JPH09312271A - プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法 - Google Patents
プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法Info
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- JPH09312271A JPH09312271A JP8126742A JP12674296A JPH09312271A JP H09312271 A JPH09312271 A JP H09312271A JP 8126742 A JP8126742 A JP 8126742A JP 12674296 A JP12674296 A JP 12674296A JP H09312271 A JPH09312271 A JP H09312271A
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
- H01J37/32155—Frequency modulation
- H01J37/32165—Plural frequencies
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ中および基板上でのイオンやラジカ
ル等の活性種を制御し、かつ高周波の姿態や磁場分布に
影響されずに均一でかつ高密度、高励起プラズマを形成
し、薄膜形成及びエッチングを良好に行う薄膜形成方法
及びエッチング方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 誘電体板５上に同心環状電極６を設けた
高周波電力導入部４を、基板２と対向させる構成であ
る。第１高周波８と第２高周波９を混合器７によって混
合された高周波が同心環状電極６に印加されており、高
周波電力導入部４より放射された高周波によりプラズマ
を発生させ、真空槽１内に導入した成膜ガスを励起また
はイオン化させて、基板２上に薄膜を形成するか、基板
２上に照射してエッチングを行う。
ル等の活性種を制御し、かつ高周波の姿態や磁場分布に
影響されずに均一でかつ高密度、高励起プラズマを形成
し、薄膜形成及びエッチングを良好に行う薄膜形成方法
及びエッチング方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 誘電体板５上に同心環状電極６を設けた
高周波電力導入部４を、基板２と対向させる構成であ
る。第１高周波８と第２高周波９を混合器７によって混
合された高周波が同心環状電極６に印加されており、高
周波電力導入部４より放射された高周波によりプラズマ
を発生させ、真空槽１内に導入した成膜ガスを励起また
はイオン化させて、基板２上に薄膜を形成するか、基板
２上に照射してエッチングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波に基づくプ
ラズマを用いた装置と、そのプラズマ装置を用いた薄膜
形成方法及びエッチング方法に関するものである。
ラズマを用いた装置と、そのプラズマ装置を用いた薄膜
形成方法及びエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマＣＶＤやプラズマドライエッチ
ングは、半導体プロセスなどの薄膜プロセスにおける重
要な基幹技術の一つであり、現在基板の大口径化やパタ
ーンの高アスペクト化の要求のために、高密度プラズマ
の研究が盛んに行われ、また一方では、プラズマの制御
を高める試みがなされている。
ングは、半導体プロセスなどの薄膜プロセスにおける重
要な基幹技術の一つであり、現在基板の大口径化やパタ
ーンの高アスペクト化の要求のために、高密度プラズマ
の研究が盛んに行われ、また一方では、プラズマの制御
を高める試みがなされている。
【０００３】上記の従来の技術の１つとして、例えば、
ジャパン ジャーナル オブ アプライド フィジック
ス 第３３巻第２１３３頁 （Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ， ３
３， ｐ．２１３３（１９９４））に記載された、パル
ス変調をした電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マによるドライエッチング装置を挙げることができる。
ジャパン ジャーナル オブ アプライド フィジック
ス 第３３巻第２１３３頁 （Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ， ３
３， ｐ．２１３３（１９９４））に記載された、パル
ス変調をした電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マによるドライエッチング装置を挙げることができる。
【０００４】そこで、以下では上記した従来のパルス変
調のＥＣＲプラズマドライエッチング装置について図面
を参照しながら説明する。
調のＥＣＲプラズマドライエッチング装置について図面
を参照しながら説明する。
【０００５】図８は、従来のパルス変調のＥＣＲプラズ
マドライエッチング装置の概略を示す断面図である。基
本構成としては、パルス幅を１０〜１００μ秒に変える
ことの可能なクラストロン（表示せず）によってパルス
変調を受けた２．４５ＧＨｚのマイクロ波を伝送するマ
イクロ波導波管２１とＥＣＲプラズマを発生させて試料
３をエッチングする放電室２０からなる。そして、マイ
クロ波の伝搬方向２３はマイクロ波導波管２１から石英
ガラス２２を通して放電室２０に進む。そして電磁石２
４によって電子サイクロトロン共鳴条件を満たす０．０
８７５Ｔ以上の磁場強度を印加することによって、放電
室２０内にパルス変調の受けたＥＣＲプラズマを発生さ
せる。パルス変調を受けたＥＣＲプラズマは、プラズマ
密度を維持しながら電子温度だけを極端に変化させるこ
とが可能であるため、プラズマ中の活性種の寿命の差を
利用することで活性種の割合を変化させることができ
る。また基板への電荷蓄積の抑制にも効果的である。こ
のようなプラズマを試料３まで輸送し、良好なエッチン
グが行われるというものである。
マドライエッチング装置の概略を示す断面図である。基
本構成としては、パルス幅を１０〜１００μ秒に変える
ことの可能なクラストロン（表示せず）によってパルス
変調を受けた２．４５ＧＨｚのマイクロ波を伝送するマ
イクロ波導波管２１とＥＣＲプラズマを発生させて試料
３をエッチングする放電室２０からなる。そして、マイ
クロ波の伝搬方向２３はマイクロ波導波管２１から石英
ガラス２２を通して放電室２０に進む。そして電磁石２
４によって電子サイクロトロン共鳴条件を満たす０．０
８７５Ｔ以上の磁場強度を印加することによって、放電
室２０内にパルス変調の受けたＥＣＲプラズマを発生さ
せる。パルス変調を受けたＥＣＲプラズマは、プラズマ
密度を維持しながら電子温度だけを極端に変化させるこ
とが可能であるため、プラズマ中の活性種の寿命の差を
利用することで活性種の割合を変化させることができ
る。また基板への電荷蓄積の抑制にも効果的である。こ
のようなプラズマを試料３まで輸送し、良好なエッチン
グが行われるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】薄膜形成やエッチング
では、基板や試料全面において成膜速度やエッチング速
度が均一でかつ高速に処理することが重要であり、さら
に基板への電荷蓄積の抑制などのプラズマ及び基板上で
のイオンやラジカルの解離・反応の制御が重要である。
この要求のために、イオンやラジカルなどの活性種を制
御できる機能を有した高密度、高励起なプラズマが必要
とされている。
では、基板や試料全面において成膜速度やエッチング速
度が均一でかつ高速に処理することが重要であり、さら
に基板への電荷蓄積の抑制などのプラズマ及び基板上で
のイオンやラジカルの解離・反応の制御が重要である。
この要求のために、イオンやラジカルなどの活性種を制
御できる機能を有した高密度、高励起なプラズマが必要
とされている。
【０００７】しかしながら、従来のプラズマ装置及び薄
膜形成方法、エッチング方法においては、次のような課
題があった。
膜形成方法、エッチング方法においては、次のような課
題があった。
【０００８】まず、パルス変調を駆けてプラズマをｏｎ
−ｏｆｆの２状態で形成するため、プラズマ中に大きな
ドリフト運動が発生して、プラズマが非常に不安定とな
り、成膜およびエッチングに斑が起きやすい。
−ｏｆｆの２状態で形成するため、プラズマ中に大きな
ドリフト運動が発生して、プラズマが非常に不安定とな
り、成膜およびエッチングに斑が起きやすい。
【０００９】また、高密度、高励起のプラズマとしてＥ
ＣＲプラズマを用いているために、高周波のマイクロ波
を必要とする。とくに、数ＧＨｚのマイクロ波の場合そ
の波長が１０ｃｍ程度であり、薄膜形成やエッチングに
使用される真空槽の大きさは１桁ほどの違いのため、真
空槽内にマイクロ波のモードが発生してしまう。このた
めに、放電が起きると、マイクロ波のモードにそってプ
ラズマ密度の分布ができ、膜厚分布やエッチング斑がで
きてしまう。
ＣＲプラズマを用いているために、高周波のマイクロ波
を必要とする。とくに、数ＧＨｚのマイクロ波の場合そ
の波長が１０ｃｍ程度であり、薄膜形成やエッチングに
使用される真空槽の大きさは１桁ほどの違いのため、真
空槽内にマイクロ波のモードが発生してしまう。このた
めに、放電が起きると、マイクロ波のモードにそってプ
ラズマ密度の分布ができ、膜厚分布やエッチング斑がで
きてしまう。
【００１０】さらに、ＥＣＲプラズマを発生させるため
には、電磁石や永久磁石等による磁場を印加する必要が
あるため、磁場分布の不均一性による膜厚の不均一性及
びエッチング斑ができてしまう。とくにイオン等は磁場
分布によって進行方向が変えられるため、磁場分布は、
膜厚分布やエッチング状態に大きな影響を与えてしま
う。さらに、基板の大口径化に伴って、真空槽や磁場の
発生装置は大型化してしまう。
には、電磁石や永久磁石等による磁場を印加する必要が
あるため、磁場分布の不均一性による膜厚の不均一性及
びエッチング斑ができてしまう。とくにイオン等は磁場
分布によって進行方向が変えられるため、磁場分布は、
膜厚分布やエッチング状態に大きな影響を与えてしま
う。さらに、基板の大口径化に伴って、真空槽や磁場の
発生装置は大型化してしまう。
【００１１】本発明は、係る課題に鑑みてなされたもの
であり、イオンやラジカル等を制御し、また均一でかつ
高密度、高励起のプラズマを発生し、かつ大口径化でき
るプラズマ装置を提供することを目的とするものであ
る。また本発明は、上記のプラズマ装置を用いた薄膜形
成方法とエッチング方法を提供することを目的とするも
のである。
であり、イオンやラジカル等を制御し、また均一でかつ
高密度、高励起のプラズマを発生し、かつ大口径化でき
るプラズマ装置を提供することを目的とするものであ
る。また本発明は、上記のプラズマ装置を用いた薄膜形
成方法とエッチング方法を提供することを目的とするも
のである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のプラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチン
グ方法は、真空槽内に基板設置台及び複数個の電極を対
向して設置し、第１高周波と第２高周波とを混合させる
混合器と電極とを結合させた真空槽に、成膜用ガスまた
はエッチングガスを導入し、高周波電力導入部から放射
されて発生したプラズマによって成膜用ガスまたはエッ
チングガスを励起またはイオン化し、この励起またはイ
オン化された粒子を基板上に堆積させ、または試料をエ
ッチングする構成となっている。
め、本発明のプラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチン
グ方法は、真空槽内に基板設置台及び複数個の電極を対
向して設置し、第１高周波と第２高周波とを混合させる
混合器と電極とを結合させた真空槽に、成膜用ガスまた
はエッチングガスを導入し、高周波電力導入部から放射
されて発生したプラズマによって成膜用ガスまたはエッ
チングガスを励起またはイオン化し、この励起またはイ
オン化された粒子を基板上に堆積させ、または試料をエ
ッチングする構成となっている。
【００１３】また、本発明のプラズマ装置、薄膜形成方
法及びエッチング方法は、真空槽内に、基板設置台と複
数個の第１電極および第２電極を対向して設置し、第１
電極間及び前記第２電極間に永久磁石を設置し、第１電
極と第２電極をそれぞれ第１高周波源と第２高周波源に
別々に接続させ真空槽に、成膜用ガスまたはエッチング
ガスを導入し、第１及び第２高周波電力導入部から放射
されて発生したプラズマによって成膜用ガスまたはエッ
チングガスを励起またはイオン化し、この励起またはイ
オン化された粒子を基板上に堆積させ、または試料をエ
ッチングする構成となっている。
法及びエッチング方法は、真空槽内に、基板設置台と複
数個の第１電極および第２電極を対向して設置し、第１
電極間及び前記第２電極間に永久磁石を設置し、第１電
極と第２電極をそれぞれ第１高周波源と第２高周波源に
別々に接続させ真空槽に、成膜用ガスまたはエッチング
ガスを導入し、第１及び第２高周波電力導入部から放射
されて発生したプラズマによって成膜用ガスまたはエッ
チングガスを励起またはイオン化し、この励起またはイ
オン化された粒子を基板上に堆積させ、または試料をエ
ッチングする構成となっている。
【００１４】前記本発明のプラズマ装置、薄膜形成方法
及びエッチング方法においては、電極間に複数個の永久
磁石を設置し、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数領域の高周
波を第１高周波とし、１００ＭＨz以上のマイクロ波を
第２高周波にすることが好ましい。
及びエッチング方法においては、電極間に複数個の永久
磁石を設置し、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数領域の高周
波を第１高周波とし、１００ＭＨz以上のマイクロ波を
第２高周波にすることが好ましい。
【００１５】前記本発明のプラズマ装置、薄膜形成方法
及びエッチング方法においては、電極間付近の磁界強度
として、第２高周波の周波数で決まる電子サイクロトロ
ン共鳴条件以上の強度にすることが好ましい。
及びエッチング方法においては、電極間付近の磁界強度
として、第２高周波の周波数で決まる電子サイクロトロ
ン共鳴条件以上の強度にすることが好ましい。
【００１６】本発明の電極間隔としてはプラズマの均一
性を削ごわなければどのようにとってもよい。また、複
数個どうしの電極間隔も同じである必要もなく、プラズ
マ分布の均一性を微調整する必要であれば、変化させて
もよい。また電極の数も基板等の大きさに合わせてプラ
ズマの均一性を削ごわなければいくつでもよい。
性を削ごわなければどのようにとってもよい。また、複
数個どうしの電極間隔も同じである必要もなく、プラズ
マ分布の均一性を微調整する必要であれば、変化させて
もよい。また電極の数も基板等の大きさに合わせてプラ
ズマの均一性を削ごわなければいくつでもよい。
【００１７】本発明の薄膜形成およびエッチング時の圧
力範囲としては、薄膜の構成材料によって異なるので一
概に言いがたいが、通常１０ー2Ｐａ〜２０Ｐａ程度の圧
力範囲で適当な圧力を採用すればよい。高周波電力は、
用いる成膜ガスやエッチングガスの種類などによって異
なるので、一概に規定しがたいが、例えば、２０〜１０
００Ｗ程度である。
力範囲としては、薄膜の構成材料によって異なるので一
概に言いがたいが、通常１０ー2Ｐａ〜２０Ｐａ程度の圧
力範囲で適当な圧力を採用すればよい。高周波電力は、
用いる成膜ガスやエッチングガスの種類などによって異
なるので、一概に規定しがたいが、例えば、２０〜１０
００Ｗ程度である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。
説明する。
【００１９】（実施の形態１）図１は本発明におけるプ
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、真空槽１の中に、設置台３上に
配置された基板２と基板２に対向させた高周波電力導入
部４が配置されている。真空槽１の内径は４００ｍｍで
あり、基板２と高周波電力導入部４との間の距離を５０
０ｍｍとしている。
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、真空槽１の中に、設置台３上に
配置された基板２と基板２に対向させた高周波電力導入
部４が配置されている。真空槽１の内径は４００ｍｍで
あり、基板２と高周波電力導入部４との間の距離を５０
０ｍｍとしている。
【００２０】次に図２に上記した図１に示すプラズマ装
置の高周波電力導入部４付近の拡大図を示す。この高周
波電力導入部４は、誘電体板５上に形成された複数個の
同心環状電極６によって構成されており、具体的には誘
電体板５として石英板を用い、同心環状電極６は、誘電
体板５上に、幅９ｍｍ、厚さ５０μｍの銅製の環状電極
６を同心円上に４個並べ、電極間隔は５ｃｍとした。図
１における第１高周波８としては、１００ｋＨｚの高周
波、第２高周波９としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を用いて混合器７で混合した。
置の高周波電力導入部４付近の拡大図を示す。この高周
波電力導入部４は、誘電体板５上に形成された複数個の
同心環状電極６によって構成されており、具体的には誘
電体板５として石英板を用い、同心環状電極６は、誘電
体板５上に、幅９ｍｍ、厚さ５０μｍの銅製の環状電極
６を同心円上に４個並べ、電極間隔は５ｃｍとした。図
１における第１高周波８としては、１００ｋＨｚの高周
波、第２高周波９としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を用いて混合器７で混合した。
【００２１】そこで第１及び第２高周波の混合の様子を
図３のタイムチャートで示す。図３において、（ａ）は
マイクロ波９、（ｂ）は第１高周波８、（ｃ）は混合し
た混合波、および（ｄ）は放射された高周波である。こ
のようにして、二つの高周波は混合されてプラズマを発
生できる。
図３のタイムチャートで示す。図３において、（ａ）は
マイクロ波９、（ｂ）は第１高周波８、（ｃ）は混合し
た混合波、および（ｄ）は放射された高周波である。こ
のようにして、二つの高周波は混合されてプラズマを発
生できる。
【００２２】上記のようなプラズマ装置の性能を評価す
るためにファラディカップによるイオン電流、電子温
度、電子密度の測定を以下のように行った。
るためにファラディカップによるイオン電流、電子温
度、電子密度の測定を以下のように行った。
【００２３】真空槽１内に窒素ガスを導入し、ガス圧を
１Ｐａにし、続いて同心環状電極６に混合器７より図３
で示したような混合波を印加した。なお、この時の第１
高周波電力８は１００Ｗ、第２高周波電力９（マイクロ
波電力）は２００Ｗにした。このような放電条件におい
て、ファラディカップによるイオン電流は、ほぼ１００
ｋＨｚで変動しており、第１高周波を印加したために起
こっていることを確認できた。また、電子密度が約１０
10ｃｍ-3、電子温度が約３ｅＶの高密度高励起のプラズ
マが真空槽内に一様に形成できた。
１Ｐａにし、続いて同心環状電極６に混合器７より図３
で示したような混合波を印加した。なお、この時の第１
高周波電力８は１００Ｗ、第２高周波電力９（マイクロ
波電力）は２００Ｗにした。このような放電条件におい
て、ファラディカップによるイオン電流は、ほぼ１００
ｋＨｚで変動しており、第１高周波を印加したために起
こっていることを確認できた。また、電子密度が約１０
10ｃｍ-3、電子温度が約３ｅＶの高密度高励起のプラズ
マが真空槽内に一様に形成できた。
【００２４】このようなプラズマ装置の真空槽１内の圧
力を１０-4Ｐａ以下にした後、成膜ガスとして水素ガス
とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3 ）とをそれぞれの供給口１２、１３より供給し
た。この時水素ガスとＴＭＡの流量はそれぞれ２０ｓｃ
ｃｍ、５ｓｃｃｍとし、全圧を１Ｐａとし、基板温度は
２００℃とした。
力を１０-4Ｐａ以下にした後、成膜ガスとして水素ガス
とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（Ｃ
Ｈ3）3 ）とをそれぞれの供給口１２、１３より供給し
た。この時水素ガスとＴＭＡの流量はそれぞれ２０ｓｃ
ｃｍ、５ｓｃｃｍとし、全圧を１Ｐａとし、基板温度は
２００℃とした。
【００２５】このような条件でプラズマを形成すると、
基板上にアルミニウム膜を０.７μｍ／ｍｉｎの成膜速
度で形成した。３μΩ・ｃｍの低い電気抵抗を示すアル
ミニウム膜を形成することができた。
基板上にアルミニウム膜を０.７μｍ／ｍｉｎの成膜速
度で形成した。３μΩ・ｃｍの低い電気抵抗を示すアル
ミニウム膜を形成することができた。
【００２６】以上のように本実施の形態によれば、２．
４５ＧＨｚと１００ｋＨｚという大きさの異なる２種類
の周波数を有する高周波電力を印加してプラズマを発生
させているため、下記のような効果を得ることが可能と
なる。
４５ＧＨｚと１００ｋＨｚという大きさの異なる２種類
の周波数を有する高周波電力を印加してプラズマを発生
させているため、下記のような効果を得ることが可能と
なる。
【００２７】まず、２．４５ＧＨｚという高い周波数
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
【００２８】そこで、本願発明のように、上記の２種類
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。また、本実施の形態では、上記のような２種類の高
周波電力を印加するにあたって、混合器を用いているた
め、ロスなく高周波を印加することが可能となる。
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。また、本実施の形態では、上記のような２種類の高
周波電力を印加するにあたって、混合器を用いているた
め、ロスなく高周波を印加することが可能となる。
【００２９】なお、本発明の実施の形態ではアルミニウ
ムの原料としてトリメチルアルミニウムを用いたが、そ
の他のアルミニウムを含む気体を用いることは本発明の
薄膜形成方法に含まれる。また、銅、タングステン、タ
ンタル、チタニウム、モリブデン等の金属元素を含むガ
スを用いて本発明のプラズマ装置によって金属膜を形成
することも本発明の薄膜形成方法に含まれる。
ムの原料としてトリメチルアルミニウムを用いたが、そ
の他のアルミニウムを含む気体を用いることは本発明の
薄膜形成方法に含まれる。また、銅、タングステン、タ
ンタル、チタニウム、モリブデン等の金属元素を含むガ
スを用いて本発明のプラズマ装置によって金属膜を形成
することも本発明の薄膜形成方法に含まれる。
【００３０】また、上記では、第１の高周波としては
２．４５ＧＨｚの周波数、第２の高周波としては１００
ｋＨｚの周波数を用いたが、大きいほうの第１の高周波
としては、１００ＭＨｚ以上、小さい方の第２の高周波
としては１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を用いることが望
ましい。
２．４５ＧＨｚの周波数、第２の高周波としては１００
ｋＨｚの周波数を用いたが、大きいほうの第１の高周波
としては、１００ＭＨｚ以上、小さい方の第２の高周波
としては１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を用いることが望
ましい。
【００３１】（実施の形態２）以下本発明実施の形態２
におけるエッチング方法について説明する。
におけるエッチング方法について説明する。
【００３２】二つの異なる周波数の高周波を用いたエッ
チング装置は、上記の実施の形態１で示した薄膜形成装
置とほぼ同じ構成であるため、相違した部分について図
６を参照しながら詳述する。
チング装置は、上記の実施の形態１で示した薄膜形成装
置とほぼ同じ構成であるため、相違した部分について図
６を参照しながら詳述する。
【００３３】真空槽１内に、試料１０、高周波電力導入
部４を配置し、この時高周波電力導入部４及び真空槽１
の寸法は、上記の実施の形態１と同じである。試料１０
をエッチングするためにエッチング用高周波電源１１を
設置台３に接続し、エッチング用高周波電源１１の周波
数は１ＭＨｚを用いた。なお、試料１０としては３−５
族化合物半導体材料のＧａＡｓ基板を用いた。
部４を配置し、この時高周波電力導入部４及び真空槽１
の寸法は、上記の実施の形態１と同じである。試料１０
をエッチングするためにエッチング用高周波電源１１を
設置台３に接続し、エッチング用高周波電源１１の周波
数は１ＭＨｚを用いた。なお、試料１０としては３−５
族化合物半導体材料のＧａＡｓ基板を用いた。
【００３４】このようなプラズマ装置の真空槽１内の圧
力を１０-4Ｐａ以下にした後、エッチングガスとして水
素ガスとメタンガスの混合ガスを用いてエッチングガス
供給口１４より真空槽１に導入し、それぞれの分圧を６
Ｐａ、０．５Ｐａとした。第１高周波電力８（１００ｋ
Ｈｚ）、第２高周波電力９（マイクロ波）およびエッチ
ング用高周波の電力をそれぞれ１００、２００、２００
Ｗとして印加した。
力を１０-4Ｐａ以下にした後、エッチングガスとして水
素ガスとメタンガスの混合ガスを用いてエッチングガス
供給口１４より真空槽１に導入し、それぞれの分圧を６
Ｐａ、０．５Ｐａとした。第１高周波電力８（１００ｋ
Ｈｚ）、第２高周波電力９（マイクロ波）およびエッチ
ング用高周波の電力をそれぞれ１００、２００、２００
Ｗとして印加した。
【００３５】このような条件でプラズマを形成し、試料
のエッチングを行なうと、エッチング速度は０．２μｍ
／ｍｉｎと非常に高速であった。その後、低温フォトル
ミネッセンス測定の結果、エッチング前後においてのエ
ッチングによる損傷のないことを確認した。
のエッチングを行なうと、エッチング速度は０．２μｍ
／ｍｉｎと非常に高速であった。その後、低温フォトル
ミネッセンス測定の結果、エッチング前後においてのエ
ッチングによる損傷のないことを確認した。
【００３６】以上のように本実施の形態によれば、上記
した実施の形態１と同様に、２．４５ＧＨｚと１００ｋ
Ｈｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する高周
波電力を印加してプラズマを発生させているため、下記
のような効果を得ることが可能となる。
した実施の形態１と同様に、２．４５ＧＨｚと１００ｋ
Ｈｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する高周
波電力を印加してプラズマを発生させているため、下記
のような効果を得ることが可能となる。
【００３７】まず、２．４５ＧＨｚという高い周波数
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
【００３８】そこで、本願発明のように、上記の２種類
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。また、本実施の形態では、上記のような２種類の高
周波電力を印加するにあたって、混合器を用いているた
め、ロスなく高周波を印加することが可能となる。
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。また、本実施の形態では、上記のような２種類の高
周波電力を印加するにあたって、混合器を用いているた
め、ロスなく高周波を印加することが可能となる。
【００３９】なお、本発明の実施の形態ではＧａＡｓ基
板のエッチングガスとしてメタンガスと水素ガスを用い
たが、その他の炭化水素ガス（ＣｍＨｎ；ｎ＝２ｍ＋
２、２ｍ：ｍは自然数、または２ｍ−２：ｍは２以上の
整数）でもよく、またメチルアルコールやエチルアルコ
ールなどのアルコール類でもよい。さらに、本発明の実
施の形態では、メタンガスと水素ガスを用いてエッチン
グを行ったが、水素ガスとメタンガスの混合ガスに希ガ
ス（ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン）を混ぜ
てもよい。
板のエッチングガスとしてメタンガスと水素ガスを用い
たが、その他の炭化水素ガス（ＣｍＨｎ；ｎ＝２ｍ＋
２、２ｍ：ｍは自然数、または２ｍ−２：ｍは２以上の
整数）でもよく、またメチルアルコールやエチルアルコ
ールなどのアルコール類でもよい。さらに、本発明の実
施の形態では、メタンガスと水素ガスを用いてエッチン
グを行ったが、水素ガスとメタンガスの混合ガスに希ガ
ス（ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン）を混ぜ
てもよい。
【００４０】本発明の実施の形態においてはエッチング
用高周波電源の周波数として１ＭＨｚを用いたが、数１
００ｋＨｚから１ＧＨｚまでの周波数領域の高周波であ
ればよい。
用高周波電源の周波数として１ＭＨｚを用いたが、数１
００ｋＨｚから１ＧＨｚまでの周波数領域の高周波であ
ればよい。
【００４１】また、本発明の実施の形態では３−５族化
合物半導体材料のＧａＡｓのエッチングを行なったが、
エッチングを行う材料としては、他の３−５族化合物半
導体材料でもよく、たとえば、ＩｎＰ、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＮ、ＧａxＡｌ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ
1-y（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）などでもよい。また、
これらの３−５族化合物半導体による量子井戸構造の薄
膜であってもよい。さらに、他のエッチング材料として
は、２−６化合物半導体材料でもよく、たとえばＺｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＺｎxＭｎ1-xＴｅ（０＜ｘ＜１）、ＣｄxＭｎ1-xＴ
ｅ（０＜ｘ＜１）、ＺｎxＣｄ1-xＴｅ（０＜ｘ＜１）、
ＺｎxＣｄ1-xＳｅ（０＜ｘ＜１）、ＺｎＳyＳｅ1-y（０
＜ｙ＜１）、ＺｎxＭｇ1-xＳyＳｅ1-y（０＜ｘ＜１，０
＜ｙ＜１）などでもよい。また、これらの２−６族化合
物半導体材料の量井戸構造の薄膜であってもよい。たと
えば、ＺｎＳｅ薄膜を本発明のプラズマ装置によって、
メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いてエッチングを
行なった結果、４０ｎｍ／ｍｉｎの高速のエッチングが
できた。また、低温フォトルミネッセンス測定の結果、
エッチングによる損傷がないことを確認した。
合物半導体材料のＧａＡｓのエッチングを行なったが、
エッチングを行う材料としては、他の３−５族化合物半
導体材料でもよく、たとえば、ＩｎＰ、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＮ、ＧａxＡｌ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎx
Ｇａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ
1-y（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）などでもよい。また、
これらの３−５族化合物半導体による量子井戸構造の薄
膜であってもよい。さらに、他のエッチング材料として
は、２−６化合物半導体材料でもよく、たとえばＺｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＺｎxＭｎ1-xＴｅ（０＜ｘ＜１）、ＣｄxＭｎ1-xＴ
ｅ（０＜ｘ＜１）、ＺｎxＣｄ1-xＴｅ（０＜ｘ＜１）、
ＺｎxＣｄ1-xＳｅ（０＜ｘ＜１）、ＺｎＳyＳｅ1-y（０
＜ｙ＜１）、ＺｎxＭｇ1-xＳyＳｅ1-y（０＜ｘ＜１，０
＜ｙ＜１）などでもよい。また、これらの２−６族化合
物半導体材料の量井戸構造の薄膜であってもよい。たと
えば、ＺｎＳｅ薄膜を本発明のプラズマ装置によって、
メタンガスと水素ガスの混合ガスを用いてエッチングを
行なった結果、４０ｎｍ／ｍｉｎの高速のエッチングが
できた。また、低温フォトルミネッセンス測定の結果、
エッチングによる損傷がないことを確認した。
【００４２】（実施の形態３）図４は本発明におけるプ
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、真空槽１の中に、設置台３上に
配置された基板２と基板２に対向させた高周波電力導入
部４を配置している。真空槽１の内径は４００ｍｍであ
り、基板２と高周波電力導入部４の間の距離は５００ｍ
ｍとした。また図５に図４に示したプラズマ装置の高周
波電力導入部４付近の拡大図を示す。
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、真空槽１の中に、設置台３上に
配置された基板２と基板２に対向させた高周波電力導入
部４を配置している。真空槽１の内径は４００ｍｍであ
り、基板２と高周波電力導入部４の間の距離は５００ｍ
ｍとした。また図５に図４に示したプラズマ装置の高周
波電力導入部４付近の拡大図を示す。
【００４３】図４及び図５において、高周波電力導入部
４は、第１誘電体板１５上に形成された複数個の同心環
状電極６と、同心環状電極６上に形成した第１誘電体板
１５の誘電率より大きな誘電率を有する第２誘電体膜１
６、および第１誘電体板１５の背面全面に亘って形成し
た導体１７によって構成されている。また、複数個の同
心環状電極６は、第１電極と第２電極によって構成され
ており、それぞれの電極は第１高周波源８と第２高周波
電源９に接続されている。具体的には、極の間隔は５ｃ
ｍとし、第１誘電体板５として石英板を用い、同心環状
電極６は第１誘電体板５上に、幅９ｍｍ、厚さ５０μｍ
の銅製の環状電極６を同心円上に４個並べた。第２誘電
体膜１６としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を用い、同心環状
電極６を形成したのちに、第１誘電体板５上にアルミナ
を形成した。なお、厚さは１００μｍにした。さらに、
第１誘電体板５の背面全面に銅製の導体１７を真空蒸着
で形成し、厚さを１０μｍにした。第１高周波８として
は１０ｋＨｚとし、第２高周波９としては２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を用いた。
４は、第１誘電体板１５上に形成された複数個の同心環
状電極６と、同心環状電極６上に形成した第１誘電体板
１５の誘電率より大きな誘電率を有する第２誘電体膜１
６、および第１誘電体板１５の背面全面に亘って形成し
た導体１７によって構成されている。また、複数個の同
心環状電極６は、第１電極と第２電極によって構成され
ており、それぞれの電極は第１高周波源８と第２高周波
電源９に接続されている。具体的には、極の間隔は５ｃ
ｍとし、第１誘電体板５として石英板を用い、同心環状
電極６は第１誘電体板５上に、幅９ｍｍ、厚さ５０μｍ
の銅製の環状電極６を同心円上に４個並べた。第２誘電
体膜１６としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を用い、同心環状
電極６を形成したのちに、第１誘電体板５上にアルミナ
を形成した。なお、厚さは１００μｍにした。さらに、
第１誘電体板５の背面全面に銅製の導体１７を真空蒸着
で形成し、厚さを１０μｍにした。第１高周波８として
は１０ｋＨｚとし、第２高周波９としては２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を用いた。
【００４４】上記のようなプラズマ装置の性能を評価す
るために電子温度、電子密度の測定を行った。具体的に
は真空槽１内に窒素ガスを導入し、ガス圧を１Ｐａにし
た。第１電極２０に第１高周波（１０ｋＨｚ）から１０
０Ｗ印加し、第２電極２１に第２高周波（２．４５ＧＨ
ｚ）から２００Ｗ印加した。その結果、電子密度が約５
Ｘ１０10ｃｍ-3、電子温度が約４ｅＶの高密度高励起の
プラズマが一様に形成できた。
るために電子温度、電子密度の測定を行った。具体的に
は真空槽１内に窒素ガスを導入し、ガス圧を１Ｐａにし
た。第１電極２０に第１高周波（１０ｋＨｚ）から１０
０Ｗ印加し、第２電極２１に第２高周波（２．４５ＧＨ
ｚ）から２００Ｗ印加した。その結果、電子密度が約５
Ｘ１０10ｃｍ-3、電子温度が約４ｅＶの高密度高励起の
プラズマが一様に形成できた。
【００４５】さらに、プラズマ分光計測を行うと、第１
高周波を印加しない場合、励起された窒素分子による発
光（Ｎ2 *：３３７ｎｍ）と励起された窒素分子イオンに
よる発光（Ｎ2 +*：３９２ｎｍ）は発光強度は、ほぼ同
じであったが、第１高周波を印加し、電力を増加する
と、徐々にＮ2 +*の発光強度は減少し、２００Ｗまで増
加するとＮ2 +*／Ｎ2 +＝１／１０までなった。これは、
第１電極によってイオン等が引き寄せられてるためと考
えられる。また、それぞれの発光を時間分解して行う
と、ほぼ１０ｋＨｚの周期で変調されていた。
高周波を印加しない場合、励起された窒素分子による発
光（Ｎ2 *：３３７ｎｍ）と励起された窒素分子イオンに
よる発光（Ｎ2 +*：３９２ｎｍ）は発光強度は、ほぼ同
じであったが、第１高周波を印加し、電力を増加する
と、徐々にＮ2 +*の発光強度は減少し、２００Ｗまで増
加するとＮ2 +*／Ｎ2 +＝１／１０までなった。これは、
第１電極によってイオン等が引き寄せられてるためと考
えられる。また、それぞれの発光を時間分解して行う
と、ほぼ１０ｋＨｚの周期で変調されていた。
【００４６】このようなプラズマ装置の真空槽１内の圧
力を１０-6Ｐａ以下にした後、成膜ガスとして窒素ガス
とトリメチルガリウム（ＴＭＧ：Ｇａ（ＣＨ3）3 ）と
をそれぞれの供給口２２、２３より供給した。この時窒
素ガスとＴＭＧの流量はそれぞれ１０ｓｃｃｍ、０．５
ｓｃｃｍであり、全圧は１Ｐａにした。その後に、マイ
クロ波電力を３００Ｗ印加した。基板温度は６００℃と
し、基板２としてサファイアｃ面基板を用いた。
力を１０-6Ｐａ以下にした後、成膜ガスとして窒素ガス
とトリメチルガリウム（ＴＭＧ：Ｇａ（ＣＨ3）3 ）と
をそれぞれの供給口２２、２３より供給した。この時窒
素ガスとＴＭＧの流量はそれぞれ１０ｓｃｃｍ、０．５
ｓｃｃｍであり、全圧は１Ｐａにした。その後に、マイ
クロ波電力を３００Ｗ印加した。基板温度は６００℃と
し、基板２としてサファイアｃ面基板を用いた。
【００４７】このような条件でプラズマを形成し、基板
２上に窒化ガリウム膜を成長させた。Ｘ線回折法によっ
て結晶評価を行なうと、２θ＝３４．５９°近傍に（０
０２）面からの回折ピークが現れており、成長させたＧ
ａＮ膜がｃ軸配向していることが判明した。また反射高
エネルギー電子線回折（ＲＨＥＥＤ）法による評価で
は、ストリーク状の回折パターンが得ることができ、成
長させたＧａＮ膜が単結晶膜であり、また平滑性の良好
な膜であることが判明した。電気的特性では高抵抗膜で
あり、窒素空孔がない膜であると考えられる。さらに、
低温フォトルミネッセンス測定の結果より、不純物の混
入の少ない良質な膜であることを示した。
２上に窒化ガリウム膜を成長させた。Ｘ線回折法によっ
て結晶評価を行なうと、２θ＝３４．５９°近傍に（０
０２）面からの回折ピークが現れており、成長させたＧ
ａＮ膜がｃ軸配向していることが判明した。また反射高
エネルギー電子線回折（ＲＨＥＥＤ）法による評価で
は、ストリーク状の回折パターンが得ることができ、成
長させたＧａＮ膜が単結晶膜であり、また平滑性の良好
な膜であることが判明した。電気的特性では高抵抗膜で
あり、窒素空孔がない膜であると考えられる。さらに、
低温フォトルミネッセンス測定の結果より、不純物の混
入の少ない良質な膜であることを示した。
【００４８】以上のように本実施の形態によれば、上記
の実施の形態１の場合と同様に、２．４５ＧＨｚと１０
０ｋＨｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する
高周波電力を印加してプラズマを発生させているため、
下記のような効果を得ることが可能となる。
の実施の形態１の場合と同様に、２．４５ＧＨｚと１０
０ｋＨｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する
高周波電力を印加してプラズマを発生させているため、
下記のような効果を得ることが可能となる。
【００４９】まず、２．４５ＧＨｚという高い周波数
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
【００５０】そこで、本願発明のように、上記の２種類
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。
【００５１】また、本実施の形態では、上記の実施の形
態１と比較して、混合器を用いていないため、装置構成
そのものを簡略化させることが可能となる。但し、実施
の形態１の場合のように、ロスなく高周波を印加するた
めには、電極の大きさや形状の最適化が必要となる。
態１と比較して、混合器を用いていないため、装置構成
そのものを簡略化させることが可能となる。但し、実施
の形態１の場合のように、ロスなく高周波を印加するた
めには、電極の大きさや形状の最適化が必要となる。
【００５２】なお、本実施の形態ではガリウムの原料と
してトリメチルガリウムを用いたが、その他のガリウム
を含む気体用いることは本発明の薄膜形成方法に含まれ
る。また、本発明の実施の形態では窒素ガスを用いたが
窒素を含むガスであればよく、たとえば、アンモニアで
もよい。さらに、インジウム、アルミニウム等の３族元
素を含むガスと窒素を含むガスを用い、本発明のプラズ
マ装置によってＩｎＮ，ＡｌＮ，ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜
ｘ＜１），ＩｎxＡｌ1ーxＮ（０＜ｘ＜１）等の窒化物の
単結晶薄膜を形成することも本発明の薄膜形成方法に含
まれる。たとえば、アルミニウムを含むガスであるトリ
メチルアルミニウムを１ｓｃｃｍ、窒素ガス１０ｓｃｃ
ｍをプラズマ装置に供給し、基板温度を７００℃、マイ
クロ波電力を２５０Ｗ印加した作製条件において、サフ
ァイアｃ面基板上にＡｌＮ膜を成長させた。Ｘ線回折法
により結晶評価を行なうと、２θ＝３６°近傍に（００
２）面からの回折ピークが現れており、得られたＡｌＮ
膜がｃ軸配向していることを示した。また低温フォトル
ミネッセンス測定の結果より、不純物の少ない良質な膜
であることがわかった。
してトリメチルガリウムを用いたが、その他のガリウム
を含む気体用いることは本発明の薄膜形成方法に含まれ
る。また、本発明の実施の形態では窒素ガスを用いたが
窒素を含むガスであればよく、たとえば、アンモニアで
もよい。さらに、インジウム、アルミニウム等の３族元
素を含むガスと窒素を含むガスを用い、本発明のプラズ
マ装置によってＩｎＮ，ＡｌＮ，ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜
ｘ＜１），ＩｎxＡｌ1ーxＮ（０＜ｘ＜１）等の窒化物の
単結晶薄膜を形成することも本発明の薄膜形成方法に含
まれる。たとえば、アルミニウムを含むガスであるトリ
メチルアルミニウムを１ｓｃｃｍ、窒素ガス１０ｓｃｃ
ｍをプラズマ装置に供給し、基板温度を７００℃、マイ
クロ波電力を２５０Ｗ印加した作製条件において、サフ
ァイアｃ面基板上にＡｌＮ膜を成長させた。Ｘ線回折法
により結晶評価を行なうと、２θ＝３６°近傍に（００
２）面からの回折ピークが現れており、得られたＡｌＮ
膜がｃ軸配向していることを示した。また低温フォトル
ミネッセンス測定の結果より、不純物の少ない良質な膜
であることがわかった。
【００５３】また、上記では、第１の高周波としては
２．４５ＧＨｚの周波数、第２の高周波としては１００
ｋＨｚの周波数を用いたが、大きいほうの第１の高周波
としては、１００ＭＨｚ以上、小さい方の第２の高周波
としては１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を用いることが望
ましい。
２．４５ＧＨｚの周波数、第２の高周波としては１００
ｋＨｚの周波数を用いたが、大きいほうの第１の高周波
としては、１００ＭＨｚ以上、小さい方の第２の高周波
としては１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を用いることが望
ましい。
【００５４】（実施の形態４）図６は本発明におけるプ
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、上記の第３の発明の実施の形態
における図４で示したプラズマ装置に永久磁石１８とエ
ッチング用高周波電源１１を付加したものである。
ラズマ装置の実施の形態の概略断面図を示したものであ
る。基本構成としては、上記の第３の発明の実施の形態
における図４で示したプラズマ装置に永久磁石１８とエ
ッチング用高周波電源１１を付加したものである。
【００５５】従って以下では、実施の形態３と相違した
部分については詳述し、同一の部分については要約して
説明する。
部分については詳述し、同一の部分については要約して
説明する。
【００５６】図６において真空槽１の中には、設置台
３、試料１０、高周波電力導入部４およびエッチング用
高周波電源１１を配置している。具体的には真空槽１の
内径は３５０ｍｍであり、試料１０と高周波電力導入部
４の間の距離は５００ｍｍとした。図７は図６における
プラズマ装置の高周波電力導入部４付近の拡大図を示し
たものである。高周波電力導入部４は、第１誘電体板１
５、数個の同心環状電極６、第２誘電体膜１６、第１誘
電体板１５に形成した導体１７および永久磁石１８によ
って構成されている。また、同心環状電極６は、第１電
極と第２電極によって構成されいる。第１誘電体板５、
同心環状電極６、第２誘電体膜１６、第１電極、第２電
極は実施の形態３で示したものと同一である。永久磁石
１８は直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍのサマリウム・コバ
ルトであり、この永久磁石１８を環状電極間に多数配置
した。また、同心円の中心から順次極性を反転させてい
る。さらに図７に示すように、各の永久磁石１８は第１
誘電体板５の背面側で軟鉄の導体１７によって結合され
ている。その結果、環状電極間の第２誘電体膜上におけ
る磁場強度は、印加高周波の電子サイクロトロン共鳴条
件を満たすようになった。第２高周波９として２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を用いた場合、電子サイクロトロン
共鳴条件の磁場強度は０．０８７５Ｔである。また、永
久磁石１８は冷却水出入口１９によって水冷できるよう
になっている。設置台３はエッチング用高周波電源１１
に接続されている。第１高周波としては５０ｋＨｚ、第
２高周波としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い、
エッチング用の高周波源の周波数は１３．５６ＭＨｚを
用いた。
３、試料１０、高周波電力導入部４およびエッチング用
高周波電源１１を配置している。具体的には真空槽１の
内径は３５０ｍｍであり、試料１０と高周波電力導入部
４の間の距離は５００ｍｍとした。図７は図６における
プラズマ装置の高周波電力導入部４付近の拡大図を示し
たものである。高周波電力導入部４は、第１誘電体板１
５、数個の同心環状電極６、第２誘電体膜１６、第１誘
電体板１５に形成した導体１７および永久磁石１８によ
って構成されている。また、同心環状電極６は、第１電
極と第２電極によって構成されいる。第１誘電体板５、
同心環状電極６、第２誘電体膜１６、第１電極、第２電
極は実施の形態３で示したものと同一である。永久磁石
１８は直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍのサマリウム・コバ
ルトであり、この永久磁石１８を環状電極間に多数配置
した。また、同心円の中心から順次極性を反転させてい
る。さらに図７に示すように、各の永久磁石１８は第１
誘電体板５の背面側で軟鉄の導体１７によって結合され
ている。その結果、環状電極間の第２誘電体膜上におけ
る磁場強度は、印加高周波の電子サイクロトロン共鳴条
件を満たすようになった。第２高周波９として２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を用いた場合、電子サイクロトロン
共鳴条件の磁場強度は０．０８７５Ｔである。また、永
久磁石１８は冷却水出入口１９によって水冷できるよう
になっている。設置台３はエッチング用高周波電源１１
に接続されている。第１高周波としては５０ｋＨｚ、第
２高周波としては２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い、
エッチング用の高周波源の周波数は１３．５６ＭＨｚを
用いた。
【００５７】このようなプラズマ装置の性能を評価する
ために電子温度、電子密度の測定を行った。真空槽１内
にアルゴンガスを導入し、ガス圧を０．１Ｐａにした。
マイクロ波電力を２００Ｗ印加した場合、電子密度が２
Ｘ１０11ｃｍ-3、電子温度が約５ｅＶの高密度高励起の
プラズマが一様に形成できた。プラズマ分光計測やファ
ラディカップによるイオン電流測定においては、実施の
形態１と同様に第１高周波の周期で発光及びイオン電流
は変動した。
ために電子温度、電子密度の測定を行った。真空槽１内
にアルゴンガスを導入し、ガス圧を０．１Ｐａにした。
マイクロ波電力を２００Ｗ印加した場合、電子密度が２
Ｘ１０11ｃｍ-3、電子温度が約５ｅＶの高密度高励起の
プラズマが一様に形成できた。プラズマ分光計測やファ
ラディカップによるイオン電流測定においては、実施の
形態１と同様に第１高周波の周期で発光及びイオン電流
は変動した。
【００５８】このようなプラズマ装置の真空槽１内の圧
力を１０-5Ｐａ以下にした後、Ｓｉのエッチングガスと
してＣｌ2を用いてエッチングガス供給口１４より導入
し、流量を３０ｓｃｃｍ、圧力を０．１３Ｐａとした。
その後に、第１高周波８（５０ｋＨｚ）、第２高周波９
（マイクロ波）とエッチング用高周波の電力をそれぞれ
２００Ｗ、３００Ｗ、１００Ｗと印加した。試料１０と
しては、ポリシリコンを堆積したＳｉ基板を用い、ポリ
シリコン上にはレジストを塗布した。レジストのパター
ンとしては、ラインアンドスペースは０．５μｍ、ライ
ン幅０．５μｍのものを多数形成した。
力を１０-5Ｐａ以下にした後、Ｓｉのエッチングガスと
してＣｌ2を用いてエッチングガス供給口１４より導入
し、流量を３０ｓｃｃｍ、圧力を０．１３Ｐａとした。
その後に、第１高周波８（５０ｋＨｚ）、第２高周波９
（マイクロ波）とエッチング用高周波の電力をそれぞれ
２００Ｗ、３００Ｗ、１００Ｗと印加した。試料１０と
しては、ポリシリコンを堆積したＳｉ基板を用い、ポリ
シリコン上にはレジストを塗布した。レジストのパター
ンとしては、ラインアンドスペースは０．５μｍ、ライ
ン幅０．５μｍのものを多数形成した。
【００５９】このような条件でプラズマを形成し、試料
上のＳｉを１０ｎｍ／ｍｉｎの高速のエッチング速度で
エッチングすることができた。また、レジストパターン
を忠実に転写することができ、さらに、ノッチは観測さ
れなかった。
上のＳｉを１０ｎｍ／ｍｉｎの高速のエッチング速度で
エッチングすることができた。また、レジストパターン
を忠実に転写することができ、さらに、ノッチは観測さ
れなかった。
【００６０】以上のように本実施の形態によれば、上記
の実施の形態３の場合と同様に、２．４５ＧＨｚと１０
０ｋＨｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する
高周波電力を印加してプラズマを発生させているため、
下記のような効果を得ることが可能となる。
の実施の形態３の場合と同様に、２．４５ＧＨｚと１０
０ｋＨｚという大きさの異なる２種類の周波数を有する
高周波電力を印加してプラズマを発生させているため、
下記のような効果を得ることが可能となる。
【００６１】まず、２．４５ＧＨｚという高い周波数
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
（モードがたつような周波数）を印加した場合、電子密
度を高くすることができる一方で、モードがたつために
プラズマの均一性が損なわれてしまう。次に、１００ｋ
Ｈｚという低い周波数（モードがたたないような周波
数）を印加した場合、モードがたたないため均一にプラ
ズマを発生することができるものの、電子密度が低くな
ってしまう。
【００６２】そこで、本願発明のように、上記の２種類
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。
の高周波電力を印加することにより、電子密度が高い状
態で、しかも均一なプラズマを発生させることができ
る。
【００６３】なお、本実施の形態ではＳｉのエッチング
ガスとしてＣｌ2ガスを用いたが、その他のエッチング
ガスとして、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣＦ3Ｂｒ、ＨＢｒ
等を用いてエッチングすることは本発明のエッチング方
法に含まれる。さらに、本発明の実施の形態では、ＣＦ
3ガスのみを用いてエッチングを行ったが、ＣＦ3ガスに
酸素ガス、窒素ガスおよび希ガス（ヘリウム、アルゴ
ン、ネオン、クリプトン）を混合してよい。
ガスとしてＣｌ2ガスを用いたが、その他のエッチング
ガスとして、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣＦ3Ｂｒ、ＨＢｒ
等を用いてエッチングすることは本発明のエッチング方
法に含まれる。さらに、本発明の実施の形態では、ＣＦ
3ガスのみを用いてエッチングを行ったが、ＣＦ3ガスに
酸素ガス、窒素ガスおよび希ガス（ヘリウム、アルゴ
ン、ネオン、クリプトン）を混合してよい。
【００６４】本発明の実施の形態においてはエッチング
用高周波電源として１３．５６ＭＨｚの高周波を用いた
が、数ＭＨｚから１ＧＨｚまでの周波数領域の高周波で
あればよい。
用高周波電源として１３．５６ＭＨｚの高周波を用いた
が、数ＭＨｚから１ＧＨｚまでの周波数領域の高周波で
あればよい。
【００６５】また、本発明の実施の形態では、Ｓｉのエ
ッチングを行なったが、ＣＦ3ガスと水素ガスの混合ガ
スを用いてＳｉＯ2のエッチングを行っても、０．５μ
ｍ／ｍｉｎの高速のエッチング速度でエッチングするこ
とができた。その他のＳｉＯ 2のエッチングガスとし
て、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8等を用いたＳｉ
Ｏ 2のエッチングも本発明のエッチング方法に含まれ
る。
ッチングを行なったが、ＣＦ3ガスと水素ガスの混合ガ
スを用いてＳｉＯ2のエッチングを行っても、０．５μ
ｍ／ｍｉｎの高速のエッチング速度でエッチングするこ
とができた。その他のＳｉＯ 2のエッチングガスとし
て、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8等を用いたＳｉ
Ｏ 2のエッチングも本発明のエッチング方法に含まれ
る。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマ装
置、薄膜形成方法及びエッチング方法は、真空槽内に印
加する高周波を上記した発明の実施の形態に示されるよ
うな印加手段にすることにより、イオンやラジカル等を
制御し、かつ高密度、高励起のプラズマを均一に発生す
ることができ、大口径化も図れる。
置、薄膜形成方法及びエッチング方法は、真空槽内に印
加する高周波を上記した発明の実施の形態に示されるよ
うな印加手段にすることにより、イオンやラジカル等を
制御し、かつ高密度、高励起のプラズマを均一に発生す
ることができ、大口径化も図れる。
【００６７】まず、周波数の異なる二つの高周波を混合
させた高周波電力を、基板設置台に対向させて設置した
複数個の電極から、放射させてプラズマを発生させるの
で、高い周波数の高周波が変調を受けてプラズマが発生
できる。このために、低い高周波によってイオン等の粒
子を制御できる。
させた高周波電力を、基板設置台に対向させて設置した
複数個の電極から、放射させてプラズマを発生させるの
で、高い周波数の高周波が変調を受けてプラズマが発生
できる。このために、低い高周波によってイオン等の粒
子を制御できる。
【００６８】また、周波数の異なる第１高周波と第２高
周波を複数個の第１電極および第２電極それぞれ放射さ
せて、プラズマを発生させるので、低い周波数の高周波
によってイオンによる基板への衝撃を防ぐことができ
る。
周波を複数個の第１電極および第２電極それぞれ放射さ
せて、プラズマを発生させるので、低い周波数の高周波
によってイオンによる基板への衝撃を防ぐことができ
る。
【００６９】また、第１高周波として１ｋＨｚ〜１ＭＨ
ｚの周波数領域の高周波を用い、第２高周波として１０
０ＭＨｚ以上のマイクロ波を用いたので、第２高周波に
よってプラズマを維持を容易にし、第１高周波によって
イオン等の粒子を制御できるので、膜形成及びエッチン
グを良好に行うことができる。
ｚの周波数領域の高周波を用い、第２高周波として１０
０ＭＨｚ以上のマイクロ波を用いたので、第２高周波に
よってプラズマを維持を容易にし、第１高周波によって
イオン等の粒子を制御できるので、膜形成及びエッチン
グを良好に行うことができる。
【００７０】また、電極間に設置された複数個の永久磁
石によって均一なプラズマが発生でき、膜形成及びエッ
チングを良好に行うことができる。
石によって均一なプラズマが発生でき、膜形成及びエッ
チングを良好に行うことができる。
【００７１】さらに、電極間の位置の磁界強度として印
加高周波の周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件
の強度以上にすることによって、高密度、高励起のプラ
ズマが発生でき、かつ大口径化を図ることができる。
加高周波の周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件
の強度以上にすることによって、高密度、高励起のプラ
ズマが発生でき、かつ大口径化を図ることができる。
【図１】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の断
面図
面図
【図２】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の電
極付近の拡大平面図
極付近の拡大平面図
【図３】本発明の実施の形態において印加した各高周波
のタイムチャートを示す図
のタイムチャートを示す図
【図４】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の断
面図
面図
【図５】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の電
極付近の拡大平面図
極付近の拡大平面図
【図６】本発明の実施の形態におけるエッチング装置の
断面図
断面図
【図７】本発明の実施の形態におけるエッチング装置の
電極付近の拡大平面図
電極付近の拡大平面図
【図８】従来例のプラズマ装置の断面図
１ 真空槽 ２ 基板 ３ 設置台 ４ 高周波電力導入部 ５ 誘電体板 ６ 同心環状電極 ７ マイクロ波源 ８ 第１高周波源 ９ 第２高周波源 １０ 試料 １１ エッチング用高周波電源 １２ 成膜ガス供給口 １３ 成膜ガス供給口 １４ エッチングガス供給口 １５ 第１誘電体板 １６ 第２誘電体膜 １７ 導体 １８ 永久磁石 １９ 冷却水出入口 ２０ 放電室 ２１ マイクロ波導波管 ２２ 石英ガラス ２３ マイクロ波の伝搬方向 ２４ 電磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｃ // Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ
Claims (10)
- 【請求項１】真空槽と、前記真空槽内に対向して設置さ
れた基板設置台及び複数個の電極と、前記真空槽内に印
加される第１の高周波及び第２の高周波を発生させる手
段と、前記第１の高周波及び第２の高周波とを混合させ
る混合器とを有し、前記混合器と前記電極とを結合させ
たことを特徴とするプラズマ装置。 - 【請求項２】真空槽と、前記真空槽内に設置された基板
設置台と、前記真空槽内で前記基板設置台と対向して設
置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極
及び前記第２の電極に対して各々第１の高周波及び第２
の高周波を印加する手段とを有するプラズマ装置。 - 【請求項３】真空槽と、前記真空槽内に対向して設置さ
れた基板設置台及び複数個の電極と、前記真空槽内に印
加される第１の高周波及び第２の高周波を発生させる手
段と、前記第１の高周波及び第２の高周波とを混合させ
る混合器とを有し、前記混合器と前記電極とを結合させ
たプラズマ装置を用いた薄膜形成方法であって、前記電
極からなる高周波電力導入部から高周波電力を放射して
前記真空槽内にプラズマ領域を形成する工程と、前記真
空槽内に成膜用ガスを導入するとともに前記プラズマ領
域内で前記成膜用ガスを励起またはイオン化し、前記励
起またはイオン化された粒子を前記基板設置台上に設置
された基板上に堆積させる工程とを有することを特徴と
する薄膜形成方法。 - 【請求項４】真空槽と、前記真空槽内に設置された基板
設置台と、前記真空槽内で前記基板設置台と対向して設
置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極
及び前記第２の電極に対して各々第１の高周波及び第２
の高周波を印加する手段とを有するプラズマ装置を用い
た薄膜形成方法であって、前記第１の電極及び前記第２
の電極からなる高周波電力導入部から高周波電力を放射
して前記真空槽内にプラズマ領域を形成する工程と、前
記真空槽内に成膜用ガスを導入するとともに前記プラズ
マ領域内で前記成膜用ガスを励起またはイオン化し、前
記励起またはイオン化された粒子を前記基板設置台上に
設置された基板上に堆積させる工程とを有することを特
徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項５】電極間に複数個の永久磁石を設置し、かつ
１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数領域の高周波を第１の高周
波とし、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を第２の高周波
としたことを特徴とする請求項３または４に記載の薄膜
形成方法。 - 【請求項６】電極間付近の磁界強度として、第２の高周
波の周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件以上の
強度にしたことを特徴とする請求項３または４に記載の
薄膜形成方法。 - 【請求項７】真空槽と、前記真空槽内に対向して設置さ
れた基板設置台及び複数個の電極と、前記真空槽内に印
加される第１の高周波及び第２の高周波を発生させる手
段と、前記第１の高周波及び第２の高周波とを混合させ
る混合器とを有し、前記混合器と前記電極とを結合させ
たプラズマ装置を用いたエッチング方法であって、前記
電極からなる高周波電力導入部から高周波電力を放射し
て前記真空槽内にプラズマ領域を形成する工程と、前記
真空槽内にエッチング用ガスを導入するとともに前記プ
ラズマ領域内で前記エッチング用ガスを励起またはイオ
ン化し、前記励起またはイオン化された粒子を前記基板
設置台上に設置された基板上に照射させる工程とを有す
ることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項８】真空槽と、前記真空槽内に設置された基板
設置台と、前記真空槽内で前記基板設置台と対向して設
置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極
及び前記第２の電極に対して各々第１の高周波及び第２
の高周波を印加する手段とを有するプラズマ装置を用い
たエッチング方法であって、前記第１及び第２の電極か
らなる高周波電力導入部から高周波電力を放射して前記
真空槽内にプラズマ領域を形成する工程と、前記真空槽
内にエッチング用ガスを導入するとともに前記プラズマ
領域内で前記エッチング用ガスを励起またはイオン化
し、前記励起またはイオン化された粒子を前記基板設置
台上に設置された基板上に照射させる工程とを有するこ
とを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項９】電極間に複数個の永久磁石を設置し、かつ
１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数領域の高周波を第１の高周
波とし、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を第２の高周波
としたことを特徴とする請求項７または８に記載のエッ
チング方法。 - 【請求項１０】電極間付近の磁界強度として、第２高周
波の周波数で決まる電子サイクロトロン共鳴条件以上の
強度にしたことを特徴とする請求項７または８に記載の
エッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8126742A JPH09312271A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8126742A JPH09312271A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09312271A true JPH09312271A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14942790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8126742A Pending JPH09312271A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | プラズマ装置、薄膜形成方法及びエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09312271A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000277436A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Japan Science & Technology Corp | 窒化物半導体製造方法 |
| EP1215710A2 (en) * | 2000-12-12 | 2002-06-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for vacuum processing, semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
| JP2007250570A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Tokyo Electron Ltd | エッチング方法およびエッチング装置、ならびにコンピュータ読取可能な記憶媒体 |
| KR101533711B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2015-07-06 | 에프원소프트 주식회사 | 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버 |
-
1996
- 1996-05-22 JP JP8126742A patent/JPH09312271A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000277436A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Japan Science & Technology Corp | 窒化物半導体製造方法 |
| EP1215710A2 (en) * | 2000-12-12 | 2002-06-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for vacuum processing, semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
| EP1215710A3 (en) * | 2000-12-12 | 2014-10-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for vacuum processing, semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
| JP2007250570A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Tokyo Electron Ltd | エッチング方法およびエッチング装置、ならびにコンピュータ読取可能な記憶媒体 |
| KR101533711B1 (ko) * | 2008-11-19 | 2015-07-06 | 에프원소프트 주식회사 | 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버 |
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