JP4059570B2 - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法、ならびにプラズマ生成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対してプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法、ならびにプラズマエッチング装置において被処理体をエッチングするプラズマを生成するために用いるプラズマ生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウエハ上に形成された薄膜の所定部分を所定形状に微細加工する技術として、ドライエッチング装置が多用されている。従来のドライエッチング装置は平行平板型電極を有するものが主流であり、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）方式と、ＰＥ（プラズマエッチング）方式が知られている。いずれの方式の場合にも、減圧されたチャンバー内にエッチングガスのプラズマを形成して半導体ウエハ上の薄膜をエッチングするものであり、エッチングガスによるプラズマを生成させる観点およびそれを維持する観点から、エッチング室内のガス圧力を数１００ｍＴｏｒｒ以上の比較的高い圧力に設定する必要がある。このように、比較的高い圧力雰囲気下におけるエッチングでは、反応副生成物が塵埃となり、特に近年の微細処理が求められる半導体装置においては、その塵埃が処理の歩留まりを低下させる原因となっている。
【０００３】
また、ＲＩＥ方式のドライエッチング装置では、物理的エッチングが主体であるため、たとえば５００〜６００ｅＶもの高エネルギーのイオンがウエハに向けて入射され、これによって半導体ウエハがダメージを受けるという問題がある。
【０００４】
一方、近年、比較的低圧雰囲気にて高密度のプラズマを生成して微細加工のエッチングを行うマグネトロンプラズマエッチング装置が実用化されている。この装置は、磁場を半導体ウエハに対して水平に印加するとともに、これに直交する高周波電界を印加して、マグネトロン放電を生じさせてエッチングするものである。
【０００５】
しかし、この装置は被処理体に対して水平に磁場を印加するため、本質的に磁場方向に荷電粒子がドリフトするいわゆるＥ×Ｂドリフトが生じる。その結果、輸送される荷電粒子の下流側と上流側では、プラズマの密度のバランスが崩れ、不均一になりやすいという本質的な問題があり、これが半導体ウエハのチャージアップダメージを引き起こす。
【０００６】
これに対して、このようなＥ×Ｂドリフトに基づくプラズマの不均一が本質的に生じにくい磁場形成手段を用いてプラズマ密度を向上させたエッチング装置として、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式のプラズマエッチング装置が検討されている。
【０００７】
しかし、この方式の場合には、周波数が数ＧＨｚのマイクロ波を用いているため、共鳴磁場が極めて大きなものとなる。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対応した共鳴磁場は８７５Ｇとなり、極めて大型の電磁石が必要となって現実的ではない。また、処理チャンバーへ大電力を投入する必要があるが、その場合には導波管を用いなければならず、装置構成が複雑になってしまう。一方、このような問題を解決するために印加する高周波の周波数を低下させることが考えられるが、その場合には電子のラーマー半径が大きくなって、電子がサイクロトロン運動をする前にチャンバー壁に衝突してエネルギーを失うこととなり、プラズマの密度を向上させることが困難となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、大型の電磁石および複雑な装置構成を用いることなく、均一で高密度のプラズマでエッチングを行うことができるプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法、ならびにこのようなプラズマエッチング装置において被処理体をエッチングするプラズマを生成するために用いるプラズマ生成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、被処理体に対してプラズマ処理が行われる処理室と、
前記処理室内の下部に設けられた、被処理体を支持する支持部材と、
前記処理室にプラズマエッチングのための処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
前記処理室内の上部に設けられ、前記支持部材に対向する電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の、プラズマ生成用の第１の高周波を印加する第１の高周波印加手段と、
前記支持部材に、プラズマ中のイオンを前記被処理体に向けて引き込むための第２の高周波を印加する第２の高周波印加手段と、
印加された前記第１の高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を被処理体に対して垂直、かつ電界方向に対して平行に形成する磁場形成手段と
を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１０】
第２発明は、第１発明のプラズマエッチング装置において、前記高周波印加手段は、前記処理室内の電極に３〜１００ＭＨｚの範囲内の高周波を印加することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１１】
第３発明は、第１発明または第２発明のプラズマエッチング装置において、前記処理ガス導入手段は、前記支持部材上の被処理体に向けて処理ガスを供給する多数の孔を有し、内部に空間を有する導電体のシャワーヘッドを備え、該シャワーヘッドが電極として機能することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１２】
第４発明は、第１発明または第２発明のプラズマエッチング装置において、前記処理ガス導入手段は、前記支持部材上の被処理体に向けて処理ガスを供給する多数の孔を有し、内部に空間を有する絶縁体のシャワーヘッドを備え、該シャワーヘッドの空間内に前記電極が配置されることを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
第５発明は、第１発明から第４発明のいずれかのプラズマエッチング装置において、前記磁場形成手段は、空芯コイルを有することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
第６発明は、第１発明から第４発明のいずれかのプラズマエッチング装置において、前記磁場形成手段は、給電することにより磁場を発生する電磁石を有することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
第７発明は、第１発明から第６発明のいずれかのプラズマエッチング装置において、前記処理室は、前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理空間を有し、前記磁場形成手段は、前記プラズマ処理空間に磁場を形成することを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
第８発明は、第１発明から第７発明のいずれかのプラズマエッチング装置において、前記第１の高周波印加手段により生成されるプラズマはＥＣＲプラズマであることを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
【００１３】
第９発明は、プラズマエッチング装置において被処理体をエッチングするプラズマを生成するために用いるプラズマ生成方法であって、
排気システムを有し、その中の減圧状態を維持可能であり、その中の下部に被処理体を支持する支持部材を有するチャンバーを準備することと、
前記支持部材で被処理体を支持した状態で、処理ガス供給系により、処理ガスを前記チャンバーに導入することと、
第１の高周波印加手段により、前記処理室内の上部に設けられた、前記支持部材に対向する第１の電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の第１の高周波を印加することと、
第２の高周波印加手段により、前記支持部材に、プラズマ中のイオンを前記被処理体に向けて引き込むための第２の高周波を印加することと、
磁場形成手段により、印加された前記第１の高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から電界方向に対して平行に形成することと、
を具備することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。
【００１４】
第１０発明は、第９発明のプラズマ生成方法において、前記処理ガスを導入する手段として多数のガス吐出口が形成されたシャワーヘッドを有する導体を準備することをさらに具備することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。
【００１５】
第１１発明は、第９発明または第１０発明のプラズマ生成方法において、前記チャンバー内に、前記第１の電極に対向しかつ平行に配置された、被処理体の支持部材を準備することと、
前記支持部材に接続された第２の高周波電源を準備することと、
高周波が印加される前記支持部材をプラズマ中のイオン引き込みに用いることと、
をさらに具備することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。
【００１６】
第１２発明は、第９発明から第１１発明のいずれかのプラズマ生成方法において、 前記第１の高周波印加手段より、２７．１２ＭＨｚの高周波を印加することと、
前記磁場形成手段により、共鳴磁場である１０Ｇ（ガウス）の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から電界方向に対して平行に形成することと、
をさらに具備することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。
【００１７】
第１３発明は、第１１発明のプラズマ生成方法において、前記シャワーヘッドを絶縁材料で形成することと、
前記シャワーヘッドの内部空間に前記第１の電極を設けることと、
を具備することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。
【００１８】
第１４発明は、プラズマ生成装置を含むプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法であって、
プラズマ生成部を有し、排気システムを有し、その中の下部に被処理体を支持する支持部材を有するチャンバーを準備することと、
前記チャンバーを減圧状態に維持することと、
処理ガス供給系により、処理ガスを前記チャンバーの前記プラズマ生成部に導入することと、
前記処理ガス供給系から供給された処理ガスを、前記チャンバーの前記プラズマ生成部に、前記チャンバーから絶縁されかつ導体で形成されて、前記支持部材に対向しかつ前記支持部材に平行に前記チャンバー内の上部に設けられたシャワーヘッドを介してシャワー状に導入することと、
前記シャワーヘッドを第１の電極として用いることと、
第１の高周波印加手段により、前記処理室内の前記第１の電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の高周波を印加することと、
前記チャンバー内で前記支持部材により、被処理体を保持することと、
前記支持部材を第２の電極として用いることと、
磁場形成手段により、印加された高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から前記被処理体に対して垂直、かつ電界方向に対して平行に形成することと、
前記支持部材に接続された第２の高周波電源により、前記被処理体に照射されるプラズマ中のイオンを前記被処理体に引き込む高周波を印加することと、
を具備することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００１９】
第１５発明は、第１４発明のプラズマエッチング方法において、前記シャワーヘッドを絶縁部材で形成することと、前記シャワーヘッドの内部空間に前記第１の電極を設けることとをさらに具備することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２０】
第１６発明は、第１４発明または第１５発明のプラズマエッチング方法において、前記第１の高周波電源により印加される高周波を１００ＭＨｚ以下に設定することをさらに具備することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２１】
第１７発明は、第１４発明から第１６発明のいずれかのプラズマエッチング方法において、前記処理ガスとして、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、もしくはＣ_４Ｆ_８を含むハロゲン含有ガス、ＣＯガス、またはＯ_２ガスを含む反応ガスと、Ａｒを含む不活性ガスを含有する希釈ガスを用いることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
第１８発明は、第１４発明から第１７発明のいずれかのプラズマエッチング方法において、前記磁場形成手段は、空芯コイルを有することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
第１９発明は、第１４発明から第１７発明のいずれかのプラズマエッチング方法において、前記磁場形成手段は、給電することにより磁場を発生する電磁石を有することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
第２０発明は、第１４発明から第１９発明のいずれかのプラズマエッチング方法において、前記処理室は、前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理空間を有し、前記磁場形成手段は、前記プラズマ処理空間に磁場を形成することを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
第２１発明は、第１４発明から第２０発明のいずれかに記載のプラズマエッチング方法において、前記第１の高周波印加手段により生成されるプラズマはＥＣＲプラズマであることを特徴とするプラズマエッチング方法を提供する。
【００２２】
本発明においては、被処理体に垂直に磁場を印加するので、本質的にＥ×Ｂドリフトに基づくプラズマの不均一が生じず、チャージアップダメージの問題を回避することができる。すなわち、水平磁場の場合には、Ｅ×Ｂドリフトによって、被処理体の面方向に荷電粒子が移動し、その結果、被処理体の位置によりプラズマ密度が不均一になるが、垂直磁場の場合は、荷電粒子が被処理体の面に垂直に移動するから、磁場分布が面内で均一であれば、このような不均一は生じない。また、３〜３００ＭＨｚという従来のＥＣＲ方式における周波数よりも遙かに小さい周波数を用いるので、大きな磁場を必要とせず、また、大電力が不要であるため装置構成を複雑にする必要もない。さらに、マイクロ波領域の高周波を用いた場合におけるプラズマの均一性確保の困難性の問題も解消され、高密度のプラズマを形成することができる。
【００２３】
本発明は、本発明者の以下の知見に基づいている。
例えば、２７．１２ＭＨｚの超短波領域の高周波を印加する場合には、共鳴磁場強度は約１０Ｇとなり、この条件での電子のラーマー半径は、シース加速電圧を１０００Ｖとした場合、約９ｃｍとなり、マイクロ波領域である２．４５ＧＨｚを印加した場合の１４０倍となる。しかし、磁場強度を共鳴磁場の整数倍にすると、共鳴周波数を整数倍にした際と同等のプラズマが生成される（Japanese Journal of Applied Physics Vol.29,No.11,1990,pp2641-2643）。つまり、周波数をそのままにしてラーマー半径のみを整数分の１にすることができる。したがって、印加する高周波の周波数が小さくてもエネルギー損失を回避することができる。この場合に、磁場が整数倍となっても高々１００Ｇ程度でよいので、小型のマグネットで十分である。
【００２４】
なお、印加する高周波の周波数を３〜３００ＭＨｚにしたのは、この領域であれば磁場が小さくてよく、またこの領域がＶＨＦ〜ＵＨＦの領域であり装置の構成上、電力の投入が容易だからである。この範囲の中でも１５０ＭＨｚ以下が好ましく、異常放電およびロスを少なくする観点からは１００ＭＨｚ以下が特に好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、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をエッチング処理装置に適用した一実施形態を示す断面図である。このエッチング装置は、ステンレスまたはアルミニウムからなり、減圧可能に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状のチャンバー１を有している。このチャンバー１内には、被処理体である半導体ウエハＷ基板を水平に支持するための支持テーブル２が図示しない昇降機構により昇降可能に設けられている。半導体ウエハＷは、真空チャック、静電チャック、クランプリング等の適宜の固定手段により支持テーブル２に固定される。支持テーブル２の下方の駆動部分は、ベローズ３で覆われている。なお、チャンバー１は接地されており、支持テーブル２の中に冷媒流路が設けられ冷却可能となっている。
【００２６】
チャンバー１の天壁近傍には、支持テーブル２に対向するようにシャワーヘッド４が設けられている。シャワーヘッド４は、その下面に多数のガス吐出孔５が設けられており、かつその上部にガス導入部６を有している。そして、ガス導入部６が絶縁部材７を介してチャンバー１の天壁に取り付けられている。ガス導入部６にはガス供給配管８が接続されており、このガス供給配管８の他端には、エッチング用の反応ガスおよび希釈ガスからなる処理ガスを供給する処理ガス供給系９が接続されている。この場合に、反応ガスとしては、例えばＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８等のハロゲン含有ガスやＣＯガス、Ｏ_２ガス等が用いられ、希釈ガスとしては、Ａｒガス等の不活性ガスが用いられる。このような処理ガスにより、半導体ウエハＷに形成された膜、例えば酸化膜がエッチングされる。
【００２７】
シャワーヘッド４には、図示しないマッチング回路を介して高周波電源１０が接続されている。この高周波電源１０は３〜３００ＭＨｚの範囲内の周波数を有している。そして、この高周波電源１０より上記範囲の周波数の高周波電力が供給されることにより、チャンバー１内に垂直に３〜３００ＭＨｚの高周波電界が形成される。
【００２８】
チャンバー１の上部１ａの周囲には、同心状に、空芯コイル１１が設けられている。この空芯コイル１１は、図示しない電源から電力が供給されることにより電磁石として機能し、これによりチャンバー１内に高周波電界と平行な垂直磁場が形成される。この場合に、磁場の大きさが、高周波電源１０から印加される高周波の共鳴磁場の整数倍の大きさになるように、空芯コイル１１に供給される電力が調整される。例えば、高周波電源１０から供給される高周波の波長が２７．１２ＭＨｚであるとすると、その際の共鳴磁場は約１０Ｇであるから、その整数倍、すなわち２０Ｇ、３０Ｇ、４０Ｇ……に設定される。そして、このような条件により電子サイクロトロン共鳴が生じ、チャンバー１内でＥＣＲプラズマが形成される。
【００２９】
また、支持テーブル２には、図示しないマッチング回路を介して高周波電源１２が接続されている。この高周波電源１２は、周波数が例えば５ＭＨｚ程度に設定され、プラズマ中のイオンを半導体ウエハＷに向けて引き込む。
【００３０】
チャンバー１の下部１ｂの一方の側壁にはゲートバルブ１３が設けられており、支持テーブル２が下降された状態で、このゲートバルブ１３を介して半導体ウエハＷが搬入出される。また、下部１ｂの他方の側壁には排気ポート１４が形成されており、この排気ポート１４には排気系１５が接続されている。そして排気系１５に設けられた真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができる。
【００３１】
次に、このように構成されるエッチング装置の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１３を開にした状態で、図示しない搬送アームにより半導体ウエハＷをチャンバー１内に搬入し、半導体ウエハＷを支持テーブル２に載置し、搬送アームが退避した後、ゲートバルブ１３を閉じる。
【００３２】
次に、支持テーブル２を上昇させて、半導体ウエハＷとＥＣＲ面との距離を所定の距離、例えば５０ｍｍになるようにする。この場合に、支持テーブル２を通流する冷媒により半導体ウエハＷを所定の温度、例えば２０℃に冷却する。また、チャンバー１の壁およびシャワーヘッド４の温度は例えば６０℃に設定する。
【００３３】
この状態で、高周波電源１０から３〜３００ＭＨｚの範囲の所定の周波数の高周波電力をシャワーヘッド４に供給し、チャンバー１内に高周波電界を形成するとともに、空芯コイル１１に給電してチャンバー１内に垂直磁場を形成する。
【００３４】
そして、排気系１５の真空ポンプによりチャンバー１内を排気して１０^−５〜１０^−６Torr程度の減圧状態としてから、処理ガス供給源９から、反応ガスおよび希釈ガスからなる処理ガスを所定流量でシャワーヘッド４を介してチャンバー１内へ供給し、例えば、１０〜４０mTorrの圧力でエッチングする。この際の処理ガスの流量は、例えば、Ｃ_４Ｆ_８ガス：１０ｓｃｃｍ、ＣＯガス：５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガス：５ｓｃｃｍ、Ａｒガス：２００ｓｃｃｍである。
【００３５】
このとき、高周波電源１０から供給される高周波電力の周波数を３〜３００ＭＨｚの範囲内、好ましくは１５０ＭＨｚ以下、さらに好ましくは１００ＭＨｚ以下になるようにする。そして、空芯コイル１１に給電することによって得られる電磁石による垂直磁場の大きさを、印加された高周波の周波数における共鳴磁場の大きさの整数倍になるようにする。例えば、印加する高周波の周波数を６０ＭＨｚとした場合、共鳴磁場は２１．４５Ｇ、また、２７．１２ＭＨｚとした場合、共鳴磁場は約１０Ｇとなるが、それぞれ例えばこれらの倍の４２．９Ｇ、２０Ｇとする。
【００３６】
このように、磁場強度を共鳴磁場の整数倍、例えば２倍とすると、共鳴周波数を２倍にしたのと同様の効果が生じる。つまり、印加する周波数をそのままにして電子のラーマー半径のみを１／２とすることができる。したがって、印加する高周波の周波数が低い場合における、電子のラーマ半径が大きいことに伴うエネルギー損失の問題を回避することができ、高密度のプラズマを得ることができる。
【００３７】
例えば、２７．１２ＭＨｚの超短波領域の高周波を印加する場合には、共鳴磁場強度は約１０Ｇとなり、この条件での電子のラーマー半径は、シース加速電圧を１０００Ｖとした場合、約９ｃｍと大きく、電子がチャンバー壁に衝突する頻度が高いが、磁場強度を倍の２０Ｇとした場合は、共鳴周波数を倍にした際と同等のプラズマが形成され、電子のラーマー半径が約４．５ｃｍとなって、電子がチャンバー壁に衝突する頻度を著しく低下させることができ、プラズマ密度を高くすることができる。
【００３８】
このようなプラズマを形成しつつ、高周波電源１２から、例えば５ＭＨｚの高周波電力を支持テーブル２に供給することにより、プラズマ中のイオンを半導体ウエハＷに引き込み、半導体ウエハＷ上に形成された膜、例えば酸化膜（ＳｉＯ_２）をエッチングする。
【００３９】
本実施の形態においては、電界方向と平行に磁場を印加するので、ウエハ近傍のシース領域では、電界方向と垂直に印加したときに生じるＥ×Ｂドリフトが、電子の熱運動速度成分を除けば、ほとんどない。したがって、Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマの不均一は原理的に小さく、チャージアップダメージの問題を回避することができる。また、上述したように３〜３００ＭＨｚという従来のＥＣＲ方式における周波数よりも遙かに小さい周波数を用いることが可能であるから、大きな磁場を必要とせず、また、大電力が不要であるため装置構成を大型化および複雑化する必要もない。さらに、この範囲の周波数は、電力投入しやすいという利点もある。また、周波数が１００ＭＨｚ以下の場合には、異常放電およびロスを少なくすることができることから、この範囲が特に好ましい。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図２は、本発明のプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した他の実施形態を示す断面図であり、図１と同等のものには同じ符号を付して説明を省略する。図２の装置は誘導結合型のプラズマ発生部を有している。この装置では、図１のシャワーヘッド４に代えて、絶縁性のシャワーヘッド４’を用い、さらにこれに連続して絶縁性のガス導入部６’を用いている。そして、シャワーヘッド４’の下面に形成されたガス吐出孔５’からガスが吐出される。また、シャワーヘッド４’の内部空間には水平に電極１６が設けられており、この電極１６に高周波電源１０が接続されている。したがって、この装置においては、高周波電源１０から電極１６に高周波電力が印加されることにより高周波電界が形成される。
【００４１】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、種々変形可能である。処理ガスとして用いた反応ガスおよび希釈ガスの種類は、例示したものに限らず被処理体に応じて種々ガスを単独または組合せて用いることができる。また、希釈ガスは必ずしも用いなくてもよい。処理ガスを選択することにより、被エッチング膜も酸化膜に限らず種々の膜に適用することができる。さらに被処理体としては、半導体ウエハに限らず、液晶表示装置のガラス基板等他のものであってもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では本発明をエッチング装置に適用したが、本発明の原理上エッチング装置に限らず、他のプラズマ処理に適用可能であることは明らかである。例えば、処理ガスを適宜選択することにより、ＣＶＤ成膜装置に適用することも可能である。例えば、以下に示す反応等種々のものが考えられる。
ＳｉＨ_４＋Ｏ_２ → ＳｉＯ_２
ＷＦ_６＋Ｈ_２ → Ｗ
ＴｉＣｌ_４＋ＮＨ_３ → ＴｉＮ
【００４３】
また、ＣＶＤ成膜の他、チャンバー内に半導体ウエハと対峙するようにターゲットを配置することによってプラズマによりターゲットをスパッタするように構成された、ＰＶＤ的な成膜装置にも適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＥＣＲ方式によるプラズマ発生機構をプラズマ処理装置に適用し、被処理体に垂直に磁場を印加するので、本質的にＥ×Ｂドリフトに基づくプラズマの不均一が生じず、チャージアップダメージの問題を回避することができる。また、３〜３００ＭＨｚという従来のＥＣＲ方式における周波数よりも遙かに小さい周波数を用いるので、大きな磁場を必要とせず、また、大電力が不要であるため、大型の磁石が不要であり、装置構成を複雑にする必要もない。さらに、マイクロ波領域の高周波を用いた場合のプラズマの均一性確保の困難性も解消され、高密度のプラズマを形成することができる。
【００４５】
そして、３〜３００ＭＨｚの範囲の周波数であれば、電力投入も容易である。さらに、印加する高周波の周波数を１００ＭＨｚ以下とすることにより、異常放電およびロスを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した一実施形態を示す断面図。
【図２】 本発明のプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した他の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１……チャンバー
２……支持テーブル
４……シャワーヘッド
９……処理ガス供給系
１０，１２……高周波電源
１１……空芯コイル
１５……排気系
Ｗ……半導体ウエハ

Claims (21)

1. 被処理体に対してプラズマ処理が行われる処理室と、
   前記処理室内の下部に設けられた、被処理体を支持する支持部材と、
   前記処理室にプラズマエッチングのための処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、
   前記処理室内の上部に設けられ、前記支持部材に対向する電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の、プラズマ生成用の第１の高周波を印加する第１の高周波印加手段と、
   前記支持部材に、プラズマ中のイオンを前記被処理体に向けて引き込むための第２の高周波を印加する第２の高周波印加手段と、
   印加された前記第１の高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を被処理体に対して垂直、かつ電界方向に対して平行に形成する磁場形成手段と
   を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 前記高周波印加手段は、前記処理室内の電極に３〜１００ＭＨｚの範囲の高周波を印加することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
3. 前記処理ガス導入手段は、前記支持部材上の被処理体に向けて処理ガスを供給する多数の孔を有し、内部に空間を有する導電体のシャワーヘッドを備え、該シャワーヘッドが電極として機能することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
4. 前記処理ガス導入手段は、前記支持部材上の被処理体に向けて処理ガスを供給する多数の孔を有し、内部に空間を有する絶縁体のシャワーヘッドを備え、該シャワーヘッドの空間内に前記電極が配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
5. 前記磁場形成手段は、空芯コイルを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
6. 前記磁場形成手段は、給電することにより磁場を発生する電磁石を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
7. 前記処理室は、前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理空間を有し、前記磁場形成手段は、前記プラズマ処理空間に磁場を形成することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
8. 前記第１の高周波印加手段により生成されるプラズマはＥＣＲプラズマであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
9. プラズマエッチング装置において被処理体をエッチングするプラズマを生成するために用いるプラズマ生成方法であって、
   排気システムを有し、その中の減圧状態を維持可能であり、その中の下部に被処理体を支持する支持部材を有するチャンバーを準備することと、
   前記支持部材で被処理体を支持した状態で、処理ガス供給系により、処理ガスを前記チャンバーに導入することと、
   第１の高周波印加手段により、前記処理室内の上部に設けられた、前記支持部材に対向する第１の電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の第１の高周波を印加することと、
   第２の高周波印加手段により、前記支持部材に、プラズマ中のイオンを前記被処理体に向けて引き込むための第２の高周波を印加することと、
   磁場形成手段により、印加された前記第１の高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から電界方向に対して平行に形成することと、
   を具備することを特徴とするプラズマ生成方法。
10. 前記処理ガスを導入する手段として多数のガス吐出口が形成されたシャワーヘッドを有する導体を準備することをさらに具備することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ生成方法。
11. 前記チャンバー内に、前記第１の電極に対向しかつ平行に配置された、被処理体の支持部材を準備することと、
    前記支持部材に接続された第２の高周波電源を準備することと、
    高周波が印加される前記支持部材をプラズマ中のイオン引き込みに用いることと、
    をさらに具備することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ生成方法。
12. 前記第１の高周波印加手段より、２７．１２ＭＨｚの高周波を印加することと、
    前記磁場形成手段により、共鳴磁場である１０Ｇ（ガウス）の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から電界方向に対して平行に形成することと、
    をさらに具備することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ生成方法。
13. 前記シャワーヘッドを絶縁材料で形成することと、
    前記シャワーヘッドの内部空間に前記第１の電極を設けることと、
    を具備することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ生成方法。
14. プラズマ生成装置を含むプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法であって、
    プラズマ生成部を有し、排気システムを有し、その中の下部に被処理体を支持する支持部材を有するチャンバーを準備することと、
    前記チャンバーを減圧状態に維持することと、
    処理ガス供給系により、処理ガスを前記チャンバーの前記プラズマ生成部に導入することと、
    前記処理ガス供給系から供給された処理ガスを、前記チャンバーの前記プラズマ生成部に、前記チャンバーから絶縁されかつ導体で形成されて、前記支持部材に対向しかつ前記支持部材に平行に前記チャンバー内の上部に設けられたシャワーヘッドを介してシャワー状に導入することと、
    前記シャワーヘッドを第１の電極として用いることと、
    第１の高周波印加手段により、前記処理室内の前記第１の電極に３〜３００ＭＨｚの範囲の高周波を印加することと、
    前記チャンバー内で前記支持部材により、被処理体を保持することと、
    前記支持部材を第２の電極として用いることと、
    磁場形成手段により、印加された高周波に対応する共鳴磁場の整数倍の磁場を、前記チャンバーの外周から前記被処理体に対して垂直、かつ電界方向に対して平行に形成することと、
    前記支持部材に接続された第２の高周波電源により、前記被処理体に照射されるプラズマ中のイオンを前記被処理体に引き込む高周波を印加することと、
    を具備することを特徴とするプラズマエッチング方法。
15. 前記シャワーヘッドを絶縁部材で形成することと、前記シャワーヘッドの内部空間に前記第１の電極を設けることとをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマエッチング方法。
16. 前記第１の高周波電源により印加される高周波を１００ＭＨｚ以下に設定することをさらに具備することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のプラズマエッチング方法。
17. 前記処理ガスとして、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、もしくはＣ_４Ｆ_８を含むハロゲン含有ガス、ＣＯガス、またはＯ_２ガスを含む反応ガスと、Ａｒを含む不活性ガスを含有する希釈ガスを用いることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
18. 前記磁場形成手段は、空芯コイルを有することを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のプラズマ方法。
19. 前記磁場形成手段は、給電することにより磁場を発生する電磁石を有することを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
20. 前記処理室は、前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理空間を有し、前記磁場形成手段は、前記プラズマ処理空間に磁場を形成することを特徴とする請求項１４から請求項１９のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
21. 前記第１の高周波印加手段により生成されるプラズマはＥＣＲプラズマであることを特徴とする請求項１４から請求項２０のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。

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