JPH1070108A

JPH1070108A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH1070108A
Application number: JP8310352A
Authority: JP
Inventors: Seiji Sagawa; 誠二寒川; Tsutomu Tsukada; 勉塚田; Kojin Nakagawa; 行人中川; Kibatsu Shinohara; 己拔篠原; Hirobumi Matsumoto; 博文松本; Hiroyuki Kamiyama; 寛幸上山
Original assignee: Nihon Koshuha Co Ltd; NEC Corp; Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp; Nihon Koshuha Co Ltd; NEC Corp
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JP2937907B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ発生容器の筒状側壁を誘電体とし、
且つ、電子の過度な加速を抑えて大口径領域に均一に高
密度なプラズマを発生させることが出来るプラズマ発生
装置を提供すること。【解決手段】プラズマ発生容器１の石英からなる筒状
側壁１６の近傍に、複数の棒状のアンテナ４をプラズマ
発生容器１の軸方向と平行となる様に、且つ、それぞれ
隣り合う棒状のアンテナ４同士が、それぞれ接地された
上側アンテナ保持部３ａ又は下側アンテナ保持部３ｂの
一方に、交互に保持される様に配置し、同一のアンテナ
保持部に保持されたアンテナの少なくとも一本以上に同
位相で高周波電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低圧力下で高密度
なプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関し、特
に、半導体デバイスを製造するドライエッチング装置や
プラズマＣＶＤ装置等に適用して効果が著しいプラズマ
発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速でより微細な加工を行なう必
要性から、低圧力下で高密度のプラズマを発生させる、
例えば、ヘリコン波プラズマ源、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ源、及び誘導結合型プラズマ源等
を搭載したプラズマ発生装置が多く使用される様になっ
てきた。

【０００３】従来、ヘリコン波プラズマ源を搭載したプ
ラズマ発生装置としては、例えば、特開平３−６８７７
３号公報（以下、引用例１）に開示されているものが挙
げられ、ＥＣＲプラズマ源を搭載したプラズマ発生装置
としては、例えば特開昭５６−１５５３５号公報（以
下、引用例２）及び特開昭６０−１３４４２３号公報
（以下、引用例３）に開示されているものが挙げられ、
誘導結合型プラズマ源を搭載したプラズマ発生装置とし
ては、例えば、特開平３−７９０２５号公報（以下、引
用例４）に開示されているものが挙げられる。

【０００４】引用例１に開示されているプラズマ発生装
置は、図１７に示される様に、石英からなるプラズマ発
生容器１と、ヘリコン波を発生するアンテナ４と、プラ
ズマ発生容器１の軸方向に磁界を発生させるソレノイド
コイル１０１と、プラズマ発生容器１に取り付けられて
おり、プラズマ発生容器１より口径の大きなアルミニウ
ム製の拡散チャンバ１０２と、拡散チャンバ１０２の大
気側の周囲に、互いに隣り合う極の極性が異なる様に並
べられ、拡散チャンバ１０２の内部にカスプ磁界を形成
する２４の棒状永久磁石１０３と、数１０ＭＨｚ帯の高
周波電力を供給するための高周波電源７と、アンテナ４
と高周波電源７との間に接続され、アンテナ４に高周波
電源７のインピーダンスを整合させる手段８とから構成
されており、棒状永久磁石１０３により形成されたカス
プ磁界で電子が拡散チャンバ１０２の壁面へ到達するこ
とを抑制し、均一なプラズマを得ようとするものであ
る。

【０００５】また、引用例２の装置は、マイクロ波によ
る電子サイクロトロン共鳴放電中にエッチング試料をセ
ットし、該試料のエッチング処理を行うものである。

【０００６】更に、引用例３の装置は、プラズマ発生室
内に反応ガスを導入してマイクロ波と磁場を作用させて
プラズマ発生室内に反応性ガスプラズマを発生させ、磁
気コイルによる発散磁界を利用して基板を設置した反応
室に導入するものである。

【０００７】また、引用例４に開示されているプラズマ
発生装置は、図１８に示される様に、基板ステージ１２
と上部窓としての平板状石英窓２０１を有するプラズマ
発生容器１と、プラズマ発生容器１の外側で、且つ平板
状石英窓２０１の上に、円弧状、若しくは螺旋状に配置
されたアンテナ４と、数１０ＭＨｚ帯の高周波電力を供
給するための高周波電源７と、アンテナ４と高周波電源
７との間に接続され、アンテナ４に高周波電源７のイン
ピーダンスを整合させる手段８とから構成された、いわ
ゆるバレル型をしているものである。

【０００８】引用例１、引用例２、引用例３、及び引用
例４に開示されたプラズマ発生装置は、いずれも、１０
^-3Ｔｏｒｒのオーダーにおいて高密度のプラズマを生成
出来るとしている。

【０００９】また、マイクロ波を用いたＥＣＲプラズマ
発生装置は、磁場の効果により、電子をサイクロトロン
運動させることが出来るため、低圧力下で高密度のプラ
ズマを発生させることが出来るものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た引用例１、引用例２、引用例３、及び引用例４に開示
されたプラズマ発生装置において、高密度のプラズマを
生成しようとすると、同時にエネルギーの高い電子が生
じ過ぎてしまい、それにより反応性ガスの過度な解離が
進んでしまうことになる。このように反応性ガスの過度
な解離が進んでしまうと、例えば、シリコンの酸化膜を
エッチングする場合、シリコン酸化膜のシリコン基板に
対するエッチング選択比に関し、１０〜１２程度といっ
たエッチング選択比しか得られず、高いエッチング選択
比が得られなくなる様なことが多く見られた。また、ア
モルファスカーボン膜やアモルファスシリコン膜の堆積
においてもプリカーサとなるラジカル、例えばＣＦ₂ラ
ジカルやＳｉＨ₃ラジカルが少なくなるため、堆積速度
が低下する、膜質が劣化する等の問題がある。

【００１１】例えば、前述の引用例１のプラズマ発生装
置においては、プラズマ中を伝わるヘリコン波により電
子が効率良く加速され過ぎてしまうため、エネルギーの
高い電子が生じ過ぎ易くなる。また、前述の引用例４の
プラズマ発生装置においては、プラズマの生成を数１０
ＭＨｚ帯の高周波電力で行なっており、且つ、アンテナ
の形状を円弧状若しくは螺旋状としているため、アンテ
ナに流れる交番電流により、プラズマ発生容器の真空側
（即ち、内部）に交番電界が誘起され、その誘起された
交番電界により電子が加速される時に、真空内のガス分
子等との衝突により、この交番電界に追従して方向を変
える電子の確率が多くなり、且つ、加速された電子がプ
ラズマ発生容器の内壁でエネルギーを損失する確率が少
ないため、エネルギーの高い電子が過度に生じ易かっ
た。

【００１２】これらのエネルギーの高い電子が過度に生
じることを抑制しながら高密度プラズマを生成するため
には、電子を十分加速させずに且つ電子がチャンバ内部
にトラップされなくてはならず、アンテナに印加する高
周波の周波数を１００ＭＨｚ以上にしてやれば良い。こ
れは、１ｍＴｏｒｒの圧力下で１０¹¹ｃｍ^-3のプラズマ
密度を仮定した場合に、電子のガス分子との衝突周波数
は１００ＭＨｚ程度となり、それ以上の周波数で電子を
振幅させることで電子に効率良くエネルギーが供給さ
れ、放電を維持するために過剰な電子加速は必要なくな
るためである。一般的には放電圧力は１ｍＴｏｒｒ以上
であるので１００ＭＨｚ以上の放電周波数が最適であ
る。しかし、引用例１及び引用例４に開示されている様
なアンテナ構造では、電子がアンテナに流れる交番電流
により誘起された交番電界に追従できなくなるため、高
密度のプラズマを生成することが不可能であった。

【００１３】また、ＥＣＲプラズマ発生装置では、プラ
ズマを発生させる時に、１０００ガウス近くの強い磁界
が必要となり、ウェハに高周波バイアス電力を印加した
場合、エッチング特性のウェハ内均一性が悪化したり、
チャージアップダメージが発生するなどの影響が出るこ
とがあった。

【００１４】このように従来のプラズマ発生装置では、
高密度のプラズマを発生させようとすると、エネルギー
の高い電子が生じ過ぎてしまい反応性ガスの過度な解離
が進んでしまったり、強い磁界を必要となるなどして、
特に、ＳｉＯ₂のエッチングプロセスにおいて、十分な
特性を得ることが出来なかった。

【００１５】ところで、最近ではウェハが大口径化する
に従い、プラズマ発生装置自体も大口径にする必要に迫
られてきている。

【００１６】例えば、引用例２のプラズマ発生装置を大
口径化するためには、図１８から分かる様に、平板状石
英窓２０１の直径を大きくする必要がある。ここで、こ
の平板状石英窓２０１の直径を大きくしようとすると、
それに伴い、プラズマ発生容器内を真空に保つ際に外圧
により平板状石英窓２０１が破壊されない様に、平板状
石英窓２０１の厚さを厚くする必要が生じてくる。

【００１７】ところが、平板状石英窓２０１の厚さを厚
くすると、高周波電力でプラズマを発生させる際の損失
が大きくなってしまう。また、平板状石英窓２０１の直
径を大きくするということは、その面積が大きくなると
いうことである。言い換えれば、平板状石英窓２０１の
真空側のプラズマに曝される面積が増大することにな
る。これにより、反応性プラズマの組成が変化したり、
プラズマの電位が不安定になったりして、半導体のエッ
チングプロセス特性に悪影響を与える場合があった。

【００１８】ここで、円筒状のプラズマ発生容器の半径
をＲとし、その高さをｌとすると、一般に、プラズマ発
生容器の上部の円盤部の面積ＳはπＲ²であるのに対
し、プラズマ発生容器の筒状側壁の全面積ｓは２πＲｌ
である。したがって、Ｓ／ｓ＝Ｒ／２ｌが１より大きけ
れば、プラズマ発生容器の上部の円盤部の面積Ｓは、プ
ラズマ発生容器の筒状側壁の全面積ｓより大きくなる。
プラズマ発生装置大口径化するということは、即ち、Ｒ
を大きくするということであり、Ｓ／ｓは１より大きく
なる傾向にある。このことから、プラズマ発生容器にお
いて、プラズマに曝される誘電体の部分の面積を小さく
するためには、プラズマ発生容器の上部窓を誘電体にす
るよりも、プラズマ発生容器の筒状側壁を誘電体とした
方が良いことが明らかである。

【００１９】しかしながら、プラズマ発生容器の筒状側
壁を誘電体とし、且つ、電子の過度な加速を起こさせな
い構造のプラズマ発生装置はなかった。

【００２０】前述したように、引用例１のプラズマ発生
装置においては、プラズマ中を伝わるヘリコン波により
電子が効率良く加速され過ぎてしまうため、エネルギー
の高い電子が生じ過ぎ易くなる。さらにまた、プラズマ
の生成を１３ＭＨｚ程度の高周波電力で行なっている
（即ち、１３ＭＨｚ程度の放電周波数を用いる）ので、
電子の振幅が大きくなり加速される距離が大きいためエ
ネルギーが大きくなり、また、プラズマ発生容器壁に損
失しやすくなるためプラズマ密度を上昇させるためによ
り大きなパワーが必要となる。この現象は引用例４の誘
導結合プラズマにおいても生じる。

【００２１】図１９はヘリコン波プラズマ源においてＣ
₄Ｆ₈ガスプラズマを１０ｍＴｏｒｒで放電した時のプ
ラズマ発光波形を示したものである。この時、プラズマ
中の電子温度は７−８ｅＶとなり高解離反応が進むた
め、シリコン酸化膜のエッチングにおいてポリマリゼー
ションのプリカーサとなるＣＦ₂ラジカルの発光強度が
極端に低下していることが分かる。この条件であると、
実際の酸化膜エッチングにおいてシリコンに対する選択
性は１０程度以下であり、微細コンタクトホールエッチ
ングには適用できない。引用例２及び３のＥＣＲプラズ
マでは２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯が良く用いられる
が、この周波数帯では電子が追従できないため電子の振
幅は極めて小さく、電子の加速は起らないので基本的に
は電子エネルギーは小さい。しかし、電子振幅が小さす
ぎてガス原子分子との衝突確立が小さいためプラズマ密
度を低圧力下で上げることが難しいため、磁場を印加し
た電子サイクロトロン共鳴現象を用いることによって電
子軌道を長くし衝突確立を上昇させ密度を向上させてい
る。その結果、電子加熱が起こり、結果として電子エネ
ルギーが高くなる。

【００２２】図２０はＥＣＲプラズマ源においてＣＨＦ
₃ガスプラズマを３ｍＴｏｒｒにて放電した場合のプラ
ズマ発光波形である。この時の電子温度（Ｔｅ）は５〜
６ｅＶとなり、やはり、ヘリコン波プラズマ同様にＣＦ
₂ラジカル発光強度が低いことが分かる。さらにＥＣＲ
プラズマでは８７５Ｇ程度の強磁場を用いるため、電子
が強力に磁力線にまきつくため、磁場配位に従ってプラ
ズマが偏り不均一になるという大きな問題がある。

【００２３】このように電子に与えるエネルギーは前述
の放電周波数により大きく変化する。０．１μｍレベル
のエッチングには１〜１０ｍＴｏｒｒ程度の圧力で高速
であるために１０¹¹ｃｍ^-3以上の密度で、しかも、プラ
ズマ中の解離反応や基板表面の電荷蓄積を抑制するため
に２ｅＶ以下の電子温度を実現しなければならない。つ
まり、放電周波数の最適化が求められている。図２１は
放電周波数と電子温度Ｔｅと電子密度（プラズマ密度）
Ｎｅとの関係を計算によって求めたものである。放電周
波数を変化させると、これと衝突周波数ν（ν＝ＮＱ×
（αＴｅ）^1/2；ここで、Ｎ：ガス濃度、Ｑ：衝突断面
積、Ｔｅ：電子温度）との比が変化するので、電子が電
界から受け取るエネルギーとの割合が変化するため電子
温度が変化する。また、電子の振幅が変化するので壁へ
の電子の損失割合が変化するためプラズマ密度も変化す
る。その結果、放電周波数を電子の衝突周波数とプラズ
マ周波数（電子の振動、プラズマ密度に対応）の間に位
置する１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の周波数に設定して
やることにより、２ｅＶ以下の低電子温度で１０¹¹ｃｍ
^-3以上のプラズマ密度が得られることが分かる。しかし
ながら、従来の引用例１〜４で用いられるアンテナや導
波管では、前述したように均一で効率良く印加すること
が難しいという問題があった。

【００２４】本発明の第１の目的は、上記の問題を解決
すべく、プラズマ発生容器の筒状側壁を誘電体とし、且
つ、電子のエネルギーの高い電子の過度な発生を極力お
さえて大口径領域に均一に高密度なプラズマを発生させ
ることが出来るプラズマ発生装置を提供することにあ
る。

【００２５】本発明の第２の目的は、安定した低電子エ
ネルギーのプラズマを無磁場あるいは低磁場で生成でき
る１００Ｍｈｚ〜１Ｇｈｚ程度のＶＨＦ−ＵＨＦ帯域を
効率良く導入できるアンテナを有する大口径対応簡易プ
ラズマ発生装置を提供し、その結果、低解離プラズマを
実現し高速高精度なエッチング（或いは堆積技術）を実
現することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、プラズマ発生時に内部を真空にされるプラズマ発
生容器と、プラズマを発生させるためのアンテナと、該
アンテナに高周波電力を供給するための高周波電源とを
有するプラズマ発生装置において、前記アンテナは、複
数の棒状アンテナからなり、前記複数の棒状アンテナ
は、実質的に平行に並べられており、該実質的に平行に
並べられた前記複数の棒状アンテナにおいて、互いに隣
り合う棒状アンテナには、それぞれ逆相の高周波電力が
供給されていることにより、１００ＭＨｚ以上の高周波
の周波数をアンテナに印加することが出来、エネルギー
の高い電子の過度の発生が抑制されたプラズマ発生装置
が得られる。

【００２７】本発明の第２の態様によれば、プラズマ発
生時に内部を真空にされる円筒形のプラズマ発生容器
と、プラズマを発生させるためのアンテナと、該アンテ
ナを保持するためのアンテナ保持容器と、前記アンテナ
に高周波電力を供給するための高周波電源とを有するプ
ラズマ発生装置において、前記円筒形のプラズマ発生容
器は、基板ステージと、筒状の誘電体と、上部プレート
からなり、前記アンテナは、複数、且つ、偶数の棒状ア
ンテナからなり、前記アンテナ保持容器は、前記円筒形
のプラズマ発生容器の半径より大きな半径を持つ外側筒
状導体と、所定の幅を持ち最外半径が前記外側筒状導体
の半径と同じ大きさのリング状で且つアンテナを保持す
るための保持部を有する上側アンテナ保持部及び下側ア
ンテナ保持部とからなり、該アンテナ保持容器は、前記
上側アンテナ保持部及び下側アンテナ保持部の内径と、
前記円筒形のプラズマ発生容器との間に隙間が出来る様
に、前記円筒形のプラズマ発生容器を覆っており、前記
複数の棒状アンテナは、前記円筒形のプラズマ発生容器
の軸方向と平行となる様に、且つ、前記上側アンテナ保
持部と下側アンテナ保持部の一方に、前記複数の棒状ア
ンテナの内の隣り合う棒状アンテナが、交互に保持され
る様に配置されていることを特徴とするプラズマ発生装
置が得られる。

【００２８】本発明の第３の態様によれば、筒状の側壁
と該側壁の両端に配置された一対のプレートとを有し、
プラズマ発生時に前記側壁と前記一対のプレートとで決
まるスペースを真空にされるプラズマ発生容器と、プラ
ズマを発生させるためのアンテナと、該アンテナに高周
波電力を供給するための高周波電源とを有するプラズマ
発生装置において、前記アンテナは、複数の棒状アンテ
ナからなり、前記複数の棒状アンテナは、前記一対のプ
レートのうちの一方に並べられており、該並べられた前
記複数の棒状アンテナにおいて、互いに隣り合う棒状ア
ンテナには、それぞれ逆相の高周波電力が供給されてい
ることにより、１００ＭＨｚ以上の高周波の周波数をア
ンテナに印加することが出来、エネルギーの高い電子の
過度の発生が抑制されたプラズマ発生装置が得られる。

【００２９】本発明の第３の態様によるプラズマ発生装
置において、好ましくは、前記複数の棒状アンテナは、
前記一対のプレートのうちの前記一方に放射状にあるい
は平行に並べられており、互いに隣り合う棒状アンテナ
には、それぞれ逆相の高周波電力が供給されていること
によりインターディジタルに結合しており、１００ＭＨ
ｚ以上の高周波を均一に効率良くアンテナに印加するこ
とができ、エネルギーの高い電子の過度の発生が抑制で
きるため、プラズマ中のガスの解離を抑制でき、高精度
なエッチングや堆積を実現できる。このとき、アンテナ
は、石英やセラミックスのような誘電体からなるプレー
トに並べられるのが好ましい。また、アンテナに印加さ
れる高周波の電界（放電用高周波電界）をパルス変調す
ることが好ましい。そのとき、前記側壁には、前記プラ
ズマ中の電子を前記スペースの中央側に閉じ込めるカス
プ磁場を発生する磁石組立を設置するのが好ましい。ま
た、前記スペース中に置かれた基板を、前記プラズマに
よってエッチングする場合、前記基板を保持する電極に
は１ＭＨｚ以下のＲＦ電界が印加されることが好まし
い。この場合、このＲＦ電界を前記放電用高周波電界の
パルス変調と同期させてパルス変調することが好まし
い。さらに、プラズマ発生容器の温度を１００℃以上と
することが好ましい。

【００３０】このように、本発明の第３の態様によるプ
ラズマ発生装置においては、プラズマ発生容器外側に複
数のアンテナを配置し、アンテナ間をインターデジタル
に結合することで、ＶＨＦ−ＵＨＦ帯の高周波信号を加
えて励振する。このアンテナにより均一に効率良くしＶ
ＨＦ−ＯＨＦ帯の高周波電界を導入でき、均一高密度電
子温度（低電子エネルギー）プラズマの生成が可能とな
る。その結果、エッチング（或いは堆積）に使われるガ
スプラズマの解離反応が抑制され、高速高選択エッチン
グ（或いは高速高品質堆積技術）を実現することが可能
である。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。

【００３２】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態のプラズマ発生装置のプラズマ源は、図１に示す
様な構成をしている。ここで、図１は、本実施の形態の
プラズマ発生装置のプラズマ源の一部切り欠き斜視図を
示すものである。

【００３３】本実施の形態のプラズマ発生装置は、図１
乃至図５に示す様に、プラズマ発生時に真空ポンプ（図
示せず）により内部を真空にされる円筒形のプラズマ発
生容器１と、プラズマを発生させるためのアンテナ４
と、アンテナ４を保持するためのアンテナ保持容器２
と、アンテナ４に高周波電力を供給するための高周波電
源７とから構成されている。

【００３４】ここで、プラズマ発生容器１は、筒状の石
英からなる筒状側壁部１６と、上部プレート１４と、基
板ステージ１２とから構成されている。

【００３５】また、アンテナ４は、１２本の棒状アンテ
ナから構成されており、アンテナ保持容器２は、円筒形
のプラズマ発生容器の半径より大きな半径を持つ筒状導
体２ａと、所定の幅を持ち最外半径が筒状導体２ａの半
径と同じ大きさのリング状をしており、且つ、棒状アン
テナ４を保持するための保持部を有する上側アンテナ保
持部３ａ及び下側アンテナ保持部３ｂとから構成されて
いる。

【００３６】更に、アンテナ保持容器２は、上側アンテ
ナ保持部３ａ及び下側アンテナ保持部３ｂの内径と、プ
ラズマ発生容器１の筒状側壁部１６との間に隙間が出来
る様に、プラズマ発生容器１の筒状側壁部１６を覆って
いる。

【００３７】また、１２本の棒状アンテナ４は、プラズ
マ発生容器１の軸方向と平行となる様に配置されてお
り、且つ、１２本の棒状アンテナ４は、それぞれ隣り合
う棒状アンテナ４同士が、上側アンテナ保持部３ａと下
側アンテナ保持部３ｂの一方に、交互に保持される様に
配置されている。さらに、上側アンテナ保持部３ａに保
持された棒状アンテナ４の上側アンテナ保持部３ａと反
対側の端部に近い位置には、アンテナ４の電気的長さを
調整するために、接地された円弧状金属板５及び調整ネ
ジ６よりなる可変コンデンサが設置されている。同様に
下側アンテナ保持部３ｂに保持された棒状アンテナ４の
下側アンテナ保持部３ｂと反対側の端部に近い位置に
も、可変コンデンサが設置されている。尚、この可変コ
ンデンサの容量は、調整ネジ６を用いて、棒状アンテナ
４と円弧状金属板５との距離を変化させることにより、
調整可能である。

【００３８】さらに、５００ＭＨｚの周波数を発振する
高周波電源７は、プラズマ発生容器１を相対して挟む様
に上側アンテナ保持部３ａに保持された２本のアンテナ
４に対して、インピーダンス整合器８及び分配器９を介
して、コネクタ１０から同位相の高周波電力を供給して
いる。

【００３９】ここで、高周波電力の供給位置は、図４に
示す様に、上側アンテナ保持部３ａに近い位置である。

【００４０】尚、以上までの説明において、上側アンテ
ナ保持部３ａと下側アンテナ保持部３ｂを互いに読み替
えても良く、本実施の形態に制限されない。

【００４１】また、本実施の形態においては、一例とし
て、アンテナの長さを１０ｃｍとした。これは、アンテ
ナ４に供給する周波数である５００ＭＨｚの１／４波
長、即ち１５ｃｍよりも若干短いため、円弧状金属板５
及び調整ネジ６からなる可変コンデンサにより、その電
気的長さが概ね１５ｃｍとなるように調整される。

【００４２】次に、以上の様な構成からなるプラズマ発
生装置を用いて、シリコンの酸化膜をエッチングする場
合を具体的に説明する。

【００４３】まず、プラズマ発生容器１内を真空ポンプ
（図示せず）により真空に排気した後、搬送機構（図示
せず）によりウェハ１１を強制冷却されている基板ステ
ージ１２上に搬送する。次に、プラズマ発生容器１内に
ガス導入機構（図示せず）からＣ₄Ｆ₈ガスを４０ｓｃ
ｃｍ導入し、プラズマ発生容器１内の圧力を１０ｍＴｏ
ｒｒに保つ。更に、この状態で、高周波電源７により、
５００ＭＨｚの高周波電力をアンテナ４に印加すると同
時に、高周波電源１３により、１３．５６ＭＨｚの高周
波バイアスパワーを基板ステージ１２に印加する。

【００４４】コネクタ１０の接続されたアンテナ４に高
周波電力が印加されると、アンテナ４には、交番電流が
流れ、これに伴い、高周波電力が印加されたアンテナ４
の周囲には、交番磁界が発生する。この交番磁界によ
り、高周波電力が印加されたアンテナ４と隣り合ったコ
ネクタ１０の接続されていないアンテナ４に、誘導電流
が流れ、これに伴い、高周波電力が印加されたアンテナ
４と隣り合ったコネクタ１０の接続されていないアンテ
ナ４の周囲に、誘導磁界が発生する。更に同様の原理に
より、次々と隣り合ったアンテナ４に誘導電流が流れる
様になる。この様にして、全てのアンテナ４に高周波電
力を供給しなくても、高周波電界は全てのアンテナに伝
わっていくことが可能となる。

【００４５】また、アンテナ４の交番電流が流れると、
それと相隣り合ったアンテナ４に誘導電流が流れるだけ
でなく、アンテナ４の周囲に生じる交番磁界を打ち消す
様に、真空中にも、丁度アンテナ４に流れる交番電流の
方向と逆方向の向きの電界が生じる。この電界により、
電子はアンテナ４の軸方向と平行に加速される。次の瞬
間、今度は、アンテナ４に逆向きの電流が流れ、電子は
先程とは逆の方向へ加速される、即ち減速されることに
なる。この状態において、電子は、高周波電界によるエ
ネルギーを殆ど受けられないため、放電は維持されにく
くなる。しかし、幾許かの電子は、プラズマ発生容器１
中のガス分子と衝突し、その進行方向を変える。このた
め、次の減速サイクルの時に、これらの粒子は、加速が
維持され、最終的には大きなエネルギーを得ることが出
来る様になる。

【００４６】ここで、この電子加速の動作は、通常の誘
導結合プラズマ源と同一の原理によるものであるが、本
実施の形態のプラズマ源では、アンテナとして棒状アン
テナ４を用いており、しかも励振周波数が５００ＭＨｚ
と非常に高い。したがって、本実施の形態におけるプラ
ズマ源では、電子がアンテナ４に沿ってプラズマ発生容
器１の軸に平行方向に加速される際、周波数が高いこと
により、逆方向の電界が誘起されるまでの時間が１３．
５６ＭＨｚ帯に比較して数１０倍短くなることになる。
このため、アンテナ４の長さが本実施の形態の様に短く
ても、プラズマ発生容器１の上部プレート１４や基板ス
テージ１２に衝突し消滅する電子の割合が、従来の１
３．５６ＭＨｚなどの高周波帯に比較して非常に少な
く、殆どの電子は、交番電界にふられてプラズマ発生容
器１内に保持される。これにより、高密度のプラズマの
生成が可能となった。

【００４７】また、加速され非常に速度の速くなった電
子は、プラズマ発生容器１の上部プレート１４やステー
ジ１２に、低速の電子と比較してより大きな確率で衝突
することになるため、プラズマ中に存在するエネルギー
の高い電子の割合は、従来の誘導結合型プラズマ源を用
いた場合と比較してかなり低くなる。即ち、本実施の形
態のプラズマ発生装置を用いると、エネルギーの高い電
子による反応性ガスの過度の解離を防ぎ、且つ、高密度
のプラズマを生成することが可能となる。

【００４８】更に、それぞれのアンテナ４に流れる交番
電流により生じた交番磁界は、カスプ磁界を形成してお
り、均一なプラズマを得ることが出来る。

【００４９】また、このエネルギーの高い電子の割合が
低いＣ₄Ｆ₈のプラズマにより、ＳｉＯ₂をエッチング
すると、ＳｉＯ₂膜のＳｉ基板に対する高いエッチング
選択比が容易に得られる様になった。因に、本実施の形
態の条件の下、アンテナ４に印加する高周波電力を１０
００Ｗとし、ウェハ１１に印加する電力を３００Ｗとす
ることで、ＳｉＯ₂膜のエッチング速度が７００ｎｍ／
ｍｉｎ、ＳｉＯ₂のＳｉに対するエッチング選択比が、
０．５μｍホール内で５０以上得られた。更に、このエ
ッチング選択比に関し、Ｃ／Ｆ比の大きなガスや、ＣＨ
₂Ｆ₂などのＨを含むガスを添加することにより、更に
大きくすることが出来、１μｍ径のホール内でエッチン
グ選択比無限大を得ることが容易に出来た。

【００５０】更に、本実施の形態のプラズマ源では、ア
ンテナ４をプラズマ発生容器１の筒状側壁部１６付近に
設置しているため、プラズマ発生容器１の筒状側壁部１
６を石英の様な誘電体にする必要があるが、上部プレー
ト１４は、特に誘電体にする必要がなくなった。これに
より、誘電体の厚みが薄くても、前述の様な、外圧によ
る破壊の恐れがなくなったため、直径４００ｍｍのプラ
ズマ発生容器１において、誘電体の肉厚を５ｍｍにする
ことが可能となった。もし、上部プレート１４を誘電体
とすると、その厚みは、本実施の形態のプラズマ発生装
置の場合の誘電体の厚みの１０倍の５０ｍｍは必要であ
る。また、それにより、損失が大きくなってしまうであ
ろう。しかし、本発明の実施の形態のプラズマ源では、
誘電体の厚みが薄いので、アンテナ４に印加された高周
波電力を効率良くプラズマに伝達することが出来るた
め、低パワーで、より高速のエッチングが可能となっ
た。

【００５１】本実施の形態においては、直径２００ｍｍ
のウェハをエッチングするためにプラズマ発生容器１の
口径を４００ｍｍとした。またプラズマ容器１の高さを
１００ｍｍとしたため、プラズマ発生容器１の上部プレ
ート１４と筒状側壁部１６の面積の比Ｓ／ｓ＝Ｒ／２ｌ
＝１であったが、これ以上プラズマ発生容器１の口径を
大きくしようとした場合、Ｓ／ｓは１を越えてしまうこ
とになる。したがって、本実施の形態の様に、プラズマ
発生容器１の筒状側壁部１６を誘電体とした方が、誘電
体面のプラズマに曝される面積が少なくなり、誘電体壁
が例えスパッタされたとしても、その影響が少なくなる
ため、上部プレート１４を誘電体として上部プレート１
４の上からアンテナにより高周波電界を供給する場合よ
り、優れたエッチング特性が得られる。

【００５２】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態のプラズマ発生装置は、図６に示す様に、前述の
第１の実施の形態のプラズマ発生装置において、上部プ
レート１４に可変直流電源を接続したものである。ここ
で、図６は図４と同様に図２におけるＡ−Ａ´ラインに
おける断面図を示している。この様にすると、プラズマ
発生容器１に関して、主にプラズマと接して電位を制御
出来る面は上部プレート１４の内壁であるため、可変直
流電源１５によりプラズマの電位を細かくコントロール
出来る。これを利用して、例えば、誘電体の側壁部を殆
どスパッタしない様な低い電位にプラズマの電位を保つ
ことが出来、内壁の影響のより少ないエッチングプロセ
スも可能となった。

【００５３】尚、本実施の形態においては、プラズマ電
位のコントロールに直流電源を用いているが、これを高
周波電源により行なっても良く、本実施の形態に制限さ
れるものではない。

【００５４】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態のプラズマ発生装置は、図７に示す様に、前述の
第１の実施の形態のプラズマ発生装置において、高周波
電力を分配する分配器９により、上側アンテナ保持部３
ａに保持された６本のアンテナに、同位相で均等に高周
波電力を印加したものである。ここで、図７は、図５と
同様に、図３のＢ−Ｂ´ラインにおける断面図を示して
いる。この様に、同一のアンテナ保持部に保持されたア
ンテナに対し、高周波電源７により均等に電力を供給す
ると、プラズマの状態が圧力・パワー等を変化されて変
わったとしても、プラズマを均一に維持することが可能
である。

【００５５】尚、ここでも第１の実施の形態と同様、上
側アンテナ保持部３ａを下側アンテナ保持部３ｂと読み
替えても良く、本実施の形態に制限されるものではな
い。

【００５６】以上説明してきた実施の形態において、プ
ラズマを発生する高周波電力は、５００ＭＨｚの周波数
のものを用いていたが、アンテナ４に印加する高周波電
力の周波数は必ずしも５００ＭＨｚに限定する必要はな
い。例えば、アンテナ４に印加する高周波電力の周波数
を１００ＭＨｚとしても良く、本発明の実施の形態には
制限されない。

【００５７】また、本発明の実施の形態において、棒状
アンテナ４の長さは１０ｃｍとしたが、棒状アンテナ４
の長さを何ｃｍとしても、円弧状金属板５及び調整ネジ
６からなる可変コンデンサを適切に選ぶことにより、印
加する周波数の波長の１／４とすることが可能であるた
め、本発明の実施の形態に制限されない。

【００５８】また、低い周波数を選択した場合、棒状ア
ンテナ４の長さは多少長くなるが、円弧状金属板５及び
調整ネジ６からなる可変コンデンサを適切に選ぶことに
より、必ずしも非常に長いアンテナを必要としない。

【００５９】また、棒状アンテナに印加する周波数を例
えば、２．４５ＧＨｚとしても、アンテナ４の長さを数
ｃｍとすれば、本発明の実施の形態のプラズマ発生装置
により、プラズマを維持することが可能であり、その場
合、プラズマ発生装置の高さをより低くすることが出来
る。

【００６０】尚、本発明の実施の形態において、プラズ
マ発生容器などの寸法を具体的な数値を挙げて説明して
あるが、所望の効果が得られるものであれば良く、実施
の形態に制限されるものではない。

【００６１】また、本発明の実施の形態において、アン
テナの本数を１２本として説明してきたが、１２本に限
定する必要はなく、１２本より多くても少なくても良
く、本発明の実施の形態に制限されるものではない。

【００６２】また、高周波電力をコネクタ１０を介し、
供給されるアンテナの本数に関しても、本発明の実施の
形態に制限されるものではなく、一本以上であれば何本
であっても良い。

【００６３】更に、本発明の実施の形態において、プラ
ズマ発生装置は、バレル型のものについて説明してきた
が、ダウンフロー型でも良く、また、アンテナを保持し
た帯状のアンテナ保持部が何層か重なっている様な形で
も良く、本発明の実施の形態に制限されるものではな
い。尚、そのような場合も、隣り合うアンテナはそれぞ
れ上下別のアンテナ保持部に保持されることになるが、
その本数は、円筒形の場合と異なり、奇数本でも可能で
ある。

【００６４】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態のプラズマ発生装置は、図８及び図９に示すよう
に、円筒状の側壁と該側壁の両端に配置された上部プレ
ート１４及び下部プレート（これは図示してはいない
が、図４に示した基板ステージ１２と同様のもの）とを
有するプラズマ発生容器１を有する。プラズマ発生容器
１は、プラズマ発生時に前記側壁と上部プレート１４及
び下部プレートとで決まるスペースを真空にされる。こ
のプラズマ発生装置は、さらに、プラズマを発生させる
ための複数の棒状アンテナ４´及び４”と、複数の棒状
アンテナ４´及び４”に高周波電力を供給するため高周
波電源７とを有する。

【００６５】複数の棒状アンテナ４´及び４”は、上部
プレート１４の外面に放射状に並べられており、該外面
に並べられた複数の棒状アンテナ４´及び４”におい
て、互いに隣り合う棒状アンテナ４´及び４”には、そ
れぞれ逆相の高周波電力が供給されている。即ち、棒状
アンテナ４´は上部プレート１４の外面の中心線上の接
続部に互いに接続され、この接続部に高周波電源７の高
周波電力が直接供給される。一方、棒状アンテナ４”は
上部プレート１４の外面の周辺上の環状の接続部に互い
に接続され、この環状の接続部に高周波電源７の高周波
電力がインバータ（図示せず）を介して供給される。こ
れにより、棒状アンテナ４´及び４”には、互に逆相の
高周波電力が供給される。この結果、１００ＭＨｚ以上
の高周波の周波数を棒状アンテナ４´及び４”に印加す
ることが出来、エネルギーの高い電子の過度の発生が抑
制されたプラズマ発生装置が得られる。

【００６６】詳細には、このプラズマ発生装置は、外径
５００ｍｍ（内径４０５ｍｍ）の円筒状の側壁を有する
プラズマ発生容器１を有する。このプラズマ発生容器１
は、基板ステージ１２（図４）として作用する下部プレ
ートを搬送する基板搬送室（図示せず）に隣接して設置
されている。このプラズマ発生容器１にはプラズマ生成
用のガスを導入するガス導入入口（図示せず）が設けら
れているとともに、石英（あるいはセラミックス）の誘
電体からなる上部プレート１４を介して５００Ｍｈｚ程
度の高周波電界を導入するＣｕ製の複数の棒状アンテナ
４´及び４”が上部プレート１４の中心及外周の２箇所
から放射状に交互に設置されており、インターディジタ
ルに結合させた構成である。棒状アンテナ４´及び４”
の長さは導入波長の１／４長に設定されており、より均
一な高周波電界が発生している。また、本発明において
棒状アンテナ４´及び４”にコンデンサを挿入した場合
には実効的な共振周波数を変化させることが出来、印加
周波数を可変することが出来る。この５００ＭＨｚの高
周波電界は１０μ秒から１００μ秒程度のパルス変調が
可能となっている。これは、パワー０ＦＦ後の電子温度
の緩和時間が５〜１０μ秒であり、イオンやラジカルの
寿命は５０〜６０μ秒であるため、活性種密度を維持し
ながら電子温度のみをさらに低くすることが可能であ
る。膜堆積のプロセスでは微粒子発生の抑制のため１０
０ｍ秒から１秒程度のパルス変調を行う場合もある。

【００６７】図１０を参照すると、このプラズマ発生容
器１の側壁には、プラズマ中の電子をスペースの中央側
に閉じ込めるカスプ磁場を発生する磁石組立５０が設置
されている。この磁石組立５０により、電子の側壁への
損失がさらに抑制され、さらなる低電子温度（低電子エ
ネルギー）を実現できる。プラズマ発生容器１は２００
℃に設定される事が可能であり、ラジカルの側壁への吸
着損失を抑制できるように構成されている。基板ステー
ジ１２（図４）として作用する下部プレートに設けら
れ、処理すべき基板を保持する電極５１には、６００ｋ
ＨｚのＲＦバイアスが印加できるようになっており、プ
ラズマ中の正負イオンを直接基板に入射させることが可
能である。このＲＦバイアスもパルス変調が可能である
ように構成されている。

【００６８】この時、図１１に示すように、基板電極は
アンテナから下流側になるにしたがってエッチング選択
性、エッチング速度が劣化している。０．１μｍレベル
のゲート電極加工には高スループットのため３０００Ａ
／ｍｉｎ以上にしなければならない（つまり選択比１０
０以上）。これらを満たせるのは基板がアンテナより１
０ｃｍ以内の場合である。これは、プラズマを輸送中に
密度が低下し、且つ、イオンエネルギーが上昇するため
である。

【００６９】次に、図８〜１１を参照して、このプラズ
マ発生装置を用いて、基板のプラズマエッチングを行う
場合を具体的に説明する。

【００７０】まず、プラズマ発生容器１内を真空ポンプ
により真空に排気したのち、搬送機構により基板（例え
ば、ウエハ）を強制冷却されている基板ステージ上に搬
送する。最初に、シリコン酸化膜をエッチングする場合
の例を示す。プラズマ発生容器１内にガス導入機構から
Ｃ₄Ｆ₈ガスを４０Ｓｃｃｍ導入し、プラズマ発生容器
１内の圧力を１０ｍＴｏｒｒに保つ。さらに、この状態
で、高周波電源７により５００ＭＨｚの高周波電力１ｋ
Ｗをアンテナ４´及び４”に印加すると同時に６００ｋ
Ｈｚ、３００ＷのＲＦバイアスパワーを基板ステージに
印加する。図１２にその時の発光波形を示す。このと
き、プラズマ中の電子温度は１〜２ｅＶとなり、従来の
プラズマ源に比べ極めて低電子温度であるため、低解離
となりＣＦ₂ラジカルの発光強度が大きい。このため、
この条件でシリコン酸化膜をエッチングすると下地シリ
コンに対して５０以上の高い選択比が得られる。このエ
ッチング選択比はＣ／Ｆ比の大きなガスやＣＨ₂Ｆ₂な
どのＨを含むガスを添加することでさらに大きくするこ
とが可能であり、エッチング選択比無限大を得ることが
できる。

【００７１】次に、ポリシリコン、シリコンをエッチン
グする場合の例を示す。プラズマ発生容器１にガス導入
機構からＣｌ₂ガスを３０ｓｃｃｍ導入し、プラズマ発
生容器１内の圧力を３ｍＴｏｒｒに保つ。さらに、この
状態で、５００ＭＨｚの高周波電力１ｋＷをアンテナ４
´及び４”に印加すると同時に基板に６００ｋＨｚのＲ
Ｆバイアスを５０Ｗ印加する。この時のプラズマ中の電
子温度は２ｅＶ程度であり、従来のプラズマ源では４〜
８ｅＶであるのに対して極めて低い。この時のシリコン
のエッチング速度とパターン幅の依存性を図１３に示
す。従来のヘリコン波プラズマ源（ＳＷＰ）、電子サイ
クロトロン共鳴プラズマ源（ＥＣＲ）、及び誘導結合型
プラズマ源（ＩＣＰ）では、０．５μｍ以下のパターン
では１．０μｍパターンの３０〜４０％程度エッチング
速度が低下するが、本発明のプラズマ源（ＵＨＦ）では
エッチング速度の低下は観測されない。エッチング速度
のパターン依存性は図１４に示す様に基板（Ｓｉ）表面
のレジスト５２上に電子が蓄積することによる電界によ
り入射イオンの軌道が曲げられることにより生じる。こ
の電荷蓄積量は電子温度（電子エネルギー）が高いほど
大きくなる。そのため、電子温度が低い本発明ではパタ
ーン依存性のない高精度なエッチングが実現できる。こ
れらエッチングプロセスにおいてはμ秒オーダーのパル
ス変調はさらなる電子温度の低下や負イオンの生成に効
果的であり、イオンエネルギーや電荷蓄積の抑制に有効
である。

【００７２】（第５の実施の形態）図１５及び図１６を
参照すると、本発明の第５の実施の形態のプラズマ発生
装置は、図８〜図１０のプラズマ発生装置と以下のこと
以外は同様である。即ち、図１５及び図１６に示したプ
ラズマ発生装置においては、プラズマ発生容器１は角筒
状の側壁を有している。複数の棒状アンテナ４´及び
４”は上部プレート１４に互に平行に並べられており、
該平行に並べられた複数の棒状アンテナ４´及び４”に
おいて、互いに隣り合う棒状アンテナ４´及び４”に
は、それぞれ逆相の高周波電力が供給されている。この
場合、複数の棒状アンテナ４´及び４”は石英（あるい
はセラミックス）の誘電体からなる上部プレート１４に
埋め込まれている。

【００７３】このプラズマ発生装置では、複数の棒状ア
ンテナ４´及び４”間の距離はどこでも一定であるの
で、より均一な電界がプラズマ発生容器１内に生成され
る。

【００７４】なお、本発明において、複数の棒状アンテ
ナの間に極性が交互に異なる永久磁石を配置して、電界
に直交する磁界を発生させ電子サイクロトロン共鳴を起
こすことも可能である。このときは低磁場で共鳴ができ
るという利点がある。

【００７５】

【発明の効果】以上説明してきた様に、本発明のプラズ
マ発生装置によれば、反応性ガスの解離を抑え、且つ、
高密度のプラズマを効率良く得ることが出来る。

【００７６】また、本発明のプラズマ発生装置によれ
ば、プラズマ源を大口径化した時に、内壁の影響を極力
受けることなく、損失を抑え、高密度のプラズマを効率
良く得ることが出来る。

【００７７】その結果、高速高精度なエッチングや膜堆
積が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ発生装置
を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態のプラズマ発生装置
の上面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態のプラズマ発生装置
の側面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ´ラインにおける断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ´ラインにおける断面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態のプラズマ発生装置
の断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態のプラズマ発生装置
の断面図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態のプラズマ発生装置
の上面図である。

【図９】図８のＡ−Ａラインにおける断面図である。

【図１０】図８及び図９のプラズマ発生装置にカスプ磁
場を印加した状態を示す概略図である。

【図１１】図８、図９、及び図１０のプラズマ発生装置
における基板とアンテナとの距離とポリシリコンエッチ
ング速度との関係及び前記距離とポリシリコンとＳｉＯ
₂の選択比との関係を示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態のプラズマ発生装
置にＣ₄Ｆ₈ガスを導入した時の発光波形を説明するた
めの図である。

【図１３】本発明の第４の実施の形態のプラズマ発生装
置および従来のプラズマ発生装置にＣｌ₂ガスを導入
し、Ｓｉをエッチングした場合のエッチング速度のパタ
ーン幅依存性を説明するための図である。

【図１４】エッチング速度のパターン依存性の発生メカ
ニズムを説明するための図である。

【図１５】本発明の第５の実施の形態のプラズマ発生装
置のアンテナの構造を説明するための上面図である。

【図１６】図１５のプラズマ発生装置の断面図である。

【図１７】従来のヘリコン波プラズマ源を搭載したプラ
ズマ発生装置を示す断面図である。

【図１８】従来の誘導結合型プラズマ源を搭載したプラ
ズマ発生装置を示す断面斜視図である。

【図１９】図１７のプラズマ発生装置にＣ₄Ｆ₈ガスを
導入した時の発光波形である。

【図２０】従来のＥＣＲプラズマ源を搭載したプラズマ
発生装置にＣＨＦ₃ガスを導入した時の発光波形であ
る。

【図２１】放電周波数と電子温度、電子密度との関係を
説明するための図である。

【符号の説明】

１プラズマ発生容器２アンテナ保持容器２ａ筒状導体３ａ上側アンテナ保持部３ｂ下側アンテナ保持部４アンテナ４´ 棒状アンテナ４” 棒状アンテナ５円弧状金属板６調整ネジ７高周波電源８インピーダンス整合器９分配器１０コネクタ１１ウェハ１２基板ステージ１３高周波電源１４上部プレート１５可変直流電源１６（プラズマ発生容器の）筒状側壁部５０磁石組立５１電極５２レジスト

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Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 ＡＢ (72)発明者塚田勉東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者中川行人東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者篠原己拔神奈川県横浜市緑区中山町1119番地日本高周波株式会社内 (72)発明者松本博文神奈川県横浜市緑区中山町1119番地日本高周波株式会社内 (72)発明者上山寛幸神奈川県横浜市緑区中山町1119番地日本高周波株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生時に内部を真空にされるプ
ラズマ発生容器と、プラズマを発生させるためのアンテ
ナと、該アンテナに高周波電力を供給するための高周波
電源とを有するプラズマ発生装置において、前記アンテナは、複数の棒状アンテナからなり、前記複数の棒状アンテナは、実質的に平行に並べられて
おり、該実質的に平行に並べられた前記複数の棒状アンテナに
おいて、互いに隣り合う棒状アンテナには、それぞれ逆
相の高周波電力が供給されていることにより、１００ＭＨｚ以上の高周波の周波数をアンテナに印加す
ることが出来、エネルギーの高い電子の過度の発生が抑
制されたプラズマ発生装置。
【請求項２】プラズマ発生時に内部を真空にされる円
筒形のプラズマ発生容器と、プラズマを発生させるため
のアンテナと、該アンテナを保持するためのアンテナ保
持容器と、前記アンテナに高周波電力を供給するための
高周波電源とを有するプラズマ発生装置において、前記円筒形のプラズマ発生容器は、基板ステージと、筒
状の誘電体と、上部プレートからなり、前記アンテナは、複数、且つ、偶数の棒状アンテナから
なり、前記アンテナ保持容器は、前記円筒形のプラズマ発生容
器の半径より大きな半径を持つ外側筒状導体と、所定の
幅を持ち最外半径が前記外側筒状導体の半径と同じ大き
さのリング状で且つアンテナを保持するための保持部を
有する上側アンテナ保持部及び下側アンテナ保持部とか
らなり、該アンテナ保持容器は、前記上側アンテナ保持部及び下
側アンテナ保持部の内径と、前記円筒形のプラズマ発生
容器との間に隙間が出来る様に、前記円筒形のプラズマ
発生容器を覆っており、前記複数の棒状アンテナは、前記円筒形のプラズマ発生
容器の軸方向と平行となる様に、且つ、前記上側アンテ
ナ保持部と下側アンテナ保持部の一方に、前記複数の棒
状アンテナの内の隣り合う棒状アンテナが、交互に保持
される様に配置されていることを特徴とするプラズマ発
生装置。
【請求項３】請求項２に記載のプラズマ発生装置にお
いて、前記高周波電源は、前記上側アンテナ保持部に保持され
た少なくとも一本以上の前記棒状アンテナ、及び前記下
側アンテナ保持部に保持された少なくとも一本以上の前
記棒状アンテナのいずれか一方に、同位相で高周波電力
を供給することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】請求項２に記載のプラズマ発生装置にお
いて、前記高周波電源は、前記上側アンテナ保持部に保持され
た前記棒状アンテナの内、少なくとも一本以上に、同位
相で高周波電力を供給し、且つ、前記下側アンテナ保持
部に保持された棒状アンテナの内、少なくとも一本以上
に、前記上側アンテナ保持部に保持された棒状アンテナ
に供給される高周波電源と逆位相の高周波電源を供給す
ることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項５】請求項２及び請求項４に記載のいずれか
のプラズマ発生装置において、前記複数の棒状アンテナは、更に、該棒状アンテナの電
気的な波長を調整出来る機能を有することを特徴とする
プラズマ発生装置。
【請求項６】請求項２乃至請求項５に記載のいずれか
のプラズマ発生装置において、前記上側アンテナ保持部及び前記下側アンテナ保持部に
保持された前記棒状アンテナの電気的な長さは、前記棒
状アンテナに供給される高周波電源の波長の１／４であ
ることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項７】請求項２乃至請求項６に記載のいずれか
のプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生容器の前記上部プレートに、更に、プ
ラズマの電位をコントロールするための電源が接続され
ていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項８】筒状の側壁と該側壁の両端に配置された
一対のプレートとを有し、プラズマ発生時に前記側壁と
前記一対のプレートとで決まるスペースを真空にされる
プラズマ発生容器と、プラズマを発生させるためのアン
テナと、該アンテナに高周波電力を供給するための高周
波電源とを有するプラズマ発生装置において、前記アンテナは、複数の棒状アンテナからなり、前記複数の棒状アンテナは、前記一対のプレートのうち
の一方に並べられており、該並べられた前記複数の棒状アンテナにおいて、互いに
隣り合う棒状アンテナには、それぞれ逆相の高周波電力
が供給されていることにより、１００ＭＨｚ以上の高周波の周波数をアンテナに印加す
ることが出来、エネルギーの高い電子の過度の発生が抑
制されたプラズマ発生装置。
【請求項９】前記複数の棒状アンテナは、前記一対の
プレートのうちの前記一方に放射状に並べられているこ
とを特徴とする請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】前記複数の棒状アンテナは、前記一対
のプレートのうちの前記一方に平行に並べられているこ
とを特徴とする請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】前記一対のプレートのうちの前記一方
は、誘電体からなることを特徴とする請求項８に記載の
プラズマ発生装置。
【請求項１２】前記アンテナに印加される高周波の電
界を１０〜１００μ秒の範囲でパルス変調することを特
徴とする請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】前記側壁に設置され、前記プラズマ中
の電子を前記スペースの中央側に閉じ込めるカスプ磁場
を発生する磁石組立を更に有することを特徴とする請求
項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】前記プラズマ発生容器の温度を１００
度以上とすることを特徴とする請求項８に記載のプラズ
マ発生装置。
【請求項１５】前記スペース中に置かれ、前記プラズ
マによってエッチングされる基板を更に有することを特
徴とする請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】前記スペース中に設置され、前記基板
を保持する電極を有し、この電極には１ＭＨｚ以下のＲ
Ｆ電界が印加されることを特徴とする請求項１５に記載
のプラズマ発生装置。
【請求項１７】前記電極に印加されたＲＦ電界をパル
ス変調することを特徴とする請求項１６に記載のプラズ
マ発生装置。
【請求項１８】前記アンテナに印加される高周波の電
界を１０〜１００μ秒の範囲でパルス変調することを特
徴とする請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１９】前記電極に印加されたＲＦ電界を前記
アンテナに印加される高周波の電界のパルス変調と同期
させてパルス変調することを特徴とする請求項１８に記
載のプラズマ発生装置。
【請求項２０】前記電極は、前記アンテナと前記基板
との間に１０ｃｍ以下の距離を置いて前記基板を保持す
るものであることを特徴とする請求項１６に記載のプラ
ズマ発生装置。