半導体ウエハＷを保持する保持体５とを
備えて構成されている。また、上記保持体５にはブロッ
キングコンデンサ６を介して高周波電源７が接続され、
高周波電圧を印加するように構成されている。尚、８Ａ
は保持体５を冷却するためにその内部に冷媒を供給する
冷媒供給配管、８Ｂは冷却後の冷媒を排出する冷媒排出
配管である。

【００２０】また、上記プラズマ発生手段４はアンテナ
４Ａを有し、このアンテナ４Ａはこれに接続された従来
と同様のマッチング回路及び高周波電源（共に図示せ
ず）の作用によって高周波を処理容器３内のプロセスガ
スＧ中へ発信し、この高周波の電磁エネルギーによって
プロセスガスＧをプラズマ化して１０^１１ｃｍ^−３台の
高密度プラズマを発生するように構成されている。ま
た、上記ガス供給部１、ガス排気部２、処理容器３及び
保持体５は、いずれもステンレス等の導電性材料によっ
て形成され、また、上記処理容器３の上面は、アンテナ
４Ａの配設された中央部３Ａが石英、アルミナ等の絶縁
材料によって形成され、その周縁部３Ｂが処理容器３と
同様の導電性材料によって形成されている。

【００２１】そして、上記ガス供給部１は、図１（ａ）
に示すように、処理容器３の周面上方で周方向等間隔に
４箇所放射状に配設された第１ガス供給部１Ａ、１Ｂ、
１Ｃ及び１Ｄと、処理容器３の上面中央に配設された１
箇所の第２ガス供給部１Ｅとからなり、処理容器３内に
その周囲から均等にプロセスガスＧを供給するように構
成されている。また、上記ガス排気部２は処理容器３の
周面下方で周方向等間隔に４箇所放射状に配設され、各
ガス排気部２から処理容器３内の処理後の生成ガスを偏
りなく外部へ排気するように構成されている。しかも各
第２ガス排気部２はいずれも上記各第１ガス供給部１
Ａ、１Ａの中央に位置している。

【００２２】次に、上記ガス供給部１からプロセスガス
Ｇを種々の方法で供給した場合に処理容器３内で発生し
た電子密度Ｎ_eの密度分布について測定をし、その測定
結果 を図２に示した。例えば、第１ガス供給部１Ａの
みを開放し、他の第１ガス供給部及び第２ガス供給部１
Ｅを全て閉じた状態でプロセスガスＧを供給し、第１ガ
ス供給部１Ｃから第１ガス供給部１Ａに至る処理容器３
の径方向の電子密度Ｎ_e を測定した結果、同図の■印の
グラフで示すように、第１ガス供給部１Ａ近傍での電子
密度Ｎ_eが最も高く、このガス供給部１Ａから遠ざかる
につれて電子密度 Ｎ_eが漸減することが判った。

【００２３】次に、第１ガス供給部１Ｂのみを開放し、
他の第１ガス供給部及び第２ガス供給部１Ｅを全て閉じ
た状態でプロセスガスＧを供給し、第１ガス供給部１Ｂ
から第１ガス供給部１Ｄに至る処理容器３の径方向の電
子密度Ｎ_eを測定した結果、 同図の□印のグラフで示す
ように、第１ガス供給部１Ｂ近傍での電子密度Ｎ_eが 最
も高く、このガス供給部１Ｂから遠ざかるにつれて電子
密度Ｎ_eが漸減し、上 述の場合と同様の傾向を示すこと
が判った。これらの結果は図８に示すプラズマ処理装置
のように１箇所からプロセスガスＧを供給する場合に相
当する。

【００２４】更に、第２ガス供給部１Ｅのみを閉じ、他
の第１ガス供給部１Ａ〜１Ｄを全て開放した状態で処理
容器３周面の放射方向から均等にプロセスガスＧを供給
し、第１ガス供給部１Ｂから第１ガス供給部１Ｄに至る
処理容器３の径方向の電子密度Ｎ_eを測定した結果、同
図の○印のグラフで示すように、処理容器３の中央部
分の電子密度Ｎ_eが周囲よりやや低くなり、処理容器３
周方向等間隔隔てた位置 からプロセスガスＧを放射状
に供給するだけでは依然として均一な電子密度Ｎ_e を得
られないことが判った。

【００２５】次に、全ての第１ガス供給部１Ａ〜１Ｅか
らプロセスガスＧを供給したところ、同図●のグラフで
示すように、処理容器３内の電子密度Ｎ_eが略均一にな
ることが判った。以上の結果から、処理容器３の周面及
び上面から均等にプロセスガスＧを供給することによっ
て処理容器３内で均一な電子密度Ｎ_e、つまり均一な高
密度プラズマを得ることができることが判った。従って
従来のこの種のプラズマ処理装置のようにプロセスガス
Ｇの供給に偏りがあると、プラズマ発生手段に種々の工
夫を凝らしても、電子密度Ｎ_eの均一化には限界がある
ことが判った。

【００２６】従って、第１ガス供給部１Ａ〜１Ｄによっ
て処理容器３の周面から均等にプロセスガスＧを供給す
ると共に、第２ガス供給部１Ｅによって処理容器３の上
面中央から下方に向けてプロセスガスＧを供給すれば、
第１ガス供給部１Ａ〜１Ｄから供給されたプロセスガス
Ｇが十分に拡散できない部分を上方からのプロセスガス
Ｇによって補完することができ、処理容器３内でのプロ
セスガスＧの濃度を迅速に均一化し、これによって処理
容器３内で均一な高密度プラズマを得ることができ、半
導体ウエハＷの全面を均一且つ高速で処理することがで
きる。また、プラズマ発生手段４として１ターンアンテ
ナ４Ａを用いることで、その中央部に第２ガス供給部１
Ｅを取り付けることができ、上述のように半導体ウエハ
Ｗが大口径化しても、その中央部のプラズマ密度を低下
させるこなく均一なプラスマ処理を施すことができる。

【００２７】本実施例では、上記ブロッキングコンデン
サ６の静電容量の大きさが、イオンシースの静電容量の
大きさの１０倍以上に設定され、５０倍以上に設定され
ていることがより好ましく、１００倍以上に設定されて
いることが更に好ましい。１０倍未満の容量では１０
^１１ｃｍ^−３の高密度プラズマになると電力を大きくし
てもプラズマ処理に必要な自己バイアス電位−Ｖ_ｄｃを
出すことができない虞がある。例えば、図３は２５００
０ｐＦのブロッキングコンデンサ６を用いてプラズマ密
度を１.８〜６.６×１０^１１ｃｍ^−３の範囲で変化させ
た場合の供給電力（１００ＫＨz）と自己バイアス電位
−Ｖ_ｄｃとの関係を示すグラフである。同図によ れ
ば、プラズマ密度が１.８×１０^１１ｃｍ^−３の時には
数１０Ｗの低い電力で十分な自己バイアス電位−Ｖ_ｄｃ
が得られることが判る。また、この時のイオンシースの
静電容量を算出した結果、その静電容量は６３７ｐＦで
あった。従って、ブロッキングコンデンサ６の静電容量
２５０００ｐＦはイオンシースのそれの約４０倍であ
る。また、イオンシースの静電容量は、一般的に平板電
極のシース厚を求める次の式を用いて算出することがで
きる。 ０.９７＝（ｙ_ｐ−１／２）^３／２ ここで、下記の式で、ｙ_ｐ＝ｅＶ_ｐ／κＴ_ｅ、η＝ｄ／
λ_Ｄ、Ｖ_ｐはプラズマ電位 を基準として負方向に測っ
た電極電位、λ_Ｄ＝（εκＴ_ｅ／Ｎ_ｅｅ^２）^１／２はデ
バイ 長である。尚、従来のブロッキングコンデンサの
静電容量は通常３０００ｐＦ程度である。

【００２８】また、 例えば５×１０^１１ｃｍ^−３のプ
ラズマで、電極面積（保持体の面積に相当する）が３１
４ｃｍ^２（８インチウエハ用）としてアルゴンガスにつ
いてイオン シースの静電容量を上記式により求める
と、３.８５ｎＦになる。但し、電子温度Ｔ_ｅ＝３ｅＶ
とする。この場合には、ブロッキングコンデンサ６の静
電容量をイオンシースのそれの１００倍、３８５ｎＦに
設定しておけば、プラズマ密度が１０^１１ｃｍ^−３台に
なっても十分に自己バイアス電位を確保、維持すること
ができる。

【００２９】以上説明したように実施例によれば、保持
体３に接続されたブロッキングコンデンサ６の静電容量
の大きさを、イオンシースの静電容量の大きさの１０倍
以上に設定するようにしたため、１０ ^１１ ｃｍ^−３台の
高密度プラズマ下でも低電力で自己バイアス電位を確
保、維持することができる。

【００３０】実施例２. 本実施例のヘリコン波プラズマ処理装置は、図４に示す
ように、プロセスガスＧを供給するガス供給部１及び処
理後のガスを排気するガス排気部２を有し且つ所定の真
空度に保持する処理容器３と、この処理容器３の一部を
形成する印加部３Ａを囲繞するヘリコン波プラズマ発生
手段４とを備え、このヘリコン波プラズマ発生手段４に
よるヘリコン波プラズマで保持体５で保持された半導体
ウエハＷをプラズマ処理するように構成されている。そ
して、上記処理容器３の印加部３Ａは、石英等の電磁波
を透過する絶縁材料によって形成され、この印加部３Ａ
の下端開口で連設された本体３Ｃはステンレス等の導電
性材料によって形成されている。また、上記ヘリコン波
プラズマ発生手段４は、上記印加部３Ａの外周面に配設
されたアンテナ４Ａと、このアンテナ４Ａの更に外側で
印加部３Ａを囲繞する電磁コイル４Ｂとを備え、この電
磁コイル４Ｂで形成された磁場に対してアンテナ４Ａか
らの電磁波が平行して進行し、電磁波がプラズマ中を伝
搬する間にこの磁場の作用を受けてヘリコン波を発生
し、このヘリコン波がプラズマ中を伝搬する間にヘリコ
ン波プラズマを発生するように構成されている。尚、図
４において、６はブロッキングコンデンサ、７は高周波
電源である。

【００３１】また、上記処理容器３の印加部３Ａの頂部
には、半導体ウエハＷに向けて高周波を発信し、その電
磁エネルギーによって上述のヘリコン波プラスマの中央
部分を高密度化する第２プラズマ発生手段９が設けられ
ている。この第２プラズマ発生手段９は、印加部３Ａの
頂部に配設された１ターンのループアンテナ９Ａと、こ
のループアンテナ９Ａにマッチング回路９Ｂを介して接
続された高周波電源９Ｃとを備えて構成されている。

【００３２】従って、例えばアルゴンガスを用いて半導
体ウエハＷを物理的エッチングする際には、まず半導体
ウエハＷを保持体５で保持した状態でガス供給部１から
アルゴンガスを供給してそのガス圧を例えば１０mmTorr
に調整する。この状態でアンテナ４Ａに高周波電圧を印
加し、このアンテナ４Ａから処理容器３内で軸芯方向に
進行する電磁波を発信すると、この電磁波からアルゴン
ガスが活性化エネルギーを得てプラズマ化してプラズマ
を発生する。また、この電磁波に電磁コイル４Ｂによる
平行磁場が作用して電磁波から低周波のヘリコン波が発
生して高密度プラズマを作る。この時、電磁コイル４Ｂ
により処理容器３内の磁場を低磁場に調整すると、図５
の□印で示すように処理容器３中央部のプラズマ密度が
周囲よりも低くエッチング速度が低下する。ところが、
本実施例ではループアンテナ９Ａから処理容器３の印加
部３Ａ頂部から本体３Ｃ内部の半導体ウエハＷに向けて
高周波を発信し、この電磁エネルギーにより処理容器３
の中央部分でのヘリコン波プラズマを周囲と同様に高密
度化するようにしてあるため、同図の■印で示すように
この部分でのエッチング速度が速くなり、周囲と変らぬ
速さで半導体ウエハＷをエッチングすることができ、そ
の全面に均一なエッチング処理（プラズマ処理）を施す
ことができる。

【００３３】従って本実施例によれば、第２プラズマ発
生手段９として処理容器３の印加部３Ａの頂部に、半導
体ウエハＷに向けて高周波を発信してプラズマを高密度
化するループアンテナ９Ａを設けたため、電磁コイル４
Ｂの磁場の強度を低下させて磁場の作用が処理容器３の
中心部に及ばなくなってその部分のプラズマ密度が低下
しても、この部分にはループアンテナ９Ａから高周波が
発信されているため、この電磁エネルギーによってプラ
ズマを発生させてプラズマ密度を高めることができ、半
導体ウエハＷ全面に対して均一なプラズマ処理を施すこ
とができ、しかも、低磁場雰囲気で半導体ウエハＷを処
理するため、プラズマ処理に対する磁場の影響を軽減し
てより均一なプラズマ処理を施すことができる。また、
半導体ウエハＷが大口径化してもループアンテナ９Ａに
よって確実に印加部３Ａの中心部分のプラズマ密度をそ
の周囲に合わせて高めることができる。

【００３４】また、図６は平行平板電極型のプラズマ処
理装置を示す断面図で、このプラズマ処理装置は、同図
に示すように、所定の真空度に保持する処理容器３と、
この処理容器３内の下方に配設され且つ保持体を兼ねた
下部電極５と、この下部電極５の上方に対向させて配設
された上部電極１０とを備え、比較的低真空下で高密度
プラスマをえ得るように構成されている。そして、下部
電極５にはブロッキングコンデンサ６を介して高周波電
源７が接続され、また、上部電極１０はアースされてい
る。従って、このプラズマ処理装置は、上下の電極５、
１０間の放電によりプロセスガスＧをプラズマ化するよ
うに構成されている。そして、この上部電極１０は、プ
ロセスガスＧを供給するガス供給部１及び処理後のガス
を排気する排気部２を有する円盤状に形成されている。
ガス供給部１は、図６、図７に示すように、上部電極１
０の中心に接続されたガス受給配管１Ｆと、このガス受
給配管１Ｆに連通し且つ内部で全面に亘ってハニカム状
に形成されたガス通路１Ｇと、このガス通路１Ｇの全て
のコーナー部でガス通路１Ｇから上部電極１０下面に向
けて開口させた多数のガス供給孔１Ｈとから構成されて
いる。また、上記ガス排気部２は、図７に示すように、
各ハニカムの中央にそれぞれ形成された多数の排気孔に
よって構成されている。

【００３５】従ってプラズマ処理時に、プロセスガスＧ
を受給配管１Ｆから供給すると、このプロセスガスＧは
上部電極１０内のガス通路１Ｇを通ってその全面に行き
渡り、全面に分散するガス供給孔１Ｈから処理容器３内
で全体に亘ってシャワー状に供給され、処理容器３内で
の濃度分布を均一にすることができる。そして、プロセ
スガスＧは下部電極５と上部電極１０間の放電作用によ
ってプラズマ化されて密度の高いプラズマを発生する。
処理後の不要な副生ガスはそのまま上部電極１０の全面
に均等に分散するガス排気孔２から外部へ排気され、半
導体ウエハＷ上での副生ガスの局所的な滞留が抑制さ
れ、プラズマ処理に対する副生ガスの悪影響を格段に抑
制して均一な処理を行なうことができる。

【００３６】尚、本発明は、上記各実施例に何等制限さ
れるものではない。例えば、請求項３に記載の発明は、
高周波誘導型プラズマ処理装置に限らず、その他のタイ
プのプラズマ処理装置に対して適用することができ、ま
た、請求項１に記載の発明もヘリコン波プラズマ処理装
置に限らず、平行平板電極構造のプラズマ処理装置に対
して適用することができる。更に、本発明のプラズマ処
理装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、アッシング装
置等に適用することができる。要は、本発明の要旨を逸
脱しない限り、本発明に包含される。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載の発明によれば、所定の真空度に保持する処理容器
と一体的に形成された印加部を囲繞するヘリコン波プラ
ズマ発生手段と、このヘリコン波プラズマ発生手段の作
用により上記処理容器内に供給されたプロセスガスから
発生したヘリコン波プラズマで所定の処理を施す被処理
体を保持する保持体と、上記印加部の頂部に、その外側
から内部に向けて高周波を発信して上記プラズマを高密
度化する第２プラズマ発生手段を備えたプラズマ処理装
置であって、上記第２プラズマ発生手段は、ループアン
テナと、このループアンテナに対してマッチング回路介
して接続された高周波電源を有するため、低磁場の条件
下でヘリコン波を発生させも第２プラズマ発生手段によ
り処理容器の中心部で密度が低下しがちなヘリコン波プ
ラズマを補い、全体に均一の高密度プラズマを作り、大
口径の被処理体を均一に高速処理できるプラズマ処理装
置を提供することことができる。

【００３８】 また、本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、請求項１に記載の発明において、ループアンテ
ナが１ループのアンテナからなるため、安定した高周波
を発信し、処理容器の中心部でその周囲と同様の安定し
た高密度プラズマを形成することができるプラズマ処理
装置を提供することができる。

【００３９】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、保持体のバイアス電位を維持するコンデンサの静
電容量の大きさを、上記保持体近傍に形成されるシース
の静電容量の大きさの少なくとも１０倍以上に設定した
ため、１０^１１ｃｍ^−３台の高密度プラズマ下でも低電
力で自己バイアス電位を確保、維持することができるプ
ラズマ処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施例である高
周波誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す図で、同
図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその中心における
縦方向の断面図である。

【図２】図１に示すプラズマ処理装置の第１ガス供給部
から種々の方法によってプロセスガスを供給した場合の
処理容器内でのプラズマ密度への影響を評価したグラフ
である。

【図３】図１に示すプラズマ処理装置の保持体に印加し
た電力と自己バイアス電位との関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明のプラズマ処理装置の他の実施例である
ヘリコン波プラズマ処理装置の構成を示す構成図であ
る。

【図５】図４に示すプラズマ処理装置と従来の同種のプ
ラズマ処理装置とのエッチング速度を比較評価したグラ
フである。

【図６】平行平板電極構造のプラズマ処理装置の中心に
おける縦方向の断面図である。

【図７】図６に示す上部電極の右半分を水平方向に破断
して示す部分断面図である。

【図８】従来の高周波誘導結合型プラズマ処理装置の一
例の構成を示す断面図である。

【図９】 従来のプラズマ処理装置の保持体に印加した電
力と自己バイアス電位との関係を示すグラフである。

【図１０】 従来のヘリコン波プラズマ処理装置の構成を
示す構成図である。

【符号の説明】

１ ガス供給部 １Ａ〜１Ｄ 第１ガス供給部 １Ｅ 第２ガス供給部 ２ ガス排気部 ３ 処理容器 ４ プラスマ発生手段、ヘリコン波プラズマ発生手段 ４Ａ アンテナ ４Ｂ 電磁コイル ４Ｃ 高周波電源 ５ 保持体 ６ ブロッキングコンデンサ ９ 第２プラスマ発生手段 ９Ａ ループアンテナ ９Ｂ ブロッキングコンデンサ ９Ｃ 高周波電源 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−291922（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−141318（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−151629（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136180（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−190506（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/50 H01L 21/203 H01L 21/205

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の真空度に保持する処理容器と一体
   的に形成された印加部を囲繞するヘリコン波プラズマ発
   生手段と、このヘリコン波プラズマ発生手段の作用によ
   り上記処理容器内に供給されたプロセスガスから発生し
   たヘリコン波プラズマで所定の処理を施す被処理体を保
   持する保持体と、上記印加部の頂部に、その外側から内
   部に向けて高周波を発信して上記プラズマを高密度化す
   る第２プラズマ発生手段を備えたプラズマ処理装置であ
   って、上記第２プラズマ発生手段は、ループアンテナ
   と、このループアンテナに対してマッチング回路介して
   接続された高周波電源を有することを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
2. 【請求項２】 上記ループアンテナは、１ターンのルー
   プアンテナからなることを特徴とする請求項１に記載の
   プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 所定の真空度に保持する処理容器内でプ
   ロセスガスからプラズマを発生させるプラズマ発生手段
   と、このプラズマ発生手段の作用により発生したプラズ
   マで所定の処理を施す被処理体を保持する保持体と、こ
   の保持体のバイアス電位を維持するコンデンサとを備え
   たプラズマ処理装置において、上記コンデンサの静電容
   量の大きさを、上記保持体近傍に形成されるシースの静
   電容量の大きさの少なくとも１０倍以上に設定したこと
   特徴とするプラズマ処理装置。