JP4852189B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに高周波電力を供給して電界を発生させ、その電界により発生させたプラズマを用いて試料をプラズマ処理するのに好適なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル状のアンテナに高周波電流を流し、その誘導でプラズマを生成するプラズマ処理装置では、プラズマが生成される真空容器の内壁面において、コイル状のアンテナからの電界が強い箇所では高密度のプラズマが生成され、反応生成物が付着し難いが、電界が弱い箇所ではプラズマ密度も低く反応生成物が付着し易く、ゴミの発生を引起こすことがある。このような問題を解決する方法としては、例えば、日本の特開平８−３１６２１０号公報に記載されているような、真空チャンバを形成する誘電体壁の外側に高周波電流を流すことのできる高周波アンテナを設け、この高周波アンテナと誘電体部材との間にプラズマと静電的に結合させ、誘電体部材の内表面上に一様な電界を形成させる電極を設け、高周波アンテナと電極とを並列に接続し、プロセス中は電極に供給する電力を小さくし、プロセスとプロセスの間では電極に供給する電力を大きくしてクリーニングプロセスを実施する方法が知られている。
【０００３】
また、ＵＳＰ５,８１１,０２２号明細書に記載のように、高周波電力が印加される誘導コイルと反応室との間に分割ファラデーシールドを設け、分割ファラデーシールドを選択して、プラズマ電位の変化のレベルを制御するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者の従来技術は、ウエハを処理するプロセスと、真空チャンバ内をクリーニングするクリーニングプロセスとを分けて処理する方法としており、スループットに関して充分に配慮されていなかった。また、プラズマ処理中に、真空チャンバの内壁に反応生成物が付着するのを防止するように、静電容量的に結合された電極（静電容量結合アンテナ）に流れる電流を大きくした場合、高周波アンテナ（誘導性）と電極（容量性）とが並列に接続された回路では、静電容量結合の放電を生じさせるために静電容量的に結合させた電極が電気回路的にコンデンサーとして働き、誘導結合の放電を生じさせるための高周波アンテナがコイルとして働くため、並列共振（合成インピーダンスの大きさが無限大となる現象）を起こし、高周波のマッチングが取れなくなる場合がある。このため、並列共振を生じる領域付近の条件によるプラズマ処理は実施することができず、プラズマ処理条件の適用範囲が狭くなる。
【０００５】
また、プラズマ処理中に、真空容器の内壁に反応生成物が付着するのを防止するために、静電容量的に結合された電極（静電容量結合アンテナ）に流れる電流を大きくすると、静電容量放電によるプラズマが強く発生するため、プラズマの分布が変わってしまい、ウエハを均一に処理するための条件が狂ってしまうという問題がある。
【０００６】
上記後者の従来技術は、誘導コイルとファラデーシールドとの間が容量的に結合される、すなわち、ファラデーシールドを静電容量的に結合された電極と考えると、電極に電圧を印加するための回路が浮遊容量を利用しているため、真空容器の大気開放後における誘導コイル及び電極等の再設置時の精度等によって、電極に印加される電圧が左右されてしまう。また、電極に印加される電圧を大きくしようとすれば、浮遊容量の大きさを大きくする必要があり、この場合には、誘導コイルの面積を大きくしたり、電極との距離を近くする必要がある。しかしながら、面積を大きくすることは高電圧部が大きくなることであり、また距離を近くすると異常放電が生じる恐れもあり、装置の健全性，信頼性の低下につながる。したがって、浮遊容量を利用するものにおいては、電極に印加される電圧をあまり大きくすることができない。
【０００７】
一方、有磁場プラズマタイプのプラズマ処理装置では、電磁石等が発生する磁場を変化させることでプラズマの分布を制御でき、試料の均一処理や反応生成物の付着が少ない条件のプラズマ分布に容易に調整可能である。しかし、無磁場の誘導放電プラズマタイプのプラズマ処理装置では、プラズマ分布を調整する手段が限られ、例えば、真空容器の形状を変えたり、誘導結合アンテナの位置を調節して分布を制御していた。しかし、ガス圧等のプロセス条件を変えると、プラズマの分布は変化してしまい、一台のプラズマ処理装置ではごく限られた条件でしか、プロセス処理ができなかった。
【０００８】
本発明の第一の目的は、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、容易にプラズマ分布を制御することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第二の目的は、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の第一の目的は、プラズマが形成される領域を囲む面に対し誘導結合アンテナを配置し、少なくとも誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続し、静電容量結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整する調整手段を設けた装置とし、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナによる電界を用いて容器内にプラズマを生成し、該プラズマを用いて試料を処理する方法とすることにより、達成される。
【００１１】
上記本発明の第二の目的は、プラズマが形成される領域を囲む面に対し誘導結合アンテナを配置し、誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続した装置とし、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナによって容器内に電界を形成し、誘導結合アンテナからの電界が弱い部分に静電容量結合の電界を形成し、これらの電界を用いて容器内にプラズマを生成し、該プラズマを用いて試料を処理する方法とすることにより、達成される。
【００１２】
本発明によれば、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナにより発生させる電界の強さを調整できるので、容器内に処理に最適なプラズマを生成することができ、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施例を図１ないし図３により説明する。図１に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示す。真空容器２は、この場合、内部にプラズマ生成部を形成する絶縁材料（例えば、石英，セラミック等の非導電性材料）で成る放電部２ａと、被処理物である試料、例えば、ウエハ１３を配置するための電極が設置された処理部２ｂとから成る。処理部２ｂはアースに設置されており、電極５は絶縁材を介して処理部２ｂに取付けられている。放電部２ａの外側にはコイル状の誘導結合アンテナ１が配置されている。また、放電部２ａの天井の大気側には、プラズマ６と静電容量的に結合する円盤状の静電容量結合アンテナ８が設けられている。誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８は、整合器（マッチングボックス）３を介して第一の高周波電源１０に直列に接続されている。また、静電容量結合アンテナ８と並列に、インピーダンスの大きさが可変可能な負荷１７の回路がアースに接地してある。真空容器２内にはガス供給装置４から処理ガスが供給され、真空容器２内は排気装置７によって所定の圧力に減圧排気される。電極５には、第二の高周波電源１２が接続されている。
【００１４】
上記のように構成された装置では、ガス供給装置４によって真空容器２内に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８により発生する電界の作用によって、プラズマ化する。プラズマ化されたガスは、後に、排気装置７によって排気される。第一の高周波電源１０により発生した、例えば、１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚ，４０．６８ＭＨｚ等のＨＦ帯や、更に周波数が高いＶＨＦ帯等の高周波電力を誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８に供給することにより、プラズマ生成用の電界を得ているが、電力の反射を押さえるためにマッチングボックス３を用いて、アンテナのインピーダンスを第一の高周波電源１０の出力インピーダンスに一致させている。マッチングボックス３は、この場合、一般的な逆Ｌ型と呼ばれる、静電容量を可変可能なバリコンを２個用いたものを使用している。また、処理されるウエハ１３は、電極５上に配置され、プラズマ６中に存在するイオンをウエハ１３上に引き込むために、電極５に第二の高周波電源１２によりバイアス電圧を印加する。
【００１５】
図２は、図１のプラズマ処理装置の放電回路を示す外観斜視図である。放電回路としては、第一の高周波電源１０から出た高周波電流は、マッチングボックス３を通り、誘導結合アンテナ１を流れて静電容量結合アンテナ８に流れる。静電容量結合アンテナに流れた電流は、プラズマを介してアースに流れる。また、静電容量結合アンテナ８に並列に、インピーダンスの大きさを可変可能な負荷１７の回路を設けアースに接続する。負荷１７は、この場合、バリコンと固定インダクターを直列に接続したものとしているが、直列共振させることで、インピーダンスをゼロにすることができる。
【００１６】
図３は、図２に示した放電回路の等価回路を示す。誘導結合アンテナ１を負荷９、静電容量結合アンテナ８を負荷１１として等価的に示している。
【００１７】
負荷１７のインピーダンスの大きさがゼロのときには、負荷１１に加わる電圧もゼロとなることから、静電容量結合アンテナ８に流れる電流もゼロとなり、静電容量結合放電が起こらない状態となる。すなわち、誘導結合放電のみでプラズマが生成される状態となる。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくしていくと、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が次第に強くなる。
【００１８】
なお、マッチングボックス３のマッチングが取れる範囲で、負荷１１の大きさを変えていかねばならないが、マッチングが取れるための条件として以下のことを考慮する必要がある。
【００１９】
その条件の一つとして、負荷９のリアクタンスをＹＬ、負荷１１のリアクタンスをＹＣ、負荷１７のリアクタンスをＹＶとしたときに、ＹＬは誘導的であるのでＹＬ＞０、ＹＣは静電容量的なのでＹＣ＜０である。しかしながら、ＹＣとＹＶは並列に接続されていることから、ＹＶ＞０の領域においてＹＣ＝−ＹＶとなるとき、並列共振を起こし合成インピーダンスが急激に大きくなって、マッチングが取れなくなる。このため、このような領域ではプラズマ生成ができなくなる場合がある。よって、ＹＶ＜０となるような領域で、負荷１１を変化させる。これによって、問題なくマッチングを取ることができる。
【００２０】
また、もう一つの条件として、負荷１１と負荷１７を並列につないだときの合成インピーダンスのリアクタンスをＹＧとすると、ＹＶ＜０、ＹＣ＜０となる条件では、ＹＧ＜０となる。しかしながら、ＹＧ＞ＹＬのときには、マッチングボックス３でのマッチングをとるべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスでは、マッチングが取れない場合がある。その場合には、負荷９に直列にインダクタを挿入することで、マッチングが取れるようになる。また、π型と呼ばれるマッチングボックスを用いることで、対応することができるが、この場合はマッチングボックスの構造が複雑になる。
【００２１】
このように、負荷１７のインピーダンスを変えることによって、誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８とに流れる高周波電流の割合を変えることができ、それぞれのアンテナによって発生する電界の強さが変わる。これによって、それぞれのアンテナで生成するプラズマの密度を変えることができる。言い換えると、それぞれのアンテナの位置に対応して、それぞれのプラズマの密度を変えることができるので、放電部２ａ内でのプラズマの分布を制御することができる。
【００２２】
すなわち、誘導結合アンテナ１でプラズマを生成した場合はプラズマは領域１５ａで強く発生するため外側に強くプラズマが生成し、静電容量結合アンテナ８でプラズマを生成した場合はプラズマは領域１５ｂで強く発生するために中央部が強いプラズマが発生する。よって静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調節することにより、中央部のプラズマの強さが調節でき、これによって、プラズマの分布を適正に制御しウエハを均一に処理することができる。
【００２３】
また、静電容量結合放電によって生成したプラズマは、誘導結合放電によるプラズマより電子温度が高い傾向があるので、静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調整することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマの電子温度制御及び処理ガスの解離制御等も可能となる。これにより、試料の処理、例えば、メタルエッチング，ゲートエッチング，絶縁物エッチング，磁気ヘッドのエッチング加工等それぞれのプロセスに合わせた最適の条件を適用させることができる。
【００２４】
また、誘導結合アンテナ１によって作られる電界は、誘導結合アンテナ近傍の領域１５ａに強く発生する。そのため、誘導結合アンテナ１でプラズマを生成した場合、真空容器２の放電部２ａ側面では反応生成物の付着は少ないが、放電部２ａの天井には反応生成物の付着が多く発生する。その付着を防止するため、放電部２ａの天井の大気側にプラズマ６と静電容量的に結合する円盤状の静電容量結合アンテナ８を設け、天井付近の領域１５ｂに電界を強く発生させる。これにより、真空容器２の天井部分、すなわち、放電部２ａの天井部分において、反応生成物の付着を抑制または防止することができる。
【００２５】
以上、本第一の実施例によれば、放電部を囲って誘導結合アンテナを配置し、誘導結合アンテナが配置されていない放電部の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続し、高周波電力を供給することにより、誘導結合アンテナによって強い電界を形成できない箇所にも、静電容量結合アンテナによって強い電界を形成できるので、放電部全体で高密度のプラズマを生成できるので、ウエハのプラズマ処理中においても、真空容器内壁面への反応生成物の付着を抑制することができるという効果がある。
【００２６】
また、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調整、例えば、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節することにより、中央部のプラズマの強さが調節でき、これによって、プラズマの分布を適正に制御しウエハを均一に処理することができる。
【００２７】
さらに、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調整、例えば、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマの電子温度制御及び処理ガスの解離制御等も可能となる。
【００２８】
なお、本一実施例では、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調節する方法として、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節する、すなわち、負荷１７を用いて静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調節することについて述べたが、負荷１７を誘導結合アンテナ１に並列に接続しても同様の制御が可能である。この場合の等価回路を図４に示す。負荷１７のインピーダンスがゼロのときには誘導結合アンテナ１の負荷９に流れる高周波電流はゼロになり、負荷１７のインピーダンスを大きくするに連れて、負荷９に流れる電流は大きくなる。このようにこの回路では誘導結合アンテナ１に流れる電流を調整可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第二の実施例を図５ないし図８によって説明する。図５に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示し、図６に放電回路の斜視図を示す。本図において、前記第一の実施例で示した図１および図２と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１および図２と異なる点は、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を上下に設置し、並列に接続し、誘導結合アンテナ１ａに直列にバリコン１６を接続している点である。
【００３０】
このように構成された装置では、二系統の誘導結合アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流の大きさを制御することで、プラズマ分布を制御することができる。以下、プラズマ分布の制御方法について述べる。
【００３１】
二系統の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂが作る誘導電界が強い領域を領域２５ａと領域２５ｂとする。また静電容量結合アンテナ８が作る電界が強い領域を領域２５ｃとする。これら電界が強い領域でプラズマの生成が行われる。真空容器２の放電部２ａは、図示上において、上方に向かい径を小さくすることで、領域２５ａと領域２５ｂの径の大きさが異なる。この場合は、領域２５ａの径が小さく、領域２５ｂの径が大きくなっている。これに伴なって誘導結合アンテナ１ａが作るプラズマは中央の密度が高いプラズマとなり、誘導結合アンテナ１ｂが作るプラズマは外周の密度が高いプラズマとなる。したがって、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂとに流れる電流の割合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。
【００３２】
次に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂとに流れる高周波電流の割合を調整する方法について説明する。図７に図６の放電回路の等価回路を示す。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂとして表している。負荷９ａとバリコン１６を合成したインピーダンスの大きさをＺａ、負荷９ｂのインピーダンスの大きさをＺｂとすると、負荷９ａと負荷９ｂに流れる高周波電流の大きさは、１／Ｚａと１／Ｚｂに比例する。誘導結合アンテナは正のリアクタンスをもつが、負のリアクタンスをもつバリコンでＺａを正の値からゼロまで変化させることで、電流を制御することができる。
【００３３】
ここで、Ｚｂのリアクタンスは正であるので、Ｚａのリアクタンスが負となる条件の場合、マッチングが取れない場合があるので、Ｚａのリアクタンスは正となる条件で用いるのが望ましい。よって、図７の回路は、負荷９ａに流れる電流を増加させるのに適した回路であるといえる。
【００３４】
上述の装置および方法を用いウエハを処理する場合、静電容量結合アンテナ８に流れる高周波電流を強くし、誘導結合プラズマ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流の割合を一定にした場合、領域２５ｃにおいて生成するプラズマが多くなり、誘導結合プラズマ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流は相対的に減少するので、領域２５ａと領域２５ｂで生成するプラズマは少なくなる。そのためプラズマの中央の密度が高くなり、ウエハ１３上の処理速度分布も中央が早くなってしまう。
【００３５】
そこで、誘導結合アンテナ１ａに流れる電流を小さく、誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流を大きくすることで、径の大きい領域２５ｂで生成するプラズマを多くし、径の小さい領域２５ａで生成するプラズマを少なくすることで、プラズマの分布を制御し、ウエハ１３上の処理速度を均一にすることができる。
【００３６】
以上、本第二の実施例によれば、前記第一の実施例と同様の効果があるとともに、二系統の大きさの異なる誘導結合アンテナを設け、それぞれの誘導結合アンテナへの高周波電力の印加量を制御することで、異なる大きさの誘導結合放電を得ることができるので、放電部内でのプラズマの分布をさらに細かく制御することができるという効果がある。
【００３７】
また、二系統の誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと静電容量結合アンテナ８のそれぞれに流れる高周波電流を制御できるので、各アンテナが発生する強い電界を領域２５ａ、領域２５ｂ、領域２５ｃに自由に発生させることができ、最適なプラズマ状態にできるので、ウエハ処理中の反応生成物の容器内への付着をさらに細かい範囲で抑制できるという効果がある。
【００３８】
なお、本第二の実施例において、負荷９ａに流れる電流を減少させるためには、図７の回路におけるバリコン１６を、負荷９ａに直列に接続するのではなく、負荷９ｂに直列に接続すれば良い。
【００３９】
また、負荷９ａに流れる電流を減少させるための他の回路として、図８の放電回路の等価回路に示すように、バリコン１６と直列にインダクター１９を設置しても良い。ここで、バリコン１６とインダクター１９の合成インピーダンスのリアクタンスが正となる条件においては、負荷９ａと負荷９ｂのリアクタンスは正であるので、並列共振がおこらず安定してマッチングを取ることができる。
【００４０】
次に、本発明の第三の実施例を図９および図１０により説明する。図９に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示し、図１０に放電回路の斜視図を示す。本図において、前記第二の実施例で示した図５および図６と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図５および図６と異なる点は、静電容量結合アンテナ８ａを真空容器２の放電部２ａ全体を覆うように設けて点である。
【００４１】
本第三の実施例では、二系統の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂが作る誘導電界が、強い領域を領域２５ａと領域２５ｂとする。また静電容量結合アンテナ８が作る電界が強い領域を領域２５ｄとする。この電界が強い領域でプラズマの生成が行なわれるが、静電容量結合アンテナ８ａは真空容器２全体を覆うように設置されていることから、領域２５ｄは真空容器２の放電部２ａ内壁に隣接する部分全体となり、静電容量放電によって、放電部２ａの内壁全体に反応生成物が付着するのを防止またはクリーニングができる。また、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと放電部２ａの間に静電容量結合アンテナを設けることで、誘導結合アンテナとプラズマとの静電容量的な電界が放電部内に伝わるのを防ぎ、放電部内壁がプラズマによって削られるのを防止するファラデーシールドの役割を果たしている。
【００４２】
図１０は、図９に示す装置の放電回路の斜視図である。静電容量結合アンテナ８ａには、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂが発生する電界が真空容器２ａ内部に到達するように、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと直交するようにスリット１４を設けている。スリット１４は誘導結合アンテナ１ａ，１ｂが作る電界を妨げなければ、直交する必要はなく、ある程度の傾きを持っていてもよい。
【００４３】
本第三の実施例によれば、前述の第一および第二の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、静電容量結合アンテナが８ａが放電部２ａ全体を覆って設けてあるので、放電部２ａ内面全体において、反応生成物の付着を防止または抑制できるという効果がある。
【００４４】
次に、本第三の実施例に記述した概念を用いてプラズマを生成したときの実験データを示す。図１１は、実験に用いた放電回路を示す。この放電回路では、マッチングボックス３内に１．２μHのインダクタを設置することで、マッチングをとりやすくしている。また、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を抑制するために静電容量結合アンテナの手前に200ｐFのコンデンサーを設置した。また、誘導結合アンテナ1ａは２ターン、誘導結合アンテナ１ｂは１ターンとしている。２系統の誘導結合アンテナに流れる電流と、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流は、バリコン１６ａ、１６ｂと固定インダクタを組み合わした負荷によって行われる。
【００４５】
図１２は、バリコン１６ａの静電容量の値を変化させた場合の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流比（アンテナ１ａに流れる電流／アンテナ１ｂに流れる電流）を示す。このように、バリコン１６ａを変化させることで、アンテナ１aと１ｂに流れる電流の比を調節できることがわかる。ここで、アンテナ１ａ，１ｂに流れる電流を調整するために、この場合、アンテナ１ｂの後ろにバリコン１６ａと０．９μHのインダクタを直列に設けて有る。これにより、バリコン１６ａの静電容量を可変し、バリコン１６ａと０．９μHのインダクタとアンテナ１ｂによるインピーダンスが零のとき、高周波電流はアンテナ１ｂにのみ流れ、電流比は零となる。また、インピーダンスが零より大きいときは、アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流は同位相となり、プラスの電流比となる。逆に、インピーダンスが零より小さいときは、アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流は逆位相となり、マイナスの電流比となる。
【００４６】
図１３は電流比を変化させた場合の電極上でのプラズマのイオン飽和電流密度の均一性を示している。均一性はプラズマの中央部が高い場合をプラス、外周部が高い場合をマイナスとして示している。このように、電流比を調整することで、プラズマのイオン飽和電流密度、すなわち、分布を外周部から中央部まで広い範囲で調整できる。本実験装置ではプラズマのイオン飽和電流密度の均一性を５０％も調整できた。
【００４７】
図１４は、バリコン１６ｂの静電容量の値を変化させた場合の静電容量結合アンテナ８ａに発生する電圧の振幅（peak-to-peak）を示したものである。このように、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとを直列に接続した放電回路を用いることにより、従来の浮遊容量を利用するものものに比べ、この場合、静電容量結合アンテナ８ａに電圧がほとんど発生しない状態から、最大約１０００Ｖまでの間で電圧を大きく調整可能であった。
【００４８】
なお、本第三の実施例では２系統の誘導結合アンテナを設置しているが、更にプラズマ分布を高精度に制御するために、誘導結合アンテナを３系統、或いは４系統以上に増やしても良い。
【００４９】
次に、本発明の第四の実施例を図１５および図１６により説明する。図１５に、本発明のプラズマ処理装置の斜視図を示す。本図において、前記第三の実施例で示した図１０と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１０と異なる点は、放電回路における誘電結合アンテナの接続方法が異なっている点である。すなわち、誘導結合アンテナは、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を直列に接続した回路に、更に静電容量結合アンテナ８ａを直列につなげたものである。また静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を調節するために、インピーダンスの大きさを調節可能な負荷１７ａを静電容量結合アンテナ８ａに並列になるように接続してある。更に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流を調整するために、負荷１７ｂ、負荷１７ｃを同様に並列に接続してある。
【００５０】
図１６は、図１５に示す装置の放電回路の等価回路を示したものである。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂ、静電容量結合アンテナ８ａを負荷１１として表している。本実施例において、誘導結合放電の強さは負荷１７ａの大きさによって調節される。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくすると、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が強くなる。また負荷１７ｂ又は負荷１７ｃのインピーダンスを大きくして行くと、誘導結合アンテナ１ａ又は誘導結合アンテナ１ｂにおける誘導結合放電が強くなる。よって、負荷１７ａ，１７ｂ，１７ｃのインピーダンスの大きさを調整することで、前述の第一ないし第三の実施例と同様の効果が得ることができる。
【００５１】
なお、本第四の実施例では、誘導結合アンテナ１ａ、誘導結合アンテナ１ｂ及び静電容量結合アンテナ８ａのすべてに負荷１７ａ，１７ｂ，１７ｃを並列に入れて、それぞれに流れる電流を調整しているが、そのうち一つの負荷がない場合でも同様の制御が可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、マッチングの取れる条件として、静電容量結合アンテナ８ａのインピーダンスのリアクタンスが負であることから、並列共振を避けるために負荷１７ａのリアクタンスは負となる条件で用いることが望ましい。また、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂの負荷のリアクタンスが正であるので、並列共振を避けるために負荷１７ｂと負荷１７ｃのリアクタンスは正となる条件を用いることが望ましい。
【００５３】
さらに、マッチングボックス３がマッチングを取るべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスではマッチングが取れなくなる場合には、マッチングボックス３と放電回路の間にインダクタを直列に挿入することでマッチングを取ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第五の実施例を図１７および図１８により説明する。図１７に、本発明のプラズマ処理装置の斜視図を示す。本図において、前記第四の実施例で示した図１５と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１５と異なる点は、放電回路における誘電結合アンテナの接続方法が異なっている点である。すなわち、誘導結合アンテナは、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を直列に接続した回路に静電容量結合アンテナ８ａを直列につなげたものであり、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を調節するために、インピーダンスの大きさを調節可能な負荷１７ａを静電容量結合アンテナ８ａに並列になるように設置し、更に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの間からインピーダンスの大きさを調整可能な負荷１７ｂを介してアースに接続した回路を分岐させてある。
【００５５】
図１８は、図１７の装置の放電回路の等価回路を示したものである。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂ、静電容量結合アンテナ８を負荷１１として表している。本実施例において、誘導結合放電の強さは負荷１７ａの大きさによって調節される。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくしていくと、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が強くなる。また負荷１７ｂは、負荷９ｂと負荷１１が直列につながった回路に並列につながることから、負荷１７ｂのインピーダンスを調節することで、誘導結合アンテナ１ｂよる誘導結合放電と静電容量結合アンテナ８ａによる静電容量結合放電を調整することができる。
【００５６】
また、マッチングの取れる条件として、静電容量結合アンテナのインピーダンスのリアクタンスが負であることから、並列共振を避けるために負荷１７ａのリアクタンスは負となる条件で用いることが望ましい。また、負荷１７ｂと並列につながっている回路との並列共振を避けるため、負荷９ｂと負荷１１と負荷１７ａを合成したインピーダンスのリアクタンスが正のときには、負荷１７ｂのリアクタンスも正、合成インピーダンスのリアクタンスが負のときには、負荷１７ｂのリアクタンスも負となるようにすることが望ましい。さらに、マッチングボックス３がマッチングをとるべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスではマッチングが取れなくなる場合がでてくる。その時には、負荷９ａに直列にインダクタを挿入することで、マッチングを取ることができる。
【００５７】
以上、本第五の実施例によれば、前述の第１ないし第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明の第六の実施例を、図１９により説明する。図１９は本発明のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。本実施例の基本的な考え方は第一、第二、および第三の実施例と同じであるが、真空容器２０の放電部２０ａの形状と誘導結合アンテナ２１と静電容量結合アンテナ２８の形状が異なっている。本実施例では、放電部２０ａは筒状で、その全体を包むように、筒状の静電容量結合アンテナ２８が設置され、放電部２０ａの天井に２系統のコイル状の誘導結合アンテナ２１ａと誘導結合アンテナ２１ｂが巻かれている。
【００５９】
本実施例では、二系統の誘導結合アンテナ２１ａと誘導結合アンテナ２１ｂが作る誘導電界が強い領域を領域２５ｅと領域２５ｆとする。また静電容量結合アンテナ２８が作る電界が強い領域を領域２５ｇとする。これら電界が強い領域でプラズマの生成が行なわれるが、静電容量結合アンテナ２８は放電部２０ａ全体を覆うように設置していることから、領域２５ｇは放電部２０ａ内壁に隣接する部分全体となり、静電容量放電によって、放電部２０ａの内壁全体の反応生成物が付着するのを防止またはクリーニングできる。
【００６０】
また、放電部２０ａの天井に巻かれた誘導結合アンテナ２１ａの径は小さいく、誘導結合アンテナ２１ｂの径は大きいので、それに伴なって誘導結合アンテナ２１ａが作るプラズマは中央の密度が高いプラズマとなり、誘導結合アンテナ２１ｂが作るプラズマは外周の密度が高いプラズマとなる。よって、前述した第二ないし第五のいずれかの放電回路を用いることで、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
以上のように、本発明によれば、誘導結合アンテナおよび静電容量結合アンテナへの高周波電流の電流量を調節する、すなわち、放電回路に設けた負荷１７やバリコン１６のインピーダンスを調整することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマ処理中に真空容器内壁への反応生成物の付着を抑制することができる。また、プラズマの分布を制御することができるので、均一なプラズマ処理を行うことができる。さらに、プラズマ電子温度の制御も行なえるので、エッチング等のプラズマを用いたプロセス仕様の多様性に対処できる。
【００６２】
なお、本発明は、上述した第一ないし第六の実施例に示された装置に限らず、これらの組合わせによって放電回路を構成しても良い。また、真空容器も放電部と処理部に分ける必要もなく、放電部の形状も実施例で示した形状に限られるものではない。例えば、図２０ないし図２３に示すような形状の真空容器にしても良い。また、図２２に示すように誘導結合アンテナの外側に静電容量結合アンテナを配置しても良い。さらに、図２３のように静電容量結合アンテナを真空容器の外面に貼り付けても良いし、または静電容量結合アンテナを真空容器の内部に埋め込んで構成しても良い。
【００６３】
ここで、２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは真空容器であり、少なくともアンテナに対応する部分は非同電材料で構成される。２１は誘導結合アンテナであり、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは静電容量結合アンテナである。
【００６４】
また、本発明はプラズマを用いる装置および処理に適用でき、エッチング，ＣＶＤ，スパッタ等処理および処理装置に適用でき、処理する試料としては半導体ウエハのみならず、液晶用基板の処理，磁気ヘッドの加工等、プラズマを用いて処理されるものには全て適用することができる。
【００６５】
さらに、このような本発明は次のような半導体製造プロセスに適用することができる。図２４は本発明を用いた半導体プロセスの工程の一例を示す図である。本プロセスでの対象となる装置構成は前述した各実施例の何れかの構成を用いる。
【００６６】
半導体プロセスでは、エッチングする材料に合わせて処理ガスの種類、真空容器内のガス圧、ガス流量、アンテナに印加する高周波電力等を調整し、エッチングや成膜処理におけるウエハの均一処理が行えるようにプロセスレシピを決める。例えば、アルミニウムをエッチングする場合には、処理ガスとして塩素ガスや三塩化ホウ素ガス等を用い、石英をエッチングする場合には、処理ガスとしてＣ4Ｆ8ガスを用いる。
【００６７】
ガスの種類やガス圧等が変わればプラズマの分布も変化するので、従来技術の装置を用いる場合には、上記２種類の材料をエッチングする場合、異なる装置を用いてエッチング処理を行う必要があった。
【００６８】
しかし、本発明の装置を用いれば、図２４に示すように連続したプロセス処理の途中に、複数の誘導結合アンテナに流れる高周波電流を調節してプラズマ分布調整するための工程３１ａ、３１ｂ、３１ｃを加えるとともに、異なるプロセス３０ａ、３０ｂ、３０ｃをそれぞれの行程３１ａ、３１ｂ、３１ｃの後に持ってくることによって、同一の装置で各プロセスにおけるプラズマ分布を均一に調整してウエハを均一に処理することができる。
【００６９】
これによって、各プロセス毎にウエハを装置間で移動したりする手間が省けスループットの向上を図ることができる。また、一台の装置で複数のプロセス処理ができるので装置の台数を節約できる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナにより発生させる電界の強さを調整できるので、容器内に処理に最適なプラズマを生成することができ、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することのできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図３】図２の放電回路の等価回路を示す図である。
【図４】図３の等価回路の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図６】図５の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図７】図６の放電回路の等価回路を示す図である。
【図８】図６の等価回路の他の実施例を示す図である。
【図９】本発明の第三の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１０】図９の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第三の実施例の概念を用いた実験装置の放電回路を示す斜視図である。
【図１２】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１３】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１４】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１５】本発明の第四の実施例であるプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図１６】図１５の装置の放電回路の等価回路を示す図である。
【図１７】本発明の第五の実施例であるフプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図１８】図１７の装置の放電回路の等価回路を示す図である。
【図１９】本発明の第六の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２４】本発明の処理を適用した半導体処理プロセス工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…誘導結合アンテナ、２…真空容器、２ａ…放電部、２ｂ…処理部、３…整合器（マッチングボックス）、４…ガス供給装置、５…電極、６…プラズマ、７…排気装置、８…静電容量結合アンテナ、９…負荷、１０…第一の高周波電源、１１…負荷、１２…第二の高周波電源、１３…ウエハ、１５ａ…領域、１５ｂ…領域、１７…負荷
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに高周波電力を供給して電界を発生させ、その電界により発生させたプラズマを用いて試料をプラズマ処理するのに好適なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル状のアンテナに高周波電流を流し、その誘導でプラズマを生成するプラズマ処理装置では、プラズマが生成される真空容器の内壁面において、コイル状のアンテナからの電界が強い箇所では高密度のプラズマが生成され、反応生成物が付着し難いが、電界が弱い箇所ではプラズマ密度も低く反応生成物が付着し易く、ゴミの発生を引起こすことがある。このような問題を解決する方法としては、例えば、日本の特開平８−３１６２１０号公報に記載されているような、真空チャンバを形成する誘電体壁の外側に高周波電流を流すことのできる高周波アンテナを設け、この高周波アンテナと誘電体部材との間にプラズマと静電的に結合させ、誘電体部材の内表面上に一様な電界を形成させる電極を設け、高周波アンテナと電極とを並列に接続し、プロセス中は電極に供給する電力を小さくし、プロセスとプロセスの間では電極に供給する電力を大きくしてクリーニングプロセスを実施する方法が知られている。
【０００３】
また、ＵＳＰ５,８１１,０２２号明細書に記載のように、高周波電力が印加される誘導コイルと反応室との間に分割ファラデーシールドを設け、分割ファラデーシールドを選択して、プラズマ電位の変化のレベルを制御するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者の従来技術は、ウエハを処理するプロセスと、真空チャンバ内をクリーニングするクリーニングプロセスとを分けて処理する方法としており、スループットに関して充分に配慮されていなかった。また、プラズマ処理中に、真空チャンバの内壁に反応生成物が付着するのを防止するように、静電容量的に結合された電極（静電容量結合アンテナ）に流れる電流を大きくした場合、高周波アンテナ（誘導性）と電極（容量性）とが並列に接続された回路では、静電容量結合の放電を生じさせるために静電容量的に結合させた電極が電気回路的にコンデンサーとして働き、誘導結合の放電を生じさせるための高周波アンテナがコイルとして働くため、並列共振（合成インピーダンスの大きさが無限大となる現象）を起こし、高周波のマッチングが取れなくなる場合がある。このため、並列共振を生じる領域付近の条件によるプラズマ処理は実施することができず、プラズマ処理条件の適用範囲が狭くなる。
【０００５】
また、プラズマ処理中に、真空容器の内壁に反応生成物が付着するのを防止するために、静電容量的に結合された電極（静電容量結合アンテナ）に流れる電流を大きくすると、静電容量放電によるプラズマが強く発生するため、プラズマの分布が変わってしまい、ウエハを均一に処理するための条件が狂ってしまうという問題がある。
【０００６】
上記後者の従来技術は、誘導コイルとファラデーシールドとの間が容量的に結合される、すなわち、ファラデーシールドを静電容量的に結合された電極と考えると、電極に電圧を印加するための回路が浮遊容量を利用しているため、真空容器の大気開放後における誘導コイル及び電極等の再設置時の精度等によって、電極に印加される電圧が左右されてしまう。また、電極に印加される電圧を大きくしようとすれば、浮遊容量の大きさを大きくする必要があり、この場合には、誘導コイルの面積を大きくしたり、電極との距離を近くする必要がある。しかしながら、面積を大きくすることは高電圧部が大きくなることであり、また距離を近くすると異常放電が生じる恐れもあり、装置の健全性，信頼性の低下につながる。したがって、浮遊容量を利用するものにおいては、電極に印加される電圧をあまり大きくすることができない。
【０００７】
一方、有磁場プラズマタイプのプラズマ処理装置では、電磁石等が発生する磁場を変化させることでプラズマの分布を制御でき、試料の均一処理や反応生成物の付着が少ない条件のプラズマ分布に容易に調整可能である。しかし、無磁場の誘導放電プラズマタイプのプラズマ処理装置では、プラズマ分布を調整する手段が限られ、例えば、真空容器の形状を変えたり、誘導結合アンテナの位置を調節して分布を制御していた。しかし、ガス圧等のプロセス条件を変えると、プラズマの分布は変化してしまい、一台のプラズマ処理装置ではごく限られた条件でしか、プロセス処理ができなかった。
【０００８】
本発明の第一の目的は、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、容易にプラズマ分布を制御することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第二の目的は、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の第一の目的は、プラズマが形成される領域を囲む面に対し誘導結合アンテナを配置し、少なくとも誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続し、静電容量結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整する調整手段を設けた装置とし、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナによる電界を用いて容器内にプラズマを生成し、該プラズマを用いて試料を処理する方法とすることにより、達成される。
【００１１】
上記本発明の第二の目的は、プラズマが形成される領域を囲む面に対し誘導結合アンテナを配置し、誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続した装置とし、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナによって容器内に電界を形成し、誘導結合アンテナからの電界が弱い部分に静電容量結合の電界を形成し、これらの電界を用いて容器内にプラズマを生成し、該プラズマを用いて試料を処理する方法とすることにより、達成される。
【００１２】
本発明によれば、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナにより発生させる電界の強さを調整できるので、容器内に処理に最適なプラズマを生成することができ、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施例を図１ないし図３により説明する。図１に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示す。真空容器２は、この場合、内部にプラズマ生成部を形成する絶縁材料（例えば、石英，セラミック等の非導電性材料）で成る放電部２ａと、被処理物である試料、例えば、ウエハ１３を配置するための電極が設置された処理部２ｂとから成る。処理部２ｂはアースに設置されており、電極５は絶縁材を介して処理部２ｂに取付けられている。放電部２ａの外側にはコイル状の誘導結合アンテナ１が配置されている。また、放電部２ａの天井の大気側には、プラズマ６と静電容量的に結合する円盤状の静電容量結合アンテナ８が設けられている。誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８は、整合器（マッチングボックス）３を介して第一の高周波電源１０に直列に接続されている。また、静電容量結合アンテナ８と並列に、インピーダンスの大きさが可変可能な負荷１７の回路がアースに接地してある。真空容器２内にはガス供給装置４から処理ガスが供給され、真空容器２内は排気装置７によって所定の圧力に減圧排気される。電極５には、第二の高周波電源１２が接続されている。
【００１４】
上記のように構成された装置では、ガス供給装置４によって真空容器２内に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８により発生する電界の作用によって、プラズマ化する。プラズマ化されたガスは、後に、排気装置７によって排気される。第一の高周波電源１０により発生した、例えば、１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚ，４０．６８ＭＨｚ等のＨＦ帯や、更に周波数が高いＶＨＦ帯等の高周波電力を誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８に供給することにより、プラズマ生成用の電界を得ているが、電力の反射を押さえるためにマッチングボックス３を用いて、アンテナのインピーダンスを第一の高周波電源１０の出力インピーダンスに一致させている。マッチングボックス３は、この場合、一般的な逆Ｌ型と呼ばれる、静電容量を可変可能なバリコンを２個用いたものを使用している。また、処理されるウエハ１３は、電極５上に配置され、プラズマ６中に存在するイオンをウエハ１３上に引き込むために、電極５に第二の高周波電源１２によりバイアス電圧を印加する。
【００１５】
図２は、図１のプラズマ処理装置の放電回路を示す外観斜視図である。放電回路としては、第一の高周波電源１０から出た高周波電流は、マッチングボックス３を通り、誘導結合アンテナ１を流れて静電容量結合アンテナ８に流れる。静電容量結合アンテナに流れた電流は、プラズマを介してアースに流れる。また、静電容量結合アンテナ８に並列に、インピーダンスの大きさを可変可能な負荷１７の回路を設けアースに接続する。負荷１７は、この場合、バリコンと固定インダクターを直列に接続したものとしているが、直列共振させることで、インピーダンスをゼロにすることができる。
【００１６】
図３は、図２に示した放電回路の等価回路を示す。誘導結合アンテナ１を負荷９、静電容量結合アンテナ８を負荷１１として等価的に示している。
【００１７】
負荷１７のインピーダンスの大きさがゼロのときには、負荷１１に加わる電圧もゼロとなることから、静電容量結合アンテナ８に流れる電流もゼロとなり、静電容量結合放電が起こらない状態となる。すなわち、誘導結合放電のみでプラズマが生成される状態となる。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくしていくと、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が次第に強くなる。
【００１８】
なお、マッチングボックス３のマッチングが取れる範囲で、負荷１１の大きさを変えていかねばならないが、マッチングが取れるための条件として以下のことを考慮する必要がある。
【００１９】
その条件の一つとして、負荷９のリアクタンスをＹＬ、負荷１１のリアクタンスをＹＣ、負荷１７のリアクタンスをＹＶとしたときに、ＹＬは誘導的であるのでＹＬ＞０、ＹＣは静電容量的なのでＹＣ＜０である。しかしながら、ＹＣとＹＶは並列に接続されていることから、ＹＶ＞０の領域においてＹＣ＝−ＹＶとなるとき、並列共振を起こし合成インピーダンスが急激に大きくなって、マッチングが取れなくなる。このため、このような領域ではプラズマ生成ができなくなる場合がある。よって、ＹＶ＜０となるような領域で、負荷１１を変化させる。これによって、問題なくマッチングを取ることができる。
【００２０】
また、もう一つの条件として、負荷１１と負荷１７を並列につないだときの合成インピーダンスのリアクタンスをＹＧとすると、ＹＶ＜０、ＹＣ＜０となる条件では、ＹＧ＜０となる。しかしながら、ＹＧ＞ＹＬのときには、マッチングボックス３でのマッチングをとるべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスでは、マッチングが取れない場合がある。その場合には、負荷９に直列にインダクタを挿入することで、マッチングが取れるようになる。また、π型と呼ばれるマッチングボックスを用いることで、対応することができるが、この場合はマッチングボックスの構造が複雑になる。
【００２１】
このように、負荷１７のインピーダンスを変えることによって、誘導結合アンテナ１と静電容量結合アンテナ８とに流れる高周波電流の割合を変えることができ、それぞれのアンテナによって発生する電界の強さが変わる。これによって、それぞれのアンテナで生成するプラズマの密度を変えることができる。言い換えると、それぞれのアンテナの位置に対応して、それぞれのプラズマの密度を変えることができるので、放電部２ａ内でのプラズマの分布を制御することができる。
【００２２】
すなわち、誘導結合アンテナ１でプラズマを生成した場合はプラズマは領域１５ａで強く発生するため外側に強くプラズマが生成し、静電容量結合アンテナ８でプラズマを生成した場合はプラズマは領域１５ｂで強く発生するために中央部が強いプラズマが発生する。よって静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調節することにより、中央部のプラズマの強さが調節でき、これによって、プラズマの分布を適正に制御しウエハを均一に処理することができる。
【００２３】
また、静電容量結合放電によって生成したプラズマは、誘導結合放電によるプラズマより電子温度が高い傾向があるので、静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調整することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマの電子温度制御及び処理ガスの解離制御等も可能となる。これにより、試料の処理、例えば、メタルエッチング，ゲートエッチング，絶縁物エッチング，磁気ヘッドのエッチング加工等それぞれのプロセスに合わせた最適の条件を適用させることができる。
【００２４】
また、誘導結合アンテナ１によって作られる電界は、誘導結合アンテナ近傍の領域１５ａに強く発生する。そのため、誘導結合アンテナ１でプラズマを生成した場合、真空容器２の放電部２ａ側面では反応生成物の付着は少ないが、放電部２ａの天井には反応生成物の付着が多く発生する。その付着を防止するため、放電部２ａの天井の大気側にプラズマ６と静電容量的に結合する円盤状の静電容量結合アンテナ８を設け、天井付近の領域１５ｂに電界を強く発生させる。これにより、真空容器２の天井部分、すなわち、放電部２ａの天井部分において、反応生成物の付着を抑制または防止することができる。
【００２５】
以上、本第一の実施例によれば、放電部を囲って誘導結合アンテナを配置し、誘導結合アンテナが配置されていない放電部の面に対し静電容量結合アンテナを配置して、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナを電気的に直列に接続し、高周波電力を供給することにより、誘導結合アンテナによって強い電界を形成できない箇所にも、静電容量結合アンテナによって強い電界を形成できるので、放電部全体で高密度のプラズマを生成できるので、ウエハのプラズマ処理中においても、真空容器内壁面への反応生成物の付着を抑制することができるという効果がある。
【００２６】
また、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調整、例えば、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節することにより、中央部のプラズマの強さが調節でき、これによって、プラズマの分布を適正に制御しウエハを均一に処理することができる。
【００２７】
さらに、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調整、例えば、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマの電子温度制御及び処理ガスの解離制御等も可能となる。
【００２８】
なお、本一実施例では、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとに流れる電流の割合を調節する方法として、静電容量結合アンテナに流れる電流を調節する、すなわち、負荷１７を用いて静電容量結合アンテナ８に流れる電流を調節することについて述べたが、負荷１７を誘導結合アンテナ１に並列に接続しても同様の制御が可能である。この場合の等価回路を図４に示す。負荷１７のインピーダンスがゼロのときには誘導結合アンテナ１の負荷９に流れる高周波電流はゼロになり、負荷１７のインピーダンスを大きくするに連れて、負荷９に流れる電流は大きくなる。このようにこの回路では誘導結合アンテナ１に流れる電流を調整可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第二の実施例を図５ないし図８によって説明する。図５に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示し、図６に放電回路の斜視図を示す。本図において、前記第一の実施例で示した図１および図２と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１および図２と異なる点は、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を上下に設置し、並列に接続し、誘導結合アンテナ１ａに直列にバリコン１６を接続している点である。
【００３０】
このように構成された装置では、二系統の誘導結合アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流の大きさを制御することで、プラズマ分布を制御することができる。以下、プラズマ分布の制御方法について述べる。
【００３１】
二系統の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂが作る誘導電界が強い領域を領域２５ａと領域２５ｂとする。また静電容量結合アンテナ８が作る電界が強い領域を領域２５ｃとする。これら電界が強い領域でプラズマの生成が行われる。真空容器２の放電部２ａは、図示上において、上方に向かい径を小さくすることで、領域２５ａと領域２５ｂの径の大きさが異なる。この場合は、領域２５ａの径が小さく、領域２５ｂの径が大きくなっている。これに伴なって誘導結合アンテナ１ａが作るプラズマは中央の密度が高いプラズマとなり、誘導結合アンテナ１ｂが作るプラズマは外周の密度が高いプラズマとなる。したがって、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂとに流れる電流の割合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。
【００３２】
次に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂとに流れる高周波電流の割合を調整する方法について説明する。図７に図６の放電回路の等価回路を示す。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂとして表している。負荷９ａとバリコン１６を合成したインピーダンスの大きさをＺａ、負荷９ｂのインピーダンスの大きさをＺｂとすると、負荷９ａと負荷９ｂに流れる高周波電流の大きさは、１／Ｚａと１／Ｚｂに比例する。誘導結合アンテナは正のリアクタンスをもつが、負のリアクタンスをもつバリコンでＺａを正の値からゼロまで変化させることで、電流を制御することができる。
【００３３】
ここで、Ｚｂのリアクタンスは正であるので、Ｚａのリアクタンスが負となる条件の場合、マッチングが取れない場合があるので、Ｚａのリアクタンスは正となる条件で用いるのが望ましい。よって、図７の回路は、負荷９ａに流れる電流を増加させるのに適した回路であるといえる。
【００３４】
上述の装置および方法を用いウエハを処理する場合、静電容量結合アンテナ８に流れる高周波電流を強くし、誘導結合プラズマ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流の割合を一定にした場合、領域２５ｃにおいて生成するプラズマが多くなり、誘導結合プラズマ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流は相対的に減少するので、領域２５ａと領域２５ｂで生成するプラズマは少なくなる。そのためプラズマの中央の密度が高くなり、ウエハ１３上の処理速度分布も中央が早くなってしまう。
【００３５】
そこで、誘導結合アンテナ１ａに流れる電流を小さく、誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流を大きくすることで、径の大きい領域２５ｂで生成するプラズマを多くし、径の小さい領域２５ａで生成するプラズマを少なくすることで、プラズマの分布を制御し、ウエハ１３上の処理速度を均一にすることができる。
【００３６】
以上、本第二の実施例によれば、前記第一の実施例と同様の効果があるとともに、二系統の大きさの異なる誘導結合アンテナを設け、それぞれの誘導結合アンテナへの高周波電力の印加量を制御することで、異なる大きさの誘導結合放電を得ることができるので、放電部内でのプラズマの分布をさらに細かく制御することができるという効果がある。
【００３７】
また、二系統の誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと静電容量結合アンテナ８のそれぞれに流れる高周波電流を制御できるので、各アンテナが発生する強い電界を領域２５ａ、領域２５ｂ、領域２５ｃに自由に発生させることができ、最適なプラズマ状態にできるので、ウエハ処理中の反応生成物の容器内への付着をさらに細かい範囲で抑制できるという効果がある。
【００３８】
なお、本第二の実施例において、負荷９ａに流れる電流を減少させるためには、図７の回路におけるバリコン１６を、負荷９ａに直列に接続するのではなく、負荷９ｂに直列に接続すれば良い。
【００３９】
また、負荷９ａに流れる電流を減少させるための他の回路として、図８の放電回路の等価回路に示すように、バリコン１６と直列にインダクター１９を設置しても良い。ここで、バリコン１６とインダクター１９の合成インピーダンスのリアクタンスが正となる条件においては、負荷９ａと負荷９ｂのリアクタンスは正であるので、並列共振がおこらず安定してマッチングを取ることができる。
【００４０】
次に、本発明の第三の実施例を図９および図１０により説明する。図９に、本発明のプラズマ処理装置の縦断面図を示し、図１０に放電回路の斜視図を示す。本図において、前記第二の実施例で示した図５および図６と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図５および図６と異なる点は、静電容量結合アンテナ８ａを真空容器２の放電部２ａ全体を覆うように設けて点である。
【００４１】
本第三の実施例では、二系統の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂが作る誘導電界が、強い領域を領域２５ａと領域２５ｂとする。また静電容量結合アンテナ８が作る電界が強い領域を領域２５ｄとする。この電界が強い領域でプラズマの生成が行なわれるが、静電容量結合アンテナ８ａは真空容器２全体を覆うように設置されていることから、領域２５ｄは真空容器２の放電部２ａ内壁に隣接する部分全体となり、静電容量放電によって、放電部２ａの内壁全体に反応生成物が付着するのを防止またはクリーニングができる。また、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと放電部２ａの間に静電容量結合アンテナを設けることで、誘導結合アンテナとプラズマとの静電容量的な電界が放電部内に伝わるのを防ぎ、放電部内壁がプラズマによって削られるのを防止するファラデーシールドの役割を果たしている。
【００４２】
図１０は、図９に示す装置の放電回路の斜視図である。静電容量結合アンテナ８ａには、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂが発生する電界が真空容器２ａ内部に到達するように、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂと直交するようにスリット１４を設けている。スリット１４は誘導結合アンテナ１ａ，１ｂが作る電界を妨げなければ、直交する必要はなく、ある程度の傾きを持っていてもよい。
【００４３】
本第三の実施例によれば、前述の第一および第二の実施例と同様の効果を得ることができるとともに、静電容量結合アンテナが８ａが放電部２ａ全体を覆って設けてあるので、放電部２ａ内面全体において、反応生成物の付着を防止または抑制できるという効果がある。
【００４４】
次に、本第三の実施例に記述した概念を用いてプラズマを生成したときの実験データを示す。図１１は、実験に用いた放電回路を示す。この放電回路では、マッチングボックス３内に１．２μHのインダクタを設置することで、マッチングをとりやすくしている。また、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を抑制するために静電容量結合アンテナの手前に200ｐFのコンデンサーを設置した。また、誘導結合アンテナ1ａは２ターン、誘導結合アンテナ１ｂは１ターンとしている。２系統の誘導結合アンテナに流れる電流と、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流は、バリコン１６ａ、１６ｂと固定インダクタを組み合わした負荷によって行われる。
【００４５】
図１２は、バリコン１６ａの静電容量の値を変化させた場合の誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流比（アンテナ１ａに流れる電流／アンテナ１ｂに流れる電流）を示す。このように、バリコン１６ａを変化させることで、アンテナ１aと１ｂに流れる電流の比を調節できることがわかる。ここで、アンテナ１ａ，１ｂに流れる電流を調整するために、この場合、アンテナ１ｂの後ろにバリコン１６ａと０．９μHのインダクタを直列に設けて有る。これにより、バリコン１６ａの静電容量を可変し、バリコン１６ａと０．９μHのインダクタとアンテナ１ｂによるインピーダンスが零のとき、高周波電流はアンテナ１ｂにのみ流れ、電流比は零となる。また、インピーダンスが零より大きいときは、アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流は同位相となり、プラスの電流比となる。逆に、インピーダンスが零より小さいときは、アンテナ１ａ，１ｂに流れる高周波電流は逆位相となり、マイナスの電流比となる。
【００４６】
図１３は電流比を変化させた場合の電極上でのプラズマのイオン飽和電流密度の均一性を示している。均一性はプラズマの中央部が高い場合をプラス、外周部が高い場合をマイナスとして示している。このように、電流比を調整することで、プラズマのイオン飽和電流密度、すなわち、分布を外周部から中央部まで広い範囲で調整できる。本実験装置ではプラズマのイオン飽和電流密度の均一性を５０％も調整できた。
【００４７】
図１４は、バリコン１６ｂの静電容量の値を変化させた場合の静電容量結合アンテナ８ａに発生する電圧の振幅（peak-to-peak）を示したものである。このように、誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナとを直列に接続した放電回路を用いることにより、従来の浮遊容量を利用するものものに比べ、この場合、静電容量結合アンテナ８ａに電圧がほとんど発生しない状態から、最大約１０００Ｖまでの間で電圧を大きく調整可能であった。
【００４８】
なお、本第三の実施例では２系統の誘導結合アンテナを設置しているが、更にプラズマ分布を高精度に制御するために、誘導結合アンテナを３系統、或いは４系統以上に増やしても良い。
【００４９】
次に、本発明の第四の実施例を図１５および図１６により説明する。図１５に、本発明のプラズマ処理装置の斜視図を示す。本図において、前記第三の実施例で示した図１０と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１０と異なる点は、放電回路における誘電結合アンテナの接続方法が異なっている点である。すなわち、誘導結合アンテナは、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を直列に接続した回路に、更に静電容量結合アンテナ８ａを直列につなげたものである。また静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を調節するために、インピーダンスの大きさを調節可能な負荷１７ａを静電容量結合アンテナ８ａに並列になるように接続してある。更に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂに流れる電流を調整するために、負荷１７ｂ、負荷１７ｃを同様に並列に接続してある。
【００５０】
図１６は、図１５に示す装置の放電回路の等価回路を示したものである。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂ、静電容量結合アンテナ８ａを負荷１１として表している。本実施例において、誘導結合放電の強さは負荷１７ａの大きさによって調節される。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくすると、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が強くなる。また負荷１７ｂ又は負荷１７ｃのインピーダンスを大きくして行くと、誘導結合アンテナ１ａ又は誘導結合アンテナ１ｂにおける誘導結合放電が強くなる。よって、負荷１７ａ，１７ｂ，１７ｃのインピーダンスの大きさを調整することで、前述の第一ないし第三の実施例と同様の効果が得ることができる。
【００５１】
なお、本第四の実施例では、誘導結合アンテナ１ａ、誘導結合アンテナ１ｂ及び静電容量結合アンテナ８ａのすべてに負荷１７ａ，１７ｂ，１７ｃを並列に入れて、それぞれに流れる電流を調整しているが、そのうち一つの負荷がない場合でも同様の制御が可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、マッチングの取れる条件として、静電容量結合アンテナ８ａのインピーダンスのリアクタンスが負であることから、並列共振を避けるために負荷１７ａのリアクタンスは負となる条件で用いることが望ましい。また、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂの負荷のリアクタンスが正であるので、並列共振を避けるために負荷１７ｂと負荷１７ｃのリアクタンスは正となる条件を用いることが望ましい。
【００５３】
さらに、マッチングボックス３がマッチングを取るべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスではマッチングが取れなくなる場合には、マッチングボックス３と放電回路の間にインダクタを直列に挿入することでマッチングを取ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第五の実施例を図１７および図１８により説明する。図１７に、本発明のプラズマ処理装置の斜視図を示す。本図において、前記第四の実施例で示した図１５と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本図が図１５と異なる点は、放電回路における誘電結合アンテナの接続方法が異なっている点である。すなわち、誘導結合アンテナは、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの二系統を直列に接続した回路に静電容量結合アンテナ８ａを直列につなげたものであり、静電容量結合アンテナ８ａに流れる電流を調節するために、インピーダンスの大きさを調節可能な負荷１７ａを静電容量結合アンテナ８ａに並列になるように設置し、更に、誘導結合アンテナ１ａと誘導結合アンテナ１ｂの間からインピーダンスの大きさを調整可能な負荷１７ｂを介してアースに接続した回路を分岐させてある。
【００５５】
図１８は、図１７の装置の放電回路の等価回路を示したものである。誘導結合アンテナ１ａを負荷９ａ、誘導結合アンテナ１ｂを負荷９ｂ、静電容量結合アンテナ８を負荷１１として表している。本実施例において、誘導結合放電の強さは負荷１７ａの大きさによって調節される。負荷１７のインピーダンスの大きさを大きくしていくと、負荷１１に流れる電流が増加し、静電容量結合放電で生成されるプラズマの割合が強くなる。また負荷１７ｂは、負荷９ｂと負荷１１が直列につながった回路に並列につながることから、負荷１７ｂのインピーダンスを調節することで、誘導結合アンテナ１ｂよる誘導結合放電と静電容量結合アンテナ８ａによる静電容量結合放電を調整することができる。
【００５６】
また、マッチングの取れる条件として、静電容量結合アンテナのインピーダンスのリアクタンスが負であることから、並列共振を避けるために負荷１７ａのリアクタンスは負となる条件で用いることが望ましい。また、負荷１７ｂと並列につながっている回路との並列共振を避けるため、負荷９ｂと負荷１１と負荷１７ａを合成したインピーダンスのリアクタンスが正のときには、負荷１７ｂのリアクタンスも正、合成インピーダンスのリアクタンスが負のときには、負荷１７ｂのリアクタンスも負となるようにすることが望ましい。さらに、マッチングボックス３がマッチングをとるべき放電回路全体の負荷のリアクタンスが負となり、図に示した逆Ｌ型のマッチングボックスではマッチングが取れなくなる場合がでてくる。その時には、負荷９ａに直列にインダクタを挿入することで、マッチングを取ることができる。
【００５７】
以上、本第五の実施例によれば、前述の第１ないし第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明の第六の実施例を、図１９により説明する。図１９は本発明のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。本実施例の基本的な考え方は第一、第二、および第三の実施例と同じであるが、真空容器２０の放電部２０ａの形状と誘導結合アンテナ２１と静電容量結合アンテナ２８の形状が異なっている。本実施例では、放電部２０ａは筒状で、その全体を包むように、筒状の静電容量結合アンテナ２８が設置され、放電部２０ａの天井に２系統のコイル状の誘導結合アンテナ２１ａと誘導結合アンテナ２１ｂが巻かれている。
【００５９】
本実施例では、二系統の誘導結合アンテナ２１ａと誘導結合アンテナ２１ｂが作る誘導電界が強い領域を領域２５ｅと領域２５ｆとする。また静電容量結合アンテナ２８が作る電界が強い領域を領域２５ｇとする。これら電界が強い領域でプラズマの生成が行なわれるが、静電容量結合アンテナ２８は放電部２０ａ全体を覆うように設置していることから、領域２５ｇは放電部２０ａ内壁に隣接する部分全体となり、静電容量放電によって、放電部２０ａの内壁全体の反応生成物が付着するのを防止またはクリーニングできる。
【００６０】
また、放電部２０ａの天井に巻かれた誘導結合アンテナ２１ａの径は小さいく、誘導結合アンテナ２１ｂの径は大きいので、それに伴なって誘導結合アンテナ２１ａが作るプラズマは中央の密度が高いプラズマとなり、誘導結合アンテナ２１ｂが作るプラズマは外周の密度が高いプラズマとなる。よって、前述した第二ないし第五のいずれかの放電回路を用いることで、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
以上のように、本発明によれば、誘導結合アンテナおよび静電容量結合アンテナへの高周波電流の電流量を調節する、すなわち、放電回路に設けた負荷１７やバリコン１６のインピーダンスを調整することにより、静電容量結合放電と誘導結合放電の割合を調節できるので、プラズマ処理中に真空容器内壁への反応生成物の付着を抑制することができる。また、プラズマの分布を制御することができるので、均一なプラズマ処理を行うことができる。さらに、プラズマ電子温度の制御も行なえるので、エッチング等のプラズマを用いたプロセス仕様の多様性に対処できる。
【００６２】
なお、本発明は、上述した第一ないし第六の実施例に示された装置に限らず、これらの組合わせによって放電回路を構成しても良い。また、真空容器も放電部と処理部に分ける必要もなく、放電部の形状も実施例で示した形状に限られるものではない。例えば、図２０ないし図２３に示すような形状の真空容器にしても良い。また、図２２に示すように誘導結合アンテナの外側に静電容量結合アンテナを配置しても良い。さらに、図２３のように静電容量結合アンテナを真空容器の外面に貼り付けても良いし、または静電容量結合アンテナを真空容器の内部に埋め込んで構成しても良い。
【００６３】
ここで、２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは真空容器であり、少なくともアンテナに対応する部分は非同電材料で構成される。２１は誘導結合アンテナであり、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは静電容量結合アンテナである。
【００６４】
また、本発明はプラズマを用いる装置および処理に適用でき、エッチング，ＣＶＤ，スパッタ等処理および処理装置に適用でき、処理する試料としては半導体ウエハのみならず、液晶用基板の処理，磁気ヘッドの加工等、プラズマを用いて処理されるものには全て適用することができる。
【００６５】
さらに、このような本発明は次のような半導体製造プロセスに適用することができる。図２４は本発明を用いた半導体プロセスの工程の一例を示す図である。本プロセスでの対象となる装置構成は前述した各実施例の何れかの構成を用いる。
【００６６】
半導体プロセスでは、エッチングする材料に合わせて処理ガスの種類、真空容器内のガス圧、ガス流量、アンテナに印加する高周波電力等を調整し、エッチングや成膜処理におけるウエハの均一処理が行えるようにプロセスレシピを決める。例えば、アルミニウムをエッチングする場合には、処理ガスとして塩素ガスや三塩化ホウ素ガス等を用い、石英をエッチングする場合には、処理ガスとしてＣ4Ｆ8ガスを用いる。
【００６７】
ガスの種類やガス圧等が変わればプラズマの分布も変化するので、従来技術の装置を用いる場合には、上記２種類の材料をエッチングする場合、異なる装置を用いてエッチング処理を行う必要があった。
【００６８】
しかし、本発明の装置を用いれば、図２４に示すように連続したプロセス処理の途中に、複数の誘導結合アンテナに流れる高周波電流を調節してプラズマ分布調整するための工程３１ａ、３１ｂ、３１ｃを加えるとともに、異なるプロセス３０ａ、３０ｂ、３０ｃをそれぞれの行程３１ａ、３１ｂ、３１ｃの後に持ってくることによって、同一の装置で各プロセスにおけるプラズマ分布を均一に調整してウエハを均一に処理することができる。
【００６９】
これによって、各プロセス毎にウエハを装置間で移動したりする手間が省けスループットの向上を図ることができる。また、一台の装置で複数のプロセス処理ができるので装置の台数を節約できる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、電気的に直列に接続された誘導結合アンテナと静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整し、誘導結合アンテナ及び静電容量結合アンテナにより発生させる電界の強さを調整できるので、容器内に処理に最適なプラズマを生成することができ、誘導結合アンテナを用いたプラズマ処理において、試料の処理中に真空容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することのできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図３】図２の放電回路の等価回路を示す図である。
【図４】図３の等価回路の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図６】図５の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図７】図６の放電回路の等価回路を示す図である。
【図８】図６の等価回路の他の実施例を示す図である。
【図９】本発明の第三の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１０】図９の装置の放電回路を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第三の実施例の概念を用いた実験装置の放電回路を示す斜視図である。
【図１２】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１３】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１４】図１１の装置による実験データを示す図である。
【図１５】本発明の第四の実施例であるプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図１６】図１５の装置の放電回路の等価回路を示す図である。
【図１７】本発明の第五の実施例であるフプラズマ処理装置を示す斜視図である。
【図１８】図１７の装置の放電回路の等価回路を示す図である。
【図１９】本発明の第六の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２４】本発明の処理を適用した半導体処理プロセス工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…誘導結合アンテナ、２…真空容器、２ａ…放電部、２ｂ…処理部、３…整合器（マッチングボックス）、４…ガス供給装置、５…電極、６…プラズマ、７…排気装置、８…静電容量結合アンテナ、９…負荷、１０…第一の高周波電源、１１…負荷、１２…第二の高周波電源、１３…ウエハ、１５ａ…領域、１５ｂ…領域、１７…負荷
Claims (26)
- 一部若しくは全体が内部にプラズマ生成部を形成する領域を有する容器と、
前記容器の外側でかつ前記プラズマが形成される領域を囲む面に対し配置された誘導結合アンテナと、
前記容器の外側でかつ少なくとも前記誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し配置された静電容量結合アンテナとを備え、
前記容器は、前記プラズマが形成される領域全体を囲む面が２面あり、
前記２面の一方の面に対し前記誘導結合アンテナが配置され、
前記一方の面を含む前記２面に対し前記静電容量結合アンテナが配置され、
前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナとが、プラズマ生成用の高周波電力を供給する第一の高周波電源に電気的に直列に接続されており、
前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整する調整手段を設けた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記第一の高周波電源、前記誘導結合アンテナ、前記静電容量結合アンテナの順に電気的に直列に接続されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記調整手段は、前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナのいずれか又は両方に流れる高周波電流の大きさを調整する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記調整手段は、前記静電容量結合アンテナに流れる高周波電流を調整する回路である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記誘導結合アンテナが配置された同一面に対し配置される前記静電容量結合アンテナは、前記誘導結合アンテナと該同一の面との間に配置され、前記誘導結合アンテナの電界が透過する開口を有する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記誘導結合アンテナが配置された同一面に対し配置される前記静電容量結合アンテナは、前記誘導結合アンテナの外側に配置される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
該プラズマ生成部を取り囲む前記容器が非導電性材料で成る真空容器であり、
前記真空容器内に処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記真空容器内を減圧排気する排気装置と、
前記非導電性材料で成る前記真空容器の部分の外側に設けられ、電気的に直列接続され、前記プラズマ生成部に電界を発生するコイル状の前記誘導結合アンテナ及び板状の前記静電容量結合アンテナと、
前記第一の高周波電源と、
前記両アンテナのインピーダンスと前記第一の高周波電源の出力インピーダンスとの整合をとる整合器と、
前記真空容器内に設けられ被処理物を配置する電極と、
前記電極に高周波電界を印加する第二の高周波電源とを具備した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項７記載のプラズマ処理装置において、
前記静電容量結合アンテナに対して実抵抗が小さくリアクタンスが可変な負荷回路を並列に挿入し、前記静電容量結合アンテナに流れる高周波電流を調整する回路を設けた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項８記載のプラズマ処理装置において、
前記負荷回路としてバリコンと固定インダクターを直列に接続した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項７記載のプラズマ処理装置において、
前記誘導結合アンテナを２系統以上の誘導結合アンテナとし、
前記各誘導結合アンテナ流れる高周波電流の大きさを調整する回路を設けた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１０記載のプラズマ処理装置において、
前記２系統以上の前記誘導結合アンテナを並列に接続し、
前記２系統の１系統以上に、実抵抗が小さくリアクタンスが可変な負荷回路を直列に設置した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１０記載のプラズマ処理装置において、
前記２系統以上の前記誘導結合アンテナを並列に接続し、
前記２系統の１系統以上に、実抵抗が小さくリアクタンスが可変な負荷回路を並列に設置した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１０記載のプラズマ処理装置において、
前記２系統以上の誘導結合アンテナを直列に接続し、該誘導結合アンテナの接続部から、実抵抗が小さくリアクタンスが可変な負荷回路をアースに接続した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記調整手段は、前記静電容量結合アンテナに対して並列にリアクタンスを可変可能な負荷回路を接続して成る
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記調整手段は、前記誘導結合アンテナに流れる高周波電流を調整する回路である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１５記載のプラズマ処理装置において、
前記回路は、前記静電容量結合アンテナに対して並列にリアクタンスを可変可能な負荷回路を接続して成る
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - プラズマ処理装置おいてプラズマを生成し、該プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
一部若しくは全体が内部にプラズマ生成部を形成する領域を有する容器と、
前記容器の外側でかつ前記プラズマが形成される領域を囲む面に対し配置された誘導結合アンテナと、
前記容器の外側でかつ少なくとも前記誘導結合アンテナが配置されていない部分の面に対し配置された静電容量結合アンテナとを備え、
前記容器は、前記プラズマが形成される領域全体を囲む面が２面あり、
前記２面の一方の面に対し前記誘導結合アンテナが配置され、
前記一方の面を含む前記２面に対し前記静電容量結合アンテナが配置され、
前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナが電気的に直列に、プラズマ生成用の高周波電力を供給する第一の高周波電源に接続され、
前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナに流れる高周波電流の割合を調整する調整手段を備えており、
前記調整手段により、前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナに流れる前記高周波電流の割合を調整し、
前記誘導結合アンテナ及び前記静電容量結合アンテナによる電界を用いて前記容器内にプラズマを生成し、該プラズマを用いて前記試料を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、
前記容器の外周部に巻装された前記誘導結合アンテナと前記容器の外側で前記誘導結合アンテナより内側に配置された前記静電容量結合アンテナとが電気的に直列に接続されており、
前記容器内に前記プラズマを生成する際に、前記静電容量結合アンテナに流れる電流の大きさを調節して、前記容器の中央部に生成される前記プラズマの強さを調節し、前記試料を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、
前記電気的に直列接続された誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナの間に一方が接続され、他方がアースに接地されたインピーダンスの大きさを可変可能な負荷を備えており、
前記負荷のインピーダンスの大きさを調整し、前記容器内に生成される静電容量結合放電によるプラズマの割合を調整する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、
前記容器の外周部に巻装された前記誘導結合アンテナと前記容器の外側で前記誘導結合アンテナより内側に配置された前記静電容量結合アンテナとが電気的に直列に接続されており、
前記誘導結合アンテナ及び前記静電容量結合アンテナが形成する前記電界を用いて前記容器内にプラズマを生成する際に、前記誘導結合アンテナに流れる電流の大きさを調節して、前記容器の外周部に生成される前記プラズマの強さを調節し、前記試料を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、
前記容器の外周部に巻装された前記誘導結合アンテナと前記容器の外側で前記誘導結合アンテナより内側に配置された前記静電容量結合アンテナとが電気的に直列に接続されており、
前記容器内に前記プラズマを生成する際に、前記静電容量結合アンテナおよび前記誘導結合アンテナに流れる電流の大きさを調節して、前記容器の外周部および中央部に生成される前記プラズマの強さを調節し、前記試料を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記プラズマ処理装置は、
前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナとを電気的に直列に接続して前記高周波電力を供給する高周波電力印加回路を備えており、
前記両アンテナへの前記高周波電力印加回路のインピーダンスのマッチングをとり、前記両アンテナに前記高周波電力を供給して、前記前記プラズマ生成部にプラズマを発生させ、
前記真空容器内に配置された試料に対して、前記プラズマ中のイオンを入射させるバイアス電圧を印加し、
前記試料をプラズマ処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項２２記載のプラズマ処理方法において、
前記誘導結合アンテナは複数の系で構成されており、
前記静電容量結合アンテナに流れる高周波電流を変化させるとともに、前記プラズマ分布の変化を生じることなく、前記各誘導結合アンテナに流れる高周波電流を、変化させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項２３記載のプラズマ処理方法において、
プロセスレシピの異なる処理を連続して処理する際に、
前記各誘導結合アンテナに流れる高周波電流を調節する工程と、該工程により設定された処理プロセスを実行する工程とを交互に繰り返し、前記試料の処理を行う
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
電気的に直列に接続された前記誘導結合アンテナと前記静電容量結合アンテナによって前記容器内に電界を形成し、
前記誘導結合アンテナからの電界が弱い部分に前記静電容量結合の電界を形成し、
これらの電界を用いて前記容器内に前記プラズマを生成し、該プラズマを用いて前記試料を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１７記載のプラズマ処理方法において、
前記静電容量結合アンテナと電気的に直列に接続された前記誘導結合アンテナが形成する前記電界の内、前記容器の内壁面に反応生成物が付着する弱い電界の部分に、前記静電容量結合アンテナによる強い電界を形成し、前記容器の内壁面への前記反応生成物の付着を抑制する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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