JPH1092795A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容器の機械的強度およびプラズマ耐性を同時に
確保できるＩＣＰ型プラズマエッチング装置を提供する
こと。 【解決手段】２つの誘電体壁１２ａ，１２ｂからなる容
器１１を用い、大気に晒される容器外側の誘電体壁１２
ａとして、大気圧の加重を支持できるように機械的強度
の高い材料により厚く形成されたものを用い、プラズマ
に晒される容器内側の誘電体壁１２ｂとして、プラズマ
の化学的もしくは物理的な食刻や腐食やエロージョンに
対する耐性（プラズマ耐性）が高い材料により薄く形成
されたものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いて
エッチングや成膜などの処理を行なうプラズマ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置の製造において
は、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置など
のプラズマ処理装置が広く用いられている。一方、半導
体装置の集積度は著しく向上しているため、高精度の微
細加工（エッチング、成膜、ｅｔｃ．）技術が強く求め
られている。

【０００３】このような高精度の微細加工技術をプラズ
マエッチング装置において実現するためには、例えば、
プラズマエッチング装置においては、高異方性、高選択
性および低損傷性を同時に実現する必要がある。さら
に、量産性を考慮した場合には、大面積の基板（例えば
直径８インチ以上のウェハ）を高速かつ高均一でエッチ
ングできる必要がある。

【０００４】上記条件を満足するためには、低圧力下に
おいて高密度、高均一、大面積、かつ基板に入射するイ
オンのエネルギーが低いという特性を有するプラズマを
生成する必要がある。

【０００５】このような要求に対して、近年、電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ：エレクトロン・サイクロトロ
ン・レゾナンス）、ヘリコン波、電磁的な誘導結合（Ｉ
ＣＰ：インダクティブ・カップリング・プラズマ）など
を利用したプラズマの生成方法が注目されており、実際
のプラズマエッチング装置に利用されている。

【０００６】図５に、従来のプラズマの生成に電磁的な
誘導結合を利用したプラズマエッチング装置（ＩＣＰ型
プラズマエッチング装置）の概略構成図を示す。また、
図６に、従来の他のＩＣＰ型プラズマエッチング装置の
概略構成図を示す。

【０００７】なお、図５、図６において、簡単のため
に、本来装置が備えている反応性ガス導入系と真空排気
系については、ガス導入管と真空排気口のみを示し、他
の構成は省略し示していない。

【０００８】図５において、１０１はプラズマ処理を行
なうところの容器を示しており、この容器１０１は、１
種類の誘電体材料からなる円盤状の１個の誘電体壁１０
２と、容器外壁１０３とから構成されている。容器１０
１の上部には反応性ガスなどのガスを導入するためのガ
ス導入管１０４が設けられ、容器１０１の下部には図示
しない真空排気ポンプにつながった真空排気口１０５が
設けられている。なお、図中、１００は容器１０１の中
空部を示している。

【０００９】誘電体壁１０２の上部にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ１０６が設置されており、この高周波
アンテナ１０６は高周波電源１０７から高周波電力が供
給されるようになっている。

【００１０】また、容器１０１の内部には被処理基体１
０８を設置する載置台１０９が設けられている。この載
置台１０９は高周波電源１１０に接続されており、これ
により被処理基体１０８にバイアス電圧を印加できるよ
うになっている。

【００１１】図６のＩＣＰ型プラズマエッチング装置
は、図５のそれと基本的には同じであるが、誘電体壁１
０２はその形状が円筒状で、容器１０１の側壁部を構成
し、この誘電体壁１０２の外周に高周波アンテナ１０６
が設置されている点が異なる。

【００１２】図５および図６のＩＣＰ型プラズマエッチ
ング装置において、プラズマ処理時には、容器１０１の
中空部１００内にはガス導入管１０４から導入された反
応性ガスが満たされており、高周波アンテナ１０６に流
れる高周波電流により生じる電磁波（高周波磁界）が誘
電体壁１０２を透過して中空部１内に入り、そこで誘起
された高周波電界によって反応性ガスの放電が起こりプ
ラズマが生成される。このプラズマによって被処理基体
１０８はプラズマ処理される。

【００１３】誘電体壁１０２の材料としては一般に石英
やアルミナ（酸化アルミニウム）が用いられる。また、
高周波アンテナ１０６としては一般に螺旋状もしくは円
筒コイル状の金属導体が用いられる。

【００１４】なお、ＩＣＰ型プラズマエッチング装置に
は、図５、図６に示した以外にも種々の構成のものがあ
り、主に高周波アンテナ１０６や誘電体壁１０２の形状
が異なっているが、少なくとも高周波アンテナと誘電体
壁を備え、電磁的な誘導結合を利用してプラズマを生成
するプラズマエッチング装置は、いずれもＩＣＰ型プラ
ズマエッチング装置である。

【００１５】ＩＣＰ型プラズマエッチング装置は、０．
１ｍＴｏｒｒ〜数１０ｍＴｏｒｒの高真空で動作するた
め、粒子の散乱が少なくてイオンの直進性が良く、高精
度の微細加工技術に不可欠な高異方性を達成できるもの
である。

【００１６】また、大面積の基板を処理するために必要
なプラズマ密度の均一性は、高周波アンテナ１０６や誘
電体壁１０２を大きくするとともに、適切な形状にする
ことによって確保される。

【００１７】図７に、従来のプラズマの生成にヘリコン
波を利用したプラズマエッチング装置（ヘリコン波型プ
ラズマエッチング装置）の概略構成図を示す。なお、図
７において、簡単のために、本来装置が備えている反応
性ガス導入系と真空排気系については、ガス導入管と真
空排気口のみを示し、他の構成は省略し示していない。
また、磁場発生手段に関しては給電系は省略してある。

【００１８】図７においては、２０１はプラズマ処理を
行なうところの容器を示しており、この容器２０１は、
１種類の誘電体材料からなる円盤状の１個の誘電体壁２
０２と、２個の容器外壁２０３ａ，２０３ｂとから構成
されている。容器２０１の上部には反応性ガスなどのガ
スを導入するためのガス導入管２０４が設けられ、容器
２０１の下部には図示しない真空排気ポンプにつながっ
た真空排気口２０５が設けられている。なお、図中、２
００ａ，２００ｂは容器２０１の中空部を示している。

【００１９】誘電体壁２０２の外周にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ２０６と、方向が容器２０１の軸方向
である磁場を発生する電磁石からなる磁場発生手段２０
７が設置されている。アンテナ２０６には高周波電源２
０８から高周波電力が供給されるようになっている。

【００２０】また、容器２０１の内部には被処理基体２
０９を設置する載置台２１０が設けられており、この載
置台２１０は高周波電源２１０に接続されており、これ
により被処理基体８にバイアス電圧を印加できるように
なっている。

【００２１】プラズマ処理時には、容器２０１の中空部
２００ａ，２００ｂ内はガス導入管２０４から導入され
た反応性ガスにより満たされており、高周波アンテナ２
０６から放射された高周波が誘電体壁２０２を透過して
中空部２００ａ内に入り、そこで誘起されたヘリコン波
によって反応性ガスの放電が起こりプラズマが生成され
る。

【００２２】この生成されたプラズマは中空部２００ｂ
に向かって拡散し、この拡散してくるプラズマによって
被処理基体８は処理される。誘電体壁２０２の材料とし
ては一般に石英やアルミナ（酸化アルミニウム）が用い
られる。また、高周波アンテナ２０６としては一般に２
つのループ形状の部分からなる金属導体が用いられる。

【００２３】なお、ヘリコン波型プラズマエッチング装
置には、図７に示した以外にも種々の構成のものがあ
り、主に高周波アンテナ２０６の形状が異なっている
が、少なくとも高周波アンテナ２０６と磁場発生手段２
０７と誘電体壁２０２を備え、ヘリコン波を利用してプ
ラズマを生成するプラズマエッチング装置は、いずれも
ヘリコン波型プラズマエッチング装置である。

【００２４】ヘリコン波型プラズマエッチング装置は、
ＩＣＰ型プラズマエッチング装置と同様に、０．１ｍＴ
ｏｒｒ〜数１０ｍＴｏｒｒの高真空で動作するため、粒
子の散乱が少なくてイオンの直進性が良く、高精度の微
細加工技術に不可欠な高異方性が達成できるものであ
る。

【００２５】また、大面積の被処理基体２０９を処理す
るために必要なプラズマ密度の均一性は、誘電体壁２０
２と高周波アンテナ２０６を大きくするとともに、被処
理基体２０９が置かれた位置から離れた位置でプラズマ
を発生させ、被処理基体２０９に到達するまでにプラズ
マを拡散させることによって確保される。

【００２６】上述したように、ＩＣＰ型プラズマエッチ
ング装置やヘリコン波型プラズマエッチング装置は、低
圧力においても高密度で均一なプラズマを生成できる
が、以下のような問題がある。

【００２７】この種のプラズマエッチング装置では、容
器内を大気圧以下に減圧して動作させるために、容器の
一部である誘電体壁は、大きな変形や破壊なく大気圧の
加重を支持できなければならない。このため、誘電体壁
は、機械的強度が高い物性を持つ誘電体材料を用いて、
十分な厚さでもって作ることが必要となる。

【００２８】上述したように、図５〜図７に示した従来
のプラズマエッチング装置は、その誘電体壁が一種類の
誘電体材料から作られた一層のものなのである。この結
果、必然的に誘電体壁の材料は限定されることになる。

【００２９】誘電体壁が上記の如きの制約があることか
ら、従来のプラズマエッチング装置には以下のような種
々の問題がある。すなわち、まず、プラズマに晒される
誘電体壁の内壁表面に生ずる食刻や腐食やエロージョン
を低減する目的で、プラズマに対する耐性の高い誘電体
材料を自由な選択のもとに用いることができないという
問題がある。

【００３０】また、年々進む被処理基体の大面積化に比
例した誘電体壁の肉厚化が装置の性能低下、さらには高
価格化を招くという問題がある。さらに、プラズマ処理
時における不純物の混入やダストの発生を防止するため
に、高品質の誘電体材料からなる誘電体壁を用いるた
め、コストが高くなるという問題がある。

【００３１】次に上記各問題について詳細に説明する。
上述したように、ＩＣＰ型やヘリコン波型のプラズマエ
ッチング装置では、高周波アンテナから放射される高周
波（電磁波）が誘電体壁を透過して容器内に入ることに
より、高周波電界が生成される。

【００３２】このため、高周波アンテナとプラズマとの
間の電気的な容量的結合（キャパシティブ・カップリン
グ）が不可避的に生じ、これによりプラズマに晒される
誘電体壁の内壁近傍に非常に高い電圧が発生する。

【００３３】この非常に高い電圧によって誘電体壁は例
えばプラズマ中の高エネルギーのイオンの衝撃を受け、
その表面に物理的、化学的な食刻や腐食やエロージョン
などの損消が生じる。また、この誘電体壁の損傷に伴っ
て、誘電体壁を構成する誘電体材料がプラズマ中に放出
し、この放出した誘電体材料によって、プラズマの組成
が変化する。

【００３４】このことから、誘電体壁の構成材料として
は、プラズマに対する耐性の高い誘電体材料を用いる必
要がある。しかしながら、従来の誘電体壁は一種類の誘
電体材料で構成され、誘電体材料の物性としては第１に
機械的強度を優先しなければならず、この物性的制約の
ためにプラズマによる食刻や腐食やエロージョンに対す
る耐性が高い物性を持つ誘電体材料を自由な選択のもと
に用いることができない。

【００３５】誘電体壁の機械的強度およびプラズマ耐性
の両方を満足する誘電体材料としては、一般に石英もし
くはアルミナが用いられているが、それでも誘電体壁の
内壁の食刻や腐食やエロージョンなどの損消は避けられ
ない。

【００３６】このような損消により誘電体壁の構成材料
の元素、例えばアルミナであれば酸素やアルミニウムが
プラズマ中に不純物として混入し、処理性能が低下する
という問題が生じる。

【００３７】また、このような不純物の混入による処理
性能の低下を防止し、安定した性能を保つためには一定
期間の後に誘電体壁の交換しなければならず、コストの
点でも問題があった。さらに、不純物により被処理基体
が汚染されるという問題もあった。

【００３８】このような問題は、特に大きな高周波電力
を高周波アンテナに供給してプラズマ処理を行なう場合
や、反応性の高いフッ素や塩素を含む反応性ガスを用い
てプラズマ処理を行なう場合に顕著となる。

【００３９】次に被処理基体の大面積化に関連した問題
について述べる。半導体装置の生産性を高めるために、
年々被処理基体が大面積化する傾向にある。特に半導体
集積回路などの電子デバイスの基板として使用されてい
るシリコンウェハの場合、今後その直径は３０ｃｍ以上
の大口径になることが予想されている。基板の大面積化
は、ＬＣＤ等の液晶装置のガラス基板においても同様の
状況である。

【００４０】このような被処理基体の大面積化に対し
て、被処理基体全面について均一な加工を実現するため
には、大面積にわたって均一なプラズマを生成すること
が必要である。

【００４１】従来のＩＣＰ型プラズマエッチング装置や
ヘリコン波型プラズマエッチング装置において大面積に
わたって均一なプラズマを生成するためには、装置を構
成している高周波アンテナと誘電体壁を大型化すること
が必要である。また、このような大型化に伴って誘電体
壁の機械的強度も高くする必要がある。

【００４２】ここで、従来の誘電体壁は一種類の材料の
一層のみで構成されているため、これによって大気圧を
支持するには、上述にしたように誘電体壁を厚くして機
械的強度を高めるしか方法がない。

【００４３】しかしながら、誘電体壁を厚くすると、高
周波アンテナから誘電体壁を透過して容器内に入る高周
波の実効的なパワーが低下して高周波電界の強度が弱く
なり、発生するプラズマ密度が低くなってしまうため、
例えばエッチングにおいてはエッチング速度などの性能
が低下するという問題が生じる。

【００４４】このように従来のＩＣＰ型プラズマエッチ
ング装置やヘリコン波型プラズマエッチング装置は、大
面積にわたって均一なプラズマを生成しようとすると、
誘電体壁の肉厚化が必要となって、エッチング速度など
の性能（処理能力）が低下するという問題が避けられな
かった。

【００４５】なお、誘電体壁の肉厚化した場合の高周波
の実効的なパワーの低下は、高周波アンテナに入力する
高周波電力を高めることによって補うことも可能である
が、これには高周波を発生させる電源の大出力化が必要
であり、これにより生産コストが高まるばかりか、上述
した誘電体壁の内壁の食刻や腐食やエロージョンが増大
する結果となってしまう。

【００４６】さらに、もし高周波アンテナに入力する高
周波電力を高めた場合には、高周波アンテナおよび誘電
体壁が高温になることが避けられず、これらを冷却する
ために冷却装置を付加する必要があり、コストが上昇す
る。

【００４７】上述のようにＩＣＰ型プラズマエッチング
装置やヘリコン波型プラズマエッチング装置を構成する
誘電体壁の材料としては石英、アルミナなどが利用され
ているが、この種の材料は処理すべき被処理基体に汚染
やダストを及ぼさないよう均質で極めて高い純度が要求
されるため、非常に高価なものである。

【００４８】材料の純度については、例えば、石英にお
いては、Ｎａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、
Ｃｕなど半導体装置の電気的特性に悪影響を及ぼす金属
の含有率は極めて低くなければならない。また、アルミ
ナにおいては、Ａｌを除く上記の金属類の含有率につい
て石英と同様に低く、かつ組成として含まれるＡｌのプ
ラズマへの放出は無視できる程度に小さくなければなら
ない。

【００４９】また、誘電体壁の表面は微細な凹凸が無く
極めて滑らかでなければならず、また、材料は組成とし
て全体にわたって均質でなければならない。特に、誘電
体壁の表面の微細な凹凸は、半導体装置製造の歩留まり
に悪影響を及ぼすダストの発生と密接な関係があるた
め、誘電体壁の表面は極めて滑らかでであることが重要
である。

【００５０】さらに、均質で極めて高い純度が材料を用
いて、被処理基体の大面積化に対応すべく誘電体壁の大
面積化と肉厚化を進めた場合、それにかかる費用は非常
に高額となり、装置の高価格化と生産コストの大幅な増
加は避けられない。

【００５１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のＩ
ＣＰ型プラズマエッチング装置や、ヘリコン波型プラズ
マエッチング装置は、容器に関してはその機械的強度を
優先とする構成になっていた。

【００５２】この結果、容器の一部である誘電体壁の機
械的強度およびプラズマ耐性を同時に確保することが困
難であるという問題があった。また、エッチング速度の
低下を招かずに、大面積にわたって均一なプラズマを生
成することが困難で、基板の大面積に対する対応が不十
分であるという問題があった。

【００５３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、プラズマ処理容器の機械的強度およびプラズマ耐
性を同時に確保できるプラズマエッチング装置を提供す
ることを目的とする。

【００５４】さらに、本発明は、プラズマ処理容器の機
械的強度およびプラズマ耐性を同時に確保できるととも
に、大面積の被処理基体に対しても有効なプラズマエッ
チング装置を提供することを目的とする。

【００５５】

【課題を解決するための手段】

［概要］上記目的を達成するために、本発明に係るプラ
ズマ処理装置（請求項１）は、少なくとも一部分が誘電
体部材により形成され、プラズマ源ガスが導入され、被
処理基体をプラズマ処理するところのプラズマ処理容器
と、前記誘電体部材を介して前記プラズマ処理容器内に
入り、前記プラズマ源ガスをプラズマ化するための電界
を形成する電磁波を生成する電磁波生成手段とを備えた
プラズマ処理装置において、前記誘電体部材が、複数の
誘電体部材から形成されていることを特徴とする。

【００５６】また、本発明に係る他のプラズマ処理装置
（請求項２）は、上記プラズマ処理装置（請求項１）に
おいて、前記プラズマ処理容器の内側と外側とで、前記
複数の誘電体部材の構成材料が異なることを特徴とす
る。

【００５７】また、本発明に係る他のプラズマ処理装置
（請求項３）は、上記プラズマ処理装置（請求項１）に
おいて、前記複数の誘電体部材の間に空間が形成されて
いることを特徴とする。なお、必ずしも全ての各誘電体
部材間に空間を形成する必要はない。

【００５８】また、本発明に係る他のプラズマ処理装置
（請求項４）は、上記プラズマ処理装置（請求項３）に
おいて、前記電磁波生成手段がアンテナを有し、このア
ンテナが前記空間内に設けられていることを特徴とす
る。

【００５９】本発明の具体的な形態としては例えば以下
のものがあげられる。 １．上記プラズマ処理装置（請求項２）において、プラ
ズマ源ガスに晒される容器内側の誘電体部材の材料とし
て、プラズマによる化学的もしくは物理的な食刻や腐食
やエロージョンに対して耐性が高いものを使用する。こ
の誘電体部材は薄くて良い。 ２．上記プラズマ処理装置（請求項２）において、プラ
ズマ源ガスに晒される容器内側の誘電体部材の材料とし
て、プラズマによる化学的もしくは物理的な食刻や腐食
やエロージョンに対して耐性が高く、かつ均質で極めて
純度の高いものを使用する。この誘電体部材は薄くて済
むので、上記の如きの高品質の材料を使用してもコスト
が大幅に増大することはない。 ３．上記プラズマ処理装置（請求項２）において、大気
圧の加重を支持する容器外側の誘電体部材の材料とし
て、プラズマ処理容器の大きな変形や破壊を防止できる
機械的強度の高いものを使用する。この誘電体部材は高
品質である必要はないので、厚く形成してもコストが大
幅に増加することはない。 ４．上記プラズマ処理装置（請求項３，４）において、
減圧または加圧により空間内の圧力を大気圧と変える。
空間内を減圧すれば、空間内のアンテナの劣化を防止で
きる。 ５．上記プラズマ処理装置（請求項４）において、空間
内に冷却用ガスを供給して、プラズマによるアンテナの
温度上昇を防止し、装置性能の低下を防止する。 ６．上記プラズマ処理装置（請求項４）において、空間
内を不活性もしくは還元性ガスにより満たし、アンテナ
の劣化を防止し、装置性能の低下を防止する。 ７．上記プラズマ処理装置（請求項４）において、プラ
ズマ処理容器の内側の誘電体部材とアンテナとの間の距
離を可変にする。プラズマ処理容器の内側の誘電体部材
のプラズマによる劣化を抑制できる位置にプラズマが生
成されるように、上記距離を設定する。

【００６０】［作用］従来のプラズマエッチング装置
は、その容器の大きな変形や破壊を防止することが優先
され、容器の一部である誘電体壁は単数で、かつ機械的
強度が高い物性を持つ誘電体材料を用いて十分な厚さで
もって形成されていた。

【００６１】一方、本発明（請求項１〜請求項４）は、
誘電体部材（誘電体壁）が複数である構成を採用してい
る。このため、プラズマ処理容器内側の誘電体部材の構
成材料としてプラズマ耐性の高いものを使用し、プラズ
マ処理容器外側の誘電体部材の構成材料として機械的強
度の高いものを使用することにより、プラズマ処理容器
の機械的強度およびプラズマ耐性を同時に確保できるよ
うになる。

【００６２】また、本発明（請求項４）は、誘電体部材
が複数であるとともに、これら誘電体部材により空間を
形成し、この空間にアンテナを設けた構成を採用してい
る。このため、本発明でも上述したようにプラズマ処理
容器の機械的強度およびプラズマ耐性を同時に確保でき
る。

【００６３】また、大面積にわたって均一なプラズマを
生成するために、アンテナと誘電体部材を大型化する際
には、誘電体部材の機械的強度を高めるために誘電体部
材を厚くする必要がある。

【００６４】このとき、プラズマ処理容器外側の誘電体
部材とプラズマ処理容器内側の誘電体部材との間の空間
内にアンテナを設ければ、プラズマ処理容器内側の誘電
体部材は、機械的強度は要求されていないために薄くで
きるので、アンテナから放射された電磁波のプラズマ処
理容器内におけるパワーの低下を防止できるようにな
る。したがって、エッチング速度などの性能の低下を招
かずに、大面積の被処理基体を効果的にプラズマ処理で
きるようになる。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。な
お、以下の説明に用いている各図は本発明を理解できる
程度に各構成要件の寸法、形状、および配置関係を概略
的に示してあるにすぎない。したがって、ＩＣＰ型プラ
ズマエッチング装置の構成の図においては、このプラズ
マエッチング装置が備えている反応性ガス導入系と真空
排気系については省略しており、図中にはガス導入管と
真空排気口のみを示した。

【００６６】また、ヘリコン波型プラズマエッチング装
置の構成の図においても、このプラズマエッチング装置
が備えている反応性ガス導入系と真空排気系と磁場発生
手段への給電系については省略しており、図中にはガス
導入管と真空排気口と磁場発生手段のみを示している。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係るＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概略構成を示す
模式図である。

【００６７】図中、１１はプラズマエッチングを行なう
ところの容器を示しており、この容器１１は、２個の円
盤状の誘電体壁１２ａ，１２ｂと、容器外壁１３とから
構成されている。

【００６８】誘電体壁１２ａと誘電体壁１２ｂとは隙間
無く密着している。大気に晒される容器外側の誘電体壁
１２ａは、大気圧の加重を支持できるように、機械的強
度の高い材料により厚く形成されている。

【００６９】ここで、誘電体壁１２ａは機械的強度のみ
を確保できれば良いので、つまり、プラズマ耐性は要求
されないので、その材料として安価なものを用いること
ができる。したがって、機械的強度を確保するために誘
電体壁１２ａを厚く形成してもコストが大幅に増大する
という問題は生じない。

【００７０】一方、プラズマに晒される容器内側の誘電
体壁１２ｂは、プラズマの化学的もしくは物理的な食刻
や腐食やエロージョンに対する耐性（プラズマ耐性）が
高い材料により薄く形成されている。

【００７１】ここで、誘電体壁１２ａはプラズマ耐性の
みを確保できれば良いので、つまり、機械的強度は要求
されないので、その厚さは薄くて済む。したがって、プ
ラズマ耐性を確保し、さらには不純物やダストの発生を
防止するために、高品質（高純度、高均一性）な高価な
材料を用いてもコストが大幅に増大するという問題は生
じない。

【００７２】容器１１の上部には反応性ガス（プラズマ
源ガス）などのガスを導入するためのガス導入管１４が
設けられ、容器１１の下部には図示しない真空排気ポン
プにつながった真空排気口１５が設けられている。な
お、図中、１０は容器１１の中空部を示している。

【００７３】誘電体壁１２ａの上部にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ１６が設置されており、この高周波ア
ンテナ１６は高周波電源１７から高周波電力が供給され
るようになっている。

【００７４】また、容器１１の内部には被処理基体１８
を設置する載置台１９が設けられている。この載置台１
９は高周波電源２０に接続されており、これにより被処
理基体１８にバイアス電圧を印加できるようになってい
る。

【００７５】本実施形態のＩＣＰ型プラズマエッチング
装置を図５に示した従来のそれと比較したところ以下の
ような結果を得た。図５の従来の装置において、誘電体
壁１０２として高純度で均質な石英もしくはアルミナか
らなる厚さ１０ｍｍのものを用い、多くの枚数のシリコ
ンウェハを処理した後に誘電体壁１０２の内壁を調べ
た。

【００７６】その結果、プラズマによる０．５ｍｍ程度
の食刻が認められた。また、発生したプラズマの発光ス
ペクトルを分析したところ、シリコンウェハおよび導入
した反応性ガスには含まれていない酸素の存在が確認さ
れた。

【００７７】一方、本実施形態の装置において、誘電体
壁１２ａとして低純度の石英からなる厚さ９ｍｍのもの
を用い、誘電体材料１２ｂとしてフッ素系樹脂（テフロ
ン）からなる厚さ３ｍｍものを用い、上記と同枚数のシ
リコンウェハを処理した後に誘電体壁１２ｂの内壁を調
べた。

【００７８】その結果、プラズマによる食刻はほとんど
認められなかった。また、発生したプラズマ中には酸素
の存在は確認されなかった。さらに、従来の装置と比較
して、ＳｉＯ₂膜のエッチング速度は約１．５倍に増加
し、ポリシリコン膜に対するＳｉＯ₂膜のエッチング選
択比は約１．５倍に増加した。また、誘電体壁に必要な
費用は従来のそれの約１／４に低減することができた。

【００７９】また、誘電体壁１２ａとして低純度の石英
からなる厚さ７ｍｍのものを用い、誘電体壁１２ｂとし
てアルミナからなる厚さ２ｍｍのものを用いた場合や、
誘電体壁１２ａとして低純度の石英からなる厚さ１０ｍ
ｍのものを用い、誘電体壁１２ｂとしてポリイミドから
なる厚さ５００μｍののものを用いた場合でも、同様の
効果を得ることができた。

【００８０】かくして本実施形態によれば、従来１つで
あった誘電体壁を２つの誘電体壁１２ａ，１２ｂに変え
るとともに、各誘電体壁１２ａ，１２ｂをそれぞれの目
的に適した材料を用いて形成することにより、誘電体壁
の機械的強度およびプラズマ耐性の向上、エッチング速
度およびエッチング選択比の向上、ならびに誘電体壁に
かかるコストの低減などを図れるようになる。

【００８１】なお、本実施形態は以下のように種々変形
できる。例えば、誘電体壁１２ａの材料としてはガラ
ス、石英、アルミナまたはシリコンカーバイドを使用で
き、誘電体壁１２ｂの材料としてはガラス状カーボン、
窒化アルミニウムまたはポリイミドやテフロンなどの高
分子樹脂を使用でき、装置の構成や使用する反応性ガス
に応じて最適な材料の組み合わせを選ぶと良い。

【００８２】また、本実施形態では誘電体壁は２つであ
ったが３つ以上でも良い。この場合も、各誘電体壁の目
的などに合わせて上記材料の中から最適な材料の組み合
わせを選ぶと良い。

【００８３】なお、本実施形態は、本発明を図５の従来
のＩＣＰ型プラズマエッチング装置は適用した例である
が、本発明は図６の従来のＩＣＰ型プラズマエッチング
装置や、図７の従来のヘリコン波型プラズマエッチング
装置などの他のプラズマエッチング装置にも適用でき
る。また、装置を構成する容器やアンテナや誘電体壁な
どのそれぞれの形状や配置関係などは設計に応じてそれ
ぞれ変更できる。

【００８４】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係るＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概
略構成を示す模式図である。

【００８５】図中、３１はプラズマエッチングを行なう
ところの容器を示しており、この容器３１は、２個の円
板状の誘電体壁３２ａ，３２ｂと、容器外壁３３とから
構成されている。

【００８６】誘電体壁３２ａと誘電体壁３２ｂとの間に
は空間３４が存在している。この空間３４内を大気圧以
下に減圧するために、誘電外壁３３には真空排気管３５
が設けられている。

【００８７】大気に晒される容器外側の誘電体壁３２ａ
は、大気圧の加重を支持できるように、機械的強度の高
い材料により厚く形成されている。一方、プラズマに晒
される容器内側の誘電体壁３２ｂは、プラズマの化学的
もしくは物理的な食刻や腐食やエロージョンに対する耐
性（プラズマ耐性）が高い材料により薄く形成されてい
る。

【００８８】容器３１の上部には反応性ガス（プラズマ
源ガス）などのガスを導入するためのガス導入管３６が
設けられている。一方、容器３１の下部には図示しない
真空排気ポンプにつながった真空排気口３７が設けられ
ている。なお、図中、３０は容器３１の中空部を示して
いる。

【００８９】誘電体壁３２ｂの上部にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ３８が設置されており、この高周波ア
ンテナ３８は高周波電源３９から高周波電力が供給され
るようになっている。

【００９０】また、容器３２の内部には被処理基体４０
を設置する載置台４１が設けられている。この載置台４
１は高周波電源４２に接続されており、これにより被処
理基体４０にバイアス電圧を印加できるようになってい
る。

【００９１】本実施形態でも、従来１つであった誘電体
壁を２つの誘電体壁３２ａ，３２ｂに変えるとともに、
各誘電体壁３２ａ，３２ｂをそれぞれの目的に適した材
料を用いて形成しているので、第１の実施形態と同様な
効果が得られる。

【００９２】さらに、本実形態のＩＣＰ型プラズマエッ
チング装置を図５に示した従来のそれと比較したところ
以下のような効果が得られた。図５の従来の装置におい
て、ウェハの大口径化に対応するために誘電体壁１０２
の直径を２００ｍｍ以上にした場合、誘電体壁１０２と
しては高純度で均質な石英もしくはアルミナからなる約
１５ｍｍ以上のものが必要であった。

【００９３】このように大面積化および肉厚化した誘電
体壁１０２を用いた装置（比較例１）に、直径が１０ｍ
ｍ程度の誘電体壁１０２を用いた装置（比較例２）に入
力していたのと同レベルの高周波電力（誘電体壁の単位
面積当たりで換算した高周波電力）を入力して、プラズ
マを発生してエッチングを行なった。

【００９４】その結果、比較例１の装置のプラズマ密度
は比較例２の装置のそれの約６０％となり、エッチング
速度は約１／２に低下した。これらの原因は、誘電体壁
１０２の肉厚化によって高周波アンテナから誘電体壁１
０２を透過して容器内に入る高周波の実効的なパワーが
低下して高周波電界が弱くなり、発生するプラズマの密
度が低くなったことにある。

【００９５】一方、本実施形態の装置において、誘電体
壁３２ａとして低純度の石英からなる厚さ１５ｍｍを用
い、誘電体壁３２ｂとして高純度で均質な石英からなる
厚さ３ｍｍを用い場合について、プラズマ密度、エッチ
ング速度などについて調べてみた。

【００９６】その結果、大面積化および肉厚化した誘電
体壁１０２を用いた比較例２の装置に比べて、プラズマ
密度は約２００％に高くなり、エッチング速度は約２倍
速くなった。また、誘電体壁に必要な費用も約１／５に
低減することができた。さらに、高周波アンテナ３７は
容器３１内と同程度の圧力に減圧された空間３４に設置
され、大気に晒されていないため、その表面の劣化はほ
とんど確認されないほど低減されていた。

【００９７】また、誘電体壁３２ａとして低純度の石英
からなる厚さ１５ｍｍのものを用い、誘電体壁３２ｂと
してフッ素樹脂（テフロン）からなる厚さ３ｍｍのもの
用いた場合や、誘電体壁３２ａとして低純度の石英から
なる厚さ１５ｍｍのものを用い、誘電体壁３２ｂとして
アルミナからなる厚さ２ｍｍのものを用いた場合や、誘
電体壁３２ａとして低品質のアルミナからなる厚さ１５
ｍｍのものを用い、誘電体壁３２ｂとして窒化アルミニ
ウムからなる厚さ２ｍｍのものを用いた場合にも、同様
の効果を得ることができた。

【００９８】なお、本実施形態は以下のように種々変形
できる。例えば、誘電体壁３２ａの材料としてはガラ
ス、石英、アルミナまたはシリコンカーバイドを使用で
き、誘電体壁３２ｂの材料としてはガラス状カーボン、
窒化アルミニウムまたはポリイミドやテフロンなどの高
分子樹脂を使用でき、装置の構成や使用する反応性ガス
に応じて最適な材料の組み合わせを選ぶと良い。

【００９９】また、本実施形態では誘電体壁は２つであ
ったが３つ以上でも良い。この場合も、各誘電体壁の目
的などに合わせて上記材料の中から最適な材料の組み合
わせを選ぶと良い。

【０１００】また、空間３４内に冷却用ガスを供給し
て、プラズマによる高周波アンテナ３８の温度上昇を防
止し、装置性能の低下を防止するようにしても良い。ま
た、空間３４内を不活性もしくは還元性ガスにより満た
し、高周波アンテナ３８の劣化を防止し、装置性能の低
下を防止するようにしても良い。

【０１０１】また、容器内側の誘電体壁３２ｂと高周波
アンテナ３８との間の距離を可変できるようにし、誘電
体壁３２ｂのプラズマによる劣化を抑制できる位置にプ
ラズマが生成されるように、上記距離を設定しても良
い。

【０１０２】なお、本実施形態は、本発明を図５の従来
のＩＣＰ型プラズマエッチング装置は適用した例である
が、本発明は図６の従来のＩＣＰ型プラズマエッチング
装置や、図７の従来のヘリコン波型プラズマエッチング
装置などの他のプラズマエッチング装置にも適用でき
る。また、装置を構成する容器やアンテナや誘電体壁な
どのそれぞれの形状や配置関係などは設計に応じてそれ
ぞれ変更できる。

【０１０３】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態に係るＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概
略構成を示す模式図である。

【０１０４】図中、５１はプラズマエッチングを行なう
ところの容器を示しており、この容器５１は、２個の円
筒状の誘電体壁５２ａ，５２ｂと、２個の容器外壁５３
ａ，５３ｂとから構成されている。

【０１０５】誘電体壁５２ａと誘電体壁５２ｂとの間に
は空間５４が存在している。この空間５４内を大気圧以
下に減圧するために、誘電外壁５３ａには真空排気管５
５が設けられている。

【０１０６】大気に晒される容器外側の誘電体壁５２ａ
は、大気圧の加重を支持できるように、機械的強度の高
い材料により厚く形成されている。一方、プラズマに晒
される容器内側の誘電体壁５２ｂは、プラズマの化学的
もしくは物理的な食刻や腐食やエロージョンに対する耐
性（プラズマ耐性）が高い材料により薄く形成されてい
る。

【０１０７】容器５１の上部には反応性ガス（プラズマ
源ガス）などのガスを導入するためのガス導入管５６が
設けられている。一方、容器５１の下部には図示しない
真空排気ポンプにつながった真空排気口５７が設けられ
ている。なお、図中、５０は容器５１の中空部を示して
いる。

【０１０８】誘電体壁５２ｂの周囲にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ５８が設置されており、この高周波ア
ンテナ５８は高周波電源５９から高周波電力が供給され
るようになっている。

【０１０９】また、容器５１の内部には被処理基体６０
を設置する載置台６１が設けられている。この載置台６
１は高周波電源６２に接続されており、これにより被処
理基体６０にバイアス電圧を印加できるようになってい
る。

【０１１０】本実施形態でも、従来１つであった誘電体
壁を２つの誘電体壁５２ａ，５２ｂに変えるとともに、
各誘電体壁５２ａ，５２ｂをそれぞれの目的に適した材
料を用いて形成し、さらに、誘電体壁５２ａ，５２ｂの
間に空間５４を設けているので、第２の実施形態と同様
な効果が得られる。また、本実施形態も第２の実施形態
と同様に種々変形できる。

【０１１１】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係るヘリコン波型プラズマエッチング装置
の概略構成を示す模式図である。

【０１１２】図中、７１はプラズマエッチングを行なう
ところの容器を示しており、この容器７１は、２個の円
筒状の誘電体壁７２ａ，７２ｂと、２個の容器外壁７３
ａ，７３ｂとから構成されている。

【０１１３】誘電体壁７２ａと誘電体壁７２ｂとの間に
は空間７４が存在している。この空間７４内を大気圧以
下に減圧するために、誘電外壁７３ａには真空排気管７
５が設けられている。

【０１１４】大気に晒される容器外側の誘電体壁７２ａ
は、大気圧の加重を支持できるように、機械的強度の高
い材料により厚く形成されている。一方、プラズマに晒
される容器内側の誘電体壁７２ｂは、プラズマの化学的
もしくは物理的な食刻や腐食やエロージョンに対する耐
性（プラズマ耐性）が高い材料により薄く形成されてい
る。

【０１１５】容器７１の上部には反応性ガス（プラズマ
源ガス）などのガスを導入するためのガス導入管７６が
設けられている。一方、容器７１の下部には図示しない
真空排気ポンプにつながった真空排気口７７が設けられ
ている。なお、図中、７０ａ，７０ｂは容器７１の中空
部を示している。

【０１１６】誘電体壁７２ｂの外周にはプラズマ発生用
の高周波アンテナ７８が設置されており、この高周波ア
ンテナ７８は高周波電源７９から高周波電力が供給され
るようになっている。

【０１１７】また、容器７１の内部には被処理基体８０
を設置する載置台８１が設けられている。この載置台８
１は高周波電源８２に接続されており、これにより被処
理基体８０にバイアス電圧を印加できるようになってい
る。また、誘電体壁７２ａの外周に容器７１の軸方向の
磁場を発生する電磁石８３からなる磁場発生手段が設け
られている。

【０１１８】本実施形態でも、従来１つであった誘電体
壁を２つの誘電体壁７２ａ，７２ｂに変えるとともに、
各誘電体壁７２ａ，７２ｂをそれぞれの目的に適した材
料を用いて形成し、さらに、誘電体壁７２ａ，７２ｂの
間に空間７４を設けているので、第２の実施形態と同様
な効果が得られる。また、本実施形態も第２の実施形態
と同様に種々変形できる。

【０１１９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、本発明
をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明
したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置などのようにプラ
ズマを利用した成膜装置や、プラズマを利用した表面改
質装置にも適用できる。その他、本発明の技術的範囲内
において、種々変形して実施できる。

【０１２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、誘
電体部材が複数である構成を採用しているので、プラズ
マ処理容器内側の誘電体部材の構成材料としてプラズマ
耐性の高いものを使用し、プラズマ処理容器外側の誘電
体部材の構成材料として機械的強度の高いものを使用す
ることにより、プラズマ処理容器の機械的強度およびプ
ラズマ耐性を同時に確保できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るＩＣＰ型プラズ
マエッチング装置の概略構成を示す模式図

【図２】本発明の第２の実施形態に係るＩＣＰ型プラズ
マエッチング装置の概略構成を示す模式図

【図３】本発明の第３の実施形態に係るＩＣＰ型プラズ
マエッチング装置の概略構成を示す模式図

【図４】本発明の第４の実施形態に係るヘリコン波型プ
ラズマエッチング装置の概略構成を示す模式図

【図５】従来のＩＣＰ型プラズマエッチング装置の概略
構成を示す模式図

【図６】従来の他のＩＣＰ型プラズマエッチング装置の
概略構成を示す模式図

【図７】従来のヘリコン波型プラズマエッチング装置の
概略構成を示す模式図

【符号の説明】

１０…中空部 １１…容器（プラズマ処理容器） １２ａ，１２ｂ…誘電体壁（誘電体部材） １３…容器外壁 １４…ガス導入管 １５…真空排気口 １６…高周波アンテナ １７…高周波電源 １８…被処理基体 １９…載置台 ２０…高周波電源 ３０…中空部 ３１…容器（プラズマ処理容器） ３２ａ，３２ｂ…誘電体壁（誘電体部材） ３３…容器外壁 ３４…空間 ３５…真空排気管 ３６…ガス導入管 ３７…真空排気口 ３８…高周波アンテナ ３９…高周波電源 ４０…被処理基体 ４１…載置台 ４２…高周波電源 ５０…中空部 ５１…容器（プラズマ処理容器） ５２ａ，５２ｂ…誘電体壁（誘電体部材） ５３ａ，５３ｂ…容器外壁 ５４…空間 ５５…真空排気管 ５６…ガス導入管 ５７…真空排気口 ５８…高周波アンテナ ５９…高周波電源 ６０…被処理基体 ６１…載置台 ６２…高周波電源 ７０ａ，７０ｂ…中空部 ７１…容器（プラズマ処理容器） ７２ａ，７２ｂ…誘電体壁（誘電体部材） ７３ａ，７３ｂ…容器外壁 ７４…空間 ７５…真空排気管 ７６…ガス導入管 ７７…真空排気口 ７８…高周波アンテナ ７９…高周波電源 ８０…被処理基体 ８１…載置台 ８２…高周波電源 ８３…電磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一部分が誘電体部材により形成
   され、プラズマ源ガスが導入され、被処理基体をプラズ
   マ処理するところのプラズマ処理容器と、 前記誘電体部材を介して前記プラズマ処理容器内に入
   り、前記プラズマ源ガスをプラズマ化するための電界を
   形成する電磁波を生成する電磁波生成手段とを具備して
   なるプラズマ処理装置において、 前記誘電体部材は、複数の誘電体部材から形成されてい
   ることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記プラズマ処理容器の内側と外側とで、
   前記複数の誘電体部材の構成材料が異なることを特徴と
   する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記複数の誘電体部材の間に空間が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処
   理装置。
4. 【請求項４】前記電磁波生成手段はアンテナを有し、こ
   のアンテナが前記空間内に設けられていることを特徴と
   する請求項３に記載のプラズマ処理装置。