JPH11260596A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】容量結合放電プラズマと、高周波による電
磁波放射によるプラズマの複合放電により電子エネルギ
を制御し、活性種の発生を制御する。電磁放射電力を導
体間の高周波電圧により制御し、電磁波放射電力分布を
ハード構造とは独立に制御する。高周波印加部分に関し
ては表面の温度、イオンエネルギを制御し、その他の処
理室内壁面は表面の温度を制御し、発塵、経時変化を防止
する。 【効果】プラズマ処理装置において、電子のエネルギ状
態が独立に制御できるようになり、これにより活性種の
発生を制御し、高選択エッチングと高精度、高速エッチ
ングあるいは膜質と成膜速度など従来技術では両立が難
しい特性の両立がはかれるようにした。プラズマの密度
分布をハード構成を変えずに制御でき、大口径基板全面
で微細なパターンを高精度にエッチングできるようにな
った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ生成手段を
備えた処理装置に関し、特に半導体デバイスや液晶表示
素子の微細パターン形成、及び大口径基板に均一に処理
するのに好適なプラズマエッチング、微細構造薄膜の形
成に好適なプラズマＣＶＤ、プラズマ重合などのプラズ
マ処理装置、プラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いて半導体素子、液晶表示
素子を処理するプラズマ処理装置では処理性能を左右す
る活性種、処理基板に入射イオンのエネルギ 、イオン
の方向性、プラズマ処理の均一性の制御、及びプラズマ
処理の生産性が必要である。

【０００３】活性種の制御に関しては、例えば特開昭５
７-１３１３７４号公報に開示されているような平行平
板電極方式のものがあり、この平行平板電極方式のプラ
ズマ処理装置の従来例を図１７に示す。

【０００４】図１７の装置では、円筒状の側壁部６と絶
縁部５と円盤状の電極２によって囲まれている処理室９
が図示しないガス排気手段により真空状態に保たれてお
り、ガス供給手段７がガス導入路の機能を兼ね備えた電
極２を通して処理ガスを処理室に供給する。通常、側壁
部６はアースされており、電極２とは絶縁部５により絶
縁されている。電極２と支持台３は平行平板電極を構成
しており、電源１がこの平行平板電極の間に電力を加え
ることにより処理室９内部の処理ガスがプラズマ化す
る。

【０００５】処理室の下部には処理対象のウエハ４が支
持台３の上に設置されており、処理室９内に発生したプ
ラズマとプラズマにより活性化した処理ガス中の活性種
（ラジカル）により微細加工が行われる。この時、電源
１が加える入力電力や処理室９内の圧力や電極２と支持
台３の間の間隙の幅等によってプラズマの密度とプラズ
マ中の電子の温度が変わり、同時に処理ガスの分解、す
なわち、微細加工の性能を左右する、いくつかある活性
種の量や比の状態が変わる。

【０００６】イオンエネルギの制御に関しては、特開平
４−２３９１２８号公報に開示されているような方法が
ある。

【０００７】これは、平行平板の電極にこれらとは垂直
な発散磁場を設け、これによりプラズマを発生させる高
周波電源出力とは独立に、自己バイアス電圧を制御して
基板に入射するイオンのエネルギを磁場により独立に制
御できるようにし、ダメージを与えることなく高精度な
エッチング処理をするものである。

【０００８】イオンの方向性を高めるとともに処理速度
を低下させない方法として、特開平８−１９５３７９号
公報に開示されているような方法がある。

【０００９】これは、容量結合性と誘導結合性が混在し
たプラズマを発生させることにより、低圧で高密度プラ
ズマを発生するとともに、プラズマの密度分布制御性の
優れたプラズマ処理を実現するものである。

【００１０】プラズマ処理の均一性を制御するプラズマ
処理装置としては、特開昭６１−２８３１２７号公報に
開示されている装置がある。

【００１１】この装置では高周波電力を印加する電極を
複数に分割し、各電極に印加する電力を独立に制御する
ことで均一性の向上を図るものである。

【００１２】生産性を高める上での大きな問題は、エッ
チング、プラズマＣＶＤなどの処理では処理室の内壁面
に膜が形成され、これらが剥離して塵埃の発生につなが
り、高集積の半導体デバイスの生産や液晶表示素子の生
産した素子の中での良品の割合、すなわち製品歩留まり
が低下することである。また、生産を続ける内に、処理
特性が変化し、製品歩留まりが低下するという問題もあ
る。

【００１３】塵埃の発生は処理室内壁にプラズマ処理で
形成されたデポ膜が、プラズマからの入熱変化による温
度変動を繰り返し、これによりデポ膜内に応力が発生し
膜が厚くなると、この応力が付着力以上になり膜の剥離
が始まり、塵埃の発生となる。

【００１４】内壁面に形成されたデポ膜を除去するため
に、これらデポ膜が形成された面に入射するイオンのエ
ネルギを高めてデポ膜の除去レートを高めるプラズマ処
理装置が特開平８−３３０２８２号公報に開示されてい
る。

【００１５】また、内壁面のデポ膜を揮発性の物質に変
換し、真空排気系により排出する方法が示されている。
処理室内に非ガス状の材料を配置し、この材料とプラズ
マが反応して反応性化学種が生成され、これがデポ膜と
反応してデポ膜を揮発性の物資に変換しクリーニングす
る方法が特開平７−１５３７５１号公報に開示されてい
る。

【００１６】プラズマ処理の処理特性を安定化させる方
法として特開平６−１８８２２０号公報、特開昭６１−
８９２７号公報にプラズマ処理室の内壁面を一定温度に
制御する方法、平行な構造をなす流体で冷却される電極
を設けた装置などが開示されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】半導体素子の高集積
化、生産用基板の大口径化に伴い下地材料との選択比、
加工形状の高性能化、大口径基板の均一処理、塵埃発生
の低減がさらに必要になってきている。

【００１８】１）プラズマによるエッチング処理、ＣＶ
Ｄ処理などの選択比、加工形状、膜質などの処理特性を
大きく左右する要因の１つはプラズマ中で電子衝突によ
り生成される活性種である。この活性種の発生量、発生
する活性種は、プラズマ中の電子のエネルギ状況により
決まる。

【００１９】このプラズマ中電子のエネルギ状態は処理
圧力による衝突頻度、プラズマ中電子の拡散による消滅
割合等で決まる。プラズマ中の電子のエネルギ状態は中
性分子、イオン等との衝突により統計的分布になり、圧
力のように衝突頻度を変えることで統計的分布を変える
以外、その分布を制御することは困難であった。そのた
め、従来電子エネルギ状態を制御するためには処理圧力
を制御する方法が取られていた。しかし処理圧力を制御
する方法では、エッチング処理の微細加工性と選択比の
両立等が難しくなり、プラズマＣＶＤでは成膜速度、膜
質、素子表面のカバー性能の両立が難しくなる。

【００２０】本発明の目的の一つは、従来の圧力のよう
なプロセス条件とは別にプラズマ発生手段、イオンエネ
ルギ制御手段と独立したプラズマ中の電子エネルギ制御
手段を提供し、活性種の成分、活性種量を制御して選択
比が高く、微細加工ができるプラズマ処理装置を提供す
ることにある。

【００２１】２）プラズマ処理の均一性に関しては活性
種制御、イオンエネルギ制御、低圧高密度プラズマの発
生技術と両立することが必要である。

【００２２】また、処理基板の大口径化に伴い、エッチ
ング処理やＣＶＤ処理で処理用ガスが基板中心部から外
周部に流れることにより、活性種濃度分布、デポ膜の分
布が顕在化し、大口径基板全面で均一な処理をすること
が困難になってきている。そのため、これらの問題を解
決するには、分布の均一化が不可能な要因を別のエッチ
ング特性制御要因により打ち消すことが必要である。そ
のための一つの制御要因として、プラズマ分布をプラズ
マ密度や圧力などのその他のプロセス条件とは独立に、
プロセス条件毎に、プラズマの凹凸分布を調整できるこ
とが必要である。

【００２３】本発明の目的の一つは、プラズマの均一性
を活性種制御、イオンエネルギ制御、低圧高密度プラズ
マの発生と両立し、さらに他のプロセス条件とは独立に
制御できる均一性制御機構を有するプラズマ処理装置、
及びプラズマ処理方法を提供することにある。

【００２４】３）低発塵化のためには処理室内面に付着
するデポ膜を除去することが従来技術として検討されて
いるが、デポ膜を気化して排気する方法はデポ膜の気化
に時間を要し、生産性を低下させる等の問題がある。ま
た、デポ膜を除去した後の面はプラズマ中のラジカルや
イオンにさらされるため変質し、壁面での反応が変化し
てプラズマ処理特性などにも影響を及ぼす。

【００２５】また、プラズマ処理室内壁面には高周波電
力が印加される面、接地された面など状態が異なる表面
が混在しており、これらに対応した低発塵化が必要であ
る。

【００２６】本発明の目的の一つは、塵埃を発生させず
に長期間稼動することができ、かつ生産性を低下さない
プラズマ処理装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明では以
下の手段により解決した。

【００２８】１）容量結合放電によるプラズマ発生手
段、そのプラズマ中に電磁波を放射する手段、により容
量結合放電で発生したプラズマ中の電子に電磁波により
エネルギを与えるようにし、電子のエネルギ、電子密度
を制御し、活性種の成分比、活性種量を調節する手段と
する。

【００２９】処理室内に平行平板電極の電極と電磁波を
投入するためのアンテナ、投入した電磁波がプラズマ中
を進行しうる磁場を設け、このアンテナのプラズマ生成
領域が平行平板電極のプラズマ生成領域に重なるように
設置し、平行平板電極で発生したプラズマ、アンテナか
ら投入された電磁波によるプラズマの二つのタイプのプ
ラズマの混合により電子のエネルギ、電子密度を制御す
る。電子のエネルギはアンテナからの電磁波放射により
制御できるようになり、容量結合放電とアンテナからの
電磁波放射に供給される電力割合を変えることにより、
プラズマ中の電子エネルギ状況を変えることができ、活
性種量、活性種が制御できる。

【００３０】また、上記磁場の磁場強度を放射される電
磁波の周波数に対し、電子サイクロトロン共鳴が発生す
る条件を含めて可変にし、これにより、プラズマ中の電
子に与えるエネルギレベルを磁場強度を変えることによ
り制御できるようにした。

【００３１】２）プラズマの均一性制御に関しては、プ
ラズマ中に電磁波を放射するアンテナを２重以上設け、
各アンテナから放射される電磁波を制御する手段により
プラズマの分布を制御するようにした。

【００３２】電磁波をプラズマ中に放射することで電子
密度が制御できることは活性種発生制御について述べて
部分に記載した通りである。

【００３３】電磁波を放射するアンテナ手段として、容
量結合放電の電極を複数に分割し、各電極間に高周波電
圧を発生させることで各電極間で電磁波を放射さるよう
にした。

【００３４】分割した電極間に発生する高周波電圧を制
御することで、各電極間から放射される電磁波の電力が
制御できる。電極間に発生させる高周波電圧の制御手段
としては各電極に印加する高周波電圧の位相を制御する
ようにした。

【００３５】３）プラズマ処理室の中で高周波を印加す
る電極ではイオンが高周波電界により加速されて入射す
るため、このイオンのエネルギにより電極表面に付着す
る膜を除去するようにし、デポ膜による発塵を低減し
た。

【００３６】電極表面にはプラズマ処理で発生する活性
種と反応して不揮発性の物質を生成しない材料を用いる
とともに、冷却された電極への熱伝達を高め、温度変動
を低減するために圧力が高められる構造にした。これに
より表面に不揮発性の反応性生物が形成されることによ
る発塵を低減するとともに、温度変動を低減し、表面で
の反応を安定化させ、プラズマ処理特性の変動を防止し
た。

【００３７】それ以外の部分に関しては処理室内壁面の
温度を一定に保つことにより、熱変動による膜内応力の
発生を防止し、膜の剥離が発生しないようにした。ま
た、温度を一定に保つことで、表面での反応を安定化さ
せ、プラズマ処理特性の変動を防止した。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１〜
図１６に示す。

【００３９】第１の実施例を図１により説明する。

【００４０】図１において、処理室９内には処理対象を
支持する支持台３が設置されており、前記支持台３の上
に処理対象物４が置かれる。処理対象物４は例えば半導
体素子用のウエハである。処理室の壁の一部は電極２と
なっており、電極の機能も兼ね備えた支持台３との間で
平行平板電極を形成する。支持台３と処理対象物４は通
常平板状であるが、電極２は平板状であっても良いし、
図２（イ）のように階段状の段差を持っていても良い
し、図２（ロ）のように曲面部分を持っていても良い。
電極２が図１、図２（イ）、図２（ロ）のどの場合であ
っても、以下では電極２と支持台３の組を平行平板電極
と呼ぶ。通常、電極２は処理室９に接しているが、電極
２と処理室９の間には絶縁体などで構成されたカバーが
あっても良い。処理室９にはガス供給手段７により処理
ガスが導入されており、例えば図１のように電極２が処
理ガス導入路の機能を兼ね備えていることがある。

【００４１】さらに、処理室９は図示しない排気手段に
より排気され、低圧状態に保たれている。処理室９は、
例えば円筒状でアースされた側壁部６で囲まれており、
電極２と側壁部６は絶縁部５により電気的に絶縁されて
いる。電源１は例えば交流電源と整合回路の組み合わせ
である。電源１が平行平板電極に加えた電力により、処
理室９内部の処理ガスがプラズマ化し、プラズマが処理
ガスを活性化して様々な種類の活性種を生成する。さら
にアンテナ１１が絶縁体５の近傍に設置されており、絶
縁体５はアンテナ１１が発生する電磁波を処理室９に導
入する窓の機能を持つ。アンテナ１１は一つまたは複数
の電力の入力端と出力端を持ち、ひと巻きまたはそれ以
上に巻かれたループアンテナであっても良いし、ひと巻
きを複数に分割した分割ループアンテナであっても良い
し、その他の形状であっても電磁波を放射するアンテナ
であればよい。アンテナ１１には電源１２が電力を供給
しているが、電源１が電極２とアンテナ１１に電力を加
えても良い。

【００４２】また、アンテナ１１が電極２に電流を誘導
する場合には、例えば図３に示すように電極２に誘導電
流を阻害するようなスリットなどの絶縁領域を設ける
と、アンテナの電力が処理室内に導入し易くなって良
い。アンテナ１１は例えば図１に示すような電場１４を
処理室内に誘起しプラズマを生成する。このアンテナが
プラズマを側壁部６の近傍で生成するため、電源１２に
よる電力を調節することにより側壁部６の壁面の状態を
制御できる。

【００４３】また、アンテナ１１によるプラズマが励起
するラジカルは拡散して平行平板電極の間隙にも浸透し
て行くが、平行平板電極によるプラズマが励起する活性
種とは組成が異なるため、アンテナに投入する電力の調
整により処理室内部のラジカル組成の制御が可能であ
る。

【００４４】図１の装置ではさらに磁場発生手段１３に
より処理室内に磁場を加えることが出来る。例えば、円
筒状のソレノイドコイルを用いて磁力線１５で示すよう
な分布の磁場を発生できる。アンテナが発生する振動電
界１４と磁力線１５がおおむね垂直であるときに、電子
サイクロトロン共鳴を起こすように電界１４の振動数と
磁場１５の強度をあわせると、特に効率的にプラズマが
生成できる。例えば振動電場の周波数が68Mhzの時には
磁場強度２４ガウス付近で電子サイクロトロン共鳴が起
こる。

【００４５】また、電子サイクロトロン共鳴磁場に近い
範囲で磁場強度を調節すればラジカルの成分比の調整が
でき、微細加工の性能を最適化することができる。

【００４６】さらに、磁場強度が電子サイクロトロン磁
場よりも強い場所では電磁波が磁場に沿ってプラズマ中
を伝播できる。従って、図１のようにアンテナを通る磁
力線が処理室内のプラズマを生成したい場所を通過する
ようにアンテナと磁場の分布を設定することによりプラ
ズマ生成の効率化を図っている。

【００４７】次に第２の実施例を図４により説明する。

【００４８】図４の装置は基本的な構成要素は図１の装
置とほとんど同じであるが、図１では処理室９の上面に
設置されていたアンテナ１１が処理室の側面に設置され
ている点が異なる。図４ではアンテナ１１の電磁波が外
部に漏れないように導体壁８’で囲まれているが、導体
壁８と導体壁８’は一体のものであっても良い。図４の
装置のもう一つの特徴は、ソレノイドコイルなどの磁場
発生手段１３の設置位置を下方に設定し、処理室側面に
設置されたアンテナ１１を通過する磁力線１５が処理室
内を通過するように配置してある点にある。これによ
り、図１の実施例でも述べたように、電子サイクロトロ
ン共鳴磁場よりも強い磁場を加えた場合にアンテナが放
射する電磁波が処理室内のプラズマ中に入りやすくな
り、プラズマの生成効率を上げている。

【００４９】次に第３の実施例を図５により説明する。

【００５０】図５の装置は図４の装置とほぼ同じ構成と
なっているが、アンテナ１１が処理室内部に設置されて
いる点が異なる。アンテナを処理室内のプラズマに直接
晒すとアンテナ自体が削れて微細加工に悪影響を及ぼす
ときには、アンテナの表面にプラズマにより削れにくい
材料をコーティングしたり、アンテナに絶縁体で出来た
カバーをかぶせても良い。図５の実施例のようにアンテ
ナを処理室内部に設置することにより、処理室上面や処
理室側面にアンテナを設置するスペースが取れないとき
にもアンテナを設けることが出来る。

【００５１】次に第４の実施例を図６により説明する。

【００５２】図６の装置の構成は図５の装置と同じであ
るが、図６の装置ではアンテナ１１が電極２の上部に設
置されている点が特徴となっている。図６の装置の場合
には電極２は図３に示したようなスリット等の絶縁部を
持ち、アンテナ１１の誘起する電磁場の少なくとも一部
が電極２を通過して処理室９に伝播し、プラズマを生成
するかプラズマにエネルギーを与えることが出来るよう
になっている。この場合には、電極２と支持台３の間隙
に平行平板電極とアンテナによりプラズマを生成するた
め、処理対象物直上のプラズマの電子エネルギをアンテ
ナ投入電力により調整し、微細加工の性能を高めること
が可能になる。

【００５３】次に第５の実施例を図７により説明する。

【００５４】図７の装置の図１の装置に対する特徴は、
図１のアンテナ１１と電極２が一体化したアンテナ電極
１６を用いている点である。

【００５５】アンテナ電極の例を図９に示す。アンテナ
電極は一つまたは複数の電極部１８とそこに接続された
一つまたは複数のアンテナ部１９と入力端２０と出力端
２１で構成される。アンテナ電極の一例を図９（イ）、
図９（ロ）、図９（ハ）、図９（ニ）に示す。特に図９
（ハ）では、アンテナ部１９の放射する電磁波が電極部
１８に引き起こす誘導電流を阻害するようにスリット状
の絶縁領域を設け、アンテナ部の電磁波の放射効率を上
げている。

【００５６】図７や図９に示した例では電極部とアンテ
ナ部はほぼ同一平面上にあるが、電極部とアンテナ部が
立体的な構成となっていても良い。例えばアンテナ部が
電極部の真上に設置されるようなアンテナ電極もある。
電源１により入力端２０に加えられた電力の一部は電極
部１８と支持台３の形成する平行平板電極によりプラズ
マ生成に用いられ、残りはアンテナ部１９から電磁波と
して放射され処理室内にプラズマを生成する。出力端は
アースしても良いし、アンテナ電極の電極部の電圧を維
持するためにコンデンサなどにより構成された電圧維持
手段を介した後にアースしても良い。

【００５７】また、入力端と出力端を入れ替えて接続し
ても良い。このアンテナ電極を使うと電極とアンテナに
一つずつあった電源が一つで済むようになる。図７では
アンテナ電極の電極部は処理室に露出しており、アンテ
ナ部は処理室外部にあるが、電極部には絶縁体などで構
成されたカバーをつけていても良い。

【００５８】また、図８に示すようにアンテナ部を処理
室内部に設置してもよいし、アンテナ部に絶縁体などの
カバーをしてもよい。図７や図８の装置は図１の装置と
ほぼ同じ効果を持ち、処理対象物の微細加工の性能を上
げることができる。

【００５９】次に第６の実施例を図１０により説明す
る。

【００６０】図１０の装置では処理室内の側壁部６近傍
にプラズマを生成するために外周電極２３と側壁部６の
間に電力を加える電源１２を設けている。外周電極２３
の生成するプラズマは、側壁部近傍にあるため、側壁部
壁面の状態の制御ができ、微細加工の性能を上げること
が出来る。また、電源１と電源１２の周波数を異なるも
のとすれば電子温度の異なるプラズマを生成し、図１の
装置と同様にラジカルの成分比の調節により微細加工の
性能を最適化できる。さらに、外周電極２３の発生する
電場１４’の方向が磁力線１５とほぼ直行するように磁
場発生手段１３を設置し、磁場強度が外周電極近傍で電
子サイクロトロン共鳴磁場強度になるように設定すれば
外周電極によるプラズマ生成の効率を上げることが出来
る。

【００６１】次に第７の実施例を図１１により説明す
る。

【００６２】処理室：５１の中にはステージ電極：５
２、対向電極：５３が対向して設けられている。処理
室：５１の本体は接地された金属容器で形成され、上部
は石英板：５４で形成されており、処理室：５１と石英
板、各電極の接合部は真空シール構造となっており、処
理室：５１内を真空に排気できる構造となっている。ま
た、処理室：５１には図示しない処理ガス供給機構があ
り、処理ガスを供給しながら図示しない排気制御機構に
より処理室：５１内の圧力を目的の圧力に制御できる様
になっている。

【００６３】ステージ電極：５２には処理基板：５５が
裁置できる構造になっており、図示しない温度制御機構
によりプラズマ処理中の処理基板：５５の温度を制御で
きるようになっている。また、ステージ電極：５２には
処理基板に入射するイオンのエネルギを制御するバイア
ス電源（２ＭHz）：５６が接続されている。

【００６４】対向電極：５３は高周波印加リング電極：
５３a、５３ｂ、およびアースリング電極：５３ｃから
成っており、高周波印加リング電極：５３a、５３ｂ に
は１００ＭＨzの高周波電源：５７が接続されており、
アースリング電極：５３cは接地されている。

【００６５】処理室：５１の外周にはコイル：５８が設
けられており、処理室内に磁場を形成形成できるように
なっている。

【００６６】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。

【００６７】ステージ電極：５２に処理基板：５５を搬
入し、載置する。図示しないエッチングガス供給源より
設定流量のエッチングガス（弗化炭素系ガス）を供給
し、処理室内の圧力が１Ｐａになるよう排気を制御す
る。処理基板には半導体素子の絶縁膜である酸化シリコ
ン膜、シリコン膜が形成されている。この処理基板をス
テージ電極：５２に静電的に吸着させるとともに、図示
しないヘリウムガス供給源より基板とステージ電極：５
２の間にＨeガスを供給し、処理基板のエッチング処理
中の温度上昇を防止する。

【００６８】対向電極である高周波印加リング電極：５
３a、５３ｂに１００MHzの高周波電力を１.５ＫＷ投入
し、放電によりプラズマを発生させる。高周波印加リン
グ電極：５３a、５３ｂと処理室内の真空雰囲気の間は
石英板：５４で分離されているため、プラズマにたいす
るエネルギの供給は容量結合により行われる。この場
合、シースとプラズマの界面に形成される電界は小さい
ため電子のエネルギ分布はマクスウェル・ボルツマン分
布に近い。

【００６９】高周波印加リング電極：５３a、５３ｂと
アースリング電極：５３cの間には高周波電界Ｅが形成
され、この電界から磁界が形成され、更に電界が形成さ
れるというように電磁波が放射される。容量結合による
放電により、プラズマ密度は１０¹⁰/cm3台のに達するた
め、放射される電磁波はプラズマ中に進行は出来ない
が、石英板：５４の近傍では電界が発生するため、この
電界により電子は直接加速されエネルギを受け取ること
が出来る。この場合、エネルギを受け取る電子は石英板
近傍の電子だけであり、その割合は少ないが、電子のエ
ネルギレベルは容量結合により発生したプラズマに比べ
高くなる。

【００７０】このように本実施例ではプラズマに供給さ
れるエネルギは、容量結合によるものと、高周波電界に
よる直接加熱の２通りの経路があり、各経路により電子
が受け取るエネルギレベルが異なるため、各経路の電力
割合を変えることで電子のエネルギ状況を変えることが
出来る。変える方法としては石英板：５４の厚さを変え
る方法、高周波リング電極とアースリング電極の間隔を
変える方法がある。石英板の厚さを厚くすると容量結合
のインピーダンスが高くなり、放電電圧が高くなり電磁
波放射の割合が増え、容量結合で供給される電力割合が
下がり電子のエネルギレベルは高くなる。高周波リング
電極とアースリング電極の間隔を狭くすると高周波電界
が強くなり電磁放射の割合が増え、同様に電子のエネル
ギレベルは高くなる。これらの逆にすれば容量結合だけ
の放電によるエネルギレベルに近づけることができる。

【００７１】バイアス電源：５６より２MHzの高周波電
力を５００Ｗ投入すると７００Ｖppの電圧が発生し、プ
ラズマからのイオンを加速して基板に入射させることが
でき、基板表面ではイオンのアシストにより、プラズマ
により分解されたエッチングガス（弗化炭素系ガス）と
酸化シリコン膜、シリコン膜が反応しエッチングが進行
する。

【００７２】電子のエネルギレベルが高いと、弗化炭素
系ガスの分解が進み、弗素系ラジカル量が増え、シリコ
ン膜のエッチング速度が向上する。また、このようなガ
ス分解が進んだ条件ではエッチング断面形状も垂直に近
くなり、分解が進まない条件では順テーパ形状になりや
すい。半導体デバイスの製造では絶縁膜である酸化シリ
コン膜のエッチング速度に対するシリコン膜のエッチン
グ速度を出来るだけ小さくし、エッチング断面形状も出
来るだけ垂直に近づけることが必要である。そのために
は弗化炭素系ガスの分解状況を適切に制御し、両者を両
立させる条件を見つけることが必要である。

【００７３】本発明では先に述べてように、石英板の厚
さ、高周波リング電極とアースリング電極の間隔等を調
整することにより、弗化炭素系ガスの分解状況を制御で
き、エッチング特性の最適化ができる。

【００７４】また、高周波印加リング電極：５３ａ、５
３ｂ、アースリング電極の寸法を変えることでプラズマ
の分布を変えることもできる。

【００７５】次に、本実施例におけるその他の電子エネ
ルギ制御方法について説明する。

【００７６】高周波印加リング電極：５３a、５３ｂと
アースリング電極：５３cの間には高周波電界Ｅが形成
され、電磁波が放射されることは先に説明したが、この
実施例では無磁場条件であったため、電磁波はプラズマ
中に進行は出来ず、石英板近傍の電子にエネルギを供給
するだけであった。本制御方法ではコイル：５８に電流
を流し、磁場Ｂを形成して電磁波がプラズマ中に進行出
来るようにした。また、磁場の強度を電磁波の周波数に
対し電子サイクロトロン共鳴を起こす条件を含めて設定
できるようにし、容量結合放電プラズマへの電磁波の放
射と磁場強度の制御により、電子に与えるエネルギレベ
ルを制御し、適切な電子エネルギ状態に制御できるよう
にした。

【００７７】１００MHzの周波数でも、磁場を形成する
と電磁波はプラズマ中に進行出来る条件ができるが、こ
のとき磁場は電磁波の電界に対しほぼ直角方向でなけれ
ばならない。そのため高周波電界による電子の加速は磁
場に拘束され、高周波電界から電子が受け取るエネルギ
は僅かであり、電子のエネルギ状態を僅かに高めるだけ
である。そのため活性種の生成など低エネルギの電子を
増やすのに効果的である。

【００７８】１００MHzでの電子サイクロトロン共鳴を
起こす磁場強度に近い３０〜４０Ｇに設定すると、電磁
波の高周波電界からプラズマ中の電子に効率よくエネル
ギが供給され、電子のエネルギレベルはイオン化レベル
以上まで高めることができ、エッチングガスの分解を促
進できる。

【００７９】このように、磁場強度を変えることによ
り、ラジカルを生成するのに適したレベルからイオン化
レベル以上まで電子のエネルギを制御でき、磁場強度の
調整によりエッチングガスの分解状況を適切にし、エッ
チング特性の最適化が図れる。

【００８０】次に第８の実施例を図１２により説明す
る。

【００８１】本実施例は図１１に示す対向電極：５３を
形成する高周波印加リング電極：５３a、５３ｂ、およ
びアースリング電極：５３ｃに相当する部分に対するそ
の他の実施例である。

【００８２】図１２に示すように高周波印加プレート電
極：６０、アースプレート電極：６１から成り、くし状
に相対する高周波印加プレート電極：６０とアースプレ
ート電極：６１の間に高周波電界が生じ、実施例１で説
明したと同じ原理により電磁波が放射される。また、高
周波印加プレートがプラズマに対し容量結合により電力
を供給する点も実施例１と同じである。

【００８３】電子エネルギ状態制御にたいする動作、機
能も上記点を除いて同じであるため、ここでは省略す
る。

【００８４】次に第９の実施例を図１３により説明す
る。

【００８５】処理室：７０の中にはステージ電極：５
２、対向電極：７１が対向して設けられており、処理
室：７０と各電極は絶縁材：７２ａ、絶縁材：７２ｂに
より絶縁されるとともに、処理室：７０との接合部は真
空シール構造となっており、処理室：７０内を真空に排
気できる構造となっている。対向電極：７１には１００
ＭHzの高周波電源：５７、ロウパスフィルタ：７３が接
続されている。

【００８６】処理室：７０はアースに接地されており、
その外周にはコイル：５８が設けれれ、処理室内に磁場
を形成するようになっている。また、処理室：７０には
図示しない処理ガス供給機構があり、処理ガスを供給し
ながら図示しない排気制御機構により処理室：７０内の
圧力を目的の圧力に制御できる様になっている。

【００８７】ステージ電極：５２には処理基板：５５が
裁置できる構造になっており、図示しない温度制御機構
によりプラズマ処理中の処理基板：５５の温度を制御で
きるようになっている。また、ステージ電極：５２には
処理基板に入射するイオンのエネルギを制御するバイア
ス電源（２ＭHz）：５６、ハイパスフィルタ：７４が接
続されている。

【００８８】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。

【００８９】図１３において、ステージ電極：５２に処
理基板：５５を搬入し、載置する。図示しないエッチン
グガス供給源より設定流量のエッチングガス（弗化炭素
系ガス）を供給し、処理室内の圧力が１Ｐａになるよう
排気を制御する。処理基板には半導体デバイスの絶縁膜
である酸化シリコン膜、シリコン膜が形成されている。
この処理基板をステージ電極：５２に静電的に吸着させ
るとともに、図示しないヘリウムガス供給源より基板と
ステージ電極：５２の間にＨeガスを供給し、処理基板
のエッチング処理中の温度上昇を防止する。

【００９０】対向電極：７１に１００MHzの高周波電力
を１.５ＫＷ投入し、放電によりプラズマを発生させ
る。対向電極：７１とプラズマの間にはシースが形成さ
れ、プラズマにたいするエネルギの供給は容量結合によ
り行われる。この場合、シースとプラズマの界面に形成
される電界は小さいため電子のエネルギ分布はマクスウ
ェル・ボルツマン分布に近い。

【００９１】対向電極：７１と処理室：７０の間には高
周波電界Ｅが形成され、電磁波が放射される。

【００９２】コイル：５８に電流を流し、磁場Ｂを形成
すると共に、磁場の強度を印加高周波の周波数に対し電
子サイクロトロン共鳴を起こす条件を挟んで設定出来る
ようにした。

【００９３】１００MHzの周波数でも、磁場を形成する
と電磁波はプラズマ中に進行出来る条件ができるが、こ
のとき磁場は電磁波の電界に対しほぼ直角方向でなけれ
ばならない。そのため高周波電界による電子の加速は磁
場に拘束され、高周波電界から電子が受け取るエネルギ
は僅かであり、電子のエネルギ状態を僅かに高めるだけ
である。そのためラジカルの生成など低エネルギの電子
を増やすのに効果的である。

【００９４】１００MHzでの電子サイクロトロン共鳴を
起こす磁場強度に近い３０〜４０Ｇに設定すると、電磁
波の高周波電界からプラズマ中の電子に効率よくエネル
ギが供給され、電子のエネルギレベルはイオン化レベル
以上まで高めることができる。このように、磁場強度を
変えることにより、ラジカルを生成するのに適したレベ
ルからイオン化レベル以上まで電子のエネルギを制御で
きる。

【００９５】バイアス電源：５６より２MHzの高周波電
力を５００Ｗ投入すると７００Ｖppの電圧が発生し、プ
ラズマからのイオンはこの電圧で加速され基板に入射
し、基板表面ではイオンのアシストにより、プラズマに
より分解されたエッチングガス（弗化炭素系ガス）と酸
化シリコン膜、シリコン膜が反応しエッチングが進行す
る。

【００９６】電子のエネルギレベルが高いと、弗化炭素
系ガスの分解が進み、弗素系活性種量が増え、シリコン
膜のエッチング速度が向上する。また、このようなガス
分解が進んだ条件ではエッチング断面形状も垂直に近く
なり、分解が進まない条件では順テーパ形状になりやす
い。半導体デバイスの製造では絶縁膜である酸化シリコ
ン膜のエッチング速度に対するシリコン膜のエッチング
速度を出来るだけ小さくし、エッチング断面形状も出来
るだけ垂直に近づけることが必要である。そのためには
弗化炭素系ガスの分解状況を適切に制御し、両者を両立
させる条件を見つけることが必要である。

【００９７】本発明では磁場強度を変えることで、この
弗化炭素系ガスの分解状況を制御でき、酸化シリコン膜
とシリコン膜のエッチング速度比、エッチング形状など
のエッチング特性の最適化が圧力やエッチングガス流
量、高周波電力とは独立に制御できる。

【００９８】次に第１０の実施例を図１４により説明す
る。

【００９９】本実施例の基本構成は図１３に示す実施例
と同じであり、ここでは相違点のみを説明する。

【０１００】処理室：７０はアースに接地されておら
ず、８００KHzのバイアス電源：７５、１００MHzのハイ
パスフィルタ：７６が接続されている。

【０１０１】ステージ電極：７７には図示しない基板加
熱機構が組み込まれており、処理基板を室温から５００
度摂氏の間の設定値に加熱できるようになっている。

【０１０２】次に本実施例によるプラズマＣＶＤ処理で
の動作例を説明する。

【０１０３】ステージ電極：７７に処理基板：５５を搬
入し、載置する。図示しないＣＶＤガス供給源より設定
流量のＣＶＤガス（弗化シリコンガス＋酸素ガス）を供
給し、処理室内の圧力が４Ｐａになるよう排気を制御す
る。処理基板をステージ電極：７７に載せ、処理基板の
温度を３００度摂氏に加熱する。対向電極：７１に１０
０ＭHzの高周波電力、１.５ＫＷ投入しステージ電極：
７７との間に容量結合放電を発生させ、ＣＶＤガスをプ
ラズマ状態にする。

【０１０４】対向電極：７１には高周波電源：５７から
の電力供給により１００ＭHzの高電圧（１４００Ｖｐ
ｐ）が発生し、処理室：７０との間に高周波電界が発生
する。処理室：７０は接地されてはいないが、ハイパス
フィルタ：７６により１００MHzの高周波に対しては接
地されたのと同じ状態であり、図１３に示す実施例と同
様に高周波の電磁波を放射する。

【０１０５】弗化シリコンガスは結合が強く分解が進ま
ず、フッ素が、形成される酸化シリコン膜中に多く吸蔵
される。１００ＭHzの電磁波と磁場の作用により先の図
１３に示した実施例と同様に、電子のエネルギレベルを
制御し、弗化シリコンガスの分解を促進して解離したフ
ッ素ガスを排気するため、酸化シリコン膜中への吸蔵が
低減され膜質の向上を図ることができる。また、弗化シ
リコンガスの分解が促進されるため、解離したシリコン
と酸素ガスの反応も促進され、成膜レートの向上も図れ
る。

【０１０６】また本実施例ではハイパスフィルタ：７４
とハイパスフィルタ：７６の周波数特性を印加する周波
数の倍周波である２００ＭHzに設定することで、プラズ
マシースの持っている非線形特性から印加周波数が１０
０ＭＨｚと２００ＭＨｚの混合した周波数になり、磁場
強度が７０Ｇ前後でも共鳴条件を作ることができる。こ
の倍周波の混合割合は整合器のリアクタンスとキャパシ
タンスの割合を変えることでも実現できる。

【０１０７】プラズマＣＶＤでは処理室内壁にも酸化シ
リコン膜が形成され、これらが剥がれてパーティクルと
なり、半導体製品を製造する上での課題となっている。
本実施例では処理室：７０の内壁面にバイアス電源：７
５から８００KHzの高周波電圧を印加でき、これにより
入射イオンエネルギを高める効果と、弗化シリコンガス
の分解により発生したフッ素により、処理室：７０の内
壁面に形成される酸化シリコン膜はエッチングされ除去
されるため、成膜中に処理室内壁面に膜が付かず、パー
ティクルの発生を低減できる。

【０１０８】次に第１１の実施例を図１５により説明す
る。

【０１０９】本実施例の基本構成は図１３に示す実施例
と同じであり、ここでは相違点のみを説明する。

【０１１０】対向電極：７１は対向電極：７１ａ、対向
電極：７１ｂから成り、それぞれの電極は絶縁材：８０
ａにより相互に絶縁されており、また、絶縁材：８０ｂ
により処理室：７０とも絶縁されている。それぞれの電
極には高周波電源：８１、高周波電源；８２が接続され
ており、高周波電源：８１と高周波電源：８２は位相が
ずれた同じ周波数（本実施例では１００ＭHz）を発生
し、それぞれの電極に印加するようになっている。

【０１１１】位相が異なる高周波を対向電極：７１ａと
対向電極：７１ｂに印加すると対向電極：７１ａと対向
電極：７１ｂの間には高周波電界が生じる。位相を１８
０度ずらした場合、最も効率よく高周波電界を発生で
き、位相のずれを０度にすると高周波電界は最も弱くな
る。この位相制御と高周波電源：８１、８２の電力を制
御することで、対向電極：７１ａ、７１ｂの間から発生
する高周波の電磁波電力と対向電極：７１ｂと処理室：
７０の間から発生する高周波の電磁波電力の割合を制御
することができ、エッチング処理、プラズマＣＶＤ処理
の均一性を制御することができる。また、高周波電源：
８１、８２の電力を制御することで、容量結合による供
給電力割合を制御し、均一性を制御することもできる。

【０１１２】更に、本実施例では２台の高周波電源を用
いているが、１台の電源から対向電極：７１ａ、７１ｂ
に供給する電力ラインの間にキャパシタンス、あるいは
リアクタンスを入れ、位相をずらすことをしても同様の
効果を得ることができる。

【０１１３】次に第１２の実施例を図１６により説明す
る。

【０１１４】処理室：７０の中にはステージ電極：５
２、対向電極：７１が対向して設けられており、処理
室：７０は図示しない排気機構により真空に排気できる
とともに、図示しないエッチングガス供給機構より設定
流量のエッチングガスを供給し、設定圧力に保てる様に
なっている。

【０１１５】対向電極：７１は対向電極：７１ａ、７１
ｂ、７１ｃよりなっており、各電極は石英製の絶縁材：
８０ａ、８０ｂにより相互に絶縁されている。また、絶
縁材：８０ｃにより処理室：７０とも絶縁されている。
対向電極：７１ｂには高周波電源：８２、対向電極：７
１ｃには高周波電源：８１、対向電極：７１ａにはコン
デンサ：８３を介して高周波電源；８１が接続されてい
る。高周波電源：８１と高周波電源：８２は信号発生
器：９７からの信号を増幅する構成になっており、信号
発生器：９７は各電源に供給する高周波信号の位相、振
幅を制御できるようになっている。信号周波数は、本実
施例では１００ＭHzを用いている。

【０１１６】対応電極：７１ａ、７１ｂ、７１ｃは図示
しないロウパスフィルタを介して接地されており、バイ
アス電源：５６の１０ＭＨｚの周波数を通し、バイアス
電源：５６の高周波電流が対向電極を通って流れるよう
にしてある。

【０１１７】対向電極：７１には冷媒の流路：８４ａ、
８４ｂ、８４ｃが設けられ、図示しないサーキュレータ
に接続され、温度制御した１５℃の冷媒が循環してい
る。

【０１１８】対向電極：７１にはエッチングガス供給
路：８５ａ、８５ｂ、８５ｃが設けられ、図示しないエ
ッチングガス供給源よりエッチングガスが供給され、ガ
ス供給口：８６ａ、８６ｂ、８６ｃから噴出する構成と
なっている。

【０１１９】対向電極：７１にはカバープレート：８７
ａ、８７ｂ、８７ｃが固定されている。カバープレー
ト：８７ａはシリコン単結晶板で作られており、ガス供
給口：８６ａａがガス供給口：８６ａと対応する位置に
設けられ、その寸法はガス供給口：８６ａの１／４から
１／１０になっている。カバープレート：８７ｂはシリ
コン単結晶板で作られており、ガス供給口：８６ｂｂ
が、ガス供給口：８６ａと対応する位置に設けられ、そ
の寸法はガス供給口：８６ａの１／４から１／１０にな
っている。カバープレート：８７ｃはＳiＣで作られて
いる。

【０１２０】処理室：７０には流路：９３ａ、９３ｂが
設けられており、図示しないサーキュレータより、温度
制御した５０℃の冷媒が循環する構成となっており、処
理室の内壁面の温度を±５℃に制御できるようになって
いる。

【０１２１】また処理室：７０には閉じ込め板：７０
ａ、７０ｂが一体で形成されており、コイル：５８で形
成される磁場：Ｂに対し排気の経路：９４が直角になる
よう構成されている。この部分ではプラズマはこの磁場
を横切り拡散するため、プラズマが広がらず、閉じ込め
られる構成となっている。

【０１２２】ステージ電極：５２にはバイアス電源：５
６より１０ＭＨｚの高周波電力が供給される構成となっ
ており、絶縁材：８９、アースシールド：９０により異
常放電を起こさない構成となっている。

【０１２３】ステージ電極：５２には流路：８８が設け
てあり、−１０℃の冷媒が図示しないサーキュレータよ
り循環している。ステージ電極：５２の処理基板：５５
を載置する面には図示しない静電吸着機構が設けてあ
り、また図示しないヘリウムガス供給源から圧力を３Ｋ
Ｐａに制御したヘリウムガスを処理基板と静電吸着機構
の間に供給し、エッチング処理中の処理基板：５５の温
度を５０℃〜１００℃に制御している。

【０１２４】ステージ電極：５２の周囲には石英製のカ
バー：９１が設けてあり、その厚さは１０ＭＨｚの高周
波により石英製カバ表面に発生するイオンを加速する電
界強度が、石英表面に付着するデポ膜を除去し、石英製
のカバー：９１をほとんどエッチングしないレベルに調
整されている。また、カバー：９１とステージ電極：５
２の間にはシール機構：９２が設けてあり、処理基板：
５５と静電吸着機構の間に供給するヘリウムガスが、供
給される構成となっている。これによりカバー：９１は
ステージ電極：５２より冷却される構成となり、エッチ
ング処理中の温度を-１０℃から＋１０℃の範囲で制御
できる。

【０１２５】排気の下流にはデポプレート：９５があ
り、内部に形成された流路：９６には２５℃の冷媒が循
環している。デポプレート：９５には排気抵抗を増やさ
ない方向にフィンが設けてあり、排気ガスに接する表面
積を広く取れるようにしてある。

【０１２６】次に本実施例によるエッチング処理での動
作例を説明する。

【０１２７】本実施例では酸化膜をエッチングする場合
について説明する。

【０１２８】図示しないエッチングガス供給源よりアル
ゴン、とＣ4Ｆ8ガスを混合して供給し、排気しながら処
理室：70内を２Ｐａに制御する。エッチングガスはガス
供給口：８６ａ、８６ａａ、８６ｂ、８６ｂｂより供給
される。この時、カバープレート：８７ａ、８７ｂ、８
７ｃと対向電極：７１ｂ、７１ａ、７１ｃの間は３ＫＰ
ａのエッチングガスが満たされ、これによりカバープレ
ート：８７ａ、８７ｂ、８７ｃは温度制御された対向電
極：７１で冷却され、１５℃〜５０℃の温度に制御され
る。

【０１２９】信号発生器：９７より１００ＭＨｚの高周
波信号を発生し、対向電極：７１に高周波電源：８１、
８２より高周波電力を供給し、ステージ電極：５２との
間に容量結合による放電を発生させる。

【０１３０】対向電極：７１ａと対向電極：７１ｃの間
ではコンデンサ：８３により位相が９０度ずれて高周波
電圧が印加される。対向電極：７１ｂと対向電極７１ａ
の間の高周波電圧は、信号発生器：９７による高周波信
号の位相制御により、０度から１８０度まで任意のずれ
に設定できる。したがって、絶縁材：８０ｂの間に発生
する高周波電圧に対し、絶縁材：８０ａの間に発生する
高周波電圧は、信号発生器：９７の位相制御により高く
することも低くすることもできる。これにより絶縁材：
８０ａの間から放射される電磁波の電力を絶縁材：８０
ｂの間から放射される電力に対し、高くすることも、低
くすることもできる。

【０１３１】コイル：５８に図示しない直流電源より電
力を供給し、３０から４０Ｇの磁場を発生させると放射
された１００ＭＨｚの電磁波との電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマ中の電子が加速され、電子温度が上昇
するとともにプラズマ密度も高くなり、１×１０¹¹cm^-3
以上のプラズマ密度を発生できる。また、対向電極：７
１に印加する高周波電圧の位相制御により放射電磁波を
制御してプラズマ密度の分布を制御できる。また、高周
波電源：８１と８２の出力を制御することで容量結合放
電によるプラズマ分布を制御でき、放射電磁波の割合と
合わせて制御することで電子温度分布を制御することも
できる。

【０１３２】本実施例では、容量結合放電電力は外周部
へ供給する割合を高め、電磁波の放射による放電は中心
部への供給電力割合を高めた。これにより中心部の電子
温度は高く、外周部は低くなり、エッチングガスの分解
が進む外周部でのフッ素ラジカルの発生を抑制し、均一
な処理ができるようにした。

【０１３３】また、大口径基板を処理する場合、エッチ
ングガスの流れの影響により、中心部の基板表面に付着
するデポ膜の厚さは外周部より多く、エッチング形状も
中心部ではエッチングパターンの側面のテーパ角度が大
きくなり、中心部と外周部でエッチング形状に差が生
じ、大口径基板全面で微細なエッチング形状を高精度に
形成するのが難しくなる。このような場合、本発明では
中心部の電磁放射を高めることでプラズマ密度分布を僅
かに凸分布に制御し、中心部のイオン電流を増加させる
ことで、エッチング形状のテーパ角度を制御でき、大口
径基板全面で高精度なエッチング処理を実現できる。さ
らにこのような処理は、プロセス条件の設定と同様に信
号発生器：９７の信号の位相をエッチング装置のレシピ
により設定できるため、コンタクトホールエッチングや
スルーホールエッチングなどエッチング条件が異なるプ
ロセスに対しても、個々に適切に設定でき、ハード構成
などを調整する必要がない。

【０１３４】エッチング性能に関しては、２Ｐａの低圧
力でも高密度プラズマを発生できるため、垂直なコンタ
クトホールを９００nm/minのエッチング速度でエッチン
グでき、微細加工性と生産性を両立できる。選択性に関
しても電子温度の制御によりエッチングガスの分解を制
御でき、微細加工性と選択性の両立するプロセス条件を
拡大できる。

【０１３５】エッチング処理中、対向電極：７１のカバ
ープレート：８７ａ、８７ｂ、８７ｃの表面は温度制御
され、さらに印加された１００ＭＨｚの高周波電圧によ
り、プラズマ中のイオンが加速されて入射するため、そ
の表面にはデポ膜は形成されず、カバープレート：８７
ａ、８７ｂの表面ではシリコン板の表面が、カバープレ
ート：８７ｃの表面ではＳiＣが僅かにエッチングさ
れ、常に新しい面が露出した状態であるため、この表面
での反応、ガス放出は一定の状態に保たれる。

【０１３６】ステージ電極：５２のカバー：９１の表面
も同様にバイアス電力の印加による入射イオンの加速と
温度制御により、石英の表面が僅かにエッチングされ、
表面での反応、ガス放出が一定に保たれる。

【０１３７】処理室：７０の内壁面は接地されているた
め、入射するイオンはほとんど加速されず、その内壁面
にはＣ、Ｆの重合膜が形成される。その表面は常に新し
い膜が形成されるため常に一定の状態に保つことがで
き、また、その表面温度を５０℃に保っているためデポ
膜からのガス放出はなく、表面状態、ガス放出を一定に
保つことができる。

【０１３８】これらにより、エッチング処理を重ねるこ
とによるエッチング特性の変化は防止できるとともに、
対向電極：７１、ステージ電極：５２にはデポ膜が形成
されず、表面の変質もないため、塵埃の発生はほとんど
ない。デポ膜が付着する処理室：７０の表面は先に述べ
たように温度が一定に保たれているため、付着膜と、処
理室内壁面の間に膨張等による力が発生せず、膜の剥離
は発生しない。これと、対向電極、ステージ電極の対策
により本実施例では塵埃の発生を大幅に低減できた。

【０１３９】以上の実施例ではエッチングとＣＶＤを中
心に説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、プラズマ重合、スパッタ、のようにプラズマを用い
たプロセスであれば同様に適用できることは明らかであ
る。

【０１４０】プラズマ発生用高周波電源の周波数に関し
ては、本実施例では周波数が６８MHzおよび１００MHzの
場合について説明してきたが、これは電磁波の放射効果
が高い条件について実施例で説明したもので、これより
低い周波数では高周波電圧を高くすれば同様な効果が得
られる。原理的には周波数に限定されるものではない
が、現時点で実験による効果が確認されている周波数は
１０ＭHｚ以上である。これより高い周波数も原理的に
は使用可能であるが、現時点で電源が作りにくい、導波
管が必要、容量結合放電での放電電圧が低くなり電磁放
射電力が高くできないなど実用的な面で問題があるため
本実施例では説明しなかった。

【０１４１】磁場強度に関しても本実施例では電子サイ
クロトロン共鳴条件近傍を中心に説明したが、実験の結
果では電子サイクロトロン共鳴条件の１／３程度の磁場
条件でもプラズマ密度が向上する効果が見られる。磁場
強度に対するプラズマ密度の変化は電子サイクロトロン
条件までは磁場とともにプラズマ密度が増加し、さらに
磁場強度を強くするとプラズマ密度が低下し、プロセス
条件により差はあるが、電子サイクロトロン共鳴条件の
２倍から３倍の磁場強度で磁場を印加しない条件のプラ
ズマ密度レベルに低下する。したがって磁場強度は電子
サイクロトロン共鳴条件に限定されるものではないが、
効果が大きいのは電子サイクロトロン共鳴条件近傍であ
る。この現象は磁場強度を変えることによ放射電磁波か
らプラズマへのエネルギ供給を磁場により制御できるこ
とを意味しており、電子エネルギ制御が磁場により行え
ることを示している。

【０１４２】プラズマ発生方式に関し、本実施例では容
量結合放電と電磁放射の複合放電を中心に説明した。こ
れは電子のエネルギ状態を制御することが目的であるた
めこれを中心に説明したものである。しかし、絶縁され
た導体部材間に高周波電圧が印加される構成にして電磁
波を放射する方法はこれ自体でもプラズマが発生できる
ことは明らかであり、一つのプラズマ発生技術になりう
る。しかしこの方式ではプラズマとの容量結合成分によ
り高周波電圧が低下するのを防止するため、電極とプラ
ズマの間に形成される容量をできるだけ小さくする配慮
が必要である。

【０１４３】処理室：７０の温度制御に関しても、本実
施例では５０℃に設定したがこれに限定されるものでは
ない。内壁面の温度が２００℃を超えると表面にデポ膜
が形成されなくなり、常に新しいデポ面を形成できなく
なり、また、付着膜の分解も温度が２００℃以上で急激
に増加するため、これ以下の温度に設定する必要があ
る。実用的には装置が使用される環境の温度を挟んだ１
０℃から８０℃が使いやすい温度である。

【０１４４】

【発明の効果】本発明により、プラズマ処理装置におい
て、電子のエネルギ状態が独立に制御できるようにな
り、これにより活性種の発生を制御し、高選択エッチン
グと高精度、高速エッチングあるいは膜質と成膜速度な
ど従来技術では両立が難しい特性の両立がはかれるよう
にした。

【０１４５】プラズマの密度分布をハード構成を変えず
に制御でき、大口径基板全面で微細なパターンを高精度
にエッチングできるようになった。

【０１４６】プラズマ処理に伴う塵埃の発生、プラズマ
処理特性の変化を防止でき、半導体素子、液晶表示素子
の生産性を高めることができるようになった。

【０１４７】これらにより、半導体素子や液晶表示素子
などの処理の高性能化がはかれ、より高性能なデバイス
の生産が可能になるとともに、これらのデバイスを歩留
まり良く、高い生産性で生産できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。

【図２】第１の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。

【図３】第１の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。

【図４】本発明による第２の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。

【図５】本発明による第３の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。

【図６】本発明による第４の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。

【図７】本発明による第５の実施例のプラズマ処理室構
成を示す説明図である。

【図８】第５の実施例に示した電極構造のその他の例を
示す説明図である。

【図９】第５の実施例に示したアンテナ電極構造のその
他の例を示す説明図である。

【図１０】本発明による第６の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。

【図１１】本発明による第７の実施例の電極構成を示す
説明図である。

【図１２】本発明による第８の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。

【図１３】本発明による第９の実施例のプラズマ処理室
構成を示す説明図である。

【図１４】本発明による第１０の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。

【図１５】本発明による第１１の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。

【図１６】本発明による第１２の実施例のプラズマ処理
室構成を示す説明図である。

【図１７】従来技術のプラズマ処理装置の構成を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…電源、２…電極、２’…電極、２”…電極、
２’’’…電極、３…支持台、４…処理対象物、５…絶
縁部、６…側壁部、７…ガス供給手段、８…導体壁、
８’…導体壁、９…処理室、１０…電源、１１…アンテ
ナ、１２…電源、１３…磁場発生手段、１４…アンテナ
が生成する電場、１４’…外周電極が生成する電場、１
５…磁力線、１６…アンテナ電極、１７…絶縁体カバ
ー、１８…電極部、１９…アンテナ部、２０…電力入力
端、２１…電力出力端、２２…絶縁部、２３…外周電
極、５１…処理室、５２…ステージ電極、５３…対向電
極、５５…処理基板、５６…バイアス電源、５７…高周
波電源、５８…コイル、７０…処理室、７１…対向電
極、８１…高周波電源、８２…高周波電源、８７…カバ
ープレート、９１…カバー。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｂ (72)発明者 増田 俊夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 渡辺 克哉 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ処
   理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプラ
   ズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有す
   るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が
   容量結合形放電手段と、電磁波放射手段とからなること
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記容量結合放電手段と、誘導方式アンテナとによ
   る電磁波放射手段を直列に接続した構成としたことを特
   徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記電磁波放射手段が複数の導体部品間に高周波電
   界を発生し、電磁波を放射することを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
   結合放電手段の電極を複数に分割し、各電極間に印加す
   る高周波電圧位相、高周波電圧振幅を変える手段を設け、
   前記各電極間に高周波電界を発生させ、この高周波電界
   により電磁波を放射することを特徴とするプラズマ処理
   装置。
5. 【請求項５】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ処
   理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプラ
   ズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有す
   るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段が
   容量結合形放電手段と、電磁波放射手段と、磁場形成手
   段とからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記電磁波放射手段が誘導方式のアンテナであるこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記容量結合放電手段と、誘導方式アンテナ手段を
   直列に接続した構成としたことを特徴とするプラズマ処
   理装置。
8. 【請求項８】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記電磁波放射手段が複数の導体部品間に高周波電
   界を発生し、電磁波を放射することを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
9. 【請求項９】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
   結合放電手段の電極と、前記電極とは絶縁された導体部
   品である構成部材との間に高周波電界が発生する手段を
   設け、この高周波電界により電磁波を放射することを特
   徴とするプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記電磁波放射手段が、高周波電圧を印加する容量
    結合放電手段の電極を複数に分割し、各電極間に印加す
    る高周波電圧位相、高周波電圧振幅を変える手段を設け、
    前記各電極間に高周波電界を発生させ、この高周波電界
    により電磁波を放射することを特徴とするプラズマ処理
    装置。
11. 【請求項１１】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記磁場を形成する手段が電磁波放射手段により放
    射される電磁波の電界に対しほぼ垂直になるように形成
    したことを特徴とするプラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ
    処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプ
    ラズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有
    するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段
    が複数の導体部品間に高周波電界を発生し、電磁波を放
    射してプラズマを発生することを特徴とするプラズマ処
    理装置。
13. 【請求項１３】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ
    処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、発生したプ
    ラズマに処理基板をさらしプラズマ処理する手段とを有
    するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段
    が複数の導体部品間に高周波電界を発生し、電磁波を放
    射する手段と、前記電磁波放射手段により放射された電
    磁波と電子サイクロトロン共鳴を発生させる条件の磁場
    を発生させる磁場発生手段とからなることを特徴とする
    プラズマ処理装置。
14. 【請求項１４】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ
    処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、プラズマ処
    理室内で、発生したプラズマに処理基板をさらしプラズ
    マ処理する手段とを有するプラズマ処理装置において、
    前記プラズマ処理室の内壁面がプラズマから入射するイ
    オンを加速する手段を有する面、あるいは内壁面温度を
    ２００℃以下の設定された温度に保つ手段を有する面の
    いずれかで構成することを特徴とするプラズマ処理装
    置。
15. 【請求項１５】プラズマ処理ガス供給手段と、プラズマ
    処理室内排気手段と、プラズマ発生手段と、プラズマ処
    理室内で、発生したプラズマに処理基板をさらしプラズ
    マ処理する手段とを有するプラズマ処理装置において、
    前記プラズマ処理室の内壁面がプラズマから入射するイ
    オンを加速するとともにその表面の温度を制御する手段
    を有する面、あるいは内壁面温度を２００℃以下の設定
    された温度に保つ手段を有する面のいずれかで構成する
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
16. 【請求項１６】プラズマ処理室内で容量結合によりプラ
    ズマを発生させると共に、前記プラズマ中に高周波電界
    により発生させた電磁波を放射しながらプラズマ処理す
    ることを特徴とするプラズマ処理方法。
17. 【請求項１７】請求項１６項記載のプラズマ処理方法に
    おいて、前記高周波電界により発生させた電磁波をプラ
    ズマ中に放射する部分を複数箇所設け、前記電磁波放射
    個所からの放射電磁波電力を制御することにより、プラ
    ズマ処理の均一性を制御し、プラズマ処理することを特
    徴とするプラズマ処理方法。
18. 【請求項１８】プラズマ処理室内で容量結合によりプラ
    ズマを発生させると共に、前記プラズマ中に高周波電界
    により発生させた電磁波を放射し、前記電磁波の電界に
    対しほぼ垂直方向に磁場を発生ながらプラズマ処理する
    ことを特徴とするプラズマ処理方法。