JP3658922B2 - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents
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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ＣｘＨｙＦｚ（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】
以上の例において、電子温度は低ければ低いほど効果があり、実際には３ｅＶ以下になったからといってただちに顕著な効果を期待することはできない。将来のデバイス数世代にわたって有効なプラズマとは、電子温度が２ｅＶ以下のプラズマであると考えられている。
【０００７】
さて、静磁場を用いるＥＣＲＰ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）や、ＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）では電子温度は４〜６ｅＶと高く、静磁場を用いないＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）では３〜４ｅＶ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。
【０００８】
しかし、最近になっていくつかの方法が提案されるようになってきている。そのいくつかについて、次に詳しく説明する。
【０００９】
図９は、ＩＣＰエッチング装置の断面図である。図９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、コイル用高周波電源２４により１３．５６ＭＨｚ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９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。なお、インピーダンス整合をとるために、コイル用高周波電源２４とコイル２６の間に、マッチング回路３０を介する構成になっている。コイル２６に印加する高周波電力をＯＦＦしたあと、いわゆるアフターグロープラズマにおいて、数μｓｅｃオーダーの時定数で急速に電子温度が低下していくことが知られている。一方、プラズマ密度が減少していく時定数は電子温度の緩和時間の時定数よりも大きいので、高周波電力を５０〜２００ｋＨｚ程度のパルスを用いて変調すると、電子密度を大きく低下させることなく、電子温度を２ｅＶ以下にすることができる。なお、コイルの形は異なるが、本質的には上記パルス変調ＩＣＰ方式と同じ技術について、J.H.Hahm et al., "Characteristics of Stabilized Pulsed Plasma Via Suppression of Side Band Modes", Proceedingsof Symposium on Dry Process(1996)に詳しく述べられている。また、パルス放電プラズマとアフターグロープラズマについて、堤井信力, "プラズマ基礎工学", p.58, 内田老鶴圃刊(1986)に詳しく述べられている。
【００１０】
図１０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１０において、真空容器３１内にガス供給ユニット３２から所定のガスを導入しつつポンプ３３により排気を行い、真空容器３１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源３４により５００ＭＨｚの高周波電力を誘電板３５上のスポークアンテナ３６に供給すると、真空容器３１内にプラズマが発生し、電極３７上に載置された基板３８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１０に示すように、電極３７にも電極用高周波電源３９により高周波電力を供給することで、基板３８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。インピーダンス整合をとるために、アンテナ用高周波電源３４とスポークアンテナ３６の間に、スタブ４０を介する構成になっている。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、２ｅＶ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.Samukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasma Source for Large-Scale Etching Processes", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述べられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示した従来の方式では、進行波電力の１０％以上もの反射波電力が発生してしまうという問題点がある。その理由は、マッチング回路３０からコイル２６をひとつの負荷としてみたときのＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ：インピーダンスのリアンクタンス成分／抵抗成分）が非常に高く、狭帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１３．５６ＭＨｚ）以外の周波数成分に対して整合がとれずに、その多くが反射波として電源に戻ってしまうためである。また、同じ条件でプラズマを起こしても、反射波電力が常に一定にはならないため、処理速度等の処理結果の再現性を得るのがきわめて困難である。
【００１２】
また、図１０に示した従来の方式では、圧力が低いとプラズマが発生しないという問題点がある。とくに、３Ｐａ以下の低圧領域でプラズマを起こすのが極めて困難である。これは、静磁場を用いないＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いるプラズマ源に共通の問題点であり、たとえば、２．４５ＧＨｚを用いるＥＣＲプラズマ源においても、静磁場がないと低圧ではプラズマを発生させることができない。実際のエッチング等のプラズマ処理は１Ｐａ付近で行うのが通常であるから、この方式では、まず確実にプラズマが発生する高い圧力領域でプラズマを起こしておいた後、ポンプの排気速度を上げるか、ガス流量を下げるかすることによって所望の圧力へ変化させる必要がある。しかし、このような方法を用いると、エッチング等の処理を高精度に行うことができなくなってしまう。これを避けるには、１Ｐａ付近の所望の圧力に制御しながら、強力な静磁場を真空容器１内に発生させて、電磁波による電子の加速の効率を高めることによってプラズマを起こすか、別の方式のトリガー放電を用いてプラズマを起こす必要がある。しかし、静磁場やトリガー放電を用いると、チャージアップダメージと呼ばれる半導体素子中の薄い絶縁膜破壊が発生する危険性が著しく増加する。さらに、５００ＭＨｚを含め、ＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いる場合、インピーダンス整合をとるためにはスタブ４０が必要となるが、可変コンデンサで構成されたマッチング回路に比べて重量・体積とも大きくならざるを得ず、コスト的にも不利になるという問題点もある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、低圧力下において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。
【００１４】
【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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とする。
【００１５】
本願の第２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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とする。
【００１６】
また、好適には、第一の多重渦に供給される高周波電力はパルス的に変調されていることが望ましい。
【００１７】
また、パルス的に変調する際、好適には、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。
【００１８】
また、好適には、第一の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００１９】
また、好適には、第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２０】
本願の第１および第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、第二の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２１】
また、好適には、第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２２】
本願の第３発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本願の第４発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、好適には、第一の多重渦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ことが望ましい。
【００２５】
また、好適には、パルス的に変調する手段は、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。
【００２６】
また、好適には、第一の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２７】
また、好適には、第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２８】
本願の第３および第４発明のプラズマ処理方法において、好適には、第二の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２９】
また、好適には、第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００３０】
【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５を参照して説明する。
【００３１】
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斜視図を示す。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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａの実質的な中心部１１ａ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。第一導電体材料６ａは、外周端部１２ａが開放されており、かつ、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続された複数の実質的に平面状の渦形導電体からなる多重の渦形を構成している。また、第一導電体材料の実質的な中心部１１ａが高周波電力のホット側に接続されている。第二導電体材料６ｂは実質的に平面状で多重渦形である。第二導電体材料６ｂの中心部に近い端部１１ｂが互いに接続されずに開放されており、第二導電体材料６ｂの外周端部１２ｂは接地されている。第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、第二導電体材料がなす多重渦が、第一導電体材料がなす多重渦の間に挟み込まれている構成となっている。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９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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００３２】
なお、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は、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。すなわち、図９に示した従来例では、コイル２６の一端は接地されているのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａの外周端部１２ａが開放されている。このため、図９で示した従来例では、コイル２６に流れる電流はコイル２６の任意の部分においてほぼ一定であり、この電流が真空容器２１内に形成する高周波磁界によって誘導される高周波電界で電子の加速が行われるのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂには電圧定在波および電流定在波が立ち、この定在波によって真空容器内に放射される電磁波によって、電子の加速が行われる。したがって、本発明の第１実施形態で用いた第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂは、渦形であるといえどもコイルと呼ぶべきものではなく、アンテナと呼ぶ方が適切である。ただし、特開平７−１０６３１６号公報のように、ＩＣＰ方式におけるコイルを「アンテナ」と称する例もあるため、混同を避けるため、ここでは「アンテナ」という語を用いずに説明する。
【００３３】
図２に、導電体材料の平面図を示す。第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。
【００３４】
３００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ2＝１００ｓｃｃｍ、１Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力１５Ｗを供給したところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。上記のエッチング条件では、図３に示すように、ノッチが発生してしまったが、図９に示した従来のＩＣＰエッチング装置で同様のエッチング条件で処理した場合に比べると、ノッチ量は小さかった。なお、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は２．５ｅＶであった。
【００３５】
次に、第一導電体材料６ａに供給する高周波電力を、図４に示すように、最大値１５００Ｗの時間が１０μｓｅｃ、最小値０Ｗの時間が１０μｓｅｃとなるようにパルス的に変調し、他の条件は連続波の場合と同一としたところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３１０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られ、図５に示すようにノッチの発生しない高精度エッチングが実現できた。また、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は１．８ｅＶであった。なお、反射波電力は進行波電力の最大値１５００Ｗの１％以下であった。従来のＩＣＰ方式のように大きな反射波電力が発生しないのは、マッチング回路１０から第一導電体材料および第二導電体材料までをひとつの負荷としてみたときのＱが小さく、広帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１００ＭＨｚ）以外の周波数成分に対しても十分に整合がとれるためである。したがって、処理速度等の処理結果の再現性が容易に得られ、実用性に優れている。
【００３６】
ただし、高周波電力は必ずしもパルス的に変調しなければならないというわけではない。連続波を用いる場合でも、マスク（レジスト）のエッチング速度が増加してしまってもよいなら、電極に供給する高周波電力を２０〜３０Ｗにすれば、ノッチは発生しない。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
【００３８】
図６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６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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａの実質的な中心部１１ａ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。第一導電体材料６ａは、外周端部１２ａが開放されており、かつ、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続された複数のドーム状の渦形導電体からなる多重の渦形を構成している。また、第一導電体材料の実質的な中心部１１ａが高周波電力のホット側に接続されている。第二導電体材料６ｂはドーム状で多重渦形である。第二導電体材料６ｂの中心部に近い端部１１ｂが互いに接続されずに開放されており、第二導電体材料６ｂの外周端部１２ｂは接地されている。第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、第二導電体材料がなす多重渦が、第一導電体材料がなす多重渦の間に挟み込まれている構成となっている。なお、第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂの、基板と平行な平面への射影像は、図２と同様である。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９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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００３９】
なお、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は、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と同様に、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。
【００４０】
第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。
【００４１】
２００ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ2＝１５０ｓｃｃｍ、１．５Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力２５Ｗを供給したところ、タングステンシリサイド膜がエッチングされ、２７０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。
【００４２】
第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂがドーム状である場合、これに合わせて誘電体５をドーム状にすることにより、真空を保つために必要な誘電体の厚さを小さくすることが容易になり、導電体材料とプラズマとの結合状態が良好になるため、効率の良いプラズマ発生を行うことができる。もちろん、平面状導電体材料とドーム状誘電体を組み合わせたり、ドーム状導電体材料と平面状誘電体を組み合わせても、プラズマを発生させることは可能である。
【００４３】
なお、第一導電体材料６ａは、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続されていればよく、例えば図７に示すように、高周波電力のホット側を、第一導電体材料から離れた点で分岐する構成とすることも可能である。
【００４４】
以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料および第二導電体材料が２重渦形（多重度＝２）である場合について説明したが、多重度は２に限定されるものではなく、何重であってもかまわない。多重度を増すほど、周方向のプラズマ分布のばらつきが小さくなり、より均一性のよいプラズマを得ることができる。しかし、多重度を変えると、第一導電体材料のインピーダンスも変わるため、良好な整合状態のとれる多重度を選択すべきである。多重度が２でない場合の一例として、多重度が４の場合の第一導電体材料および第二導電体材料の平面図を、図８に示す。なお、このように第一導電体材料を多重の渦形とする点に、本発明の新規性があり、すでに提案済みの単純な渦形の導電体材料を用いる方法および装置よりも、プラズマの均一性において優れた特性を示す。
【００４５】
以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚ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〜１５０ＭＨｚの周波数において、とくに本発明のプラズマ処理方法及び装置は有効である。５０ＭＨｚ以上の周波数を用いることにより、連続波プラズマの場合は電子温度を３ｅＶ以下、パルス変調プラズマの場合は電子温度を２ｅＶ以下とすることができ、かつ反射波電力を進行波電力の数％以下に抑えることができる。また、１５０ＭＨｚ以下の周波数において、２Ｐａ以下の圧力でプラズマを発生させることができ、かつインピーダンス整合をとるためにスタブを用いる必要がない。しかし、５０ＭＨｚ未満、あるいは１５０ＭＨｚより大きい周波数を用いる場合にも、本発明の導電体材料構造を利用することは可能である。
【００４６】
また、以上述べた本発明の実施形態では、圧力が２Ｐａ以下である場合について説明したが、圧力は必ずしも２Ｐａ以下である必要はない。
【００４７】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を真空容器外に設けた場合について説明したが、導電体材料を真空容器内に設けてもよい。ただし、導電体材料を真空容器内に設けると、導電材料とプラズマとの反応によって発生する不純物が、基板に取り込まれる場合があるため、導電体材料は真空容器外に設けることが望ましい。
【００４８】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を銅製とした場合について説明したが、導電体材料としてアルミニウム、ステンレス等他の導電体を用いることもできる。
【００４９】
また、以上述べた本発明の実施形態では、多結晶シリコン膜のエッチング及びタングステンシリサイド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。
【００５０】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、高周波電力の最大値と最小値の比が無限大である例について説明したが、この比が概ね１０以上であれば、電子温度を２ｅＶ以下に下げることができる。
【００５１】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、変調周期が２０μｓｅｃ（変調周波数＝５０ｋＨｚ）である例について説明したが、変調周期はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。また、高周波電力の最大値が供給される時間と高周波電力の最小値が供給される時間の比（デューティー比）も０．５（５０％）に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００５２】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料および第二導電体材料の実質的な長さが高周波電力の波長の１／４である場合について説明したが、電磁波の放射パターン、整合状態、効率を制御するために、他の長さにすることも可能である。とくに、高周波電力の波長の１／４，１／２，５／８の長さの導電体材料を用いると、良好な整合状態を容易に得ることができる。
【００５３】
また、以上述べた本発明の実施形態では、一端が接地された第二導電体材料を用いる場合について説明したが、第二導電体材料を用いなくてもプラズマを発生させることは可能であり、このような形態も本発明の適用範囲とみなすことができる。
【００５４】
【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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理するため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５５】
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真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理するため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５６】
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、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されているため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５７】
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、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されているため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度の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斜視図
【図２】本発明の第１実施形態における、導電体材料の平面図
【図３】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における、パルス変調を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図６】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７】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斜視図
【図８】本発明の他の実施形態で用いた導電体材料の平面図
【図９】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１０】別の従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ガス供給ユニット
３ ポンプ
４ 導電体材料用高周波電源
５ 誘電体
６ａ 第一導電体材料
６ｂ 第二導電体材料
７ 電極
８ 基板
９ 電極用高周波電源
１０ マッチング回路
１１ａ 第一導電体材料の実質的な中心部
１１ｂ 第二導電体材料の中心部に近い端部
１２ａ 第一導電体材料の外周端部
１２ｂ 第二導電体材料の外周端部
【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ＣｘＨｙＦｚ（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】
以上の例において、電子温度は低ければ低いほど効果があり、実際には３ｅＶ以下になったからといってただちに顕著な効果を期待することはできない。将来のデバイス数世代にわたって有効なプラズマとは、電子温度が２ｅＶ以下のプラズマであると考えられている。
【０００７】
さて、静磁場を用いるＥＣＲＰ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）や、ＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）では電子温度は４〜６ｅＶと高く、静磁場を用いないＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）では３〜４ｅＶ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。
【０００８】
しかし、最近になっていくつかの方法が提案されるようになってきている。そのいくつかについて、次に詳しく説明する。
【０００９】
図９は、ＩＣＰエッチング装置の断面図である。図９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、コイル用高周波電源２４により１３．５６ＭＨｚ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９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。なお、インピーダンス整合をとるために、コイル用高周波電源２４とコイル２６の間に、マッチング回路３０を介する構成になっている。コイル２６に印加する高周波電力をＯＦＦしたあと、いわゆるアフターグロープラズマにおいて、数μｓｅｃオーダーの時定数で急速に電子温度が低下していくことが知られている。一方、プラズマ密度が減少していく時定数は電子温度の緩和時間の時定数よりも大きいので、高周波電力を５０〜２００ｋＨｚ程度のパルスを用いて変調すると、電子密度を大きく低下させることなく、電子温度を２ｅＶ以下にすることができる。なお、コイルの形は異なるが、本質的には上記パルス変調ＩＣＰ方式と同じ技術について、J.H.Hahm et al., "Characteristics of Stabilized Pulsed Plasma Via Suppression of Side Band Modes", Proceedingsof Symposium on Dry Process(1996)に詳しく述べられている。また、パルス放電プラズマとアフターグロープラズマについて、堤井信力, "プラズマ基礎工学", p.58, 内田老鶴圃刊(1986)に詳しく述べられている。
【００１０】
図１０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１０において、真空容器３１内にガス供給ユニット３２から所定のガスを導入しつつポンプ３３により排気を行い、真空容器３１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源３４により５００ＭＨｚの高周波電力を誘電板３５上のスポークアンテナ３６に供給すると、真空容器３１内にプラズマが発生し、電極３７上に載置された基板３８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１０に示すように、電極３７にも電極用高周波電源３９により高周波電力を供給することで、基板３８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。インピーダンス整合をとるために、アンテナ用高周波電源３４とスポークアンテナ３６の間に、スタブ４０を介する構成になっている。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、２ｅＶ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.Samukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasma Source for Large-Scale Etching Processes", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述べられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示した従来の方式では、進行波電力の１０％以上もの反射波電力が発生してしまうという問題点がある。その理由は、マッチング回路３０からコイル２６をひとつの負荷としてみたときのＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒ：インピーダンスのリアンクタンス成分／抵抗成分）が非常に高く、狭帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１３．５６ＭＨｚ）以外の周波数成分に対して整合がとれずに、その多くが反射波として電源に戻ってしまうためである。また、同じ条件でプラズマを起こしても、反射波電力が常に一定にはならないため、処理速度等の処理結果の再現性を得るのがきわめて困難である。
【００１２】
また、図１０に示した従来の方式では、圧力が低いとプラズマが発生しないという問題点がある。とくに、３Ｐａ以下の低圧領域でプラズマを起こすのが極めて困難である。これは、静磁場を用いないＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いるプラズマ源に共通の問題点であり、たとえば、２．４５ＧＨｚを用いるＥＣＲプラズマ源においても、静磁場がないと低圧ではプラズマを発生させることができない。実際のエッチング等のプラズマ処理は１Ｐａ付近で行うのが通常であるから、この方式では、まず確実にプラズマが発生する高い圧力領域でプラズマを起こしておいた後、ポンプの排気速度を上げるか、ガス流量を下げるかすることによって所望の圧力へ変化させる必要がある。しかし、このような方法を用いると、エッチング等の処理を高精度に行うことができなくなってしまう。これを避けるには、１Ｐａ付近の所望の圧力に制御しながら、強力な静磁場を真空容器１内に発生させて、電磁波による電子の加速の効率を高めることによってプラズマを起こすか、別の方式のトリガー放電を用いてプラズマを起こす必要がある。しかし、静磁場やトリガー放電を用いると、チャージアップダメージと呼ばれる半導体素子中の薄い絶縁膜破壊が発生する危険性が著しく増加する。さらに、５００ＭＨｚを含め、ＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いる場合、インピーダンス整合をとるためにはスタブ４０が必要となるが、可変コンデンサで構成されたマッチング回路に比べて重量・体積とも大きくならざるを得ず、コスト的にも不利になるという問題点もある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、低圧力下において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。
【００１４】
【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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とする。
【００１５】
本願の第２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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とする。
【００１６】
また、好適には、第一の多重渦に供給される高周波電力はパルス的に変調されていることが望ましい。
【００１７】
また、パルス的に変調する際、好適には、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。
【００１８】
また、好適には、第一の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００１９】
また、好適には、第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２０】
本願の第１および第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、第二の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２１】
また、好適には、第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２２】
本願の第３発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本願の第４発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、好適には、第一の多重渦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ことが望ましい。
【００２５】
また、好適には、パルス的に変調する手段は、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。
【００２６】
また、好適には、第一の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２７】
また、好適には、第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００２８】
本願の第３および第４発明のプラズマ処理方法において、好適には、第二の多重渦は真空容器外に設けられていることが望ましい。
【００２９】
また、好適には、第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さは、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることが望ましい。
【００３０】
【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５を参照して説明する。
【００３１】
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斜視図を示す。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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａの実質的な中心部１１ａ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。第一導電体材料６ａは、外周端部１２ａが開放されており、かつ、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続された複数の実質的に平面状の渦形導電体からなる多重の渦形を構成している。また、第一導電体材料の実質的な中心部１１ａが高周波電力のホット側に接続されている。第二導電体材料６ｂは実質的に平面状で多重渦形である。第二導電体材料６ｂの中心部に近い端部１１ｂが互いに接続されずに開放されており、第二導電体材料６ｂの外周端部１２ｂは接地されている。第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、第二導電体材料がなす多重渦が、第一導電体材料がなす多重渦の間に挟み込まれている構成となっている。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９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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００３２】
なお、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は、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。すなわち、図９に示した従来例では、コイル２６の一端は接地されているのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａの外周端部１２ａが開放されている。このため、図９で示した従来例では、コイル２６に流れる電流はコイル２６の任意の部分においてほぼ一定であり、この電流が真空容器２１内に形成する高周波磁界によって誘導される高周波電界で電子の加速が行われるのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂには電圧定在波および電流定在波が立ち、この定在波によって真空容器内に放射される電磁波によって、電子の加速が行われる。したがって、本発明の第１実施形態で用いた第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂは、渦形であるといえどもコイルと呼ぶべきものではなく、アンテナと呼ぶ方が適切である。ただし、特開平７−１０６３１６号公報のように、ＩＣＰ方式におけるコイルを「アンテナ」と称する例もあるため、混同を避けるため、ここでは「アンテナ」という語を用いずに説明する。
【００３３】
図２に、導電体材料の平面図を示す。第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。
【００３４】
３００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ2＝１００ｓｃｃｍ、１Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力１５Ｗを供給したところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。上記のエッチング条件では、図３に示すように、ノッチが発生してしまったが、図９に示した従来のＩＣＰエッチング装置で同様のエッチング条件で処理した場合に比べると、ノッチ量は小さかった。なお、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は２．５ｅＶであった。
【００３５】
次に、第一導電体材料６ａに供給する高周波電力を、図４に示すように、最大値１５００Ｗの時間が１０μｓｅｃ、最小値０Ｗの時間が１０μｓｅｃとなるようにパルス的に変調し、他の条件は連続波の場合と同一としたところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３１０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られ、図５に示すようにノッチの発生しない高精度エッチングが実現できた。また、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は１．８ｅＶであった。なお、反射波電力は進行波電力の最大値１５００Ｗの１％以下であった。従来のＩＣＰ方式のように大きな反射波電力が発生しないのは、マッチング回路１０から第一導電体材料および第二導電体材料までをひとつの負荷としてみたときのＱが小さく、広帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１００ＭＨｚ）以外の周波数成分に対しても十分に整合がとれるためである。したがって、処理速度等の処理結果の再現性が容易に得られ、実用性に優れている。
【００３６】
ただし、高周波電力は必ずしもパルス的に変調しなければならないというわけではない。連続波を用いる場合でも、マスク（レジスト）のエッチング速度が増加してしまってもよいなら、電極に供給する高周波電力を２０〜３０Ｗにすれば、ノッチは発生しない。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
【００３８】
図６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６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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａの実質的な中心部１１ａ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。第一導電体材料６ａは、外周端部１２ａが開放されており、かつ、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続された複数のドーム状の渦形導電体からなる多重の渦形を構成している。また、第一導電体材料の実質的な中心部１１ａが高周波電力のホット側に接続されている。第二導電体材料６ｂはドーム状で多重渦形である。第二導電体材料６ｂの中心部に近い端部１１ｂが互いに接続されずに開放されており、第二導電体材料６ｂの外周端部１２ｂは接地されている。第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、第二導電体材料がなす多重渦が、第一導電体材料がなす多重渦の間に挟み込まれている構成となっている。なお、第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂの、基板と平行な平面への射影像は、図２と同様である。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９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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００３９】
なお、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は、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と同様に、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。
【００４０】
第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。
【００４１】
２００ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ2＝１５０ｓｃｃｍ、１．５Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力２５Ｗを供給したところ、タングステンシリサイド膜がエッチングされ、２７０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。
【００４２】
第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂがドーム状である場合、これに合わせて誘電体５をドーム状にすることにより、真空を保つために必要な誘電体の厚さを小さくすることが容易になり、導電体材料とプラズマとの結合状態が良好になるため、効率の良いプラズマ発生を行うことができる。もちろん、平面状導電体材料とドーム状誘電体を組み合わせたり、ドーム状導電体材料と平面状誘電体を組み合わせても、プラズマを発生させることは可能である。
【００４３】
なお、第一導電体材料６ａは、各々の実質的な中心部１１ａが互いに電気的に接続されていればよく、例えば図７に示すように、高周波電力のホット側を、第一導電体材料から離れた点で分岐する構成とすることも可能である。
【００４４】
以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料および第二導電体材料が２重渦形（多重度＝２）である場合について説明したが、多重度は２に限定されるものではなく、何重であってもかまわない。多重度を増すほど、周方向のプラズマ分布のばらつきが小さくなり、より均一性のよいプラズマを得ることができる。しかし、多重度を変えると、第一導電体材料のインピーダンスも変わるため、良好な整合状態のとれる多重度を選択すべきである。多重度が２でない場合の一例として、多重度が４の場合の第一導電体材料および第二導電体材料の平面図を、図８に示す。なお、このように第一導電体材料を多重の渦形とする点に、本発明の新規性があり、すでに提案済みの単純な渦形の導電体材料を用いる方法および装置よりも、プラズマの均一性において優れた特性を示す。
【００４５】
以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚ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〜１５０ＭＨｚの周波数において、とくに本発明のプラズマ処理方法及び装置は有効である。５０ＭＨｚ以上の周波数を用いることにより、連続波プラズマの場合は電子温度を３ｅＶ以下、パルス変調プラズマの場合は電子温度を２ｅＶ以下とすることができ、かつ反射波電力を進行波電力の数％以下に抑えることができる。また、１５０ＭＨｚ以下の周波数において、２Ｐａ以下の圧力でプラズマを発生させることができ、かつインピーダンス整合をとるためにスタブを用いる必要がない。しかし、５０ＭＨｚ未満、あるいは１５０ＭＨｚより大きい周波数を用いる場合にも、本発明の導電体材料構造を利用することは可能である。
【００４６】
また、以上述べた本発明の実施形態では、圧力が２Ｐａ以下である場合について説明したが、圧力は必ずしも２Ｐａ以下である必要はない。
【００４７】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を真空容器外に設けた場合について説明したが、導電体材料を真空容器内に設けてもよい。ただし、導電体材料を真空容器内に設けると、導電材料とプラズマとの反応によって発生する不純物が、基板に取り込まれる場合があるため、導電体材料は真空容器外に設けることが望ましい。
【００４８】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を銅製とした場合について説明したが、導電体材料としてアルミニウム、ステンレス等他の導電体を用いることもできる。
【００４９】
また、以上述べた本発明の実施形態では、多結晶シリコン膜のエッチング及びタングステンシリサイド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。
【００５０】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、高周波電力の最大値と最小値の比が無限大である例について説明したが、この比が概ね１０以上であれば、電子温度を２ｅＶ以下に下げることができる。
【００５１】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、変調周期が２０μｓｅｃ（変調周波数＝５０ｋＨｚ）である例について説明したが、変調周期はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。また、高周波電力の最大値が供給される時間と高周波電力の最小値が供給される時間の比（デューティー比）も０．５（５０％）に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００５２】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料および第二導電体材料の実質的な長さが高周波電力の波長の１／４である場合について説明したが、電磁波の放射パターン、整合状態、効率を制御するために、他の長さにすることも可能である。とくに、高周波電力の波長の１／４，１／２，５／８の長さの導電体材料を用いると、良好な整合状態を容易に得ることができる。
【００５３】
また、以上述べた本発明の実施形態では、一端が接地された第二導電体材料を用いる場合について説明したが、第二導電体材料を用いなくてもプラズマを発生させることは可能であり、このような形態も本発明の適用範囲とみなすことができる。
【００５４】
【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、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理するため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５５】
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真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理するため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５６】
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、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されているため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５７】
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、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されているため、低圧力下で均一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、高精度の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斜視図
【図２】本発明の第１実施形態における、導電体材料の平面図
【図３】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における、パルス変調を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図６】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７】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斜視図
【図８】本発明の他の実施形態で用いた導電体材料の平面図
【図９】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１０】別の従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１ 真空容器
２ ガス供給ユニット
３ ポンプ
４ 導電体材料用高周波電源
５ 誘電体
６ａ 第一導電体材料
６ｂ 第二導電体材料
７ 電極
８ 基板
９ 電極用高周波電源
１０ マッチング回路
１１ａ 第一導電体材料の実質的な中心部
１１ｂ 第二導電体材料の中心部に近い端部
１２ａ 第一導電体材料の外周端部
１２ｂ 第二導電体材料の外周端部
Claims (16)
- 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給し、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦は、前記第一の多重渦の間に形成された状態で、前記真空容器内の基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 第一の多重渦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２記載のプラズマ処理方法。
- 高周波電力の最大値と最小値の比が１０以上であることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
- 第一の多重渦が真空容器外に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
- 第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さが、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
- 第二の多重渦が真空容器外に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
- 第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さが、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
- 真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数の平面状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放された平面状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 真空容器内にガスを供給する手段と、前記真空容器内を排気する手段と、周波数５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、前記真空容器の一つの面に誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、外周端部は開放され他端が互いに電気的に接続された複数のドーム状の導電体からなる第一の多重渦の中心に前記高周波電源が接続され、外周端部は接地され前記中心に近い端部は互いに開放されたドーム状の導電体からなる第二の多重渦を有し、前記第二の多重渦は前記第一の多重渦の間に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 第一の多重渦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９または１０記載のプラズマ処理装置。
- 高周波電力の最大値と最小値の比を１０以上とすることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
- 第一の多重渦が真空容器外に設けられていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置。
- 第一の多重渦の各々の渦の実質的な長さが、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置。
- 第二の多重渦が真空容器外に設けられていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置。
- 第二の多重渦の各々の渦の実質的な長さが、高周波電力の波長の１／４または１／２または５／８または高周波電力の波長と同一であることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置。
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