WO2002065533A1 - Appareil a plasma et procede de fabrication - Google Patents

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WO2002065533A1
WO2002065533A1 PCT/JP2002/001287 JP0201287W WO02065533A1 WO 2002065533 A1 WO2002065533 A1 WO 2002065533A1 JP 0201287 W JP0201287 W JP 0201287W WO 02065533 A1 WO02065533 A1 WO 02065533A1
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electromagnetic field
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plasma device
hole
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PCT/JP2002/001287
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Nobuo Ishii
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Tokyo Electron Limited
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Definitions

  • the present invention relates to a plasma apparatus that generates plasma by an electromagnetic field supplied into a container, and a method for manufacturing the same.
  • plasma devices are frequently used to perform processes such as formation of an oxide film, crystal growth of a semiconductor layer, etching, and asshing.
  • plasma devices there is a high-frequency plasma device that supplies a high-frequency electromagnetic field into a container using an antenna and generates a high-density plasma using the electromagnetic field.
  • This high-frequency plasma device has a feature that it can be used widely because it can stably generate plasma even when the plasma gas pressure is relatively low.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a conventional high-frequency plasma device.
  • a vertical cross-sectional structure is shown for a part of the configuration.
  • 9A and 9B are cross-sectional views showing an enlarged portion IX surrounded by a dotted line in FIG.
  • this plasma apparatus has a cylindrical processing vessel 511 having a bottom and an open top.
  • a mounting table 5222 is fixed to the bottom of the processing container 5111, and a substrate 5221 is disposed on the upper surface of the mounting table 5222.
  • a nozzle 517 for gas supply is provided on a side wall of the processing container 511, and an exhaust port 516 for vacuum exhaust is provided at the bottom of the processing container 511.
  • a dielectric plate 513 is disposed in an upper opening of the processing vessel 511, and is used as a seal member at a joint between the upper surface of the side wall of the processing vessel 511 and the periphery of the lower surface of the dielectric plate 513. This joint is sealed by interposing an O-ring 514.
  • a radial antenna 5 30 is arranged on this dielectric plate 513.
  • a radial antenna 5 30 is arranged at the center of the radial antenna 530.
  • a high-frequency generator that generates a high-frequency electromagnetic field.
  • an annular shielding member 512 is disposed on the upper surface of the side wall of the processing vessel 511.
  • the shield material 512 covers the outer periphery of the dielectric plate 513 and the radial antenna 5330, and has a structure in which the electromagnetic field does not leak outside the processing vessel 511.
  • the electromagnetic field F transmitted through the dielectric plate 513 and introduced into the processing vessel 511 causes the gas in the processing vessel 511 to be ionized. Then, a plasma is generated in the upper space S2 of the substrate 521. At this time, the electromagnetic field F 1 reflected without being absorbed by the generated plasma and the electromagnetic field F 2 not directly introduced into the processing vessel 5 1 1 from the radial antenna 5 3 0 are the radial antenna 5 3 The reflection is repeated in the region S 1 between the emission surface of 0 and the plasma surface to form a standing wave. This standing wave is also involved in plasma generation.
  • the distance L 2 from the inner surface of the shield member 5 1 2 to position the O-ring 5 1 4 was also not made any consideration.
  • L 2 is approximately Ag / 4 as shown in FIG. 9B
  • the elasticity of the O-ring 5 14 is deprived by the strong electromagnetic field of the standing wave, and the life of the O-ring 5 14 is extended.
  • Disclosure of the invention The present invention has been made to solve the above problems. That is, the purpose is to reduce contamination in the vessel where the plasma is generated.
  • a plasma device of the present invention includes a container having an opening, a dielectric member supported on an end surface of an outer periphery of the opening of the container and closing the opening, Means for supplying an electromagnetic field from the opening to the interior of the container through the opening, and extending at least between the end face of the container and the electromagnetic field supply means to cover the outer periphery of the dielectric member! ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ A shield material that shields the electromagnetic field is provided.
  • the wavelength is approximately N / 2 times (N is an integer of 0 or more).
  • the position of the inner surface of the container substantially corresponds to the position of the node of the standing wave formed in the above-mentioned region, and the voltage at this position becomes approximately zero, so that abnormal discharge does not occur at this position.
  • the distance is determined in consideration of the relative permittivity of the dielectric member in the region.
  • the distance between the end face of the container and the antenna is D
  • the relative air density in the above region is ⁇
  • the wavelength of the electromagnetic field in the above region is Ls
  • the wavelength of the electromagnetic field from the inner surface of the shielding material to the above-mentioned region is approximately MZ twice (MZ). Is an integer between 0 and N inclusive).
  • the position of the seal member substantially corresponds to the position of the node of the standing wave formed in the above-mentioned region, and the electromagnetic field of the standing wave is weak.
  • the distance between the end face of the container and the antenna is D, and the relative airtightness in the above area is The degree [delta], the wavelength of the electromagnetic field in the region;
  • L s the distance L 2 to the position of the inner surface or et sealing member shields material
  • the plasma apparatus includes a container having a through-hole through which a conductor is inserted, an electromagnetic field supply unit for supplying an electromagnetic field to the inside of the container, and an electromagnetic field shielded by closing the through-hole of the container.
  • the distance from the inner surface of the container to the inner surface of the shield material in the through hole of the container is approximately N / 2 times the wavelength of the electromagnetic field in the through hole (N is an integer of 0 or more). It is characterized by becoming.
  • N is an integer of 0 or more.
  • the diameter of the through hole of the container is D
  • the relative air density in the through hole is ⁇
  • the wavelength of the electromagnetic field in the through hole is L G
  • the distance L from the inner surface of the container to the inner surface of the shielding material is L 3
  • the sealing member that seals the through hole of the container is separated from the inner surface of the shield material by a distance equivalent to approximately M / 2 times the wavelength of the electromagnetic field in the through hole (M is an integer of 0 or more and N or less). It is characterized by being arranged at a position. The position of this seal member is almost at the position of the node of the standing wave formed in the through hole, and the electromagnetic field of the standing wave is weak.
  • the distance L 4 from the inner surface of the shield material to the position of the seal member is Is
  • a method of manufacturing a plasma device includes a container having an opening, a dielectric member supported on an end surface of an outer periphery of the opening of the container and closing the opening, and a container formed from the opening through the dielectric member.
  • a plasma apparatus comprising: an electromagnetic field supply unit that supplies an electromagnetic field to the inside; and a shielding material that extends between at least the end surface of the container and the electromagnetic field supply unit, covers a periphery of the dielectric member, and shields the electromagnetic field.
  • the distance from the inner surface of the container to the inner surface of the shield material at the end surface of the container is defined as the approximate wavelength of the electromagnetic field in the region surrounded by the end surface of the container, the electromagnetic field supply means, and the shield material.
  • NZ is doubled (N is an integer of 0 or more).
  • the sealing member that seals the joint between the end surface of the container and the dielectric member is set to be approximately M / 2 times (M is an integer of 0 or more and N or less) the wavelength of the electromagnetic field in the above region from the inner surface of the shielding material. It is characterized by being arranged at a position separated by a corresponding distance.
  • the electromagnetic field supply means is constituted by an antenna arranged to face the dielectric member, by changing the distance between the dielectric member and the antenna, the area surrounded by the end face of the container, the antenna and the shield material is changed.
  • the wavelength of the electromagnetic field may be adjusted.
  • the method for manufacturing a plasma device includes: a container having a through hole through which a conductor is inserted; an electromagnetic field supply unit for supplying an electromagnetic field to the inside of the container; and an electromagnetic field closing the through hole of the container.
  • the distance from the inner surface of the container to the inner surface of the shielding material in the through hole of the container is set to a value within the through hole. It is characterized in that it is adjusted to be approximately NZ twice (N is an integer of 0 or more) of the wavelength of the electromagnetic field at.
  • An example of the conductor penetrating the through hole is a probe for measuring plasma density.
  • the sealing member that seals the through hole of the container is placed at a distance from the inner surface of the shield material that is approximately MZ twice the wavelength of the electromagnetic field in the through hole (M is an integer from 0 to N). It is characterized by being arranged.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a portion II surrounded by a dotted line in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the dependence of the equivalent relative permittivity and the wavelength shortening rate on the dielectric occupancy.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a portion V surrounded by a dotted line in FIG.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an ECR etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a portion VII surrounded by a dotted line in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a conventional high-frequency plasma device.
  • 9A and 9B are cross-sectional views showing an enlarged portion IX surrounded by a dotted line in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this figure, a vertical cross-sectional structure is shown for a part of the configuration.
  • This etching apparatus includes a cylindrical processing vessel 11 having a bottom and an opening at the top.
  • the processing container 11 is formed of a metal such as aluminum.
  • the sidewall of the processing chamber 1 1, nozzle 1 7 for introducing Etsuchin Gugasu such as plasma gas and CF 4 such as A r into the processing vessel 1 1 is provided.
  • This nozzle 17 is formed of a quartz pipe or the like.
  • An insulating plate 15 made of ceramic or the like is provided at the bottom of the processing container 11. Further, an exhaust port 16 penetrating the insulating plate 15 and the bottom of the processing vessel 11 is provided, and a vacuum pump (not shown) communicating with the exhaust port 16 allows the inside of the processing vessel 11 to be opened. Can be brought to a desired degree of vacuum. '
  • a columnar mounting table 22 on which the substrate 21 to be processed is disposed on the upper surface is accommodated.
  • the mounting table 22 is supported by an elevating shaft 23 that passes through the bottom of the processing container 11 and is vertically movable.
  • a high frequency power source 26 for bias is connected to the mounting table 22 via a matching box 25.
  • the output frequency of the high-frequency power supply 26 is a predetermined frequency in the range of several hundreds kHz to tens of MHz.
  • a bellows 24 is provided between the mounting table 22 and the insulating plate 15 so as to surround the elevating shaft 23 in order to ensure airtightness in the processing container 11.
  • the opening of the processing vessel 1 1, thickness 2 0 to 3 0 mm approximately quartz glass or Ceramic (e.g. AL 2 0 3, AIN) dielectric plate 1 3 made of is arranged.
  • the diameter of the dielectric plate 13 is larger than the opening, and the dielectric plate 13 is supported on the upper surface of the side wall (the end surface of the processing container 11), which is the outer periphery of the opening of the processing container 11.
  • an O-ring 14 is interposed as a seal member at a joint between the upper surface of the side wall of the processing container 11 and the lower surface of the peripheral portion of the dielectric plate 13 to seal the joint.
  • the O-ring 14 is made of, for example, viton (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene).
  • a radial antenna 30 as an electromagnetic field supply means for supplying an electromagnetic field to the inside of the processing container 11 via the dielectric plate 13.
  • the radial antenna 30 is isolated from the processing chamber 11 by a dielectric plate 13 and is protected from plasma generated in the processing chamber 11.
  • an annular shield member 12 that covers the outer periphery of the dielectric plate 13 and the radial antenna 30 is disposed.
  • the shielding material 12 is formed of a metal such as aluminum, and has an action of shielding an electromagnetic field.
  • the shield material 12 prevents leakage of the electromagnetic field to the outside of the processing container 11.
  • the shielding material may have a structure extending at least between the upper surface of the side wall of the processing container 11 and the lower surface of the radial antenna 30 to cover the outer periphery of the dielectric plate 13.
  • the radial antenna 30 is composed of two parallel circular conductor plates 31, 32 forming a radial waveguide 33, and a conductor ring 34 connecting peripheral portions of these conductor plates 31, 32. It is composed of In the center of the conductor plate 32, which is the upper surface of the radial waveguide 33, an inlet 35 for introducing an electromagnetic field into the radial waveguide 33 is formed, and the conductor plate which is the lower surface of the radial waveguide 33 is formed.
  • the slot 31 is provided with a plurality of slots 36 for supplying an electromagnetic field propagating in the radial waveguide 33 into the processing container 11. This conductor plate 31 serves as a radiation surface of the radial antenna 30.
  • the conductor plate When the wavelength of the electromagnetic field in the radial waveguide 33 is Agl , the conductor plate
  • the slot spacing in the radial direction of 31 may be about ⁇ 1 , and a radiating antenna may be used, or the above-mentioned spacing may be l sl / 20 to gl / 30, and a leak type antenna may be used.
  • the conductor plates 31 and 32 and the conductor ring 34 are made of metal such as copper or aluminum.
  • a coaxial line 41 is connected to the center of the radial antenna 30.
  • the outer conductor 41 A of the coaxial line 41 is connected to the inlet 35 of the conductor plate 32.
  • the tip of the inner conductor 41B of the coaxial line 41 is formed in a conical shape, and the bottom of the cone is connected to the center of the conductor plate 31.
  • the coaxial line 41 connected to the central portion of the radial antenna 30 is connected to the high-frequency generator 45 via the rectangular-coaxial converter 42 and the rectangular waveguide 43.
  • the high-frequency generator 45 generates a high-frequency electromagnetic field having a predetermined frequency (for example, 2.45 GHz) in the range of 1 GHz to more than 10 GHz. Further, by providing a matching circuit 44 for impedance matching in the middle of the rectangular waveguide 43, the power use efficiency can be improved. Note that a portion between the high-frequency generator 45 and the radial antenna 30 may be connected by a cylindrical waveguide.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a portion II surrounded by a dotted line in FIG. A recess formed by the upper surface of the side wall of the processing vessel 11, the radiating surface of the radial antenna 30 (conductor plate 31), and the inner surface of the shield material 12 (the area with the Rishiko pattern in FIG. 2) 1 Assuming that the wavelength of the electromagnetic field in 8 is; l s , The shield material 12 is arranged so that the distance from the edge 11A to the inner surface of the shield material 12 (that is, the depth from the opening of the recess 18 to the end face) is approximately; l s Z2. .
  • the O-ring 14 is disposed at a distance L 2 from the inner surface of the shielding material 12, which is slightly shorter than l g Z 2 .
  • the wavelength of the electromagnetic field in the concave portion 18; L g is expressed as follows.
  • the thickness and relative permittivity of the dielectric plate 13 are represented by di and ⁇ i, respectively, and the distance and the relative permittivity between the dielectric plate 13 and the radiation surface (conductor plate 31) of the radial antenna 30 are represented by:
  • ⁇ is c ⁇ Zd, which is called the dielectric occupancy.
  • the wavelength ⁇ ⁇ of the electromagnetic field in the concave portion 18 is obtained by using the equivalent relative permittivity as
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the dependence of the equivalent relative permittivity and the wavelength shortening rate on the dielectric occupancy.
  • the horizontal axis is the dielectric occupancy ⁇
  • the vertical axis is the equivalent relative permittivity and the wavelength shortening rate 1 ⁇ () 1/2 .
  • the relative permittivity ⁇ i of the dielectric plate 13 is set to 4
  • the relative permittivity ⁇ 2 of the space between the dielectric plate 13 and the radial antenna 30 is set to 1.
  • the dielectric occupancy ⁇ changes, the equivalent relative permittivity outside the radial antenna 30 changes, and the wavelength shortening ratio 1 / () 1/2 changes. wavelength of the electromagnetic field in the recess 1 in 8; l g also changes.
  • the dielectric occupancy a varies depending on the thickness of the dielectric plate 13 or the distance d 2 between the dielectric plate 13 and the radial antenna 30.
  • the inside of the processing container 11 is evacuated to, for example, about 0.01 to 10 Pa. While maintaining this vacuum, the nozzle 17 Supply Ar as plasma gas and CF 4 as etching gas. In this state, the electromagnetic field from the high-frequency generator 45 is supplied to the radial antenna 30 via the rectangular waveguide 43, the rectangular-coaxial converter 42, and the coaxial line 41.
  • the electromagnetic field introduced into the radial antenna 30 is radiated little by little from the plurality of slots 36 while propagating radially from the center of the radial waveguide 33 to the outer periphery.
  • the electromagnetic field F radiated from the radial antenna 30 passes through the dielectric plate 13 and is introduced into the processing container 11. Then, by ionizing the A r of the processing chamber 1 1 to generate a plasma in the upper space S 2 of the substrate 2 1, Ru dissociate CF 4.
  • the electromagnetic field F1 reflected without being absorbed by the generated plasma and the electromagnetic field F2 not directly introduced into the processing chamber 11 from the radial antenna 30 are generated by the radial antenna 30.
  • the reflection is repeated in the area S 1 between the radiation surface (conductor plate 31) and the plasma surface to form a standing wave.
  • the distance from the edge 11A of the processing container 11 to the inner surface of the shielding material 12 is approximately gZ2 .
  • the position of the edge 11 A is almost at the position of the node of the standing wave. Therefore, the voltage between the edge 11 A and the radiation surface (conductor plate 31) at the position opposite to the edge 11 A is approximately zero, and no abnormal discharge occurs at the edge 11 A. Therefore, contamination in the processing container 11 caused by abnormal discharge can be prevented.
  • the distance L 2 from the inner surface of the shield material 12 to the O-ring 14 is also approximately; s Z 2.
  • the position of the ring 14 also substantially corresponds to the position of the node of the standing wave, and the electromagnetic field of the standing wave is weak, so that the effect of the ring 14 on the standing wave is reduced. Therefore, the life of the O-ring 14 can be extended.
  • the distance L 2 from the inner surface of the shield material 12 to the o-ring 14 may be about g times MZ2 (M is an integer of 0 or more and N or less).
  • M is an integer of 0 or more and N or less.
  • L 2 need not be exactly; l g 'NZ2,; L s ' M / 2. Below, L:, described allowable range of L 2.
  • ⁇ is called relative air density, which is the air density when the air density at normal temperature and normal pressure (20 ° C, 1013 hPa) is set to 1.
  • the parallel plate electrode that creates an equal electric field is placed on the upper surface of the side wall of the processing vessel 11 and the radiation surface (conductor plate 3 1) of the radial antenna 30. Equivalent to. Therefore, the equivalent distance D between the electrodes in the equation (3) corresponds to the diameter of the recess 18. However, since the vacuum portion between the upper surface of the side wall and the dielectric plate 13 is ignored here, the equivalent distance D between the electrodes is
  • ⁇ L ( ⁇ / 360) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (9), so that 1 ⁇ and L 2 may be set in the following ranges.
  • Oyopi 2 is both positive.
  • this condition is a constraint that discharge does not occur, and does not restrict a metal atom from being detached from the processing chamber 11 due to the impact of electrons in the plasma.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a portion V surrounded by a dotted line in FIG.
  • a circular through hole 19 through which a conductor probe 51 for measuring a plasma density passes is formed on the side wall of the processing vessel 11.
  • the probe 51 is arranged on the central axis of the through hole 19 and forms a coaxial line with the inner surface of the through hole 19. Coaxial lines do not have a high-frequency cutoff, so they are often used for measuring plasma density in high-frequency plasma equipment.
  • One end of the probe 51 is connected to a plasma density measuring device main body 52 arranged outside the processing vessel 11, and the other end extends inside the processing vessel 11.
  • the through hole 19 formed in the side wall of the processing vessel 11 is sealed by an O-ring 53 as a sealing member interposed between the processing vessel 11 and the airtightness inside the processing vessel 11. I have.
  • the through hole 19 is covered on the outer side surface of the side wall by the shielding material 54, and an electromagnetic field heading to the outside of the processing container 11 through the through hole 19 is shielded.
  • the probe 51 passes through the center of the shielding material 54 and is taken out of the processing vessel 11, but as shown in Fig. 5 so that the probe 51 does not come into contact with the shielding material 54. Insulated members 55 are interposed.
  • the shield is formed from the edge 1 1 B of the inner surface of the side wall of the processing vessel 11.
  • the distance to the inner surface of the timber 5 4 i.e., depth from the opening of the recess 5 6 to the end face
  • L 3 the distance to the inner surface of the timber 5 4 (i.e., depth from the opening of the recess 5 6 to the end face) is L 3, so that approximately NZ 2 times i g, shields 5 4 is placed .
  • the O-ring 14 is arranged such that the distance L 4 from the inner surface of the shielding material 12 is approximately M / 2 times of 18 .
  • Tolerance of L 3 is represented in a range of 1 ⁇ In the above-described (1 0) formula was replaced with L 3, the allowable range of L 4 are, the L 2 In the above-described (1 1) to L 4 Expressed in the replaced range.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an ECR etching apparatus according to a third embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.
  • the etching apparatus includes a plasma chamber 111 P around which an electromagnetic coil 15 1 for forming a mirror magnetic field is provided, and a reaction chamber 1 for accommodating a substrate 21 to be processed. It has a vacuum vessel 111 consisting of 11Q.
  • the top of the plasma chamber 1 1 1 P, the gas supply nozzle 1 1 7 A for introducing a plasma gas, such as A r are mounted on the upper portion of the reaction chamber 1 1 1 Q, introducing an etching gas such as CF 4
  • An annular gas supply unit 117B is provided.
  • a dielectric plate 113 is disposed in an opening above the plasma chamber 111P. This dielectric plate 113 is supported on the upper surface of the side wall (the end surface of the vacuum vessel 111) corresponding to the opening of the plasma chamber 111P, and the upper surface of this side wall and the lower surface of the peripheral portion of the dielectric plate 113 are formed.
  • An O-ring 114 is interposed as a seal member at the joint of.
  • a waveguide 144 connected to a high-frequency generator 144 for generating a high-frequency electromagnetic field is arranged on the dielectric plate 113.
  • an electromagnetic field supply unit is configured by the waveguide 144 and the high frequency generator 144.
  • an annular shield member 112 for covering the outer periphery of the dielectric plate 113 is arranged on the upper surface of the side wall of the vacuum container 111.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a portion VII surrounded by a dotted line in FIG. A recess formed by the upper surface of the side wall of the vacuum vessel 1 1 1 1, the lower surface of the waveguide 1 4 4, and the inner surface of the shielding material 1 1 2 (the area marked with a satin pattern in Fig. 7).
  • the wavelength of lg is; l g
  • Shielding material 1 12 is arranged so that L 5 is approximately; g / 2.
  • the O-ring 114 is disposed at a distance L 6 from the inner surface of the shielding member 112, which is slightly shorter than l g / 2. Tolerance of L 5 represents, described above (1 0) is represented by the range was replaced with L 5 in formula, the allowable range of L 6 is represented by a range obtained by replacing the L 2 to L 6 in the above-mentioned (1 1).
  • the positions of the shield material and the ring are the same as those of the second embodiment. The adjustment may be made in the same manner as shown.
  • the plasma apparatus according to the present invention is applied to an etching apparatus has been described as an example.
  • the plasma apparatus may be applied to another plasma apparatus such as a plasma CVD apparatus.
  • the wavelength of the electromagnetic field in the above region NZ is adjusted to twice (N is an integer of 0 or more).
  • the seal member is disposed at a position separated from the inner surface of the shield material by a distance corresponding to substantially M / 2 times the wavelength of the electromagnetic field (M is an integer of 0 to N) in the above-mentioned region. .
  • This position substantially corresponds to the position of the node of the standing wave formed in the above-mentioned region, and the electromagnetic field of the standing wave is weak, so that the life of the sealing member can be extended.
  • the electromagnetic field supply means is constituted by an antenna arranged to face the dielectric member
  • the distance between the dielectric member and the antenna an area surrounded by the end face of the container, the antenna and the shield material is changed.
  • the wavelength of the electromagnetic field at is adjusted. Even if the distance from the inner surface of the container to the inner surface of the shielding material is physically constant, the distance can be adjusted by changing the distance between the dielectric member and the antenna to adjust the wavelength of the electromagnetic field in the region. It can be approximately N / 2 times the wavelength of the electromagnetic field.
  • the dielectric member By changing the distance between the antenna and the antenna, the distance from the inner surface of the shield material to the position where the seal member is arranged can be made approximately M / 2 times the wavelength of the electromagnetic field.
  • the distance from the inner surface of the container to the inner surface of the shielding material is substantially N / 2 times the wavelength of the electromagnetic field in the through hole (N is an integer of 0 or more). Has been adjusted. As a result, the position of the inner surface of the container substantially corresponds to the position of the node of the standing wave formed in the through hole, and the voltage at this position becomes approximately zero.
  • the sealing member is placed at a position separated from the inner surface of the shielding material by a distance corresponding to substantially M // 2 times the wavelength of the electromagnetic field in the through hole (M is an integer of 0 to N). Deploy. This position substantially corresponds to the position of the node of the standing wave formed in the through hole, and the electromagnetic field of the standing wave is weak, so that the life of the seal member can be extended.
  • the present invention can be applied to a plasma device for performing processes such as formation of an oxide layer, crystal growth of a semiconductor layer, etching, and asshing in the manufacture of a semiconductor device or a flat panel display.

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Description

明細書 プラズマ装置及びその製造方法 技術分野
本発明は、 容器内に供給した電磁界によりプラズマを生成するブラズマ装置及 びその製造方法に関する。 背景技術
半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、 酸化膜の形成や半 導体層の結晶成長、 エッチング、 またアツシングなどの処理を行うために、 ブラ ズマ装置が多用されている。 これらのプラズマ装置の中に、 アンテナを用いて容 器内に高周波電磁界を供給し、 その電磁界により高密度プラズマを発生させる高 周波プラズマ装置がある。 この高周波プラズマ装置は、 プラズマガスの圧力が比 較的低くても安定してプラズマを生成することができるので、 用途が広いという 特色がある。
図 8は、 従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示す図である。 この図では、 一部構成について縦断面構造が示されている。 また、 図 9 A, 9 Bは、 図 8にお いて点線で囲まれた部分 I Xを拡大して示す断面図である。
図 8に示すように、 このプラズマ装置は、 上部が開口している有底円筒形の処 理容器 5 1 1を有している。 この処理容器 5 1 1の底部には载置台 5 2 2が固定 され、 この載置台 5 2 2の上面に基板 5 2 1が配置される。 処理容器 5 1 1の側 壁には、 ガス供給用のノズル 5 1 7が設けられ、 処理容器 5 1 1の底部には、 真 空排気用の排気口 5 1 6が設けられている。 処理容器 5 1 1の上部開口には、 誘 電体板 5 1 3が配置され、 処理容器 5 1 1の側壁上面と誘電体板 5 1 3の下面周 縁部との接合部にシール部材として Oリング 5 1 4を介在させることにより、 こ の接合部を密閉している。
この誘電体板 5 1 3の上にはラジアルアンテナ 5 3 0が配置されている。 ラジ アルアンテナ 5 3 0の中心部には、 高周波電磁界を発生する高周波発生器 5 4 5 が導波路によって接続されている。 また、 処理容器 5 1 1の側壁上面に、 環状の シールド材 5 1 2が配置されている。 このシールド材 5 1 2は誘電体板 5 1 3及 びラジアルアンテナ 5 3 0の外周を覆い、 電磁界が処理容器 5 1 1の外部に漏れ ない構造になっている。
ラジアルアンテナ 5 3 0から放射された電磁界のうち、 誘電体板 5 1 3を透過 して処理容器 5 1 1内に導入された電磁界 Fは、 処理容器 5 1 1内のガスを電離 させて、 基板 5 2 1の上部空間 S 2にプラズマを生成する。 このとき、 生成され たプラズマによって吸収されずに反射された電磁界 F 1や、 ラジアルアンテナ 5 3 0から処理容器 5 1 1内に直接導入されなかった電磁界 F 2は、 ラジアルアン テナ 5 3 0の放射面とプラズマ表面との間の領域 S 1で反射を繰り返し、 定在波 を形成する。 この定在波もプラズマ生成に関与している。
従来のプラズマ装置では、 シールド材 5 1 2を処理容器 5 1 1の側壁上面に配 置するにあたり、 処理容器 5 1 1の側壁内面のエッジ 5 1 1 Aからシールド材 5 1 2の内面までの距離 1^について、 何の配慮もなされていなかった。 し力、し、 処理容器 5 1 1の側壁上面とラジアルアンテナ 5 3 0の放射面とシールド材 5 1 2の内面とから形成される回部 （図 9 Α， 9 Βにおいて梨子地模様を付した領 域） 5 1 8内における電磁界の波長え gに対して、 図 9 Aに示すように がおよ そ l gZ 4であると、 凹部 5 1 8の開口部であるエッジ 5 1 1 Aの位置が定在波 の腹に当たるため、 エッジ 5 1 1 Aの位置における電圧が大きくなり、 異常放電 が生じることがある。 この異常放電が生じると、 電子衝撃によって処理容器 5 1 1の金属原子が離脱して、 処理容器 5 1 1内の汚染の原因となるという問題があ つた。
また、 従来のプラズマ装置では、 シールド材 5 1 2の内面から Oリング 5 1 4 の配置位置までの距離 L2についても、 何の配慮もなされていなかった。 し力 し、 図 9 Bに示すように L2がおよそ A g/ 4であると、 定在波の強い電磁界により O リング 5 1 4の弾性が奪われ、 Oリング 5 1 4の寿命が短くなるという問題があ つた。 発明の開示 本発明は上述の問題点を解決するためになされたものである。 すなわち、 その 目的は、 プラズマが生成される容器内の汚染を抑制することにある。
また、 他の目的は、 oリングなどのシール部材の寿命を長くすることにある。 このような目的を達成するために、 本発明のプラズマ装置は、 開口部を有する 容器と、 この容器の開口部外周の端面に支持され開口部を閉塞する誘電体部材と、 この誘電体部材を介して開口部から容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手 段と、 少なくとも容器の端面と電磁界供給手段との間に延在して誘電体部材の外 周を覆！ヽ電磁界を遮蔽するシールド材とを備え、 容器の端面における容器の内面 からシールド材の内面までの距離が、 容器の端面と電磁界供給手段とシールド材 とにより囲まれた領域内における電磁界の波長の略 N/ 2倍 （Nは 0以上の整 数） になっていることを特徴とする。 これにより、 容器の内面の位置が上記領域 内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、 この位置における電圧がおよそ零と なるので、 この位置では異常放電は生じない。 なお、 上記距離は、 上記領域内に ある誘電体部材の比誘電率を考慮して決定される。
ここで、 容器の端面とアンテナとの間隔を D、 上記領域内における相対空気密 度を δ、 上記領域内における電磁界の波長を L s とすると、 容器の内面からシー ノレド材の内面までの距離 L i は、
(N/ 2 ) · A g —厶 L < L , < (Ν/ 2 ) · λ ε +厶 L
ただし、 > 0
Δ L = ( Θ /360) · λ g
Θ = sir l / D
Γ = 1 + {0. 328/ ( 5 - D) 1/2}
を満たしていることが望ましい。
また、 容器の端面と誘電体部材との接合部に介在してこの接合部を密閉するシ 一ル部材については、 シールド材の内面から上記領域内における電磁界の波長の 略 MZ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置に配置され ていることを特徴とする。 このシール部材の配置位置は、 上記領域内にできる定 在波のほぼ節の位置に当たり、 定在波の電磁界が弱い。
ここで、 容器の端面とアンテナとの間隔を D、 上記領域内における相対空気密 度を δ、 上記領域内における電磁界の波長を; Ls とすると、 シールド材の内面か らシール部材の配置位置までの距離 L2 は、
(M/ 2 ) · λ g —厶 L < L2 < (M/ 2 ) · λ g + A L
ただし、 L2 > 0
A L = (0 /360) ·
Θ = sin l( l/ )
Γ = 1 +{0.328/(5 -D)1/2}
を満たしていることが望ましい。
本発明のプラズマ装置は、 導電体が挿通される貫通孔が形成された容器と、 こ の容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、 容器の貫通孔を塞いで電磁 界を遮蔽するシールド材とを備え、 容器の貫通孔内における容器の内面からシー ルド材の内面までの距離が、 貫通孔内における電磁界の波長の略 N/ 2倍 （Nは 0以上の整数） になっているを特徴とする。 これにより、 容器の内面の位置が貫 通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、 この位置 おける電圧がおよそ 零となるので、 この位置では異常放電は生じない。 なお、 貫通孔に揷通される導 電体の例としては、 プラズマ密度計測用のプローブなどがある。
ここで、 容器の貫通孔の直径を D、 貫通孔内における相対空気密度を δ、 貫通 孔内における電磁界の波長を; LG とすると、 容器の内面からシールド材の内面ま での距離 L 3は、
(N/2) · λ5 - Δ L < L3 < (Ν/2) · λε +厶 L
ただし、 L3 > 0
厶 L = (θ /360) · λ8
Figure imgf000006_0001
Γ = 1 +{0.328/ (δ .D)1/2}
を満たしていることが望ましい。
また、 容器の貫通孔を密閉するシール部材については、 シールド材の内面から 貫通孔内における電磁界の波長の略 M/ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当 する距離を隔てた位置に配置されていることを特徴とする。 このシール部材の配 置位置は、 貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、 定在波の電磁界が 弱い。
ここで、 容器の貫通孔の直径を D、 貫通孔内における相対空気密度を δ、 貫通 孔内における電磁界の波長を 8 とすると、 シールド材の内面からシール部材の 配置位置までの距離 L4 は、
(M/ 2) · λε ー厶 L く L4 < (Μ/2) · λ„ + Δ L
ただし、 L4 〉 0
A L = (θ/360) · 5
Figure imgf000007_0001
Γ = 1 +{0.328/ (δ .D)1/2}
を満たしていることが望ましい。
本発明のプラズマ装置の製造方法は、 開口部を有する容器と、 この容器の開口 部外周の端面に支持され開口部を閉塞する誘電体部材と、 この誘電体部材を介し て開口部から容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、 少なくとも容器 の端面と電磁界供給手段との間に延在して誘電体部材の外周を覆い電磁界を遮蔽 するシールド材とを備えたプラズマ装置を製造する際に、 容器の端面における容 器の内面からシールド材の内面までの距離を、 容器の端面と電磁界供給手段とシ ールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以 上の整数） となるように調整することを特徴とする。
また、 容器の端面と誘電体部材との接合部を密閉するシール部材を、 シールド 材の内面から上記領域内における電磁界の波長の略 M/ 2倍 （Mは 0以上 N以下 の整数） に相当する距離を隔てた位置に配置することを特徴とする。
また、 電磁界供給手段を誘電体部材に対向配置されたアンテナで構成した場合、 誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させることにより、 容器の端面とアンテナ とシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長を調整するようにし てもよい。
本発明のプラズマ装置の製造方法は、 導電体が挿通される貫通孔が形成された 容器と、 この容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、 容器の貫通孔を 塞いで電磁界を遮蔽するシールド材とを備えたプラズマ装置を製造する際に、 容 器の貫通孔内における容器の内面からシールド材の内面までの距離を、 貫通孔内 における電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以上の整数） となるように調整する ことを特徴とする。 なお、 貫通孔に揷通される導電体の例としては、 プラズマ密 度計測用のプローブなどがある。
また、 容器の貫通孔を密閉するシール部材を、 シールド材の内面から貫通孔内 における電磁界の波長の略 MZ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離 を隔てた位置に配置することを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。 図 2は、 図 1において点線で囲まれた部分 I Iを拡大して示す断面図である。 図 3は、 等価比誘電率及び波長短縮率の誘電体占有率依存性を示す図である。 図 4は、 本発明の第 2の実施の形態であるエツチング装置の構成図である。 図 5は、 図 4において点線で囲まれた部分 Vを拡大して示す断面図である。 図 6は、 本発明の第 3の実施の形態である E C Rエッチング装置の構成図であ る。
図 7は、 図 6において点線で囲まれた部分 V I Iを拡大して示す断面図である。 図 8は、 従来の高周波プラズマ装置の一構成例を示す図である。
図 9 A， 9 Bは、 図 8において点線で囲まれた部分 I Xを拡大して示す断面図 である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 図面を参照して、 本発明の実施の形態について詳細に説明する。 ここで は、 本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例にして説明 する。
(第 1の実施の形態）
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。 こ の図では、 一部構成について縦断面構造が示されている。
このエッチング装置は、 上部に開口部を有する有底円筒形の処理容器 1 1を備 えている。 この処理容器 1 1は、 アルミェゥムなどの金属で形成されている。 処理容器 1 1の側壁には、 A rなどのプラズマガス及び C F 4などのエツチン グガスを処理容器 1 1内に導入するためのノズル 1 7が設けられている。 このノ ズル 1 7は石英パイプなどで形成されている。
処理容器 1 1の底部には、 セラミックなどからなる絶縁板 1 5が設けられてい る。 また、 この絶縁板 1 5及ぴ処理容器 1 1底部を貫通する排気口 1 6が設けら れており、 この排気口 1 6に連通する真空ポンプ （図示せず） により、 処理容器 1 1内を所望の真空度にすることができる。 '
処理容器 1 1内には、 処理対象の基板 2 1が上面に配置される円柱状の载置台 2 2が収容されている。 この載置台 2 2は、 処理容器 1 1の底部を遊貫する昇降 軸 2 3によって支持され、 上下動自在となっている。 また、 载置台 2 2には、 マ ツチングボックス 2 5を介してバイアス用の高周波電源 2 6が接続されている。 この高周波電源 2 6の出力周波数は数百 k H z〜十数 MH zの範囲内の所定周波 数とする。 なお、 処理容器 1 1内の気密性を確保するため、 載置台 2 2と絶縁板 1 5との間に、 昇降軸 2 3を囲むようにべローズ 2 4が設けられている。
処理容器 1 1の開口部には、 厚さ 2 0〜3 0 mm程度の石英ガラス又はセラミ ック （例えば A L203， A I N) などからなる誘電体板 1 3が配置されている。 この誘電体板 1 3の直径は開口部よりも大きく、 誘電体板 1 3は処理容器 1 1の 開口部外周にあたる側壁上面 （処理容器 1 1の端面） に支持されている。 そして、 処理容器 1 1の側壁上面と誘電体板 1 3の周縁部下面との接合部に、 シール部材 として Oリング 1 4を介在させて、 この接合部を密閉している。 Oリング 1 4は 例えばバイトン (フッ化ビ二リデン一へキサフルォロプロピレン) で形成される。 誘電体板 1 3の上には、 この誘電体板 1 3を介して処理容器 1 1の内部へ電磁 界を供給する電磁界供給手段としてのラジアルアンテナ 3 0が配置されている。 このラジアルアンテナ 3 0は、 誘電体板 1 3によって処理容器 1 1から隔離され ており、 処理容器 1 1内で生成されるプラズマから保護されている。
また、 処理容器 1 1の側壁上面に、 誘電体板 1 3及びラジアルアンテナ 3 0の 外周を覆う環状のシールド材 1 2が配置されている。 このシールド材 1 2は、 ァ ルミニゥムなどの金属で形成され、 電磁界を遮蔽する作用を有している。 このシ ールド材 1 2により、 処理容器 1 1の外部への電磁界の漏洩を防止できる。 なお、 シールド材は、 少なくとも処理容器 1 1の側壁上面とラジアルアンテナ 3 0の下 面との間に延在して、 誘電体板 1 3の外周を覆う構造であればよい。
ラジアルアンテナ 3 0は、 ラジアル導波路 3 3を形成する互いに平行な 2枚の 円形導体板 3 1 , 3 2と、 これらの導体板 3 1 , 3 2の周縁部を接続する導体リ ング 3 4とから構成されている。 ラジアル導波路 3 3の上面となる導体板 3 2の 中心部には、 ラジアル導波路 3 3内に電磁界を導入する導入口 3 5が形成され、 ラジアル導波路 3 3の下面となる導体板 3 1には、 ラジアル導波路 3 3内を伝搬 する電磁界を処理容器 1 1内に供給するスロット 3 6が複数形成されている。 こ の導体板 3 1がラジアルアンテナ 3 0の放射面となる。
なお、 ラジアル導波路 3 3内における電磁界の波長が A glであるとき、 導体板
3 1の径方向におけるスロット間隔を ε1程度として、 放射型のアンテナとして もよいし、 上記間隔を； l sl/20〜え gl/30 として、 リーク型のアンテナとしても よい。 導体板 3 1 , 3 2及ぴ導体リング 3 4は、 銅又はアルミニゥムなどの金属 で形成されている。
ラジアルアンテナ 3 0の中央部には、 同軸線路 4 1が接続されている。 この同 軸線路 4 1の外導体 4 1 Aは導体板 3 2の導入口 3 5に接続されている。 また、 同軸線路 4 1の内導体 4 1 Bの先端は円錐状に成形され、 この円錐の底部が導体 板 3 1の中心に接続されている。
このようにラジアルアンテナ 3 0の中央部に接続された同軸線路 4 1は、 矩 形 ·同軸変換器 4 2及び矩形導波管 4 3を介して、 高周波発生器 4 5に接続され ている。 この高周波発生器 4 5は、 1 G H z〜十数 G H zの範囲内の所定周波数 (例えば、 2. 45G H z ) の高周波電磁界を発生するものである。 また、 矩形導波 管 4 3の途中にインピーダンスのマッチングを図るマッチング回路 4 4を設ける ことにより、 電力の使用効率を向上させることができる。 なお、 高周波発生器 4 5からラジアルアンテナ 3 0までの間を、 円筒導波管で接続してもよい。
図 2は、 図 1において点線で囲まれた部分 I Iを拡大して示す断面図である。 処理容器 1 1の側壁上面とラジアルアンテナ 3 0の放射面 （導体板 3 1 ) とシ 一ルド材 1 2の内面とから形成される凹部 （図 2において梨子地模様を付した領 域） 1 8内における電磁界の波長を; l s とすると、 処理容器 1 1の側壁内面のェ ッジ 1 1 Aからシールド材 1 2の内面までの距離 （すなわち、 凹部 1 8の開口部 から端面までの深さ） がおよそ; lsZ2となるように、 シールド材 12が配置 されている。 また、 Oリング 1 4は、 シールド材 1 2の内面から； lgZ2よりも やや短い距離 L2を隔てた位置に配置されている。
凹部 1 8内における電磁界の波長； Lg は、 次のように表される。 まず、 誘電体 板 1 3の厚みと比誘電率をそれぞれ d i , ε i 、 この誘電体板 1 3とラジアルア ンテナ 30の放射面 （導体板 3 1 ) との間の距離と比誘電率をそれぞれ d2， ε 2 とし、 + ニ とすると、 ラジアルアンテナ 30外部の等価比誘電率 E rは、 ε Γ = ε ,- ε 2/[ ε ι· ( ΐ - α) + 82- α ■ · · (1) で求められる。 ここで、 αは c^Zdであり、 誘電体占有率と呼ぶ。 そして、 自 由空間における電磁界の波長を λとすると、 凹部 1 8内における電磁界の波長 λ ε は、 等価比誘電率 を用いて、
lg = λ/( ε τ)1/ζ · · · (2) と表される。 ここで、 1/( )1/2 を波長短縮率と呼ぶ。
図 3は、 等価比誘電率及び波長短縮率の誘電体占有率依存性を示す図である。 横軸は誘電体占有率 α、 縦軸は等価比誘電率 及び波長短縮率 1Ζ ( ) 1/2 で ある。 ここでは、 誘電体板 1 3の比誘電率 ε i を 4とし、 この誘電体板 1 3とラ ジアルアンテナ 30との間の空間の比誘電率 ε2 を 1としている。
この図からも分かるように、 誘電体占有率 αが変化すれば、 ラジアルアンテナ 3 0外部の等価比誘電率 が変化し、 波長短縮率 1/( ) 1/2 が変化するので、 それに応じて凹部 1 8内における電磁界の波長； lg も変化する。 誘電体占有率 a は、 誘電体板 1 3の厚み 又はこの誘電体板 1 3とラジアルアンテナ 30との 間隔 d2 によって変化する。 したがって、 例えばラジアルアンテナ 3 0を上下動 させて、 誘電体板 1 3とラジアルアンテナ 30との間隔 d 2 を変えることにより、 波長 λδ を変化させて Llf L2がおよそ λ8/2となるように調整することができ る。
次に、 図 1に示したエッチング装置の動作を説明する。
基板 2 1を載置台 2 2の上面に置いた状態で、 処理容器 1 1内を例えば 0. 0 1〜1 0 P a程度の真空度にする。 この真空度を維持しつつ、 ノズル 1 7からプ ラズマガスとして A rを、 またエッチングガスとして C F 4を供給する。 この状 態で、 高周波発生器 4 5からの電磁界を矩形導波管 4 3、 矩形 ·同軸変換器 4 2 及び同軸線路 4 1を介してラジアルアンテナ 3 0に供給する。
ラジアルアンテナ 3 0に導入された電磁界は、 ラジアル導波路 3 3の中心部か ら外周部に向かって放射状に伝搬しながら、 複数のスロット 3 6から少しずつ放 射されてゆく。 ラジアルアンテナ 3 0から放射された電磁界 Fは、 誘電体板 1 3 を透過し、 処理容器 1 1内に導入される。 そして、 処理容器 1 1内の A rを電離 させて基板 2 1の上部空間 S 2にプラズマを生成すると共に、 C F4を解離させ る。
プラズマは、 载置台 2 2に印加されたバイアス電圧によってエネルギーゃ異方 性がコントロールされ、 基板 2 1上に付着したラジカル C F x ( x = 1 , 2 , 3 ) と共にエッチング処理に利用される。
従来と同様に、 生成されたプラズマによって吸収されずに反射された電磁界 F 1や、 ラジアルアンテナ 3 0から処理容器 1 1内に直接導入されなかった電磁界 F 2は、 ラジアルアンテナ 3 0の放射面 （導体板 3 1 ) とプラズマ表面との間の 領域 S 1で反射を繰り返し、 定在波を形成する。
しかし、 このエッチング装置では、 図 2に示したように、 処理容器 1 1のエツ ジ 1 1 Aからシールド材 1 2の内面までの距離 がおよそ； gZ 2となっている。 このため、 エッジ 1 1 Aの位置は定在波のほぼ節の位置に当たる。 したがって、 エッジ 1 1 Aとその対向位置の放射面 （導体板 3 1 ) との間の電圧がおよそ零と なるので、 エッジ 1 1 Aでは異常放電は生じない。 よって、 異常放電が原因とな る処理容器 1 1内の汚染を防止できる。
また、 シールド材 1 2の内面から Oリング 1 4までの距離 L2も、 およそ; sZ 2となっている。 このため、 〇リング 1 4の位置も定在波のほぼ節の位置に当た り、 定在波の電磁界が弱いので、 〇リング 1 4が定在波から受ける影響が小さく なる。 よって、 Oリング 1 4の寿命を延ばすことができる。
以上では、 処理容器 1 1のエッジ 1 1 Aからシールド材 1 2の内面までの距離 がおよそ λ ε/ 2である例を説明したが、 エッジ 1 1 Αが定在波のほぼ節の位 置にくればよいので、 1^は； l s のおよそ N/ 2倍 （Nは 0以上の整数） であれ ばよい。
同様に、 シールド材 12の内面から〇リング 14までの距離 L2も、 g のお よそ MZ2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） であればよい。 ただし、 N≠Mの場合、 〇リング 1 4からみて処理容器 1 1の内部側に定在波の腹が存在することになる。 ここで仮に異常放電が発生すると、 電子律 Ϊ撃によって処理容器 1 1から離脱した 金属原子が処理容器 1 1内に発散し、 処理容器 1 1内が汚染される。 このため、 N =Mとして、 Oリング 1 4をエッジ 1 1 Aからみてややシールド材 1 2側に配 置することが望ましい。
また、 L2は厳密に; lg'NZ2, ； Ls'M/2である必要はない。 以下に、 L:, L2の許容範囲について説明する。
平行板電極が作る平等電界場において、 交流電界で火花放電が発生するときの 電界強度 と電極間等価距離 D [ c m]との関係は、
Εχ = 24.05 δ [1+[0.328/(6 -D)1/2]] [kV/c m] ■ · · (3) で与えられる。
δは相対空気密度と呼ばれ、 常温常圧 （20°C， 1013h P a ) の空気密度を 1 としたときの空気密度であり、
δ = 0.289 / (273+ t) ■ · · (4) で求められる。 pは圧力 [h P a]、 tは温度 [°C]である。
(3) 式の関係を図 2に示した構成に適用する場合、 平等電界場を作る平行板 電極は、 処理容器 1 1の側壁上面とラジアルアンテナ 3 0の放射面 （導体板 3 1) に相当する。 したがって、 （3) 式中の電極間等価距離 Dが凹部 1 8の直径 に当たる。 ただし、 ここでは側壁上面と誘電体板 1 3との間の真空部分は無視す るので、 電極間等価距離 Dは、
D = ( , ^- ά,+ ί ε ^^- ά, · ■ · (5) となる。
一方、 （3) 式で、 Dを無限大とした場合に、 不平等電界場において火花放電 が発生するときの電界強度 Ε2 が与えられる。
Ε2 = 24.05 δ [k V/cm] ■ , · (6) これは、 処理容器 1 1の側壁内面のエッジ 1 1 Αにおいて、 火花放電が発生す る条件を示している。
(3) 式と （6) 式の比をとると、
Γ = Ε,/Ε2 = 1+[0.328/(δ -D)1/2] ' · ■ (7) となる。
エッジ 1 1 Aにおける電圧が、 ピーク電圧の（1ΖΓ)以下であれば、 エッジ 1
1 Aで放電することはないと考えられる。 電圧がピーク電圧の 1/Γとなる角度 Θは、
Θ = sin-^l D [° ] · · ■ (8) で与えられる。 したがって、 1^， L2の許容値 は、
Δ L = ( θ /360) · λε · · ■ (9) となるので、 1^， L2は次のような範囲で設定されればよい。
(Ν/2) · λε- Δ L < L, < (Ν/2) · λ,+ Δ L · ■ · (1 0)
(M 2) ' λs- ^ L く L2 く (M 2) ^ λs+ ^ L· ■ · · (1 1) 具体例を示す。 図 2に示した構成において、 電極間を、 厚み =3. l[c m]で 比誘電率 ε 1=3.8 の石英ガラス （誘電体板 1 3) と、 厚み d2=0.5[ c m]で比誘 電率 £ l=1.0 の空気 （誘電体板 1 3とラジアルアンテナ 3 0との間の空間） と で構成した場合、 電極間等価距離 Dは （5) 式から 6.5 [c m]となる。 また、
(4) 式において、 圧力 p =1013[h P a]、 温度 t =40[°C]とすると、 （7) 式 及び （8) 式から θ == 61.9 [° ：]が得られる。 一方、 電極間の等価比誘電率 は ( 1) 式から 2.73 であるので、 周波数が 2.45[GH ζ]である電磁界の波長; Lg は （2) 式から 7.4 [cm]となる。 したがって、 I^, L2の許容範囲は、 0及び s の値を （9) 式〜 （1 1) 式に代入すれば、
(3.7-N-1.27) [c m] < < (3.7-N + 1.27) [c m]
(3.7-M-l.27) [c m] < L2 < (3.7-M+l.27) [cm]
となる。 ただし、 およぴ 2はいずれも正である。
なお、 この条件は放電が生じない制約であって、 プラズマ中の電子の衝撃によ つて処理容器 1 1から金属原子が離脱することに対する制約とはなっていない。
(第 2の実施の形態）
図 4は、 本発明の第 2の実施の形態であるエッチング装置の構成図である。 こ の図において、 図 1と同一部分又は相当部分を同一符号をもって示し、 適宜その 説明を省略する。 また、 図 5は、 図 4において点線で囲まれた部分 Vを拡大して 示す断面図である。
図 4に示すエッチング装置は、 処理容器 1 1の側壁に、 プラズマ密度計測用の 導電体プローブ 5 1が揷通される円形の貫通孔 1 9が形成されている。 プローブ 5 1は貫通孔 1 9の中心軸に配置され、 貫通孔 1 9の内面とともに同軸線路を形 成している。 同軸線路は高周波のカットオフがないので、 高周波プラズマ装置の プラズマ密度計測によく使われる。 プローブ 5 1の一端は、 処理容器 1 1の外部 に配置されたプラズマ密度計測装置本体 5 2に接続され、 他端は処理容器 1 1の 内部にのびている。
処理容器 1 1の側壁に形成された貫通孔 1 9は、 プローブ 5 1との間に介在す るシール部材としての Oリング 5 3によって密閉され、 処理容器 1 1内部の気密 性が確保されている。
また、 貫通孔 1 9はシールド材 5 4により側壁外面側が塞がれており、 この貫 通孔 1 9を通って処理容器 1 1の外部に向かう電磁界は遮蔽される。 なお、 プロ ーブ 5 1はシールド材 5 4の中心部を貫通して処理容器 1 1の外部に取り出され るが、 プローブ 5 1とシールド材 5 4とが接触しないように図 5に示すような絶 縁部材 5 5を介在させている。
ここで、 貫通孔 1 9の内面とシールド材 5 4の内面とから形成される凹部 5 6 内における電磁界の波長を; s とすると、 処理容器 1 1の側壁内面のエッジ 1 1 Bからシールド材 5 4の内面までの距離 （すなわち、 凹部 5 6の開口部から端面 までの深さ） L3が、 i gのおよそ NZ 2倍となるように、 シールド材 5 4が配 置されている。 また、 Oリング 1 4は、 シールド材 1 2の内面からの距離 L4が、 ；18 のおよそ M/ 2倍となるように配置されている。 L 3の許容範囲は、 上述し た （1 0 ) 式において 1^を L3に置き換えた範囲で表され、 L4の許容範囲は、 上述した （1 1 ) 式において L2を L4に置き換えた範囲で表される。
これにより、 凹部 5 6内に定在波が現れても、 エッジ 1 1 Bでは異常放電が発 生しないので、 処理容器 1 1内の汚染を抑制できる。 また、 Oリング 5 4の位置 では定在波の電磁界が弱いので、 Oリング 5 4の寿命を延ばすことができる。 (第 3の実施の形態）
本発明は、 電子サイクロトロン共鳴 (electron cyclotron resonance : E C R ) を利用して基板をェツチングする E C Rエツチング装置にも適用できる。 図 6は、 本発明の第 3の実施の形態である E C Rエッチング装置の構成図である。 この図において、 図 1と同一部分を同一符号をもって示し、 適宜その説明を省略 する。
このエッチング装置は、 図 6に示すように、 ミラー磁場を形成する電磁コイル 1 5 1が周囲に設けられたプラズマ室 1 1 1 Pと、 処理対象である基板 2 1を収 容する反応室 1 1 1 Qとからなる真空容器 1 1 1を有している。 プラズマ室 1 1 1 Pの上部には、 A rなどのプラズマガスを導入するガス供給ノズル 1 1 7 Aが 設けられ、 反応室 1 1 1 Qの上部には、 C F 4などのエッチングガスを導入する 環状のガス供給部 1 1 7 Bが設けられている。
プラズマ室 1 1 1 Pの上部にある開口部には、 誘電体板 1 1 3が配置されてい る。 この誘電体板 1 1 3は、 プラズマ室 1 1 1 Pの開口部にあたる側壁上面 （真 空容器 1 1 1の端面） に支持され、 この側壁上面と誘電体板 1 1 3の周縁部下面 との接合部に、 シール部材として Oリング 1 1 4が介在している。
誘電体板 1 1 3の上には、 高周波電磁界を発生する高周波発生器 1 4 5に接続 された導波管 1 4 4が配置されている。 この E C Rエッチング装置では、 導波管 1 4 4と高周波発生器 1 4 5とにより、 電磁界供給手段が構成される。，また、 真 空容器 1 1 1の側壁上面に、 誘電体板 1 1 3の外周を覆う環状のシールド材 1 1 2が配置されている。
図 7は、 図 6において点線で囲まれた部分 V I Iを拡大して示す断面図である。 真空容器 1 1 1の側壁上面と導波管 1 4 4の下面とシールド材 1 1 2の内面と から形成される凹部 （図 7において梨子地模様を付した領域） 1 1 8内における 電磁界の波長を; l g とすると、 真空容器 1 1 1の側壁内面のエッジ 1 1 1 Aから シールド材 1 1 2の内面までの距離 （すなわち、 凹部 1 1 8の開口部から端面ま での深さ） L5がおよそ； g/ 2となるように、 シールド材 1 1 2が配置されてい る。 また、 Oリング 1 1 4は、 シールド材 1 1 2の内面から； l g/ 2よりもやや 短い距離 L6を隔てた位置に配置されている。 L 5の許容範囲は、 上述した （1 0 ) 式において を L5に置き換えた範囲で表され、 L6の許容範囲は、 上述し た （1 1 ) 式において L2を L6に置き換えた範囲で表される。
これにより、 凹部 1 1 8内に定在波が現れても、 エッジ 1 1 1 Aには異常放電 が発生しないので、 真空容器 1 1 1内の汚染を抑制できる。 また、 Oリング 1 1 4の位置では定在波の電磁界が弱いので、 Oリング 1 1 4の寿命を延ばすことが できる。
なお、 真空容器 1 1 1の側壁に、 プラズマ密度計測用のプローブが揷通される 貫通孔が形成されている場合には、 シールド材及ぴ〇リングの配置位置は第 2の 実施の形態で示したのと同様に調整すればよい。
以上では、 本発明によるプラズマ装置をエッチング装置に適用した場合を例に 説明したが、 例えばプラズマ C VD装置などの他のプラズマ装置に適用してもよ いことは言うまでもない。
以上説明したように、 本発明では、 容器の端面と電磁界供給手段とシールド材 とにより囲まれた領域内において、 容器の内面からシールド材の内面までの距離 力 上記領域内における電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以上の整数） に調整 されている。 これにより、 容器の内面の位置が上記領域内にできる定在波のほぼ 節の位置に当たり、 この位置における電圧がおよそ零となる。 よって、 容器の内 面の位置で異常放電は生じないので、 容器内の汚染を抑制できる。
また、 本発明では、 シールド材の内面から上記領域内における電磁界の波長の 略 M/ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置に、 シール 部材を配置する。 この位置は、 上記領域内にできる定在波のほぼ節の位置に当た り、 定在波の電磁界が弱いので、 シール部材の寿命を延ばすことができる。
また、 電磁界供給手段を誘電体部材に対向配置されたアンテナで構成した場合、 誘電体部材とアンテナとの間隔を変化させることにより、 容器の端面とアンテナ とシールド材とにより囲まれた領域内における電磁界の波長を調整する。 容器の 内面からシールド材の内面までの距離が物理的に一定であっても、 誘電体部材と アンテナとの間隔を変化させて上記領域内における電磁界の波長を調整すること により、 上記距離を電磁界の波長の略 N/ 2倍とすることができる。
同じ理由から、 シール部材の配置位置が物理的に固定であっても、 誘電体部材 とアンテナとの間隔を変化させることにより、 シールド材の内面からシール部材 の配置位置までの距離を、 電磁界の波長の略 M/ 2倍とすることができる。 また、 本発明では、 容器の貫通孔内において、 容器の内面からシールド材の内 面までの距離が、 貫通孔内における電磁界の波長の略 N/ 2倍 （Nは 0以上の整 数） に調整されている。 これにより、 容器の内面の位置が貫通孔内にできる定在 波のほぼ節の位置に当たり、 この位置における電圧がおよそ零となる。 よって、 容器の内面の位置で異常放電は生じないので、 容器内の汚染を抑制できる。 また、 本発明では、 シールド材の内面から貫通孔内における電磁界の波長の略 M// 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置に、 シール部 材を配置する。 この位置は、 貫通孔内にできる定在波のほぼ節の位置に当たり、 定在波の電磁界が弱いので、 シール部材の寿命を延ばすことができる。 産業上の利用可能性
本発明は、 半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、 酸化月莫 の形成や半導体層の結晶成長、 エッチング、 またアツシングなどの処理を行うた めに、 プラズマ装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲
1. 開口部を有する容器 （1 1) と、 この容器の開口部外周の端面に支持され前 記開口部を閉塞する誘電体部材 （1 3) と、 この誘電体部材を介して前記開口部 から前記容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段と、 少なくとも前記容器 の端面と前記電磁界供給手段との間に延在して前記誘電体部材の外周を覆い前記 電磁界を遮蔽するシールド材 （1 2) とを備えたプラズマ装置において、 前記容器の端面における前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離 力 前記容器の端面と前記電磁界供給手段と前記シールド材とにより囲まれた領 域内における前記電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以上の整数） に相当するこ とを特徴とするブラズマ装置。
2. 請求項 1に記載のプラズマ装置において、
前記電磁界供給手段はアンテナ （30) であり、
前記容器 （1 1) の端面と前記アンテナとの間隔を D、 前記領域内における相 対空気密度を δ、 前記領域内における前記電磁界の波長を s とすると、 前記容 器の内面から前記シールド材の内面までの距離 1^ は、
(N/2) - λ§ - Δ L < LL < (N/2) · λε + A L
ただし、 > 0
厶 L = (θ Z360) · λ g
θ = sin一1 (1/Γ)
Γ = 1 + [0.328/ (β -D) 1/2 }
を満たしていることを特徴とするブラズマ装置。
3. 請求項 1に記載のプラズマ装置において、
前記容器 （1 1) の端面と前記誘電体部材 （1 3) との接合部に介在してこの 接合部を密閉するシール部材 （14) を更に備え、
このシール部材は、 前記シールド材の内面から前記領域内における前記電磁界 の波長の略 M/ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置に 配置されていることを特徴とするプラズマ装置。
4. 請求項 3に記載のプラズマ装置において、 前記容器の端面と前記ァンテナとの間隔を D、 前記領域内における相対空気密 度を δ、 前記領域内における前記電磁界の波長を λε とすると、 前記シールド材 の内面から前記シール部材の配置位置までの距離 L 2 は、
(Μ/2) · λε — Δ L < L2 く (M 2) - λ5 + Δ L
ただし、 L2 > 0
Δ L = ( Θ /360) ·λζ
Θ = sin-1 ( 1/Γ)
Γ = 1 +[0.328/ (δ -D) 1/2 }
を満たしていることを特徴とするブラズマ装置。
5. 導電体 （5 1) が揷通される貫通孔が形成された容器 （1 1) と、 この容器 の内部へ電磁界を供給する電磁界供耠手段 (30) と、 前記容器の貫通孔を塞い で前記電磁界を遮蔽するシーノレド材 （ 54 ) とを備えたブラズマ装置において、 前記容器の貫通孔内における前記容器の内面から前記シールド材の内面までの 距離が、 前記貫通孔内における前記電磁界の波長の略 Ν/ 2倍 （Νは 0以上の整 数） に相当することを特徴とするプラズマ装置。
6. 請求項 5に記載のプラズマ装置において、 '
前記容器の貫通孔の直径を D、 前記貫通孔内における相対空気密度を δ、 前記 貫通孔內における前記電磁界の波長を λε とすると、 前記容器の内面から前記シ ールド材の内面までの距離 L 3は、
(Ν/2) · λε - Δ L < L3 < (N/2) - ls + Δ L
ただし、 L3 > 0
Δ L = ( Θ /360) · 2g
θ = sin— L (1/Γ)
Γ = 1 + [0.328/ (δ -D) 1/2 }
を満たしていることを特徴とするブラズマ装置。
7. 請求項 5に記載のプラズマ装置において、
前記容器の貫通孔を密閉するシール部材 （5 3) を更に備え、
このシール部材は、 前記シールド材の内面から前記貫通孔内における前記電磁 界の波長の略 MZ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置 に配置されていることを特徴とするブラズマ装置。
8. 請求項 7に記載のプラズマ装置において、
前記容器の貫通孔の直径を D、 前記貫通孔内における相対空気密度を δ、 前記 貫通孔内における前記電磁界の波長を； lg とすると、 前記シールド材の内面から 前記シール部材の配置位置までの距離 L4は、
(M/2) ■ lg -Δ L < L4 < (Μ/2) · λζ + Δ L
ただし、 L4 〉 0
A L = (Θ/360) - g
Θ = sin"1 ( 1/Γ)
Γ = 1 +[0.328/ (6 -D) 1/2 }
を満たしていることを特徴とするブラズマ装置。
9. 開口部を有する容器 （1 1) と、 この容器の開口部外周の端面に支持され前 記開口部を閉塞する誘電体部材 （1 3) と、 この誘電体部材を介して前記開口部 から前記容器の内部へ電磁界を供給する電磁界供給手段 （30) と、 少なくとも 前記容器の端面と前記電磁界供給手段との間に延在して前記誘電体部材の外周を 覆い前記電磁界を遮蔽するシールド材 （1 2) とを備えたプラズマ装置の製造方 法において、
前記容器の端面における前記容器の内面から前記シールド材の内面までの距離 を、 前記容器の端面と前記電磁界供給手段と前記シールド材とにより囲まれた領 域内における前記電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以上の整数） となるように 調整すること .を特徴とするブラズマ装置の製造方法。
1 0. 請求項 9に記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記容器の端面と前記誘電体部材との接合部を密閉するシール部材 （1 4) を、 前記シールド材の内面から前記領域内における前記電磁界の波長の略 M/ 2倍 (Mは 0以上 N以下の整数） に相当する距離を隔てた位置に配置することを特徴 とするブラズマ装置の製造方法。
1 1. 請求項 9に記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記電磁界供給手段を前記誘電体部材に対向配置されたァンテナで構成し、 前 記誘電体部材と前記アンテナとの間隔を変化させることにより、 前記容器の端面 と前記アンテナと前記シールド材とにより囲まれた領域内における前記電磁界の 波長を調整することを特徴とするプラズマ装置の製造方法。
1 2 . 導電体 （5 1 ) が挿通される貫通孔が形成された容器と、 この容器の内部 へ電磁界を供給する電磁界供給手段 （3 0 ) と、 前記容器の貫通孔を塞いで前記 電磁界を遮蔽するシールド材 （5 4 ) とを備えたプラズマ装置の製造方法におい て、
前記容器の貫通孔內における前記容器の内面から前記シールド材の内面までの 距離を、 前記貫通孔内における前記電磁界の波長の略 NZ 2倍 （Nは 0以上の整 数） となるように調整することを特徴とするブラズマ装置の製造方法。
1 3 . 請求項 1 2に記載のプラズマ装置の製造方法において、
前記容器の貫通孔を密閉するシール部材 （5 3 ) を、 前記シールド材の内面か ら前記貫通孔内における前記電磁界の波長の略 M/ 2倍 （Mは 0以上 N以下の整 数） に相当する距離を隔てた位置に配置することを特徴とするプラズマ装置の製 造方法。
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