JP2000331993A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2000331993A
JP2000331993A JP11138375A JP13837599A JP2000331993A JP 2000331993 A JP2000331993 A JP 2000331993A JP 11138375 A JP11138375 A JP 11138375A JP 13837599 A JP13837599 A JP 13837599A JP 2000331993 A JP2000331993 A JP 2000331993A
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counter electrode
frequency
processing apparatus
frequency antenna
plasma
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Kazuyasu Nishikawa
和康 西川
Tatsuo Omori
達夫 大森
Hiroki Odera
廣樹 大寺
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマを利用した処理を行なうプラズマ処
理装置において、処理速度の高速化と処理の均一性の向
上を図る。 【解決手段】 処理室２内に、一以上の高周波アンテナ
７と、試料５と対向する位置に接地された対向電極６を
設け、前記高周波アンテナ７は、前記対向電極６の材質
の体積固有抵抗の１００分の１以下の体積固有抵抗を有
する材質から形成されたプラズマ処理装置である。な
お、前記高周波アンテナ７は、一部表面を露出するよう
に前記対向電極６に埋め込んでもよい。

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、プラズマを利用
して試料の表面への薄膜の形成や、試料の表面のエッチ
ングを行なうプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板、半導体ウエハ（以下、「ウ
エハ」という。）などの試料を処理室内においてプラズ
マによって処理する装置として、高周波（Radio Freque
ncy -ＲＦ）を用いた平行平板型のプラズマ処理装置が
広く用いられている。このプラズマ処理装置は、いずれ
か一方の電極または双方の電極に高周波を印加すること
により、電極間にプラズマを発生させ、このプラズマと
試料との間の自己バイアス電位によりイオンを試料の表
面に入射させる。このプラズマ処理装置は、たとえば、
プラズマＣＶＤなどによる薄膜形成や、エッチング処理
を行なうように構成されている。
【０００３】しかし、上述した平行平板型プラズマ処理
装置では、半導体デバイスの高集積化および高性能化に
伴って要求される微細パターン形成や低ダメージを実現
することは困難である。すなわち、かかるプロセスを実
現するためには、低圧領域で高密度プラズマを生成・制
御することが重要である。さらに大口径ウエハにも対応
できるように、そのプラズマは大面積で均一である必要
がある。
【０００４】このような要求に対して、さまざまなプラ
ズマ源が提案され、半導体プロセスに応用されている。
これらの中でも、図１１に示すように高周波アンテナ７
を用いる高周波誘導結合型プラズマ発生装置は、装置の
簡素化が比較的容易であり、さらに高密度プラズマを生
成することが可能であることから、半導体プロセスへの
適用が期待されている。
【０００５】この装置は、図１１に示すように試料の載
置台（ステージ）４と対向する処理室２の一面を石英ガ
ラスなどからなる誘電体窓１８で構成されている。誘電
体窓１８の外面には、たとえば渦巻きコイルからなる高
周波アンテナ７が取り付けられている。この高周波アン
テナ７に高周波を印加することにより処理室２内に高周
波電場が形成される。この電磁場空間に存在する電子を
処理ガスの中性粒子に衝突させることによって処理ガス
を電離させ、プラズマを生成する。生成されたプラズマ
中のイオンは、試料の載置台４に独立に印加された高周
波により加速され、試料にイオンが入射することで薄膜
形成やエッチング処理が行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の誘導結合型プラ
ズマ処理装置を用いて、薄膜形成やエッチング処理など
を行なう場合、高周波アンテナ７とプラズマとの間に石
英ガラスなどからなる誘電体窓１８が存在するため、高
周波のプラズマへの伝送効率が低く、高密度プラズマを
得るには高周波アンテナ７に印加する電力を大きくする
必要があった。
【０００７】また、印加する高周波電力に対してプラズ
マ密度が急激に増加する現象（モードジャンプ）がしば
しば観測され、印加する高周波によって処理条件が制限
されることがあった。
【０００８】さらに、誘電体窓１８の内側に処理ガスの
解離種や反応生成物が付着すること、高周波電場によっ
て誘電体窓１８がスパッタリングされ誘電体窓１８の厚
みが変化したりすること、などによって、誘電体窓１８
を介してのＬ、Ｃ整合回路が変化し、生成されるプラズ
マの状態が変化するという問題があった。特に、誘電体
窓１８に導電性の膜が付着する場合、高周波電場がショ
ートする恐れがあった。
【０００９】さらに、誘電体窓１８に付着した膜の剥離
や誘電体窓１８のスパッタリングが発塵の原因となる場
合もあった。
【００１０】さらに、試料に印加する高周波バイアスの
接地電極（図示省略）が載置台４の周囲に設置されてい
る場合には、バイアスが試料に均一に印加されず、処理
速度が不均一になりやすい問題があった。特に、接地電
極が基板と離れている場合、装置を構成する金属部品に
アークが生じることもあった。
【００１１】この発明は、これらの問題点を解決するた
めになされたものである。この発明の１つの目的は、高
密度プラズマを生成し、処理速度を高速化させることに
ある。
【００１２】この発明の他の目的は、高周波バイアスを
均一に試料に印加し、処理の均一化を向上させることに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に基づくプラズマ処理装置の１つの局面にお
いては、処理室内の試料に対して処理を行なうためのプ
ラズマ処理装置であって、上記処理室内に、一以上の高
周波アンテナと、上記試料と対向し、かつ、接地された
対向電極とを備え、上記高周波アンテナに高周波を印加
することによって、上記処理室内に誘導結合型プラズマ
を励起して上記処理を行なうものである。
【００１４】上記構成を採用することで、処理室内に高
周波アンテナを備えているため、プラズマへの伝送効率
を高め、その結果、少ない電力でも高密度プラズマを生
成することが可能になり、処理速度を高速化することが
できる。また、試料と対向する位置に接地された対向電
極を配置したことにより高周波バイアスを均一に試料に
印加することが可能であり、試料に対する処理を均一化
することができる。さらに、高周波アンテナを一以上と
したことで、複数の高周波アンテナを用いることによっ
て、処理室内のプラズマ密度の分布を変化させることが
できる。
【００１５】また、上記発明において好ましくは、上記
対向電極に対して、高周波または直流電圧を印加する装
置を有する、プラズマ処理装置である。
【００１６】上記構成を採用することで、対向電極に自
己バイアス電圧が生じ、イオンが対向電極に引き込ま
れ、対向電極の材質を適当に選択することにより、プラ
ズマ中のイオン・中性粒子の組成比を制御することがで
きる。
【００１７】さらに、上記発明において好ましくは、上
記高周波アンテナと上記対向電極とが間隙を介して分離
している、プラズマ処理装置である。
【００１８】上記構成を採用することで、対向電極と高
周波アンテナとが、空間的に隔離されているため、高周
波アンテナに導電性異物あるいは導電性膜が堆積あるい
は付着したとしても、対向電極との間で短絡することを
防止することができる。
【００１９】また、上記発明の他の局面においては、上
記高周波アンテナが、上記対向電極の１００分の１以下
の体積固有抵抗を有する材質から形成された、プラズマ
処理装置である。
【００２０】上記構成を採用することで、高周波アンテ
ナと対向電極が接していても、高周波電流のほとんどが
高周波アンテナに流れ、対向電極には流れない。その結
果、高周波アンテナと対向電極が接していても、高周波
アンテナにより高密度プラズマを生成することが可能に
なる。
【００２１】さらに、上記発明において好ましくは、上
記高周波アンテナと上記対向電極とが、互いに接触す
る。
【００２２】上記構成を採用することで、対向電極と試
料との間の距離を短くすることができる。その結果、高
周波バイアスをより確実に試料に均一に印加することが
可能になるとともに、処理容器の大きさを小さくするこ
とが可能になる。
【００２３】さらに、上記発明の他の局面においては、
上記高周波アンテナが一部を露出するように上記対向電
極内に埋め込まれた、プラズマ処理装置である。
【００２４】上記構成を採用することで、対向電極と高
周波アンテナによって構成される角部、または、加工精
度や熱ひずみに起因して対向電極と高周波アンテナとの
間に生じた隙間への反応生成物などの付着をなくすこと
ができ、発塵を抑制することができる。
【００２５】さらに、上記発明において好ましくは、上
記高周波アンテナの上記対向電極に対する接触部を誘電
体膜で被覆した、プラズマ処理装置である。
【００２６】上記構成を採用することで、高周波アンテ
ナと対向電極とを電気的に接触させないこととしたた
め、高周波電流が対向電極には流れるおそれはなくな
る。したがって、対向電極と高周波アンテナを構成する
材質について、体積固有抵抗が等しい組合せや固有抵抗
の差が小さい組合せも採用することが可能となる。
【００２７】さらに、上記発明において好ましくは、誘
電体膜により被覆された上記対向電極を備えた、プラズ
マ処理装置である。
【００２８】上記構成を採用することで、高周波電流が
対向電極には流れるおそれはなくなる。したがって、対
向電極と高周波アンテナの材質が、体積固有抵抗が等し
い組合せである場合や固有抵抗の差が小さい組合せであ
る場合であっても高密度プラズマを生成させることが可
能となる。
【００２９】さらに、上記発明において好ましくは、誘
電体膜により被覆された上記高周波アンテナを備えた、
プラズマ処理装置である。
【００３０】上記構成を採用することで、高周波アンテ
ナの材質の種類の制約がなくなるとともに、高周波アン
テナからの重金属汚染を防止することができる。また、
対向電極と空間的に接触している場合、対向電極への漏
れ電流を低減することができる。
【００３１】さらに、上記発明において好ましくは、上
記高周波アンテナは、カーボン、アルミ、銅、ステンレ
ス、タングステンおよびチタンからなるグループから選
択された少なくとも１以上の材質によって形成される、
プラズマ処理装置である。
【００３２】上記構成を採用することで、高周波アンテ
ナの材質として処理ガスに侵されないものを用いること
が可能となる。
【００３３】さらに、上記発明において好ましくは、上
記対向電極は、シリコン、カーボンおよび炭化珪素から
なるグループから選択された少なくとも１以上の材質に
よって形成される、プラズマ処理装置である。
【００３４】上記構成を採用し、対向電極の材質をシリ
コンまたはカーボンとすることで、プラズマ中のイオン
・中性粒子の組成比を制御することができる。
【００３５】さらに、上記発明において好ましくは、各
上記高周波アンテナに高周波を印加するための回路と、
上記回路の構成を変化させることのできるスイッチ回路
とを備え、上記スイッチ回路の切換により、各上記高周
波アンテナの実質的な構成を変更できることとした、プ
ラズマ処理装置である。
【００３６】上記構成を採用することで、必要に応じ
て、高周波アンテナの位置、長さ、数を変化させ、処理
に適したプラズマ密度分布を選ぶことができる。
【００３７】さらに、上記発明において好ましくは、上
記高周波アンテナに印加する高周波と上記対向電極に印
加する高周波との周波数に差を設けて印加する装置を有
するプラズマ処理装置である。
【００３８】上記構成を採用することで、対向電極の材
質と処理ガスの組合せにより、特定の中性粒子やイオン
を対向電極で消費させたり、対向電極を構成する原子を
スパッタリングによりプラズマ中へ放出することで、プ
ラズマ中の中性粒子・イオンの組成比を変えることがで
きる。
【００３９】本発明に基づく半導体装置は、上記プラズ
マ処理装置を用いて製造された半導体装置である。
【００４０】上記構成を採用することで、全面にわたっ
て均一にプラズマ処理された半導体装置を提供すること
ができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１０を用いて、こ
の発明に基づいた各実施の形態におけるプラズマ処理装
置について説明する。
【００４２】（実施の形態１） （装置の構成）図１は、本実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概念図である。この装置は、導電性材料、た
とえばアルミニウムなどから形成された処理容器１を有
するプラズマエッチング処理装置であり、所定のエッチ
ング処理はこの処理容器１内に形成される処理室２内で
行われる。
【００４３】また、処理ガスの種類によっては、処理室
２内に生成されるプラズマによって処理容器１の内壁が
スパッタリングされたり、化学反応によって内壁がエッ
チングされるため、これを防ぐために処理容器１の内壁
をコーティング、たとえばアルマイト処理などや石英板
などで保護してもよい。さらに、内壁への反応生成物な
どの付着を防止するために、処理室２の内壁を加熱して
もよい。
【００４４】処理容器１は接地されており、さらにその
底部にはセラミックなどの絶縁板１６を介在して半導体
ウエハなどの試料（以下、「ウエハ」という。）５を載
せるための載置台４が設けられている。また、載置台４
の試料５の載置面と対向する処理容器１の天板部には、
導電性材料、たとえばシリコンなどから形成された板で
ある対向電極６が気密に設けられている。さらに、この
対向電極６は接地されている。
【００４５】処理室２内の対向電極６の載置台４に対向
する側には導体、たとえばカーボンなどを渦巻き状、コ
イル状、あるいはループ状に形成した高周波アンテナ７
が配置されている。この高周波アンテナ７は、整合器８
を介して端子７ａ，７ｂを用いて高周波電源９に接続さ
れている。
【００４６】また、載置台４は図示しないウエハ保持装
置、ウエハ冷却装置を有し、整合器１０を介して高周波
電源１１に接続されている。さらに、処理ガスが、ガス
ボンベなどのガス供給源（図示省略）からガス配管１２
ａおよび対向電極６に設けられたガス導入口６ａを通し
て処理室２内に供給される。また、処理ガスは、処理容
器１の側面に設けたガス配管１２ｂからも処理室２内へ
供給することができる。
【００４７】重金属汚染を防止するため、処理室２天板
に設置した対向電極６の材質はたとえばシリコンが好ま
しく、処理室２内に挿入された高周波アンテナ７の材質
は、たとえばカーボンが好ましい。
【００４８】また、処理室２内の処理ガスは、排気管１
５から外部へ排出される。 （作用効果）高周波アンテナ７に高周波を印加すること
により高周波アンテナ７から電磁波が放射され、処理室
２内に高周波電場が形成される。この電磁場空間に存在
する電子を処理ガスの中性粒子に衝突させることによっ
て処理ガスを電離させ、プラズマを生成する。生成され
たプラズマ中のイオンは、試料５の載置台４に独立に印
加された高周波、たとえば４００ｋＨｚの高周波により
加速され、試料５にイオンが入射することでエッチング
処理が行なわれる。
【００４９】カーボンの体積固有抵抗は０．２×１０-3
〜４×１０-3Ω・ｃｍ（カーボングラファイト）、シリ
コンの体積固有抵抗は２〜３００Ω・ｃｍ（真性半導
体）であり、両者の体積固有抵抗の差がきわめて大きい
ため、対向電極６と高周波アンテナ７とがたとえ接して
いても、高周波電流は対向電極６にはほとんど流れず高
周波アンテナ７を流れることになる。重金属汚染が防止
でき、体積固有抵抗の差が十分大きい材質であれば、上
記の組み合わせ以外の材質を用いてもよい。
【００５０】具体的には、漏れ電流が問題とならない範
囲として、高周波アンテナ７の材質が対向電極６の材質
の体積固有抵抗の１００分の１以下のものであることが
望ましい。
【００５１】対向電極６と高周波アンテナ７とが接して
いてもよいことから、これらを接する構造として省スペ
ース化を図ることができる。
【００５２】また、高周波アンテナ７に印加する高周波
を変化させることにより、高周波アンテナ７に流れる電
流値を変化させることができ、プラズマ密度を調整する
ことが可能である。
【００５３】本実施の形態におけるプラズマ処理装置
は、従来のこの種の誘導結合型プラズマ処理装置と異な
り高周波アンテナ７を処理室２内に設置する構成になっ
ているので、高周波アンテナ７とプラズマとの間に石英
などの誘電体が介在せず、誘電体による損失がない。そ
のため、高周波からプラズマへの伝送効率を向上させる
ことができ、少ない電力の高周波で高密度プラズマを得
ることができる。したがって、処理速度を増加させるこ
とができる。
【００５４】また、少ない電力の高周波により高密度プ
ラズマが生成できるため、高周波アンテナ７のスパッタ
リングを低減することができ、また、高周波電源９から
高周波アンテナ７に至る高周波回路全体に対する負荷を
も低減することができる。その結果、高周波回路の故障
や異常を抑えることができ、メンテナンス周期を伸ばす
ことができる。さらに、高周波に必要な電力を少なくで
きることから、消費電力を低減することもできる。
【００５５】さらに、従来のこの種の誘導結合型プラズ
マ装置では、高周波の電力を増加させると、ある高周波
電力でプラズマ密度が急激に増加する現象（モードジャ
ンプ）が起こる場合があり、高周波の印加条件によりプ
ラズマ処理の条件が制限される場合があった。しかし、
上述のような構成にすることによりプラズマ密度は高周
波電力に対して連続的に増加するため、高周波の印加条
件により、プラズマ処理の条件が制限されることはな
い。
【００５６】また、従来のこの種の誘導結合型プラズマ
装置では載置台４と対向する位置に石英などの誘電体が
設置されているが、載置台４の内部や周囲で接地された
任意の部品、たとえば、載置台４を留めるボルトや処理
室と搬送室を分けるゲートバルブなどが試料と対向した
位置関係となっていない。そのため、試料５に高周波を
印加すると、バイアス電場は試料５に均一に印加され
ず、最も近くに存在する上記の接地された任意の部品を
通じて印加されることがある。このため、処理が不均一
になる場合があった。さらに、その接地された任意の部
品との間でアークが生じることもあった。
【００５７】これらの問題に対して、上記構成では載置
台４に対向する位置に、接地された対向電極６が設けら
れているため、バイアス電場を試料５に対して均一に印
加することができる。したがって、試料５の処理の均一
化が図られる。
【００５８】よって、本実施の形態におけるプラズマエ
ッチング処理装置を用いて半導体装置を製造すれば、全
面にわたって均一にプラズマエッチング処理された半導
体装置を得ることができる。エッチング以外のプラズマ
処理においても同じである。
【００５９】（装置の他の構成）本実施の形態では、高
周波アンテナ７の材質としては、カーボンを用いたが、
酸化膜のエッチングなどに使用する場合は、カーボンを
用いることで、イオン衝撃によりたたかれた表面からカ
ーボンがプラズマ中に供給され、処理ガスのカーボンを
含むガスの添加やその流量調整によりカーボンの処理室
内への供給をしなくても、カーボンを試料へ供給するこ
とが可能になるという利点がある。
【００６０】他に、メタルＣＶＤで薄膜形成したり、パ
ターン内にイオンなどを埋め込む作業に使用する場合に
は、高周波アンテナ７の材質として、アルミニウム、
銅、タングステン、チタンなどを用いてもよい。たとえ
ば、銅のメタルＣＶＤでは、銅製の高周波アンテナ７を
用いても処理に影響を及ぼさない。他の材質についても
同様である。
【００６１】また、エッチングにも、高周波アンテナ７
の材質として、アルミニウム、銅、タングステン、チタ
ンなどを用いてもよい。ただし、エッチングの場合は材
質と処理ガスの組み合わせが重要であり、処理ガスに侵
されない材質を選ぶ必要がある。たとえば、アルミニウ
ムのエッチングに対しては主に塩素ガスを使用するの
で、塩素でエッチングされにくいタングステンを高周波
アンテナ７の材質として用いることができる。
【００６２】さらに、高周波アンテナ７の材質として、
ステンレスを用いてもよい。これは、重金属汚染のおそ
れがない場合には、あらゆる処理に使用することができ
る。
【００６３】一方、本実施の形態では、対向電極６の材
質として、シリコンを用いたが、炭化珪素（ＳｉＣ）な
どの材質を用いてもよい。炭化珪素の場合、体積固有抵
抗は、ＳｉとＣとの混合比に依存するが、約１０００Ω
・ｃｍであり、硬度が高く、融点は約２０００℃であっ
て、非常に高温になっても他の元素と反応しない。した
がって、スパッタリングが生じにくく、対向電極６から
の発塵を防止することができる。
【００６４】本実施の形態では、主にプラズマエッチン
グ処理装置に関して説明したが、プラズマＣＶＤ処理装
置でも同様である。特に、高アスペクト比のパターンに
絶縁膜を薄膜形成する場合、上記構成を採用することに
よって、バイアス電場を試料に対して均一に印加するこ
とができるので、高アスペクト比パターンへの絶縁膜埋
め込みが可能になり、さらに、処理が均一になる。
【００６５】（実施の形態２） （装置の構成）図２は、本実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概念図である。本実施の形態では、対向電極
６に設けられた溝６ｂに埋め込まれるように高周波アン
テナ７が取り付けられており、高周波アンテナ７の表面
の一部がプラズマに露出するように構成されている。そ
の他の構成は実施の形態１と同じである。
【００６６】（作用効果）本実施の形態では、図２に示
すような構成を採用することで、対向電極６と高周波ア
ンテナ７によって構成される角部（図４（ａ）参照）、
または、加工精度や熱ひずみに起因して対向電極６と高
周波アンテナ７との間に生じた隙間（図４（ｂ）参照）
への反応生成物３１などの付着をなくすことができ、発
塵を抑制することができる。
【００６７】また、高周波アンテナ７に流れる高周波電
流に直流電流あるいは低周波電流を印加することによっ
て、高周波アンテナ７にバイアスあるいは自己バイアス
を生じさせ、イオンを高周波アンテナ７に引込むことに
よって、高周波アンテナ７に付着する反応生成物を低減
させることができ、発塵を抑制することができる。
【００６８】（実施の形態３） （装置の構成）図３は、本実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概念図である。対向電極６と高周波アンテナ
７との間に誘電体膜３を設け、対向電極６と高周波アン
テナ７が接触しないよう構成されている。その他の構成
は実施の形態１と同じである。
【００６９】（作用効果）本実施の形態では、対向電極
６と高周波アンテナ７との間に誘電体膜３を設けること
によって対向電極６と高周波アンテナ７とを電気的に接
触させないこととしたため、高周波電流が対向電極６に
は流れるおそれはない。したがって、対向電極６と高周
波アンテナ７を構成する材質について、体積固有抵抗が
等しい組合せや固有抵抗の差が小さい組合せも採用する
ことが可能となる。
【００７０】なお、対向電極６と高周波アンテナ７とを
電気的に接触させない構造として、図５（ａ）〜（ｃ）
のように高周波アンテナ７の一部または全部を誘電体膜
３でカバーしてもよい。また、図６（ａ）〜（ｄ）に示
すように対向電極の表面を誘電体膜３でカバーしてもよ
い。
【００７１】（実施の形態４） （装置の構成）図７は、本実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概念図である。対向電極６と高周波アンテナ
７とは間隙を介して分離している。対向電極６と離れて
処理室２内に支持された高周波アンテナ７に高周波を導
く配線は、絶縁カバー１７で被覆されることによって他
の部分と電気的に絶縁されている。その他の構成は実施
の形態１と同じである。
【００７２】（作用効果）本実施の形態では、対向電極
６と高周波アンテナ７とが、間隙を介することによって
空間的に隔離されているため、高周波アンテナ７に導電
性異物あるいは導電性膜が堆積あるいは付着したとして
も、対向電極６との間で短絡するおそれはない。したが
って、処理によって導電性膜が高周波アンテナ７に堆積
あるいは付着する場合に有効である。さらに、高周波ア
ンテナ７を堆積膜と同様な材質にすることで、導電性膜
の堆積による処理の影響を低減することができる。
【００７３】（実施の形態５） （装置の構成）図８は、本実施の形態におけるプラズマ
処理装置の概念図である。本実施の形態では、径の異な
る２個の高周波アンテナ７１，７２を処理容器と同軸上
に配置し、高周波アンテナ７１，７２の表面が露出する
ように対向電極６に埋め込んだものである。その他の構
成は実施の形態１と同じである。
【００７４】（作用効果）本実施の形態では、端子７１
ａ，７１ｂを高周波電源９１に接続し、端子７２ａ，７
２ｂを高周波電源９２に接続することで、処理室２内に
生成されるプラズマ密度分布を変化させることができ
る。従来のこの種の誘導結合型プラズマ処理装置に比
べ、処理室２内部に高周波アンテナ７１，７２を設置す
るため、高周波アンテナ７１と高周波アンテナ７２との
間の相互インダクタンスは小さくなり、それぞれの高周
波アンテナ７１，７２に印加する高周波や周波数の使用
領域が広くなる利点がある。
【００７５】さらに、処理容器１外部にスイッチ回路を
設けることによって２個の高周波アンテナ７１，７２に
高周波を印加する方法を変化させることができる。以
下、図９の例を用いて説明する。図９は径の異なる２個
のループアンテナ７１，７２を示す。図示しないスイッ
チ回路を用いて端子７１ｂと端子７２ａを結線７３で結
び、端子７１ａと端子７２ｂ間に高周波電源を接続する
ことで、２個の高周波アンテナ７１，７２を１個の高周
波アンテナとして使用することができる。また、結線７
３を開放して、図８に示すように、高周波アンテナ７
１，７２に異なる高周波電源を接続して使用することも
できる。
【００７６】なお、高周波アンテナ７１，７２の配置に
関しては、通常の誘導結合型プラズマ装置においても本
実施の形態のような使用が可能である。また、高周波ア
ンテナの端子同士を接続することにより、１個のアンテ
ナとして使用することも可能である。また、必要に応じ
て、径の等しい２個の高周波アンテナを同軸上に上下に
配置し、使用することも可能である。
【００７７】（実施の形態６） （装置の構成）図１０は、本実施の形態によるプラズマ
処理装置の概念図である。本実施の形態では、対向電極
６に整合器８２を介して高周波電源９２が接続されてい
る。ここで、高周波電源９２は高周波電源９１より低い
周波数の電源である。その他の構成は実施の形態１と同
じである。
【００７８】（作用効果）プラズマ生成時には、高周波
電源９２から対向電極６に高周波を印加することによ
り、対向電極６に自己バイアス電圧が生じ、イオンが対
向電極６に引込まれる。
【００７９】ここで、たとえば、シリコン製の対向電極
６を用い、処理ガスとしてフロロカーボン系のガスを使
用する場合、プラズマ中のフッ素イオンあるいはフッ素
原子と対向電極６のシリコンが反応し、弗化シリコンが
生成される。こうして、プラズマ中のフッ素が対向電極
６により消費されるので、プラズマ中のイオン・中性粒
子の組成比を変えることができる。
【００８０】また、たとえば、カーボン製の対向電極６
を用いた場合、対向電極６への入射イオンによるスパッ
タリングにより対向電極６のカーボンがプラズマ中へ放
出される。そのため、プラズマ中のカーボンの含有量が
増加する。
【００８１】このように、対向電極６にバイアスを印加
することにより、プラズマ中のイオン・中性粒子の組成
比を制御することができ、最適な処理を行なうことがで
きる。また、高周波電源９２の代わりに直流電源を接続
しても同様の効果が期待できる。
【００８２】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。
【００８３】
【発明の効果】この発明に基づいたプラズマ処理装置に
よれば、載置台に対向する位置に対向電極を設け、高周
波アンテナを処理室内に設けることにより、処理速度を
向上させることができ、また、均一に処理することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装
置の概念図である。
【図２】 本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装
置の概念図である。
【図３】 本発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装
置の概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る、（ａ）は角
部、（ｂ）は隙間における反応生成物などの付着につい
ての説明図である。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３に
係る、対向電極と高周波アンテナの構造についての説明
図である。
【図６】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態３に
係る、対向電極と高周波アンテナの構造についての説明
図である。
【図７】 本発明の実施の形態４に係るプラズマ処理装
置の概念図である。
【図８】 本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装
置の概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態５に係るプラズマ処理装
置に配置された高周波アンテナの概略説明図である。
【図１０】 本発明の実施の形態６に係るプラズマ処理
装置の概念図である。
【図１１】 従来の技術に係るプラズマ処理装置の概念
図である。
【符号の説明】
１ 処理容器、２ 処理室、３ 誘電体膜、４ 載置
台、５ 試料、６ 対向電極、６ａ ガス導入口、６ｂ
溝、７，７１，７２ 高周波アンテナ、７ａ，７ｂ，
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ 端子、７３ 結線、
８，８１，８２整合器、９，９１，９２ 高周波電源、
１０ 整合器、１１ 高周波電源、１２ａ，１２ｂ ガ
ス配管、１５ 排気管、１６ 絶縁板、１７ 絶縁カバ
ー、１８誘電体窓、３１ 反応生成物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大寺 廣樹 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA00 AA01 BA20 BB11 BB12 BB18 BB28 BB29 BB30 BC08 5F045 AA08 BB01 BB02 BB03 BB08 BB09 DP01 DP02 DP03 DQ10 EF05 EH02 EH08 EH11

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理室内の試料に対して処理を行なうた
    めのプラズマ処理装置であって、前記処理室内に、 一以上の高周波アンテナと、 前記試料と対向し、かつ、接地された対向電極とを備
    え、 前記高周波アンテナに高周波を印加することによって、
    前記処理室内に誘導結合型プラズマを励起して前記処理
    を行なうプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記対向電極に対して、高周波または直
    流電圧を印加する手段を有する、請求項１に記載のプラ
    ズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記高周波アンテナと前記対向電極とが
    間隙を介して分離している、請求項１または２に記載の
    プラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記高周波アンテナが、前記対向電極の
    材質の体積固有抵抗の１００分の１以下の体積固有抵抗
    を有する材質から形成された、請求項１または２に記載
    のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記高周波アンテナと前記対向電極と
    が、互いに接触する、請求項４に記載のプラズマ処理装
    置。
  6. 【請求項６】 前記高周波アンテナが一部を露出するよ
    うに前記対向電極内に埋め込まれた、請求項１、２、４
    または５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】 前記高周波アンテナの前記対向電極に対
    する接触部を誘電体膜で被覆した、請求項１、２または
    ４から６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 【請求項８】 誘電体膜により被覆された前記対向電極
    を備えた、請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ
    処理装置。
  9. 【請求項９】 誘電体膜により被覆された前記高周波ア
    ンテナを備えた、請求項１から８のいずれかに記載のプ
    ラズマ処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記高周波アンテナは、カーボン、ア
    ルミ、銅、ステンレス、タングステンおよびチタンから
    なるグループから選択された少なくとも１以上の材質に
    よって形成される、請求項１から９のいずれかに記載の
    プラズマ処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記対向電極は、シリコン、カーボン
    および炭化珪素からなるグループから選択された少なく
    とも１以上の材質によって形成される、請求項１から１
    ０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  12. 【請求項１２】 各前記高周波アンテナに高周波を印加
    するための回路と、 前記回路の構成を変化させることのできるスイッチ回路
    とを備え、 前記スイッチ回路の切換により、各前記高周波アンテナ
    の実質的な構成を変更できることとした、請求項１から
    １１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記高周波アンテナに印加する高周波
    と前記対向電極に印加する高周波との周波数に差を設け
    て印加する手段を有する請求項２から１２のいずれかに
    記載のプラズマ処理装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれかに記載の
    プラズマ処理装置を用いて製造された半導体装置。
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