JP3405141B2 - 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

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JP3405141B2
JP3405141B2 JP23207797A JP23207797A JP3405141B2 JP 3405141 B2 JP3405141 B2 JP 3405141B2 JP 23207797 A JP23207797 A JP 23207797A JP 23207797 A JP23207797 A JP 23207797A JP 3405141 B2 JP3405141 B2 JP 3405141B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【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、特に低電子温度プラズマを
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。
【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。
【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)等の炭素およびフッ素を含
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分解が
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
オン温度も低下するので、プラズマCVD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】さて、図13に示す静磁場を用いるECR
P(電子サイクロトロン共鳴プラズマ)や、図14に示
す同じく静磁場を用いるHWP(ヘリコン波プラズマ)
では電子温度は4〜6eVと高く、図15に示す静磁場
を用いないICP(誘導結合型プラズマ)では3〜4e
Vである。このように、プラズマ源、つまりプラズマを
発生させる方式によってプラズマの電子温度はほとんど
決まってしまうといってもよいほど、プラズマの電子温
度は、プラズマパラメータの中でもとくに制御しずらい
ものである。ガス種、ガス流量、ガス圧力、印加高周波
電力の大きさ、真空容器の形状等の外部パラメータを変
化させても、電子温度はほとんど変化しない。
【0007】しかし、最近になって新しい方法が提案さ
れるようになってきている。図16は、スポークアンテ
ナ式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。図16において、真空容器21内にガス供給ユニッ
ト22から所定のガスを導入しつつポンプ23により排
気を行い、真空容器21内を所定の圧力に保ちながら、
アンテナ用高周波電源24により500MHzの高周波
電力を誘電板25上の放射状導電体からなるスポークア
ンテナ26に供給すると、真空容器21内にプラズマが
発生し、電極27上に載置された基板28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16に示すように、電極27にも
電極用高周波電源29により高周波電力を供給すること
で、基板28に到達するイオンエネルギーを制御するこ
とができる。今のところはっきりした理由は明らかにな
っていないが、500MHzの高周波電力を用いたスポ
ークアンテナ式プラズマ源では、3eV以下の低電子温
度が実現されている。なお、この方式については、S.Sa
mukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasma So
urce for Large-Scale Etching Processes", Jpn.J.App
l.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述べら
れている。
【0008】また、図17は、我々が提案している、V
HF帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置の断面図
である。図17において、真空容器21内にガス供給ユ
ニット22から所定のガスを導入しつつポンプ23によ
り排気を行い、真空容器21内を所定の圧力に保ちなが
ら、アンテナ用高周波電源24により50乃至150M
Hzの高周波電力を誘電体25上のアンテナ26に供給
すると、真空容器21内にプラズマが発生し、電極27
上に載置された基板28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17に示すように、電極27にも電極用高周波電
源29により高周波電力を供給することで、基板28に
到達するイオンエネルギーを制御することができる。今
のところはっきりした理由は明らかになっていないが、
VHF帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置では、
3eV以下の低電子温度が実現されている。
【0009】また、図18は、我々が提案している、V
HF帯を用いるICPエッチング装置の断面図である。
図18において、真空容器21内にガス供給ユニット2
2から所定のガスを導入しつつポンプ23により排気を
行い、真空容器21内を所定の圧力に保ちながら、コイ
ル用高周波電源24により50乃至300MHzの高周
波電力を誘電体25上の一端が接地されているコイル3
0に供給すると、真空容器21内にプラズマが発生し、
電極27上に載置された基板28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18に示すように、電極27にも電極用高
周波電源29により高周波電力を供給することで、基板
28に到達するイオンエネルギーを制御することができ
る。今のところはっきりした理由は明らかになっていな
いが、50MHz以上の周波数の高周波電力を用いたI
CPでは、3eV以下の低電子温度が実現されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図16
〜図18に示した従来の方式では、イオン飽和電流密度
の分布が不均一であるという問題点があった。すなわ
ち、基板の中央よりも周辺部でイオン飽和電流密度が高
く、また、基板よりも真空容器の壁に近い部分のイオン
飽和電流密度がさらに高く、エッチング均一性が確保で
きないばかりか、投入した高周波電力の多くが、エッチ
ングに寄与しないプラズマを形成するのに消費され、電
力効率が低かった。一例として、図19に、図17に示
した従来のエッチング装置において、Cl2=180scc
m、アンテナに供給する高周波電力を1500Wとし
て、圧力を0.2〜3Paと変化させたときの、イオン
飽和電流密度の面内分布を測定した結果を示す。圧力が
低いときは比較的良好な均一性を示しているが、圧力が
高くなると均一性が悪化することがわかる。
【0011】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
な低電子温度プラズマを発生させ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。
【0012】
【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
基板を載置する電極に対向して配置されたアンテナに5
0MHz乃至1GHzの高周波電力を供給することで真
空容器内に電磁波を放射させ、前記基板を処理するプラ
ズマ処理方法であって、前記真空容器は前記電極に対向
して凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の
円柱を組み合わせた形状であることを特徴とする。
【0013】本願の第1発明のプラズマ処理方法におい
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
【0014】本願の第2発明のプラズマ処理方法は、
空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、真空容器内の基板を載置する電
極に対向して配置されたコイルに50MHz乃至300
MHzの高周波電力を供給することで真空容器内に電磁
波を放射させ、前記基板を処理するプラズマ処理方法で
あって、前記真空容器は前記電極に対向して凸部を有
し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円柱を組み合
わせた形状であることを特徴とする。
【0015】
【0016】
【0017】また、好適には、凸部の開口部の大きさが
基板の面積の0.4乃至2倍であること望ましい。
【0018】また、好適には、電極と凸部の開口部との
距離が50mm乃至200mmであることが望ましい。
【0019】また、好適には、基板中心を原点とし、基
板と垂直な向きに対称軸(z軸)をとり、基板の半径方
向に動径rをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をr1としたとき、任意のθについて、
r1<r<r1+50mmかつ−100mm<z<−5
0mmの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
【0020】また、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力をパルス的に変調してもよい。
【0021】アンテナまたはコイルに供給される高周波
電力をパルス的に変調する場合、高周波電力の最大値と
最小値の比は10以上であることが望ましい。
【0022】また、電極に高周波電力を供給してもよ
い。また、好適には、凸部の高さは50mm乃至300
mmであることが望ましい。
【0023】本願の第3発明のプラズマ処理装置は、
空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気す
る手段と、基板を載置する電極と、前記電極に対向して
設けられたアンテナと、前記アンテナに50MHz乃至
1GHzの高周波電力を供給する高周波電源とを備え、
前記真空容器は前記電極に対向して凸部を有し、かつ、
前記凸部は内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状
であることを特徴とする。
【0024】本願の第3発明のプラズマ処理装置におい
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
【0025】本願の第4発明のプラズマ処理装置は、
空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気す
る手段と、基板を載置する電極と、前記電極に対向して
設けられたコイルと、前記コイルに50MHz乃至15
0MHzの高周波電力を供給する高周波電源とを備え、
前記真空容器は前記電極に対向して凸部を有し、かつ、
前記凸部は内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状
であることを特徴とする。
【0026】
【0027】
【0028】また、好適には、凸部の開口部の大きさが
基板の面積の0.4乃至2倍であることが望ましい。
【0029】また、好適には、電極と凸部の開口部との
距離が50mm乃至200mmであることが望ましい。
【0030】また、好適には、基板中心を原点とし、基
板と垂直な向きに対称軸(z軸)をとり、基板の半径方
向に動径rをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をr1としたとき、任意のθについて、
r1<r<r1+50mmかつ−100mm<z<−5
0mmの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
【0031】また、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力をパルス的に変調する手段を備えてもよい。
【0032】アンテナまたはコイルに供給される高周波
電力をパルス的に変調する手段を備える場合、高周波電
力の最大値と最小値の比を10以上とすることができる
ことが望ましい。
【0033】また、電極に高周波電力を供給する手段を
備えてもよい。また、好適には、凸部の高さが50mm
乃至300mmであることが望ましい。
【0034】
【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〜図4を参照して説明する。
【0035】図1に、本発明の第1実施形態において用
いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図1において、
真空容器1内に、ガス供給ユニット2から所定のガスを
導入しつつ、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の高周波電力を誘電体5上に配置された
アンテナ6に供給することにより、真空容器1内にプラ
ズマが発生し、電極7上に載置された基板8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。誘電体5は、電極7に対向して設けられ、か
つ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しない
真空容器の凸部9に設けられている。凸部9は円柱状
で、その高さHは100mmである。また、凸部9の開
口部10の大きさRは、基板の面積とほぼ同じ大きさ
(直径300mmの円)になっている。また、電極7と
凸部9の開口部10との距離Lは100mmである。ま
た、図2に示すような、基板中心を原点とし、基板8と
垂直な向きに対称軸(z軸)をとり、基板8の半径方向
に動径rをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板8の半径をr1(本実施例ではr1=150m
mとする)としたとき、任意のθについて、r1<r<
r1+75mmかつ−100mm<z<−10mmの領
域が固体材料12および13で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている。固体材料
12は電極7をシールドするために金属材料で構成さ
れ、固体材料13は電極7と固体材料12を絶縁するた
めに絶縁体材料で構成されている。また、電極7に高周
波電力を供給するための電極用高周波電源11が設けら
れており、基板8に到達するイオンエネルギーを制御す
ることができるようになっている。
【0036】図3に、アンテナ6の平面図を示す。アン
テナ6は、ホット側アンテナ61とコールド側アンテナ
62から成り、ホット側アンテナ61の外周端部61a
が開放されており、かつ、各々の実質的な中心部61b
が互いに電気的に接続された複数の渦状導電体からなる
多重の渦形を構成している。また、ホット側アンテナ6
1の実質的な中心部61bが高周波電力のホット側に接
続されている。コールド側アンテナ62は複数の渦状導
電体からなる多重の渦形であり、コールド側アンテナ6
2の中心部に近い端部62bが互いに接続されずに開放
されており、コールド側アンテナ62の外周端部62a
は接地されている。なお、ここでは直流電位が接地電位
に対して浮いている側を「ホット側」と呼び、直流電位
が接地電位に等しい側を「コールド側」と呼んでいる。
【0037】図4に、Cl2=180sccm、アンテナに
供給する高周波電力を1500Wとして、圧力を0.2
〜3Paと変化させたときの、イオン飽和電流密度の面
内分布を測定した結果を示す。圧力の高低にかかわら
ず、良好な均一性が得られることがわかる。このように
従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部9に、基板
8付近よりも高密度のプラズマを発生させ、拡散によっ
てプラズマを基板8付近まで輸送したことによる。すな
わち、50MHz〜1GHzの励起周波数を用い、か
つ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、凸部や固
体表面(真空容器1の内壁)の近くに高密度部が偏りや
すく、いわゆるホローカソード放電を起こしやすい。例
えば、図20のような形態においては、斜線部に高密度
部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所定の大き
さの凸部9を電極7に対向して設けることによって均一
性を確保することが本発明の要点である。
【0038】300nm厚の多結晶シリコン膜付きで直
径300mmのシリコン基板8を電極7上に載置し、ガ
ス種及びその流量、圧力を、Cl2=180sccm、1.
5Paに設定し、アンテナ6に100MHzの高周波電力
1500Wを供給するとともに、電極7に500kHzの高
周波電力30Wを供給したところ、多結晶シリコン膜が
エッチングされ、350nm/min±5%のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
【0039】以上述べた本発明の第1実施形態におい
て、アンテナが渦状導電体により構成されている場合に
ついて説明したが、アンテナは図5に示す放射状導電体
や、図6に示す平板状導電体等他の形態であってもかま
わない。後で述べるように、50MHz〜1GHzの励
起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、ア
ンテナの形態とプラズマの分布には相関は乏しく、電磁
波を効果的に放射できれば、どのようなアンテナを用い
る方式であっても、本発明を適用することが可能であ
る。なお、図5に示す放射状導電体は、500MHzの
励起周波数を用いる場合に研究されており、また、図6
に示す平板状導電体は500MHzまたは915MHz
の励起周波数を用いる場合に研究されている。
【0040】また、以上述べた本発明の第1実施形態に
おいて、アンテナに供給する高周波電力の周波数が10
0MHzであ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1GHzの
範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧力
下で放電を発生させるために、50MHz乃至150M
Hzの高周波電力を用いることが望ましい。
【0041】次に、本発明の第2実施形態について、図
7〜図8を参照して説明する。図7に、本発明の第2実
施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示
す。図7において、真空容器1内に、ガス供給ユニット
2から所定のガスを導入しつつ、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、コイル
用高周波電源4により100MHzの高周波電力を誘電体
5上に載置されたコイル14に供給することにより、真
空容器1内にプラズマが発生し、電極7上に載置された
基板8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。誘電体5は、電極7に対向
して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御するための静
磁界が存在しない真空容器の凸部9に設けられている。
凸部9は円柱状で、その高さHは100mmである。ま
た、凸部9の開口部10の大きさRは、基板の面積とほ
ぼ同じ大きさ(直径300mmの円)になっている。ま
た、電極7と凸部9の開口部10との距離Lは100m
mである。また、図2に示すような、基板中心を原点と
し、基板8と垂直な向きに対称軸(z軸)をとり、基板
8の半径方向に動径rをとり、方位角をθとする円柱座
標系において、基板8の半径をr1(本実施例ではr1
=150mmとする)としたとき、任意のθについて、
r1<r<r1+50mmかつ−100mm<z<−5
0mmの領域が固体材料12および13で構成され、こ
の領域にプラズマが回り込めないように構成されてい
る。固体材料12は電極7をシールドするために金属材
料で構成され、固体材料13は電極7と固体材料12を
絶縁するために絶縁体材料で構成されている。また、電
極7に高周波電力を供給するための電極用高周波電源1
1が設けられており、基板8に到達するイオンエネルギ
ーを制御することができるようになっている。
【0042】図8に、コイル14の平面図を示す。コイ
ル14は、複数の渦状導電体からなる多重の渦形を構成
しており、コイル14の実質的な中心部14bが高周波
電力のホット側に接続され、外周端部14aは接地され
ている。
【0043】圧力を変化させて、イオン飽和電流密度の
面内分布を測定したところ、図4と同様、圧力の高低に
かかわらず、良好な均一性が得られることがわかった。
このように従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部
9に、基板8付近よりも高密度のプラズマを発生させ、
拡散によってプラズマを基板8付近まで輸送したことに
よる。すなわち、50MHz〜1GHzの励起周波数を
用い、かつ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、
凸部や固体表面(真空容器1の内壁)の近くに高密度部
が偏りやすく、いわゆるホローカソード放電を起こしや
すい。例えば、図20のような形態においては、斜線部
に高密度部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所
定の大きさの凸部9を電極7に対向して設けることによ
って均一性を確保することが本発明の要点である。
【0044】500nm厚のシリコン酸化膜付きで直径
300mmのシリコン基板8を電極7上に載置し、ガス
種及びその流量、圧力を、C4F8=200sccm、0.
5Paに設定し、コイル14に100MHzの高周波電力
2000Wを供給するとともに、電極7に500kHzの高
周波電力500Wを供給したところ、シリコン酸化膜が
エッチングされ、550nm/min±3%のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
【0045】以上述べた本発明の第2実施形態におい
て、コイル14に供給する高周波電力の周波数が100
MHzであ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300MHz
の範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧
力下で放電を発生させるために、50MHz乃至150
MHzの高周波電力を用いることが望ましい。
【0046】以上述べた本発明の第1および第2実施形
態において、凸部が円柱状である場合について説明した
が、凸部の形状はこれに限定されるものではない。図9
に示すような、高さH、開口部10の大きさR、電極7
と開口部10との距離がLの円錐状凸部、図10に示す
ような、高さH、開口部10の大きさR、電極7と開口
部10との距離がLのドーム状凸部、図11に示すよう
な、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた、高さH、
開口部10の大きさR、電極7と開口部10との距離が
Lの凸部等、他の形状の凸部を利用するものも、本発明
の適用範囲である。ただし、図1、図7に示すように凸
部が円柱状である場合、誘電体5を平板にて構成できる
ため、コストの面で有利であり、また、ウエットメンテ
ナンスもやりやすいという利点がある。また、図11に
示すような、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形
状を採用すると、異なる2種類の内径に対してそれぞれ
数種類ずつ高さの異なる円柱を用意しておき、これらを
組み合わせてイオン飽和電流密度を測定しながら最適な
凸部の形状を求めることができるため、短期間で装置設
計を行えるという利点がある。
【0047】なお、従来例で説明したECRP(図1
3)、HWP(図14)、ICP(図15)等も凸部を
有しているが、これらの従来例の方式における凸部の役
割と本発明における凸部の役割は大きく異なっている。
ECRPあるいはHWPでは、凸部に磁場強度の強い磁
場をかけることにより、極めて高密度のプラズマを発生
させる。図21(a)に示すように、凸部から基板近傍
までは磁場を単調減少させて発散磁場を形成し、これに
よってプラズマを基板近傍まで輸送する。このとき、真
空容器が凸形でないと、図21(b)に示すように、磁
場の勾配が緩やかになってしまい、基板近傍での磁場を
小さくできない。なお、図21(a)及び(b)は、最
も磁場強度の強いところの磁束密度が互いに等しくなる
ように描いてある。したがって、図21(b)のような
構成では、基板付近でプラズマが不均一になるばかり
か、基板近傍における磁場が大きすぎるため、基板上に
形成されたトランジスタのゲート酸化膜を絶縁破壊す
る、いわゆるチャージアップダメージが発生してしま
う。つまり、ECRPやHWPでは、凸部は装置構成上
必須である。
【0048】また、50MHz未満の励起周波数を用い
るICPでは、コイルとプラズマとが強く誘導結合して
おり、コイルの形を調整することによってプラズマの分
布を制御することができる。このため、凸部の無い図2
2のような構成のものでも、極めて均一性の良いプラズ
マを形成することができる。つまり、凸部の有無はプラ
ズマの均一性にとって本質的な問題ではない。
【0049】一方、50MHz〜1GHzの励起周波数
を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、凸部を設け
なくてもプラズマを発生させることができるため、これ
までは図16〜図18に示すような装置形態について研
究されてきた。しかしながら、50MHz未満の励起周
波数を用いるICPと異なり、アンテナの形を調整して
もプラズマの分布がほとんど変化せず、均一性の確保が
極めて困難であった。本発明はまさにこの点を解決した
ものであり、単にECRPやHWPで利用されていた真
空容器の凸部を応用したものではなく、50MHz〜1
GHzの励起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方
式において凸部の無い形態だけが研究されてきた中で我
々がはじめて行った画期的な発明と位置づけることがで
きる。
【0050】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、凸部の開口部の大きさが基板の面積
とほぼ同じ大きさである場合について説明したが、凸部
の開口部の大きさは、これに限定されるものではない。
とくに、凸部の開口部の大きさが基板の面積の0.4乃
至2倍であれば、極めて均一なプラズマを得ることがで
きることを実験的に確かめた。
【0051】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、電極と凸部の開口部との距離が10
0mmである場合について説明したが、電極と凸部の開
口部との距離は、これに限定されるものではない。とく
に、電極と凸部の開口部との距離が50mm乃至200
mmであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実験
的に確かめた。
【0052】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、基板中心を原点とし、基板と垂直な
向きに対称軸(z軸)をとり、基板の半径方向に動径r
をとり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の
半径をr1としたとき、任意のθについて、r1<r<
r1+50mmかつ−100mm<z<−50mmの領
域が固体材料12および13で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている場合につい
て説明したが、図12に示すように、真空容器の内壁面
を基板のごく近傍まで延長し、任意のθについて、r1
<r<r1+50mmかつ−100mm<z<−50m
mの領域が固体材料(真空容器の内壁面)によって空間
的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めないように
構成されていてもよい。もし、この領域にプラズマが回
り込める空間があると、その空間において高密度のプラ
ズマが発生してしまい、その影響によって基板の外周部
においてエッチング等の処理速度が速くなってしまう場
合がある。
【0053】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力が連続波である場合について説明したが、高
周波電力をパルス的に変調することによって、より低い
電子温度のプラズマを形成してもよい。この場合、高周
波電力の最大値と最小値の比が10以上であれば、2e
V以下の低電子温度プラズマを得ることができる。
【0054】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、多結晶シリコン膜のエッチング、シ
リコン酸化膜のエッチングについて説明したが、いうま
でもなく、その他のエッチング、スパッタリング、CVD
等のプラズマ処理においても、本発明を適用することが
できる。なお、これらの処理において、電極に高周波電
力を供給する必要のないものもあるが、本発明はそのよ
うな処理についても有効であることはいうまでもない。
【0055】また、以上述べた本発明の第1および第2
実施形態において、凸部の高さが100mmである場合
について説明したが、凸部の高さは、これに限定される
ものではない。とくに、凸部の高さが50mm乃至30
0mmであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実
験的に確かめた。
【0056】
【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、真空容器内の基板を載置する電極に対向して
配置されたアンテナに50MHz乃至1GHzの高周波
電力を供給することで真空容器内に電磁波を放射させ、
前記基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記真
空容器は前記電極に対向して凸部を有し、かつ、前記凸
部は内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状とする
ため、均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることが
でき、均一なプラズマ処理を行うことができる。
【0057】また、本願の第2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
を載置する電極に対向して配置されたコイルに50MH
z乃至300MHzの高周波電力を供給することで真空
容器内に電磁波を放射させ、前記基板を処理するプラズ
マ処理方法であって、前記真空容器は前記電極に対向し
て凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円
柱を組み合わせた形状とするため、均一性に優れた低電
子温度プラズマを得ることができ、均一なプラズマ処理
を行うことができる。
【0058】また、本願の第3発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容
器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、前記電
極に対向して設けられたアンテナと、前記アンテナに5
0MHz乃至1GHzの高周波電力を供給する高周波電
源とを備え、前記真空容器は前記電極に対向して凸部を
有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円柱を組み
合わせた形状とするため、均一性に優れた低電子温度プ
ラズマを得ることができ、均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
【0059】また、本願の第4発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容
器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、前記電
極に対向して設けられたコイルと、前記コイルに50M
Hz乃至150MHzの高周波電力を供給する高周波電
源とを備え、前記真空容器は前記電極に対向して凸部を
有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円柱を組み
合わせた形状とするため、均一性に優れた低電子温度プ
ラズマを得ることができ、均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1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
【図2】本発明の実施形態における、円柱座標を示す図
【図3】本発明の第1実施形態における、アンテナの平
面図
【図4】本発明の第1実施形態における、イオン飽和電
流密度の面内分布を測定した結果を示す図
【図5】本発明の第1実施形態における、他のアンテナ
の平面図
【図6】本発明の第1実施形態における、他のアンテナ
の斜視図
【図7】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
【図8】本発明の第2実施形態における、コイルの平面
【図9】本発明の他の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
【図10】本発明の他の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
【図11】本発明の他の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
【図12】本発明の他の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
【図13】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
【図14】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
【図15】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
【図16】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
【図17】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
【図18】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
【図19】従来例における、イオン飽和電流密度の面内
分布を測定した結果を示す図
【図20】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
【図21】従来例の磁力線分布を示す断面図
【図22】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
【符号の説明】
1・・・真空容器 2・・・ガス供給ユニット 3・・・ポンプ 4・・・アンテナ用高周波電源 5・・・誘電体 6・・・アンテナ 7・・・電極 8・・・基板 9・・・凸部 10・・・凸部の開口部 11・・・電極用高周波電源 12・・・固体材料(金属) 13・・・固体材料(絶縁体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/205 H05H 1/46 A H05H 1/46 H01L 21/302 101C (72)発明者 渡辺 彰三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−106314(JP,A) 特開 平9−82494(JP,A) 特開 平6−177077(JP,A) 特開 平9−69399(JP,A) 特開 平6−279984(JP,A) 特開 平5−217951(JP,A) 特開 平8−69897(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 14/34 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/203 H01L 21/205 H05H 1/46

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内にガスを供給しつつ排気し、
    真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の
    基板を載置する電極に対向して配置されたアンテナに5
    0MHz乃至1GHzの高周波電力を供給することで真
    空容器内に電磁波を放射させ、前記基板を処理するプラ
    ズマ処理方法であって、前記真空容器は前記電極に対向
    して凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の
    円柱を組み合わせた形状であることを特徴とするプラズ
    マ処理方法。
  2. 【請求項2】 アンテナが渦状導電体により構成されて
    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。
  3. 【請求項3】 アンテナが放射状導電体により構成され
    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。
  4. 【請求項4】 アンテナが平板状導電体により構成され
    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。
  5. 【請求項5】 真空容器内にガスを供給しつつ排気し、
    真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の
    基板を載置する電極に対向して配置されたコイルに50
    MHz乃至300MHzの高周波電力を供給することで
    真空容器内に電磁波を放射させ、前記基板を処理するプ
    ラズマ処理方法であって、前記真空容器は前記電極に対
    向して凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数
    の円柱を組み合わせた形状であることを特徴とするプラ
    ズマ処理方法。
  6. 【請求項6】 凸部の開口部の大きさが基板の面積の
    0.4乃至2倍であることを特徴とする、請求項1また
    は5記載のプラズマ処理方法。
  7. 【請求項7】 電極と凸部の開口部との距離が50mm
    乃至200mmであることを特徴とする、請求項1また
    は5記載のプラズマ処理方法。
  8. 【請求項8】 基板中心を原点とし、基板と垂直な向き
    に対称軸(z軸)をとり、基板の半径方向に動径rをと
    り、方位角をθとする円柱座標系において、基板の半径
    をr1としたとき、任意のθについて、r1<r<r1
    +50mmかつ−100mm<z<−50mmの領域が
    固体材料で構成されているか、または固体材料によって
    空間的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めないよ
    うに構成されたことを特徴とする、請求項1または5記
    載のプラズマ処理方法。
  9. 【請求項9】 アンテナまたはコイルに供給される高周
    波電力がパルス的に変調されていることを特徴とする、
    請求項1または5記載のプラズマ処理方法。
  10. 【請求項10】 高周波電力の最大値と最小値の比が1
    0以上であることを特徴とする、請求項9記載のプラズ
    マ処理方法。
  11. 【請求項11】 電極に高周波電力を供給することを特
    徴とする、請求項1または5記載のプラズマ処理方法。
  12. 【請求項12】 凸部の高さが50mm乃至300mm
    であることを特徴とする、請求項1または5記載のプラ
    ズマ処理方法。
  13. 【請求項13】 真空容器内にガスを供給する手段と、
    真空容器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、
    前記電極に対向して設けられたアンテナと、前記アンテ
    ナに50MHz乃至1GHzの高周波電力を供給する高
    周波電源とを備え、前記真空容器は前記電極に対向して
    凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円柱
    を組み合わせた形状であることを特徴とするプラズマ処
    理装置。
  14. 【請求項14】 アンテナが渦状導電体により構成され
    ていることを特徴とする、請求項13記載のプラズマ処
    理装置。
  15. 【請求項15】 アンテナが放射状導電体により構成さ
    れていることを特徴とする、請求項13記載のプラズマ
    処理装置。
  16. 【請求項16】 アンテナが平板状導電体により構成さ
    れていることを特徴とする、請求項13記載のプラズマ
    処理装置。
  17. 【請求項17】 真空容器内にガスを供給する手段と、
    真空容器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、
    前記電極に対向して設けられたコイルと、前記コイルに
    50MHz乃至150MHzの高周波電力を供給する高
    周波電源とを備え、前記真空容器は前記電極に対向して
    凸部を有し、かつ、前記凸部は内径の異なる複数の円柱
    を組み合わせた形状であることを特徴とするプラズマ処
    理装置。
  18. 【請求項18】 凸部の開口部の大きさが基板の面積の
    0.4乃至2倍であることを特徴とする、請求項13ま
    たは17記載のプラズマ処理装置。
  19. 【請求項19】 電極と凸部の開口部との距離が50m
    m乃至200mmであることを特徴とする、請求項13
    または17記載のプラズマ処理装置。
  20. 【請求項20】 基板中心を原点とし、基板と垂直な向
    きに対称軸(z軸)をとり、基板の半径方向に動径rを
    とり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の半
    径をr1としたとき、任意のθについて、r1<r<r
    1+50mmかつ−100mm<z<−50mmの領域
    が固体材料で構成されているか、または固体材料によっ
    て空間的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めない
    ように構成されたことを特徴とする、請求項13または
    17記載のプラズマ処理装置。
  21. 【請求項21】 アンテナまたはコイルに供給される高
    周波電力をパルス的に変調する手段を備えたことを特徴
    とする、請求項13または17記載のプラズマ処理装
    置。
  22. 【請求項22】 高周波電力の最大値と最小値の比を1
    0以上とすることができることを特徴とする、請求項2
    1記載のプラズマ処理装置。
  23. 【請求項23】 電極に高周波電力を供給する手段を備
    えたことを特徴とする、請求項13または17記載のプ
    ラズマ処理装置。
  24. 【請求項24】 凸部の高さが50mm乃至300mm
    であることを特徴とする、請求項13または17記載
    プラズマ処理装置。
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