JPH1145877A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及び装置

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JPH1145877A
JPH1145877A JP9201271A JP20127197A JPH1145877A JP H1145877 A JPH1145877 A JP H1145877A JP 9201271 A JP9201271 A JP 9201271A JP 20127197 A JP20127197 A JP 20127197A JP H1145877 A JPH1145877 A JP H1145877A
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plasma
vacuum vessel
plasma processing
coil
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Tomohiro Okumura
智洋 奥村
Ichiro Nakayama
一郎 中山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一なプラズマを発生させることができるプ
ラズマ処理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 真空容器1内に、ガス供給ユニット2か
ら適当なガスを導入しつつ、ポンプ3により排気を行
い、真空容器1内を適当な圧力に保ちながら、コイル用
高周波電源4により100MHzの高周波電力を、誘電体
9に沿って配置された大小2つの環状導体5a及び5b
と多重の渦状導体5cから成るコイル5に供給するとと
もに、電極用高周波電源8により500kHzの高周波電
力を電極6に供給し、真空容器1内にプラズマを発生さ
せ、電極6上に載置された基板7に対してエッチング、
堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ドライエッチン
グ、スパッタリング、プラズマCVD等のプラズマ処理
方法及び装置に関し、特に高周波誘導方式のプラズマ処
理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に対応して、
ドライエッチング技術においては高アスペクト比の加工
等を実現するために、またプラズマCVD技術において
は高アスペクト比の埋め込み等を実現するために、より
高真空でプラズマ処理を行うことが求められている。
【0003】例えば、ドライエッチングの場合において
は、高真空において高密度プラズマを発生させると、基
板表面に形成されるイオンシース中でイオンが中性ガス
粒子等と衝突する確率が小さくなるために、イオンの方
向性が基板に向かって揃い、また電離度が高いために基
板に到達するイオン対中性ラジカルの入射粒子束の比が
大きくなる。したがって、エッチング異方性が高めら
れ、高アスペクト比の加工が可能となる。
【0004】また、プラズマCVDの場合においては、
高真空において高密度プラズマを発生させると、イオン
によるスパッタリング効果によって微細パターンの埋め
込み・平坦化作用が得られ、高アスペクト比の埋め込み
が可能になる。
【0005】高真空において高密度プラズマを発生させ
ることができるプラズマ処理装置の1つとして、コイル
に高周波電圧を印加することによって真空容器内にプラ
ズマを発生させる高周波誘導方式のプラズマ処理装置が
ある。この方式のプラズマ処理装置は、真空容器内に高
周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって真空容器
内に誘導電界を発生させて電子の加速を行い、プラズマ
を発生させるもので、コイル電流を大きくすれば高真空
においても高密度プラズマを発生することができ、十分
な処理速度を得ることができる。
【0006】従来の高周波誘導方式のプラズマ処理装置
の一例を図5に示す。図5において、真空容器1内にガ
ス供給ユニット2から適当なガスを導入しつつポンプ3
により排気を行い、真空容器1内を適当な圧力に保ちな
がら、コイル用高周波電源4により高周波電力をコイル
5に供給すると、真空容器1内にプラズマが発生し、電
極6上に載置された基板7に対してエッチング、堆積、
表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このと
き、図5に示すように、電極6にも電極用高周波電源8
により高周波電力を供給することで、基板7に到達する
イオンエネルギーを制御することができる。なお、コイ
ル5は、誘電体9に沿って設けられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示した従来の方式では、とくに高周波電力の周波数が3
0〜300MHzである場合、コイルの実質的な中心に高
周波電力を印加すると、プラズマが真空容器の中心付近
にかたよってしまうという問題点があった。
【0008】ガス種及びその流量、圧力を、Ar=30
sccm、1Paに設定し、コイル5に100MHzの高周波
電力1000Wを供給してプラズマを発生させ、ラング
ミュアプローブ法を用いてイオン飽和電流密度を測定す
ることにより、従来方式のプラズマの面内分布を評価し
た結果を図6に示す。図6から、プラズマが真空容器の
中心付近にかたよっていることがわかる。測定には10
0MHzの高周波電源を使用したが、高周波電力の周波数
が概ね30〜300MHzである場合、同様の問題が生じ
る。
【0009】実際に、800nm厚のシリコン酸化膜付
きの8インチ径シリコン基板7を電極6上に載置し、ガ
ス種及びその流量、圧力を、C4F8/CH2F2=1
00/100sccm、1Paに設定し、コイル5に1
00MHzの高周波電力2000Wを供給するとともに、電
極に500kHzの高周波電力500Wを供給したところ、
シリコン酸化膜がエッチングされたが、エッチング速度
とその均一性は600nm/min±12%という結果
であった。
【0010】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
なプラズマを発生させることのできるプラズマ処理方法
及び装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願の第1発明のプラズ
マ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を適当な圧力に制御しながら、
誘電体窓に沿って配置されたコイルに高周波電力を供給
することにより、真空容器内にプラズマを発生させて、
真空容器内の電極に載置された基板を処理するプラズマ
処理方法において、コイルが、実質的に同心状に配置さ
れた大小2つの環状導体と、2つの環状導体を結ぶ渦状
導体により構成されており、高周波電力を大小2つの環
状導体のうちいずれか一方に印加し、他方の環状導体を
接地することを特徴とする。
【0012】この方法は、高周波電力の周波数が30〜
300MHzである場合に、とくに有効な方法である。
【0013】また、この方法において、電極に高周波電
力を供給することにより、基板に到達するイオンエネル
ギーを制御することが望ましい。
【0014】また、この方法において、渦状導体が多重
の渦であってもよい。本願の第2発明のプラズマ処理装
置は、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内
を排気する手段と、コイルと、基板を載置するための電
極を備えたプラズマ処理装置において、コイルが、実質
的に同心状に配置された大小2つの環状導体と、2つの
環状導体を結ぶ渦状導体により構成されており、大小2
つの環状導体のうちいずれか一方に高周波電力を供給す
るための高周波電源を備え、他方の環状導体を接地する
ことを特徴とする。
【0015】この装置は、高周波電源の周波数が30〜
300MHzである場合に、とくに有効な装置である。
【0016】また、この装置は、電極に高周波電力を供
給する手段を備えることにより、基板に到達するイオン
エネルギーを制御できる構成とすることが望ましい。
【0017】また、この装置は、渦状導体が多重の渦で
あってもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図1〜図2を参照して説明する。
【0019】図1に、本発明の実施形態において用いた
プラズマ処理装置の斜視図を示す。図1において、真空
容器1内に、ガス供給ユニット2から適当なガスを導入
しつつ、ポンプ3により排気を行い、真空容器1内を適
当な圧力に保ちながら、コイル用高周波電源4により1
00MHzの高周波電力をコイル5に供給することによ
り、真空容器1内にプラズマが発生し、電極6上に載置
された基板7に対してエッチング、堆積、表面改質等の
プラズマ処理を行うことができる。電極6に高周波電力
を供給するための電極用高周波電源8が設けられてお
り、基板7に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができるようになっている。コイルは、実質的に同心状
に配置された大小2つの環状導体5a及び5bと、2つ
の環状導体を結ぶ多重の渦状導体5cにより構成されて
おり、小さい方の環状導体5bに高周波電力を供給する
ように構成され、大きい方の環状導体5aは接地されて
いる。なお、コイル5は、誘電体9に沿って設けられて
いる。
【0020】ガス種及びその流量、圧力を、Ar=30
sccm、1Paに設定し、コイル5に100MHzの高周波
電力1000Wを供給してプラズマを発生させ、ラング
ミュアプローブ法を用いてイオン飽和電流密度を測定す
ることにより、プラズマの面内分布を評価した結果を図
2に示す。図2から、極めて均一なプラズマが得られる
ことがわかる。
【0021】800nm厚のシリコン酸化膜付きの8イ
ンチ径シリコン基板7を電極6上に載置し、ガス種及び
その流量、圧力を、C4F8/CH2F2=100/1
00sccm、1Paに設定し、コイル5に100MHz
の高周波電力2000Wを供給するとともに、電極に5
00kHzの高周波電力500Wを供給したところ、シリコ
ン酸化膜がエッチングされ、エッチング速度とその均一
性が600nm/min±4%という良好な結果が得ら
れた。
【0022】以上述べた本発明の実施形態では、コイル
に供給する高周波電力の周波数が100MHzである場合
について説明したが、周波数はこれに限定されるもので
はなく、30MHz〜300MHz程度の周波数において、本
発明のプラズマ処理方法及び装置は有効である。
【0023】また、以上述べた本発明の実施形態では、
シリコン酸化膜のエッチングについて説明したが、いう
までもなく、その他のエッチング、スパッタリング、CV
D等のプラズマ処理においても、本発明を適用すること
ができる。なお、これらの処理において、電極に高周波
電力を供給する必要のないものもあるが、本発明はその
ような処理についても有効であることはいうまでもな
い。
【0024】また、以上述べた本発明の実施形態では、
小さい方の環状導体に高周波電力を供給し、大きい方の
環状導体を接地する例について説明したが、大きい方の
環状導体に高周波電力を供給し、小さい方の環状導体を
接地してもよい。
【0025】また、以上述べた本発明の実施形態では、
平面状の多重の渦状コイルが平面状の誘電体に沿って載
置されている場合について説明したが、いうまでもな
く、コイルの形状及び真空容器とコイルとの位置関係は
これに限定されるものではない。例として、図3では、
平面状の多重化していないコイル5を用いる場合を、ま
た、図4では、ドーム状の誘電体9を用いる場合を示し
ている。その他、様々なバリエーションが考えられる
が、他の形態も含め、あらゆる形態の高周波誘導方式の
プラズマ処理方法及び装置についても、本発明を適用す
ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願の
第1発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガ
スを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を適当
な圧力に制御しながら、誘電体窓に沿って配置されたコ
イルに高周波電力を供給することにより、真空容器内に
プラズマを発生させて、真空容器内の電極に載置された
基板を処理するプラズマ処理方法において、コイルが、
実質的に同心状に配置された大小2つの環状導体と、2
つの環状導体を結ぶ渦状導体により構成されており、高
周波電力を大小2つの環状導体のうちいずれか一方に印
加し、他方の環状導体を接地するため、均一なプラズマ
を発生させることができ、均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
【0027】また、本願の第2発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容
器内を排気する手段と、コイルと、基板を載置するため
の電極を備えたプラズマ処理装置において、コイルが、
実質的に同心状に配置された大小2つの環状導体と、2
つの環状導体を結ぶ渦状導体により構成されており、大
小2つの環状導体のうちいずれか一方に高周波電力を供
給するための高周波電源を備え、他方の環状導体を接地
するため、均一なプラズマを発生させることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態で用いたプラズマ処理装置の
構成を示す斜視図
【図2】本発明の実施形態における、プラズマの面内分
布を評価した結果
【図3】本発明の他の実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す斜視図
【図4】本発明の他の実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図
【図5】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す
断面図
【図6】従来例における、プラズマの面内分布を評価し
た結果を示す図
【符号の説明】
1 真空容器 2 ガス供給ユニット 3 ポンプ 4 コイル用高周波電源 5 コイル 6 電極 7 基板 8 電極用高周波電源 9 誘電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // H05H 1/46 H05H 1/46 L

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
    内を排気し、真空容器内を適当な圧力に制御しながら、
    誘電体窓に沿って配置されたコイルに高周波電力を供給
    することにより、真空容器内にプラズマを発生させて、
    真空容器内の電極に載置された基板を処理するプラズマ
    処理方法において、コイルが、実質的に同心状に配置さ
    れた大小2つの環状導体と、2つの環状導体を結ぶ渦状
    導体により構成されており、高周波電力を大小2つの環
    状導体のうちいずれか一方に印加し、他方の環状導体を
    接地することを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項2】 高周波電力の周波数が30〜300MHz
    であることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理
    方法。
  3. 【請求項3】 電極に高周波電力を供給することを特徴
    とする、請求項1記載のプラズマ処理方法。
  4. 【請求項4】 渦状導体が多重の渦であることを特徴と
    する、請求項1記載のプラズマ処理方法。
  5. 【請求項5】 真空容器内にガスを供給する手段と、真
    空容器内を排気する手段と、コイルと、基板を載置する
    ための電極を備えたプラズマ処理装置において、コイル
    が、実質的に同心状に配置された大小2つの環状導体
    と、2つの環状導体を結ぶ渦状導体により構成されてお
    り、大小2つの環状導体のうちいずれか一方に高周波電
    力を供給するための高周波電源を備え、他方の環状導体
    を接地することを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 【請求項6】 高周波電源の周波数が30〜300MHz
    であることを特徴とする、請求項5に記載のプラズマ処
    理装置。
  7. 【請求項7】 電極に高周波電力を供給する手段を備え
    たことを特徴とする、請求項5記載のプラズマ処理装
    置。
  8. 【請求項8】 渦状導体が多重の渦であることを特徴と
    する、請求項5記載のプラズマ処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100528463B1 (ko) * 2001-11-30 2005-11-15 삼성전자주식회사 플라즈마 코일
KR100555853B1 (ko) * 2003-06-26 2006-03-03 어댑티브프라즈마테크놀로지 주식회사 균일한 플라즈마 발생을 위한 코일 구조 및 이를 이용한플라즈마 챔버
WO2006031010A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-23 Adaptive Plasma Technology Corp. Adaptively plasma source and method of processing semiconductor wafer using the same
WO2006041250A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Adaptive Plasma Technology Corp. Plasma source for uniform plasma distribution in plasm chamber
KR100757097B1 (ko) 2004-09-14 2007-09-10 에이피티씨 주식회사 적응형 플라즈마 소스 및 이를 이용한 반도체웨이퍼 처리방법

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WO2006041250A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Adaptive Plasma Technology Corp. Plasma source for uniform plasma distribution in plasm chamber

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