JPH1174251A - 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Info
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- JPH1174251A JPH1174251A JP9232077A JP23207797A JPH1174251A JP H1174251 A JPH1174251 A JP H1174251A JP 9232077 A JP9232077 A JP 9232077A JP 23207797 A JP23207797 A JP 23207797A JP H1174251 A JPH1174251 A JP H1174251A
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- plasma
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 均一な低電子温度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
ら所定のガスを導入しつつ、ポンプ３により排気を行
い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ
用高周波電源４により１００MHzの高周波電力を誘電体
５上に載置されたアンテナ６に供給することにより、凸
部９に基板８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、
拡散によってプラズマを基板８付近まで輸送し、電極７
上に載置された基板８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。
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
ら所定のガスを導入しつつ、ポンプ３により排気を行
い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ
用高周波電源４により１００MHzの高周波電力を誘電体
５上に載置されたアンテナ６に供給することにより、凸
部９に基板８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、
拡散によってプラズマを基板８付近まで輸送し、電極７
上に載置された基板８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。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体等の電子
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
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、特に低電子温度プラズマを
利用するプラズマ処理方法及び装置に関するものであ
る。
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
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、特に低電子温度プラズマを
利用する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】半導体等の電子デバイスの微細化に対応
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平８−８３６９６号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平８−８３６９６号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。
【０００３】Ｃｌ２やＳＦ６等のように負性の強いガ
ス、言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズ
マ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下になると、電
子温度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成さ
れる。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によ
って微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによ
って起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防
止することができ、極めて微細なパターンのエッチング
を高精度に行うことができる。
ス、言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズ
マ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下になると、電
子温度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成さ
れる。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によ
って微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによ
って起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防
止することができ、極めて微細なパターンのエッチング
を高精度に行うことができる。
【０００４】また、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチ
ングを行う際に一般的に用いられるＣｘＦｙやＣｘＨｙ
Ｆｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素およびフッ素を含
むガスをプラズマ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以
下になると、電子温度が高いときに比べてガスの分解が
抑制され、とくにＦ原子やＦラジカル等の生成が抑えら
れる。Ｆ原子やＦラジカル等はシリコンをエッチングす
る速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッ
チング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。
ングを行う際に一般的に用いられるＣｘＦｙやＣｘＨｙ
Ｆｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素およびフッ素を含
むガスをプラズマ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以
下になると、電子温度が高いときに比べてガスの分解が
抑制され、とくにＦ原子やＦラジカル等の生成が抑えら
れる。Ｆ原子やＦラジカル等はシリコンをエッチングす
る速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッ
チング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。
【０００５】また、電子温度が３ｅＶ以下になると、イ
オン温度も低下するので、プラズマＣＶＤにおける基板
へのイオンダメージを低減することができる。
オン温度も低下するので、プラズマＣＶＤにおける基板
へのイオンダメージを低減することができる。
【０００６】さて、図１３に示す静磁場を用いるＥＣＲ
Ｐ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）や、図１４に示
す同じく静磁場を用いるＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）
では電子温度は４〜６ｅＶと高く、図１５に示す静磁場
を用いないＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）では３〜４ｅ
Ｖである。このように、プラズマ源、つまりプラズマを
発生させる方式によってプラズマの電子温度はほとんど
決まってしまうといってもよいほど、プラズマの電子温
度は、プラズマパラメータの中でもとくに制御しずらい
ものである。ガス種、ガス流量、ガス圧力、印加高周波
電力の大きさ、真空容器の形状等の外部パラメータを変
化させても、電子温度はほとんど変化しない。
Ｐ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）や、図１４に示
す同じく静磁場を用いるＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）
では電子温度は４〜６ｅＶと高く、図１５に示す静磁場
を用いないＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）では３〜４ｅ
Ｖである。このように、プラズマ源、つまりプラズマを
発生させる方式によってプラズマの電子温度はほとんど
決まってしまうといってもよいほど、プラズマの電子温
度は、プラズマパラメータの中でもとくに制御しずらい
ものである。ガス種、ガス流量、ガス圧力、印加高周波
電力の大きさ、真空容器の形状等の外部パラメータを変
化させても、電子温度はほとんど変化しない。
【０００７】しかし、最近になって新しい方法が提案さ
れるようになってきている。図１６は、スポークアンテ
ナ式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。図１６において、真空容器２１内にガス供給ユニッ
ト２２から所定のガスを導入しつつポンプ２３により排
気を行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちながら、
アンテナ用高周波電源２４により５００ＭＨｚの高周波
電力を誘電板２５上の放射状導電体からなるスポークア
ンテナ２６に供給すると、真空容器２１内にプラズマが
発生し、電極２７上に載置された基板２８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１６に示すように、電極２７にも
電極用高周波電源２９により高周波電力を供給すること
で、基板２８に到達するイオンエネルギーを制御するこ
とができる。今のところはっきりした理由は明らかにな
っていないが、５００ＭＨｚの高周波電力を用いたスポ
ークアンテナ式プラズマ源では、３ｅＶ以下の低電子温
度が実現されている。なお、この方式については、S.Sa
mukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasma So
urce for Large-Scale Etching Processes", Jpn.J.App
l.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述べら
れている。
れるようになってきている。図１６は、スポークアンテ
ナ式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。図１６において、真空容器２１内にガス供給ユニッ
ト２２から所定のガスを導入しつつポンプ２３により排
気を行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちながら、
アンテナ用高周波電源２４により５００ＭＨｚの高周波
電力を誘電板２５上の放射状導電体からなるスポークア
ンテナ２６に供給すると、真空容器２１内にプラズマが
発生し、電極２７上に載置された基板２８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１６に示すように、電極２７にも
電極用高周波電源２９により高周波電力を供給すること
で、基板２８に到達するイオンエネルギーを制御するこ
とができる。今のところはっきりした理由は明らかにな
っていないが、５００ＭＨｚの高周波電力を用いたスポ
ークアンテナ式プラズマ源では、３ｅＶ以下の低電子温
度が実現されている。なお、この方式については、S.Sa
mukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasma So
urce for Large-Scale Etching Processes", Jpn.J.App
l.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述べら
れている。
【０００８】また、図１７は、我々が提案している、Ｖ
ＨＦ帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置の断面図
である。図１７において、真空容器２１内にガス供給ユ
ニット２２から所定のガスを導入しつつポンプ２３によ
り排気を行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちなが
ら、アンテナ用高周波電源２４により５０乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を誘電体２５上のアンテナ２６に供給
すると、真空容器２１内にプラズマが発生し、電極２７
上に載置された基板２８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１７に示すように、電極２７にも電極用高周波電
源２９により高周波電力を供給することで、基板２８に
到達するイオンエネルギーを制御することができる。今
のところはっきりした理由は明らかになっていないが、
ＶＨＦ帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置では、
３ｅＶ以下の低電子温度が実現されている。
ＨＦ帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置の断面図
である。図１７において、真空容器２１内にガス供給ユ
ニット２２から所定のガスを導入しつつポンプ２３によ
り排気を行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちなが
ら、アンテナ用高周波電源２４により５０乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を誘電体２５上のアンテナ２６に供給
すると、真空容器２１内にプラズマが発生し、電極２７
上に載置された基板２８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１７に示すように、電極２７にも電極用高周波電
源２９により高周波電力を供給することで、基板２８に
到達するイオンエネルギーを制御することができる。今
のところはっきりした理由は明らかになっていないが、
ＶＨＦ帯を用いる渦状アンテナ式エッチング装置では、
３ｅＶ以下の低電子温度が実現されている。
【０００９】また、図１８は、我々が提案している、Ｖ
ＨＦ帯を用いるＩＣＰエッチング装置の断面図である。
図１８において、真空容器２１内にガス供給ユニット２
２から所定のガスを導入しつつポンプ２３により排気を
行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちながら、コイ
ル用高周波電源２４により５０乃至３００ＭＨｚの高周
波電力を誘電体２５上の一端が接地されているコイル３
０に供給すると、真空容器２１内にプラズマが発生し、
電極２７上に載置された基板２８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１８に示すように、電極２７にも電極用高
周波電源２９により高周波電力を供給することで、基板
２８に到達するイオンエネルギーを制御することができ
る。今のところはっきりした理由は明らかになっていな
いが、５０ＭＨｚ以上の周波数の高周波電力を用いたＩ
ＣＰでは、３ｅＶ以下の低電子温度が実現されている。
ＨＦ帯を用いるＩＣＰエッチング装置の断面図である。
図１８において、真空容器２１内にガス供給ユニット２
２から所定のガスを導入しつつポンプ２３により排気を
行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちながら、コイ
ル用高周波電源２４により５０乃至３００ＭＨｚの高周
波電力を誘電体２５上の一端が接地されているコイル３
０に供給すると、真空容器２１内にプラズマが発生し、
電極２７上に載置された基板２８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１８に示すように、電極２７にも電極用高
周波電源２９により高周波電力を供給することで、基板
２８に到達するイオンエネルギーを制御することができ
る。今のところはっきりした理由は明らかになっていな
いが、５０ＭＨｚ以上の周波数の高周波電力を用いたＩ
ＣＰでは、３ｅＶ以下の低電子温度が実現されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
〜図１８に示した従来の方式では、イオン飽和電流密度
の分布が不均一であるという問題点があった。すなわ
ち、基板の中央よりも周辺部でイオン飽和電流密度が高
く、また、基板よりも真空容器の壁に近い部分のイオン
飽和電流密度がさらに高く、エッチング均一性が確保で
きないばかりか、投入した高周波電力の多くが、エッチ
ングに寄与しないプラズマを形成するのに消費され、電
力効率が低かった。一例として、図１９に、図１７に示
した従来のエッチング装置において、Ｃl２＝１８０scc
m、アンテナに供給する高周波電力を１５００Ｗとし
て、圧力を０．２〜３Ｐａと変化させたときの、イオン
飽和電流密度の面内分布を測定した結果を示す。圧力が
低いときは比較的良好な均一性を示しているが、圧力が
高くなると均一性が悪化することがわかる。
〜図１８に示した従来の方式では、イオン飽和電流密度
の分布が不均一であるという問題点があった。すなわ
ち、基板の中央よりも周辺部でイオン飽和電流密度が高
く、また、基板よりも真空容器の壁に近い部分のイオン
飽和電流密度がさらに高く、エッチング均一性が確保で
きないばかりか、投入した高周波電力の多くが、エッチ
ングに寄与しないプラズマを形成するのに消費され、電
力効率が低かった。一例として、図１９に、図１７に示
した従来のエッチング装置において、Ｃl２＝１８０scc
m、アンテナに供給する高周波電力を１５００Ｗとし
て、圧力を０．２〜３Ｐａと変化させたときの、イオン
飽和電流密度の面内分布を測定した結果を示す。圧力が
低いときは比較的良好な均一性を示しているが、圧力が
高くなると均一性が悪化することがわかる。
【００１１】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
な低電子温度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ことを目的としている。
な低電子温度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ことを目的としている。
【００１２】
【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、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
アンテナに５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容器
内の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を制
御するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、基
板付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載置
された基板を処理することを特徴とする。
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、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
アンテナに５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容器
内の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を制
御するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、基
板付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載置
された基板を処理することを特徴とする。
【００１３】本願の第１発明のプラズマ処理方法におい
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
【００１４】本願の第２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
容器内を所定の圧力に制御しながら、コイルに５０ＭＨ
ｚ乃至３００ＭＨｚの高周波電力を供給することにより
真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内の電極に対向
して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御するための静
磁界が存在しない真空容器の凸部に、基板付近よりも高
密度のプラズマを発生させ、電極に載置された基板を処
理することを特徴とする。
空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空
容器内を所定の圧力に制御しながら、コイルに５０ＭＨ
ｚ乃至３００ＭＨｚの高周波電力を供給することにより
真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内の電極に対向
して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御するための静
磁界が存在しない真空容器の凸部に、基板付近よりも高
密度のプラズマを発生させ、電極に載置された基板を処
理することを特徴とする。
【００１５】本願の第１または第２発明のプラズマ処理
方法において、凸部の形状は、円柱状であってもよい
し、円錐状であってもよいし、ドーム状であってもよい
し、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状であっ
てもよい。
方法において、凸部の形状は、円柱状であってもよい
し、円錐状であってもよいし、ドーム状であってもよい
し、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状であっ
てもよい。
【００１６】また、好適には、高周波電力の周波数が５
０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることが望ましい。
０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることが望ましい。
【００１７】また、好適には、凸部の開口部の大きさが
基板の面積の０．４乃至２倍であること望ましい。
基板の面積の０．４乃至２倍であること望ましい。
【００１８】また、好適には、電極と凸部の開口部との
距離が５０ｍｍ乃至２００ｍｍであることが望ましい。
距離が５０ｍｍ乃至２００ｍｍであることが望ましい。
【００１９】また、好適には、基板中心を原点とし、基
板と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方
向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をｒ１としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
板と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方
向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をｒ１としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
【００２０】また、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力をパルス的に変調してもよい。
高周波電力をパルス的に変調してもよい。
【００２１】アンテナまたはコイルに供給される高周波
電力をパルス的に変調する場合、高周波電力の最大値と
最小値の比は１０以上であることが望ましい。
電力をパルス的に変調する場合、高周波電力の最大値と
最小値の比は１０以上であることが望ましい。
【００２２】また、電極に高周波電力を供給してもよ
い。また、好適には、凸部の高さは５０ｍｍ乃至３００
ｍｍであることが望ましい。
い。また、好適には、凸部の高さは５０ｍｍ乃至３００
ｍｍであることが望ましい。
【００２３】本願の第３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、アンテナと、アンテナに５０ＭＨｚ乃至１Ｇ
Ｈｚの高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、基板を載置するための電極を備え、電極に対向し、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い凸部が真空容器に設けられていることを特徴とする。
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、アンテナと、アンテナに５０ＭＨｚ乃至１Ｇ
Ｈｚの高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、基板を載置するための電極を備え、電極に対向し、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い凸部が真空容器に設けられていることを特徴とする。
【００２４】本願の第３発明のプラズマ処理装置におい
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
て、アンテナは渦状導電体により構成されていてもよい
し、放射状導電体により構成されていてもよいし、平板
状導電体により構成されていてもよい。
【００２５】本願の第４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、コイルに５０ＭＨｚ乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、基板を載置するための電極を備え、電極に対向し、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い凸部が真空容器に設けられていることを特徴とする。
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、コイルに５０ＭＨｚ乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、基板を載置するための電極を備え、電極に対向し、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い凸部が真空容器に設けられていることを特徴とする。
【００２６】本願の第３または第４発明のプラズマ処理
装置において、凸部の形状は、円柱状であってもよい
し、円錐状であってもよいし、ドーム状であってもよい
し、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状であっ
てもよい。
装置において、凸部の形状は、円柱状であってもよい
し、円錐状であってもよいし、ドーム状であってもよい
し、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形状であっ
てもよい。
【００２７】また、好適には、高周波電力の周波数が５
０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることが望ましい。
０ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚであることが望ましい。
【００２８】また、好適には、凸部の開口部の大きさが
基板の面積の０．４乃至２倍であることが望ましい。
基板の面積の０．４乃至２倍であることが望ましい。
【００２９】また、好適には、電極と凸部の開口部との
距離が５０ｍｍ乃至２００ｍｍであることが望ましい。
距離が５０ｍｍ乃至２００ｍｍであることが望ましい。
【００３０】また、好適には、基板中心を原点とし、基
板と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方
向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をｒ１としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
板と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方
向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板の半径をｒ１としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料で構成されているか、または固
体材料によって空間的に遮られ、この領域にプラズマが
回り込めないように構成されることが望ましい。
【００３１】また、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力をパルス的に変調する手段を備えてもよい。
高周波電力をパルス的に変調する手段を備えてもよい。
【００３２】アンテナまたはコイルに供給される高周波
電力をパルス的に変調する手段を備える場合、高周波電
力の最大値と最小値の比を１０以上とすることができる
ことが望ましい。
電力をパルス的に変調する手段を備える場合、高周波電
力の最大値と最小値の比を１０以上とすることができる
ことが望ましい。
【００３３】また、電極に高周波電力を供給する手段を
備えてもよい。また、好適には、凸部の高さが５０ｍｍ
乃至３００ｍｍであることが望ましい。
備えてもよい。また、好適には、凸部の高さが５０ｍｍ
乃至３００ｍｍであることが望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態につ
いて、図１〜図４を参照して説明する。
いて、図１〜図４を参照して説明する。
【００３５】図１に、本発明の第１実施形態において用
いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１において、
真空容器１内に、ガス供給ユニット２から所定のガスを
導入しつつ、ポンプ３により排気を行い、真空容器１内
を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源４に
より１００MHzの高周波電力を誘電体５上に配置された
アンテナ６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７上に載置された基板８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。誘電体５は、電極７に対向して設けられ、か
つ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しない
真空容器の凸部９に設けられている。凸部９は円柱状
で、その高さＨは１００ｍｍである。また、凸部９の開
口部１０の大きさＲは、基板の面積とほぼ同じ大きさ
（直径３００ｍｍの円）になっている。また、電極７と
凸部９の開口部１０との距離Ｌは１００ｍｍである。ま
た、図２に示すような、基板中心を原点とし、基板８と
垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板８の半径方向
に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板８の半径をｒ１（本実施例ではｒ１＝１５０ｍ
ｍとする）としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜
ｒ１＋７５ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−１０ｍｍの領
域が固体材料１２および１３で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている。固体材料
１２は電極７をシールドするために金属材料で構成さ
れ、固体材料１３は電極７と固体材料１２を絶縁するた
めに絶縁体材料で構成されている。また、電極７に高周
波電力を供給するための電極用高周波電源１１が設けら
れており、基板８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。
いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１において、
真空容器１内に、ガス供給ユニット２から所定のガスを
導入しつつ、ポンプ３により排気を行い、真空容器１内
を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源４に
より１００MHzの高周波電力を誘電体５上に配置された
アンテナ６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７上に載置された基板８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。誘電体５は、電極７に対向して設けられ、か
つ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しない
真空容器の凸部９に設けられている。凸部９は円柱状
で、その高さＨは１００ｍｍである。また、凸部９の開
口部１０の大きさＲは、基板の面積とほぼ同じ大きさ
（直径３００ｍｍの円）になっている。また、電極７と
凸部９の開口部１０との距離Ｌは１００ｍｍである。ま
た、図２に示すような、基板中心を原点とし、基板８と
垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板８の半径方向
に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座標系におい
て、基板８の半径をｒ１（本実施例ではｒ１＝１５０ｍ
ｍとする）としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜
ｒ１＋７５ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−１０ｍｍの領
域が固体材料１２および１３で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている。固体材料
１２は電極７をシールドするために金属材料で構成さ
れ、固体材料１３は電極７と固体材料１２を絶縁するた
めに絶縁体材料で構成されている。また、電極７に高周
波電力を供給するための電極用高周波電源１１が設けら
れており、基板８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。
【００３６】図３に、アンテナ６の平面図を示す。アン
テナ６は、ホット側アンテナ６１とコールド側アンテナ
６２から成り、ホット側アンテナ６１の外周端部６１ａ
が開放されており、かつ、各々の実質的な中心部６１ｂ
が互いに電気的に接続された複数の渦状導電体からなる
多重の渦形を構成している。また、ホット側アンテナ６
１の実質的な中心部６１ｂが高周波電力のホット側に接
続されている。コールド側アンテナ６２は複数の渦状導
電体からなる多重の渦形であり、コールド側アンテナ６
２の中心部に近い端部６２ｂが互いに接続されずに開放
されており、コールド側アンテナ６２の外周端部６２ａ
は接地されている。なお、ここでは直流電位が接地電位
に対して浮いている側を「ホット側」と呼び、直流電位
が接地電位に等しい側を「コールド側」と呼んでいる。
テナ６は、ホット側アンテナ６１とコールド側アンテナ
６２から成り、ホット側アンテナ６１の外周端部６１ａ
が開放されており、かつ、各々の実質的な中心部６１ｂ
が互いに電気的に接続された複数の渦状導電体からなる
多重の渦形を構成している。また、ホット側アンテナ６
１の実質的な中心部６１ｂが高周波電力のホット側に接
続されている。コールド側アンテナ６２は複数の渦状導
電体からなる多重の渦形であり、コールド側アンテナ６
２の中心部に近い端部６２ｂが互いに接続されずに開放
されており、コールド側アンテナ６２の外周端部６２ａ
は接地されている。なお、ここでは直流電位が接地電位
に対して浮いている側を「ホット側」と呼び、直流電位
が接地電位に等しい側を「コールド側」と呼んでいる。
【００３７】図４に、Ｃl２＝１８０sccm、アンテナに
供給する高周波電力を１５００Ｗとして、圧力を０．２
〜３Ｐａと変化させたときの、イオン飽和電流密度の面
内分布を測定した結果を示す。圧力の高低にかかわら
ず、良好な均一性が得られることがわかる。このように
従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部９に、基板
８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、拡散によっ
てプラズマを基板８付近まで輸送したことによる。すな
わち、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励起周波数を用い、か
つ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、凸部や固
体表面（真空容器１の内壁）の近くに高密度部が偏りや
すく、いわゆるホローカソード放電を起こしやすい。例
えば、図２０のような形態においては、斜線部に高密度
部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所定の大き
さの凸部９を電極７に対向して設けることによって均一
性を確保することが本発明の要点である。
供給する高周波電力を１５００Ｗとして、圧力を０．２
〜３Ｐａと変化させたときの、イオン飽和電流密度の面
内分布を測定した結果を示す。圧力の高低にかかわら
ず、良好な均一性が得られることがわかる。このように
従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部９に、基板
８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、拡散によっ
てプラズマを基板８付近まで輸送したことによる。すな
わち、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励起周波数を用い、か
つ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、凸部や固
体表面（真空容器１の内壁）の近くに高密度部が偏りや
すく、いわゆるホローカソード放電を起こしやすい。例
えば、図２０のような形態においては、斜線部に高密度
部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所定の大き
さの凸部９を電極７に対向して設けることによって均一
性を確保することが本発明の要点である。
【００３８】３００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜付きで直
径３００ｍｍのシリコン基板８を電極７上に載置し、ガ
ス種及びその流量、圧力を、Ｃl２＝１８０sccm、１．
５Ｐａに設定し、アンテナ６に１００MHzの高周波電力
１５００Wを供給するとともに、電極７に５００kHzの高
周波電力３０Wを供給したところ、多結晶シリコン膜が
エッチングされ、３５０nm/min±５％のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
径３００ｍｍのシリコン基板８を電極７上に載置し、ガ
ス種及びその流量、圧力を、Ｃl２＝１８０sccm、１．
５Ｐａに設定し、アンテナ６に１００MHzの高周波電力
１５００Wを供給するとともに、電極７に５００kHzの高
周波電力３０Wを供給したところ、多結晶シリコン膜が
エッチングされ、３５０nm/min±５％のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
【００３９】以上述べた本発明の第１実施形態におい
て、アンテナが渦状導電体により構成されている場合に
ついて説明したが、アンテナは図５に示す放射状導電体
や、図６に示す平板状導電体等他の形態であってもかま
わない。後で述べるように、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励
起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、ア
ンテナの形態とプラズマの分布には相関は乏しく、電磁
波を効果的に放射できれば、どのようなアンテナを用い
る方式であっても、本発明を適用することが可能であ
る。なお、図５に示す放射状導電体は、５００ＭＨｚの
励起周波数を用いる場合に研究されており、また、図６
に示す平板状導電体は５００ＭＨｚまたは９１５ＭＨｚ
の励起周波数を用いる場合に研究されている。
て、アンテナが渦状導電体により構成されている場合に
ついて説明したが、アンテナは図５に示す放射状導電体
や、図６に示す平板状導電体等他の形態であってもかま
わない。後で述べるように、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励
起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、ア
ンテナの形態とプラズマの分布には相関は乏しく、電磁
波を効果的に放射できれば、どのようなアンテナを用い
る方式であっても、本発明を適用することが可能であ
る。なお、図５に示す放射状導電体は、５００ＭＨｚの
励起周波数を用いる場合に研究されており、また、図６
に示す平板状導電体は５００ＭＨｚまたは９１５ＭＨｚ
の励起周波数を用いる場合に研究されている。
【００４０】また、以上述べた本発明の第１実施形態に
おいて、アンテナに供給する高周波電力の周波数が１０
０ＭＨｚ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、５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの
範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧力
下で放電を発生させるために、５０ＭＨｚ乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を用いることが望ましい。
おいて、アンテナに供給する高周波電力の周波数が１０
０ＭＨｚ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、５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの
範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧力
下で放電を発生させるために、５０ＭＨｚ乃至１５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を用いることが望ましい。
【００４１】次に、本発明の第２実施形態について、図
７〜図８を参照して説明する。図７に、本発明の第２実
施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示
す。図７において、真空容器１内に、ガス供給ユニット
２から所定のガスを導入しつつ、ポンプ３により排気を
行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル
用高周波電源４により１００MHzの高周波電力を誘電体
５上に載置されたコイル１４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７上に載置された
基板８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。誘電体５は、電極７に対向
して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御するための静
磁界が存在しない真空容器の凸部９に設けられている。
凸部９は円柱状で、その高さＨは１００ｍｍである。ま
た、凸部９の開口部１０の大きさＲは、基板の面積とほ
ぼ同じ大きさ（直径３００ｍｍの円）になっている。ま
た、電極７と凸部９の開口部１０との距離Ｌは１００ｍ
ｍである。また、図２に示すような、基板中心を原点と
し、基板８と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板
８の半径方向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座
標系において、基板８の半径をｒ１（本実施例ではｒ１
＝１５０ｍｍとする）としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料１２および１３で構成され、こ
の領域にプラズマが回り込めないように構成されてい
る。固体材料１２は電極７をシールドするために金属材
料で構成され、固体材料１３は電極７と固体材料１２を
絶縁するために絶縁体材料で構成されている。また、電
極７に高周波電力を供給するための電極用高周波電源１
１が設けられており、基板８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。
７〜図８を参照して説明する。図７に、本発明の第２実
施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示
す。図７において、真空容器１内に、ガス供給ユニット
２から所定のガスを導入しつつ、ポンプ３により排気を
行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル
用高周波電源４により１００MHzの高周波電力を誘電体
５上に載置されたコイル１４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７上に載置された
基板８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。誘電体５は、電極７に対向
して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御するための静
磁界が存在しない真空容器の凸部９に設けられている。
凸部９は円柱状で、その高さＨは１００ｍｍである。ま
た、凸部９の開口部１０の大きさＲは、基板の面積とほ
ぼ同じ大きさ（直径３００ｍｍの円）になっている。ま
た、電極７と凸部９の開口部１０との距離Ｌは１００ｍ
ｍである。また、図２に示すような、基板中心を原点と
し、基板８と垂直な向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板
８の半径方向に動径ｒをとり、方位角をθとする円柱座
標系において、基板８の半径をｒ１（本実施例ではｒ１
＝１５０ｍｍとする）としたとき、任意のθについて、
ｒ１＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５
０ｍｍの領域が固体材料１２および１３で構成され、こ
の領域にプラズマが回り込めないように構成されてい
る。固体材料１２は電極７をシールドするために金属材
料で構成され、固体材料１３は電極７と固体材料１２を
絶縁するために絶縁体材料で構成されている。また、電
極７に高周波電力を供給するための電極用高周波電源１
１が設けられており、基板８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。
【００４２】図８に、コイル１４の平面図を示す。コイ
ル１４は、複数の渦状導電体からなる多重の渦形を構成
しており、コイル１４の実質的な中心部１４ｂが高周波
電力のホット側に接続され、外周端部１４ａは接地され
ている。
ル１４は、複数の渦状導電体からなる多重の渦形を構成
しており、コイル１４の実質的な中心部１４ｂが高周波
電力のホット側に接続され、外周端部１４ａは接地され
ている。
【００４３】圧力を変化させて、イオン飽和電流密度の
面内分布を測定したところ、図４と同様、圧力の高低に
かかわらず、良好な均一性が得られることがわかった。
このように従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部
９に、基板８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、
拡散によってプラズマを基板８付近まで輸送したことに
よる。すなわち、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励起周波数を
用い、かつ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、
凸部や固体表面（真空容器１の内壁）の近くに高密度部
が偏りやすく、いわゆるホローカソード放電を起こしや
すい。例えば、図２０のような形態においては、斜線部
に高密度部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所
定の大きさの凸部９を電極７に対向して設けることによ
って均一性を確保することが本発明の要点である。
面内分布を測定したところ、図４と同様、圧力の高低に
かかわらず、良好な均一性が得られることがわかった。
このように従来例と比べて均一性が向上したのは、凸部
９に、基板８付近よりも高密度のプラズマを発生させ、
拡散によってプラズマを基板８付近まで輸送したことに
よる。すなわち、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励起周波数を
用い、かつ、静磁界を用いない低電子温度プラズマは、
凸部や固体表面（真空容器１の内壁）の近くに高密度部
が偏りやすく、いわゆるホローカソード放電を起こしや
すい。例えば、図２０のような形態においては、斜線部
に高密度部ができてしまう。この性質を逆に利用し、所
定の大きさの凸部９を電極７に対向して設けることによ
って均一性を確保することが本発明の要点である。
【００４４】５００ｎｍ厚のシリコン酸化膜付きで直径
３００ｍｍのシリコン基板８を電極７上に載置し、ガス
種及びその流量、圧力を、Ｃ４Ｆ８＝２００sccm、０．
５Ｐａに設定し、コイル１４に１００MHzの高周波電力
２０００Wを供給するとともに、電極７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、５５０nm/min±３％のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
３００ｍｍのシリコン基板８を電極７上に載置し、ガス
種及びその流量、圧力を、Ｃ４Ｆ８＝２００sccm、０．
５Ｐａに設定し、コイル１４に１００MHzの高周波電力
２０００Wを供給するとともに、電極７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、５５０nm/min±３％のエッチング速度
が得られ、良好な均一性が確認できた。
【００４５】以上述べた本発明の第２実施形態におい
て、コイル１４に供給する高周波電力の周波数が１００
ＭＨｚ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、５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚ
の範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧
力下で放電を発生させるために、５０ＭＨｚ乃至１５０
ＭＨｚの高周波電力を用いることが望ましい。
て、コイル１４に供給する高周波電力の周波数が１００
ＭＨｚ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、５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚ
の範囲内において、本発明は有効である。とくに、低圧
力下で放電を発生させるために、５０ＭＨｚ乃至１５０
ＭＨｚの高周波電力を用いることが望ましい。
【００４６】以上述べた本発明の第１および第２実施形
態において、凸部が円柱状である場合について説明した
が、凸部の形状はこれに限定されるものではない。図９
に示すような、高さＨ、開口部１０の大きさＲ、電極７
と開口部１０との距離がＬの円錐状凸部、図１０に示す
ような、高さＨ、開口部１０の大きさＲ、電極７と開口
部１０との距離がＬのドーム状凸部、図１１に示すよう
な、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた、高さＨ、
開口部１０の大きさＲ、電極７と開口部１０との距離が
Ｌの凸部等、他の形状の凸部を利用するものも、本発明
の適用範囲である。ただし、図１、図７に示すように凸
部が円柱状である場合、誘電体５を平板にて構成できる
ため、コストの面で有利であり、また、ウエットメンテ
ナンスもやりやすいという利点がある。また、図１１に
示すような、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形
状を採用すると、異なる２種類の内径に対してそれぞれ
数種類ずつ高さの異なる円柱を用意しておき、これらを
組み合わせてイオン飽和電流密度を測定しながら最適な
凸部の形状を求めることができるため、短期間で装置設
計を行えるという利点がある。
態において、凸部が円柱状である場合について説明した
が、凸部の形状はこれに限定されるものではない。図９
に示すような、高さＨ、開口部１０の大きさＲ、電極７
と開口部１０との距離がＬの円錐状凸部、図１０に示す
ような、高さＨ、開口部１０の大きさＲ、電極７と開口
部１０との距離がＬのドーム状凸部、図１１に示すよう
な、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた、高さＨ、
開口部１０の大きさＲ、電極７と開口部１０との距離が
Ｌの凸部等、他の形状の凸部を利用するものも、本発明
の適用範囲である。ただし、図１、図７に示すように凸
部が円柱状である場合、誘電体５を平板にて構成できる
ため、コストの面で有利であり、また、ウエットメンテ
ナンスもやりやすいという利点がある。また、図１１に
示すような、内径の異なる複数の円柱を組み合わせた形
状を採用すると、異なる２種類の内径に対してそれぞれ
数種類ずつ高さの異なる円柱を用意しておき、これらを
組み合わせてイオン飽和電流密度を測定しながら最適な
凸部の形状を求めることができるため、短期間で装置設
計を行えるという利点がある。
【００４７】なお、従来例で説明したＥＣＲＰ（図１
３）、ＨＷＰ（図１４）、ＩＣＰ（図１５）等も凸部を
有しているが、これらの従来例の方式における凸部の役
割と本発明における凸部の役割は大きく異なっている。
ＥＣＲＰあるいはＨＷＰでは、凸部に磁場強度の強い磁
場をかけることにより、極めて高密度のプラズマを発生
させる。図２１（ａ）に示すように、凸部から基板近傍
までは磁場を単調減少させて発散磁場を形成し、これに
よってプラズマを基板近傍まで輸送する。このとき、真
空容器が凸形でないと、図２１（ｂ）に示すように、磁
場の勾配が緩やかになってしまい、基板近傍での磁場を
小さくできない。なお、図２１（ａ）及び（ｂ）は、最
も磁場強度の強いところの磁束密度が互いに等しくなる
ように描いてある。したがって、図２１（ｂ）のような
構成では、基板付近でプラズマが不均一になるばかり
か、基板近傍における磁場が大きすぎるため、基板上に
形成されたトランジスタのゲート酸化膜を絶縁破壊す
る、いわゆるチャージアップダメージが発生してしま
う。つまり、ＥＣＲＰやＨＷＰでは、凸部は装置構成上
必須である。
３）、ＨＷＰ（図１４）、ＩＣＰ（図１５）等も凸部を
有しているが、これらの従来例の方式における凸部の役
割と本発明における凸部の役割は大きく異なっている。
ＥＣＲＰあるいはＨＷＰでは、凸部に磁場強度の強い磁
場をかけることにより、極めて高密度のプラズマを発生
させる。図２１（ａ）に示すように、凸部から基板近傍
までは磁場を単調減少させて発散磁場を形成し、これに
よってプラズマを基板近傍まで輸送する。このとき、真
空容器が凸形でないと、図２１（ｂ）に示すように、磁
場の勾配が緩やかになってしまい、基板近傍での磁場を
小さくできない。なお、図２１（ａ）及び（ｂ）は、最
も磁場強度の強いところの磁束密度が互いに等しくなる
ように描いてある。したがって、図２１（ｂ）のような
構成では、基板付近でプラズマが不均一になるばかり
か、基板近傍における磁場が大きすぎるため、基板上に
形成されたトランジスタのゲート酸化膜を絶縁破壊す
る、いわゆるチャージアップダメージが発生してしま
う。つまり、ＥＣＲＰやＨＷＰでは、凸部は装置構成上
必須である。
【００４８】また、５０ＭＨｚ未満の励起周波数を用い
るＩＣＰでは、コイルとプラズマとが強く誘導結合して
おり、コイルの形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。このため、凸部の無い図２
２のような構成のものでも、極めて均一性の良いプラズ
マを形成することができる。つまり、凸部の有無はプラ
ズマの均一性にとって本質的な問題ではない。
るＩＣＰでは、コイルとプラズマとが強く誘導結合して
おり、コイルの形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。このため、凸部の無い図２
２のような構成のものでも、極めて均一性の良いプラズ
マを形成することができる。つまり、凸部の有無はプラ
ズマの均一性にとって本質的な問題ではない。
【００４９】一方、５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの励起周波数
を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、凸部を設け
なくてもプラズマを発生させることができるため、これ
までは図１６〜図１８に示すような装置形態について研
究されてきた。しかしながら、５０ＭＨｚ未満の励起周
波数を用いるＩＣＰと異なり、アンテナの形を調整して
もプラズマの分布がほとんど変化せず、均一性の確保が
極めて困難であった。本発明はまさにこの点を解決した
ものであり、単にＥＣＲＰやＨＷＰで利用されていた真
空容器の凸部を応用したものではなく、５０ＭＨｚ〜１
ＧＨｚの励起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方
式において凸部の無い形態だけが研究されてきた中で我
々がはじめて行った画期的な発明と位置づけることがで
きる。
を用い、かつ、静磁界を用いない方式では、凸部を設け
なくてもプラズマを発生させることができるため、これ
までは図１６〜図１８に示すような装置形態について研
究されてきた。しかしながら、５０ＭＨｚ未満の励起周
波数を用いるＩＣＰと異なり、アンテナの形を調整して
もプラズマの分布がほとんど変化せず、均一性の確保が
極めて困難であった。本発明はまさにこの点を解決した
ものであり、単にＥＣＲＰやＨＷＰで利用されていた真
空容器の凸部を応用したものではなく、５０ＭＨｚ〜１
ＧＨｚの励起周波数を用い、かつ、静磁界を用いない方
式において凸部の無い形態だけが研究されてきた中で我
々がはじめて行った画期的な発明と位置づけることがで
きる。
【００５０】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、凸部の開口部の大きさが基板の面積
とほぼ同じ大きさである場合について説明したが、凸部
の開口部の大きさは、これに限定されるものではない。
とくに、凸部の開口部の大きさが基板の面積の０．４乃
至２倍であれば、極めて均一なプラズマを得ることがで
きることを実験的に確かめた。
実施形態において、凸部の開口部の大きさが基板の面積
とほぼ同じ大きさである場合について説明したが、凸部
の開口部の大きさは、これに限定されるものではない。
とくに、凸部の開口部の大きさが基板の面積の０．４乃
至２倍であれば、極めて均一なプラズマを得ることがで
きることを実験的に確かめた。
【００５１】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、電極と凸部の開口部との距離が１０
０ｍｍである場合について説明したが、電極と凸部の開
口部との距離は、これに限定されるものではない。とく
に、電極と凸部の開口部との距離が５０ｍｍ乃至２００
ｍｍであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実験
的に確かめた。
実施形態において、電極と凸部の開口部との距離が１０
０ｍｍである場合について説明したが、電極と凸部の開
口部との距離は、これに限定されるものではない。とく
に、電極と凸部の開口部との距離が５０ｍｍ乃至２００
ｍｍであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実験
的に確かめた。
【００５２】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、基板中心を原点とし、基板と垂直な
向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方向に動径ｒ
をとり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の
半径をｒ１としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜
ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍｍの領
域が固体材料１２および１３で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている場合につい
て説明したが、図１２に示すように、真空容器の内壁面
を基板のごく近傍まで延長し、任意のθについて、ｒ１
＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍ
ｍの領域が固体材料（真空容器の内壁面）によって空間
的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めないように
構成されていてもよい。もし、この領域にプラズマが回
り込める空間があると、その空間において高密度のプラ
ズマが発生してしまい、その影響によって基板の外周部
においてエッチング等の処理速度が速くなってしまう場
合がある。
実施形態において、基板中心を原点とし、基板と垂直な
向きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方向に動径ｒ
をとり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の
半径をｒ１としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜
ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍｍの領
域が固体材料１２および１３で構成され、この領域にプ
ラズマが回り込めないように構成されている場合につい
て説明したが、図１２に示すように、真空容器の内壁面
を基板のごく近傍まで延長し、任意のθについて、ｒ１
＜ｒ＜ｒ１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍ
ｍの領域が固体材料（真空容器の内壁面）によって空間
的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めないように
構成されていてもよい。もし、この領域にプラズマが回
り込める空間があると、その空間において高密度のプラ
ズマが発生してしまい、その影響によって基板の外周部
においてエッチング等の処理速度が速くなってしまう場
合がある。
【００５３】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力が連続波である場合について説明したが、高
周波電力をパルス的に変調することによって、より低い
電子温度のプラズマを形成してもよい。この場合、高周
波電力の最大値と最小値の比が１０以上であれば、２ｅ
Ｖ以下の低電子温度プラズマを得ることができる。
実施形態において、アンテナまたはコイルに供給される
高周波電力が連続波である場合について説明したが、高
周波電力をパルス的に変調することによって、より低い
電子温度のプラズマを形成してもよい。この場合、高周
波電力の最大値と最小値の比が１０以上であれば、２ｅ
Ｖ以下の低電子温度プラズマを得ることができる。
【００５４】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、多結晶シリコン膜のエッチング、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、CVD
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。
実施形態において、多結晶シリコン膜のエッチング、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、CVD
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。
【００５５】また、以上述べた本発明の第１および第２
実施形態において、凸部の高さが１００ｍｍである場合
について説明したが、凸部の高さは、これに限定される
ものではない。とくに、凸部の高さが５０ｍｍ乃至３０
０ｍｍであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実
験的に確かめた。
実施形態において、凸部の高さが１００ｍｍである場合
について説明したが、凸部の高さは、これに限定される
ものではない。とくに、凸部の高さが５０ｍｍ乃至３０
０ｍｍであれば、極めて均一なプラズマを得ることを実
験的に確かめた。
【００５６】
【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、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、アンテナに５０ＭＨｚ乃至１Ｇ
Ｈｚの高周波電力を供給することにより真空容器内に電
磁波を放射し、真空容器内の電極に対向して設けられ、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い真空容器の凸部に、基板付近よりも高密度のプラズマ
を発生させ、電極に載置された基板を処理するため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
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、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、アンテナに５０ＭＨｚ乃至１Ｇ
Ｈｚの高周波電力を供給することにより真空容器内に電
磁波を放射し、真空容器内の電極に対向して設けられ、
かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界が存在しな
い真空容器の凸部に、基板付近よりも高密度のプラズマ
を発生させ、電極に載置された基板を処理するため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
【００５７】また、本願の第２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、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、コイ
ルに５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚの高周波電力を供給す
ることにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内
の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御
するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、基板
付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載置さ
れた基板を処理するため、均一性に優れた低電子温度プ
ラズマを得ることができ、均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
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、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、コイ
ルに５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚの高周波電力を供給す
ることにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内
の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を制御
するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、基板
付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載置さ
れた基板を処理するため、均一性に優れた低電子温度プ
ラズマを得ることができ、均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
【００５８】また、本願の第３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、アンテナと、アンテナに５０Ｍ
Ｈｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる
高周波電源と、基板を載置するための電極を備え、電極
に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界
が存在しない凸部が真空容器に設けられているため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
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、アンテナと、アンテナに５０Ｍ
Ｈｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる
高周波電源と、基板を載置するための電極を備え、電極
に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界
が存在しない凸部が真空容器に設けられているため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
【００５９】また、本願の第４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、コイルに５０ＭＨｚ
乃至１５０ＭＨｚの高周波電力を供給することのできる
高周波電源と、基板を載置するための電極を備え、電極
に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界
が存在しない凸部が真空容器に設けられているため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
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、コイルに５０ＭＨｚ
乃至１５０ＭＨｚの高周波電力を供給することのできる
高周波電源と、基板を載置するための電極を備え、電極
に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するための静磁界
が存在しない凸部が真空容器に設けられているため、均
一性に優れた低電子温度プラズマを得ることができ、均
一なプラズマ処理を行うことができる。
【図１】本発明の第１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
置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施形態における、円柱座標を示す図
【図３】本発明の第１実施形態における、アンテナの平
面図
面図
【図４】本発明の第１実施形態における、イオン飽和電
流密度の面内分布を測定した結果を示す図
流密度の面内分布を測定した結果を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における、他のアンテナ
の平面図
の平面図
【図６】本発明の第１実施形態における、他のアンテナ
の斜視図
の斜視図
【図７】本発明の第２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
置の構成を示す断面図
【図８】本発明の第２実施形態における、コイルの平面
図
図
【図９】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
置の構成を示す断面図
【図１０】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
装置の構成を示す断面図
【図１１】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
装置の構成を示す断面図
【図１２】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
装置の構成を示す断面図
【図１３】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
す断面図
【図１４】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
す断面図
【図１５】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
す断面図
【図１６】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
す斜視図
【図１７】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
す斜視図
【図１８】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図
す斜視図
【図１９】従来例における、イオン飽和電流密度の面内
分布を測定した結果を示す図
分布を測定した結果を示す図
【図２０】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
す断面図
【図２１】従来例の磁力線分布を示す断面図
【図２２】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す断面図
す断面図
【符号の説明】 １・・・真空容器 ２・・・ガス供給ユニット ３・・・ポンプ ４・・・アンテナ用高周波電源 ５・・・誘電体 ６・・・アンテナ ７・・・電極 ８・・・基板 ９・・・凸部 １０・・・凸部の開口部 １１・・・電極用高周波電源 １２・・・固体材料（金属） １３・・・固体材料（絶縁体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ (72)発明者 渡辺 彰三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (34)
- 【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、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
アンテナに５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容器
内の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を制
御するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、基
板付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載置
された基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方
法。 - 【請求項２】 アンテナが渦状導電体により構成されて
いることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理方
法。 - 【請求項３】 アンテナが放射状導電体により構成され
ていることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理
方法。 - 【請求項４】 アンテナが平板状導電体により構成され
ていることを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理
方法。 - 【請求項５】 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
コイルに５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚの高周波電力を供
給することにより真空容器内に電磁波を放射し、真空容
器内の電極に対向して設けられ、かつ、プラズマ状態を
制御するための静磁界が存在しない真空容器の凸部に、
基板付近よりも高密度のプラズマを発生させ、電極に載
置された基板を処理することを特徴とするプラズマ処理
方法。 - 【請求項６】 凸部が円柱状であることを特徴とする、
請求項１または５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項７】 凸部が円錐状であることを特徴とする、
請求項１または５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項８】 凸部がドーム状であることを特徴とす
る、請求項１または５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項９】 凸部が内径の異なる複数の円柱を組み合
わせた形状であることを特徴とする、請求項１または５
記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１０】 高周波電力の周波数が５０ＭＨｚ乃至
１５０ＭＨｚであることを特徴とする、請求項１または
５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１１】 凸部の開口部の大きさが基板の面積の
０．４乃至２倍であることを特徴とする、請求項１また
は５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１２】 電極と凸部の開口部との距離が５０ｍ
ｍ乃至２００ｍｍであることを特徴とする、請求項１ま
たは５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１３】 基板中心を原点とし、基板と垂直な向
きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方向に動径ｒを
とり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の半
径をｒ１としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜ｒ
１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍｍの領域
が固体材料で構成されているか、または固体材料によっ
て空間的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めない
ように構成されたことを特徴とする、請求項１または５
記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１４】 アンテナまたはコイルに供給される高
周波電力がパルス的に変調されていることを特徴とす
る、請求項１または５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１５】 高周波電力の最大値と最小値の比が１
０以上であることを特徴とする、請求項１４記載のプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項１６】 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または５記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１７】 凸部の高さが５０ｍｍ乃至３００ｍｍ
であることを特徴とする、請求項１または５記載のプラ
ズマ処理方法。 - 【請求項１８】 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、アンテナと、アンテナに
５０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚの高周波電力を供給することの
できる高周波電源と、基板を載置するための電極を備
え、電極に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するため
の静磁界が存在しない凸部が真空容器に設けられている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１９】 アンテナが渦状導電体により構成され
ていることを特徴とする、請求項１８記載のプラズマ処
理装置。 - 【請求項２０】 アンテナが放射状導電体により構成さ
れていることを特徴とする、請求項１８記載のプラズマ
処理装置。 - 【請求項２１】 アンテナが平板状導電体により構成さ
れていることを特徴とする、請求項１８記載のプラズマ
処理装置。 - 【請求項２２】 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、コイルに５０
ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚの高周波電力を供給することの
できる高周波電源と、基板を載置するための電極を備
え、電極に対向し、かつ、プラズマ状態を制御するため
の静磁界が存在しない凸部が真空容器に設けられている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２３】 凸部が円柱状であることを特徴とす
る、請求項１８または２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２４】 凸部が円錐状であることを特徴とす
る、請求項１８または２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２５】 凸部がドーム状であることを特徴とす
る、請求項１８または２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２６】 凸部が内径の異なる複数の円柱を組み
合わせた形状であることを特徴とする、請求項１８また
は２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２７】 高周波電力の周波数が５０ＭＨｚ乃至
１５０ＭＨｚであることを特徴とする、請求項１８また
は２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２８】 凸部の開口部の大きさが基板の面積の
０．４乃至２倍であることを特徴とする、請求項１８ま
たは２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２９】 電極と凸部の開口部との距離が５０ｍ
ｍ乃至２００ｍｍであることを特徴とする、請求項１８
または２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３０】 基板中心を原点とし、基板と垂直な向
きに対称軸（ｚ軸）をとり、基板の半径方向に動径ｒを
とり、方位角をθとする円柱座標系において、基板の半
径をｒ１としたとき、任意のθについて、ｒ１＜ｒ＜ｒ
１＋５０ｍｍかつ−１００ｍｍ＜ｚ＜−５０ｍｍの領域
が固体材料で構成されているか、または固体材料によっ
て空間的に遮られ、この領域にプラズマが回り込めない
ように構成されたことを特徴とする、請求項１８または
２２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３１】 アンテナまたはコイルに供給される高
周波電力をパルス的に変調する手段を備えたことを特徴
とする、請求項１８または２２記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項３２】 高周波電力の最大値と最小値の比を１
０以上とすることができることを特徴とする、請求項３
１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３３】 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１８または２２記載のプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項３４】 凸部の高さが５０ｍｍ乃至３００ｍｍ
であることを特徴とする、請求項１８または２２記載の
プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23207797A JP3405141B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | プラズマ処理方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23207797A JP3405141B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | プラズマ処理方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174251A true JPH1174251A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3405141B2 JP3405141B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=16933641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23207797A Expired - Fee Related JP3405141B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | プラズマ処理方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3405141B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004107430A1 (ja) * | 2003-05-29 | 2004-12-09 | Tokyo Electron Limited | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| US7880392B2 (en) | 2005-10-28 | 2011-02-01 | Nissin Electric Co., Ltd. | Plasma producing method and apparatus as well as plasma processing apparatus |
-
1997
- 1997-08-28 JP JP23207797A patent/JP3405141B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004107430A1 (ja) * | 2003-05-29 | 2004-12-09 | Tokyo Electron Limited | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JPWO2004107430A1 (ja) * | 2003-05-29 | 2006-07-20 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| KR100843018B1 (ko) | 2003-05-29 | 2008-07-01 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 |
| KR100921871B1 (ko) * | 2003-05-29 | 2009-10-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 |
| JP4615442B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2011-01-19 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| US7880392B2 (en) | 2005-10-28 | 2011-02-01 | Nissin Electric Co., Ltd. | Plasma producing method and apparatus as well as plasma processing apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3405141B2 (ja) | 2003-05-12 |
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