JP3328756B2

JP3328756B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3328756B2
Application number: JP07951494A
Authority: JP
Inventors: ▲靖▼浩堀池; 勉塚田
Original assignee: ▲靖▼浩堀池; アネルバ株式会社
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH07263428A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスのエッ
チングや成膜に用いられるプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造に使用され
るエッチング工程や成膜工程では、一般に平行平板電極
を用いた真空処理装置が用いられていた。しかし近年で
は、エッチングの微細加工やダメージの少ない真空処理
が要求されるようになったので、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）、インダクティブカップル、ヘリコン波な
どを利用することによって、基板載置台から離れた位置
に設けられたプラズマ発生室で低圧力でかつ非常に密度
の高いプラズマを発生させ、このプラズマを、被処理基
板の近傍に拡散させ、基板をプラズマ処理する真空処理
装置が多く用いられるようになった。

【０００３】ここで、ヘリコン波を利用したプラズマ発
生に関する従来の公知技術文献の例として、特公平２−
２１２９６号、特開平３−６８７７３号の２つの文献を
挙げる。

【０００４】次に、図１０を参照して、従来のヘリコン
波プラズマ処理装置の一例を説明する。図１０におい
て、１０１は石英等の誘電体で構成された円筒状ソース
チャンバであり、ソースチャンバ１０１の外側周囲にア
ンテナ１０２が周方向に巻かれている。ソースチャンバ
１０１の周囲には、さらにソースチャンバ１０１の軸方
向と同じ方向を向く静磁界Ｂを発生させるためのソレノ
イドコイル１０３が配置される。このソースチャンバ１
０１は拡散チャンバ１０４の上壁部に設けられており、
ソースチャンバ１０１の内部空間と拡散チャンバ１０４
の内部空間はつながっている。

【０００５】拡散チャンバ１０４の内部は排気機構（図
示せず）で所要レベルの真空状態に排気されおり、さら
に、Ｃ₄Ｆ₈等の反応性ガスが数mTorr 程度の圧力にな
るように導入されている。またアンテナ１０２には、高
周波電源１０５より整合回路１０６を介して高周波電力
が供給される。このような条件によって反応性のプラズ
マが生成される。さらにソレノイドコイル１０３により
生成される磁界Ｂ（ソースチャンバ１０１の軸方向に向
いている）に沿ってヘリコン波が伝搬し、ランダウダン
ピングに基づいて電子がヘリコン波からエネルギを受
け、高密度のプラズマが生成される。

【０００６】ソースチャンバ１０１で発生したプラズマ
は下方に移動し、拡散チャンバ１０４の内部空間に拡散
する。拡散チャンバ１０４のほぼ中央に設置された基板
ホルダ１０７に載置された基板１０８は、拡散したプラ
ズマによって処理される。

【０００７】図１１は、図１０に示すプラズマ装置を用
いたとき、ヘリコン波の伝搬の様子をソースチャンバ出
口からの距離について示したものである。伝搬の様子を
示す曲線１０９の形状が距離に対して振動形状になって
いる場合、ヘリコン波が存在すると考えられる。図１１
によれば、拡散チャンバ１０４内においてソースチャン
バ１０１の出口から３０cm以上離れた場所でも、減衰し
きっていないヘリコン波が存在することを確認される。
このため拡散チャンバ１０４内においても高エネルギの
電子が生成され、プラズマ発生領域は拡散チャンバ内に
も拡大されていると考えられる。

【０００８】プラズマ処理では、拡散チャンバ１０４内
に配置された基板１０８の近傍でプラズマが生成される
と、その処理特性において悪影響を与える場合がある。
一例として、ＣＨＦ₃やＣ₄Ｆ₈ガスによってＳｉＯ₂
のエッチングを行う場合を考える。シリコン半導体デバ
イスを作成する工程では、ＳｉＯ₂の下地にあるＳｉに
対して高い選択比が必要とされる。下地のＳｉに対して
高い選択比を得るためには、例えば、J.W. Coburn and
H.F. Winter, Journal of Vacuum Science andTechnolo
gy, 16 (1979) 391 頁に示されているように、ＣＨＦ₃
やＣ₄Ｆ₈が分解して生成されるＦ（フッ素）ラジカル
をＨ₂ガス等を混合することによりを抑制する必要があ
る。ところが、低圧力で高密度プラズマを発生させる種
々のプラズマ源を用いた場合、Ｆラジカルの発生量が極
めて多く、Ｓｉに対して高い選択比を得ることが非常に
難しい。これに対し、T.Fukasawa,A.Nakamura, H.Shind
o,and Y.Horiike, Proc. 1993 Dry Process Symp. (199
3) 103頁に示されるように、プラズマ生成領域から基板
１０８を離すと、高選択比が得られることが知られてい
る。これは、発生したＦラジカルが基板に到達する以前
に排気されてしまうためであると考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来のヘ
リコン波プラズマ処理装置では、ソレノイドコイル１０
３によって生成された軸方向を向く磁界Ｂに沿ってヘリ
コン波が伝搬し、基板１０８の被処理面の近傍でもプラ
ズマが生成するため、発生したＦラジカルを除去するこ
とが非常に難しかった。このため図１２の曲線１１０に
示すように、Ｃ₄Ｆ₈ガスにＨ₂ガスを混合して選択比
を上げようとしても、選択比を上げることは非常に難し
かった。

【００１０】本発明の目的は、ヘリコン波プラズマ処理
における上記の従来問題を解決するもので、ＳｉＯ₂膜
のＳｉに対する高選択エッチングを実現するプラズマ処
理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、上記目的を達成するため、次のように構成さ
れる。

【００１２】本発明の第１の基本構成は、内部に基板保
持機構を備える真空容器と、真空容器に付設されたプラ
ズマ発生用チャンバと、このチャンバの外側周囲に配置
されるアンテナと、アンテナに高周波電力を供給する高
周波電源を備え、真空容器内に反応性ガスを導入して基
板保持機構上に保持される基板をプラズマ処理する構成
において、プラズマ生成用の上記チャンバは誘電体を用
いて半球形状部を有するように形成され、アンテナは半
球形状部の外側表面に沿うように配置され、基板の被処
理面に対しほぼ平行な方向を向いた静磁界を生成する磁
界発生手段がアンテナの周囲に設けられ、そしてアンテ
ナは、磁界発生手段により生成される静磁界と平行な成
分を含む交番磁界を発生させる形状部を有するように形
成されるものである。

【００１３】前記の構成において、アンテナは、基板の
前記被処理面に対し垂直な軸を含む面にアンテナを投影
したときの像が前記磁界とほぼ垂直な部分を含むよう
に、形成されることが好ましい。すなわち、アンテナ
は、前記投影像としての前記垂直部分となる部分を有す
る。この部分は上記形状部に相当する。前記投影像とし
ての前記垂直部分となる部分は、アンテナにおいて、好
ましくは、少なくとも１つの閉じていないループの一部
として形成される。

【００１４】前記の構成において、磁界発生手段は少な
くとも一対のソレノイドコイルであり、一対のソレノイ
ドコイルは、アンテナに対応して設けられ、好ましくは
１つのループを挟むごとく相対して配置される。

【００１５】前記の構成において、磁界発生手段は、基
板の被処理面に対してほぼ平行な方向を向いた静磁界を
生成する少なくとも一対のポールピースを備えた電磁石
または永久磁石であり、相対するポールピースがアンテ
ナの例えばループを挟んで配置される。

【００１６】前記の構成において、相対した一対のソレ
ノイドコイルの組が２以上であるとき、相対した一対の
ソレノイドコイルには同相の交流を供給し、かつ隣り合
う組のソレノイドコイルには位相が異なる交流を供給す
る。

【００１７】本発明の第２の基本構成は、内部に基板保
持機構を備える真空容器と、真空容器の壁の一部に形成
された誘電体窓と、誘電体窓の外側に配置されるアンテ
ナと、アンテナに高周波電力を供給する高周波電源とを
備え、真空容器内に反応性ガスを導入して基板保持機構
上に保持される基板をプラズマ処理する構成において、
誘電体窓は基板の被処理面にほぼ平行な平板形状を有
し、誘電体窓と平行な環状の静磁界を生成する磁界発生
手段が誘電体窓の外側に設けられ、アンテナは、このア
ンテナによって発生する交番磁界が磁界発生手段により
生成される環状磁界と平行な成分を含むように形成され
るものである。この構成においても、アンテナは、基板
の被処理面に対し垂直な軸を含む面にアンテナを投影し
たときの像が前記磁界とほぼ垂直な部分を含むように、
形成される。

【００１８】前記の構成において、磁界発生手段は複数
の例えば矩形の巻線部からなるソレノイドコイルであ
り、このソレノイドコイルはその軸線が誘電体窓に平行
な円を描くように誘電体窓の外側に配置される。

【００１９】前記の構成において、アンテナは、誘電体
窓の中心から放射状に延びる複数の枝部を有し、各枝部
は隣り合う巻線部の間を通るように配置される。

【００２０】前記の構成において、アンテナが全体とし
て１本のループとして形成されるように、放射状に延び
た複数の枝部は、隣り合うもの同士で中心側端部と外周
側端部が接続される。

【００２１】前記の構成において、アンテナは、放射状
に延びた複数の枝部が中心側端部と外周側端部でそれぞ
れ環状に接続され、各枝部で高周波電圧が印加されるよ
うにした。

【００２２】

【作用】本発明では、高周波電力が供給されるアンテナ
と、このアンテナの周囲に基板の被処理面に対してほぼ
平行な成分を有する静磁界を生成するための磁界発生手
段とを設け、アンテナに高周波電力を供給することによ
り発生する交番磁界の成分が、磁界発生手段により生成
される静磁界と平行な成分を有するように構成されてい
るため、さらに一般的には、基板を保持する基板保持機
構が必要な距離だけアンテナから離れた位置に設置され
ているため、静磁界が基板には到達しなくなり、ヘリコ
ン波がアンテナ近傍の空間に生じる。この結果、ランダ
ウダンピングに基づくプラズマの生成領域は、基板から
離れたアンテナ近傍の空間に限定され、高密度プラズマ
により生成されたＦラジカルは基板に到達する以前に排
気され、ＳｉＯ₂のエッチングにおいてＳｉに対し、よ
り高選択比のエッチングが実現できる。

【００２３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２４】図１は本発明に係るプラズマ処理装置の第
１の実施例を示す。図１に示すように、半球形状をした
ソースチャンバ１１が、拡散チャンバ１２の上壁に取り
付られる。ソースチャンバ１１は石英等の誘電体で作ら
れる。ソースチャンバ１１はその内部でプラズマを生成
するためのチャンバであり、その内部空間は拡散チャン
バ１０４の内部空間につながっている。ソースチャンバ
１１の形状は上面が半球形状部を有する円筒形状であっ
てもよい。ソースチャンバ１１の外側周囲には、半球形
状の外側表面に沿うようにアンテナ１３が配置される。
アンテナ１３は１本の線状導体を折り曲げることによ
り、好ましくは、例えばループ形状をした４つの部分
（図２に示される１３ａ〜１３ｄ、以下ループとい
う））が含まれるように形成される。４つのループは部
分的に開放され、完全に閉じておらず、かつ２つのルー
プごと相対する位置に形成される。ソースチャンバ１１
において、図１中の上下方向に向いた軸（後述する基板
２２の被処理面に垂直な軸）を想定するとき、この軸を
含む平面を適当に選択し、この面にアンテナ１３を投影
すると、閉じていない４つのループの投影像を得ること
ができる。本発明において、アンテナ１３の形状として
特徴的部分は、上記平面のアンテナ投影像において基板
２２の被処理面にほぼ垂直な部分が存在することであ
る。換言すれば、上記平面のアンテナ投影像において、
後述する静磁界Ｂにほぼ垂直な部分を有する。このよう
な特徴を有するものとしては、前述のループが形成され
ることが最も好ましいが、アンテナ１３の形状について
かかる特徴があればよく、ループを有することに限定さ
れない。

【００２５】アンテナ１３の給電部１３ｅは、ソースチ
ャンバ用高周波電源１４より整合回路１５を介して高周
波電力（ＲＦ）が供給される。アンテナ１３の周囲に
は、アンテナ１３を挟んだ状態で相対した２つ（一対）
のソレノイドコイル１６ａ，１６ｂが設置される。ソレ
ノイドコイル１６ａ，１６ｂは、相対する一対のループ
（この実施例ではループ１３ａ，１３ｃ）の部分を間に
挟んで配置される。ソレノイドコイル１６ａ，１６ｂ
は、静磁界Ｂを発生させるための磁界発生手段として機
能する。

【００２６】拡散チャンバ１２はアルミニウムで作られ
ている。拡散チャンバ１２の外周囲には、チャンバ壁で
の電子損失を防ぐため、ラインカスプ磁界を発生する棒
状の永久磁石１７が全部で２４本取り付けられている。
２４本の永久磁石１７は、隣り合ったラインの間では互
いに異極が向き合うように、配置される。拡散チャンバ
１２は基板搬送室１８に設けられる。拡散チャンバ１２
の内部には基板ホルダ１９が設置され、基板ホルダ１９
には整合回路２０を介しバイアス用高周波電源２１が接
続される。基板ホルダ１９上には、処理対象である基板
２２が載置される。基板ホルダ１９はプラズマ生成領域
から離れた位置に設置される。

【００２７】上記構成を有するプラズマ処理装置は、次
のように動作させる。拡散チャンバ１２と基板搬送室１
８を排気機構（図示せず）によって真空に排気し、かつ
ロードロック（図示せず）を経由しＳｉウェーハよりな
る基板２２を搬送し、基板ホルダ１９の上に載置する。
基板２２の被処理面（上側の表面）にはＳｉＯ₂の膜が
成膜されており、さらにフォトレジストでパターニング
されている。次に、ロードロックと基板搬送室１８の間
にあるゲートバルブ（図示せず）を閉じ、反応性ガスの
Ｃ₄Ｆ₈ガスとＨ₂ガスをガス導入管２３より、ガス導
入バルブ２４を介して、拡散チャンバ１２内に導入し、
基板搬送室１８に接続されたプロセスガス排気ポンプ
（図示せず）で排気する。基板搬送室１８とプロセスガ
ス排気ポンプの中間には、コンダクタンスを制御するた
めのスロットルバルブ（図示せず）が接続されており、
このスロットバルブの開度を制御することにより内部の
圧力を一定に保つ。本実施例では、当該圧力を３ mTorr
に設定している。

【００２８】次に、ソレノイドコイル１６ａ，１６ｂに
直流電源（図示せず）から直流電流を通電することによ
って、基板ホルダ１９の基板載置面（基板２２の被処理
面）に対してほぼ平行な方向を向いた静磁界Ｂをアンテ
ナ１３の近傍に発生させる。さらに、バイアス用高周波
電源２１とソースチャンバ用高周波電源１４を共にオン
し、Ｃ₄Ｆ₈ガスとＨ₂ガスを混合した反応性プラズマ
を発生させる。プラズマは、ソースチャンバ１１の外側
に配置されたアンテナ１３に誘起された高周波電界に基
づいてソースチャンバ１１内にて生成される。アンテナ
１３は、前述のように、静磁界Ｂに対しほぼ垂直な部分
を有する閉じていない少なくとも１つのループを持って
いるため、高周波磁界が静磁界Ｂに対しほぼ平行に生成
される。このため、ソレノイドコイル１６ａ，１６ｂに
基づき発生した静磁界によって、ヘリコン波がアンテナ
１３の近傍において基板２２の被処理面に対してほぼ平
行に発生する。これによって、ソースチャンバ１１内に
は濃いプラズマが生成される。このプラズマは、拡散チ
ャンバ１２の内部空間へ拡散するが、拡散チャンバ１２
の内部にはソレノイドコイル１６ａ，１６ｂによる静磁
界がほとんど存在しないため、拡散チャンバ１２内では
プラズマの生成がほとんど行われない。

【００２９】基板ホルダ１９上に載置された基板２２
は、例えば静電チャック等で載置台に強制的に吸着さ
れ、冷却機構（図示せず）によって冷却されると共に、
バイアス用高周波電源２１で高周波電圧を印加すること
により負にバイアスされる。拡散チャンバ１２内ではプ
ラズマの生成がほとんどないため、Ｆラジカルは速やか
に排気され、Ｆラジカルの濃度が低い状態でＳｉＯ₂の
エッチングが行える。このため、ＳｉＯ₂のＳｉに対す
る高選択エッチングが実現できる。

【００３０】図２において、（Ａ）はソースチャンバ１
１とその周辺部分を上方から見た平面図であり、ソース
チャンバ１１、アンテナ１３、ソレノイドコイル１６
ａ，１６ｂの相対的な位置関係を示し、（Ｂ）はソース
チャンバ１１とアンテナ１３の斜視図を示す。ソレノイ
ドコイル１６ａ，１６ｂは、ループ１３ａ，１３ｃを間
に挟みこれらに対向して配置される。アンテナ１３で発
生した交番磁界の成分と、ソレノイドコイル１６ａ，１
６ｂで発生した矢印で示す静磁界Ｂとが平行となるた
め、ソースチャンバ１１内において図２（Ａ）を示す紙
面に平行な面にヘリコン波が生じ、高密度のプラズマが
生成される。

【００３１】図３は、図１で示したプラズマ処理装置に
おいて、拡散チャンバ１２内のヘリコン波を測定したグ
ラフの図を示す。図３で、グラフの横軸はソースチャン
バ１１の出口からの距離(cm)、縦軸はヘリコン波の強度
を示している。またソースチャンバ１１の出口とは、ソ
ースチャンバ１１と拡散チャンバ１２の接続部の箇所を
いう。測定結果を示す曲線３１で明らかなように、ソー
スチャンバ１１の出口から２cm程度のところから下流側
となる拡散チャンバ１２では、ほぼ一定の値に保持さ
れ、ヘリコン波が存在していないことが分かる。

【００３２】図４は、図１のプラズマ処理装置を用いて
ＳｉＯ₂とＳｉをエッチングした場合におけるＣ₄Ｆ₈
ガスに対するＨ₂ガスの濃度依存性を示したグラフの図
を示す。曲線３２、曲線３３はそれぞれＳｉＯ₂とＳｉ
のエッチング速度を表し、曲線３４はＳｉＯ₂のＳｉに
対する選択比を表している。曲線３４が示すように、Ｈ
₂の濃度が２５％以上で、対Ｓｉ選択比が著しく向上し
た。これは、図３で示したように、ヘリコン波が拡散チ
ャンバ１２内では存在しないため、プラズマの生成が拡
散チャンバ１２内では生じないことに基づく。このた
め、Ｆラジカルの拡散チャンバ１２内での濃度が減り、
Ｓｉに対して高い選択比が得られる。

【００３３】図５は本発明の第２実施例を示す。この実
施例では、ソレノイドコイル１６ｃ，１６ｄを、図２に
示した実施例に比較して９０度回転させて配置してお
り、その他の構成は上記第１の実施例と同じである。ソ
レノイドコイル１６ｃ，１６ｄはループ１３ｂ，１３ｄ
を間に挟みこれらに対向して配置される。本実施例の構
成によれば、矢印で示すように静磁界Ｂが生成される。
この場合にも図２と同様に、ソースチャンバ１１内に図
５の紙面に平行な面に、静磁界Ｂに沿ってヘリコン波プ
ラズマが生成される。

【００３４】図６は本発明の第３の実施例を示す。この
実施例では、ソースチャンバ１１を間に置いて対向して
配置される一対のソレノイドコイルを２組用い、それぞ
れ互いに９０度ずらして配置しており、その他の構成は
第１の実施例と同じである。本実施例は、図２（Ａ）で
示した構成と図５で示した構成を合成したものというこ
とができる。本実施例では、相対する一対のソレノイド
コイル（１６ａ，１６ｂ），（１６ｃ，１６ｄ）には同
相の交流電流を流し、互いに隣り合ったソレノイドコイ
ル１６ａ，１６ｃには９０度位相をずらした交流電流を
流す。これにより、ソースチャンバ１１内において、図
６を示す紙面に平行な面内でヘリコン波を時間的に回転
させることができる。この結果、プラズマの濃い空間が
回転するため、ソースチャンバ１１の内側壁面でプラズ
マが入射する点が、ソースチャンバ１１の周方向で時間
的に均一となるため、ソースチャンバの局所的な損傷を
防ぐことができると共に、より均一なエッチングをでき
る。

【００３５】図７は本発明の第４の実施例を示し、この
実施例では、図６で示した実施例をさらに発展させたも
のであり、相対して配置される一対のソレノイドコイル
を３組用い、さらに前記アンテナ１３の代りに、一部が
開いたループを６個有するアンテナ３５を用いている。
その他の構成は、第１の実施例と同じである。この場合
も相対する一対のソレノイドコイル（１６ａ，１６
ｂ），（１６ｃ，１６ｄ），（１６ｅ，１６ｆ）には同
相の交流電流を流し、互いに隣り合ったソレノイドコイ
ル１６ａ，１６ｃ，１６ｅには、それぞれ位相を１２０
度づつずらした交流電流を流す。この結果、ソースチャ
ンバ１１内の比較的に広い面積に渡り、基板ホルダ１９
の載置面に平行な静磁界が発生し、これが回転するよう
になるため、さらに効率よく濃いプラズマを生成するこ
とができる。この場合、ソレノイドコイルに流す交流電
流は、商用の３相交流を利用できるため、ソレノイドコ
イルの電源を小型にでき、経済的にも大きな利点とな
る。

【００３６】図８は本発明の第５の実施例を示す。図８
において、前記実施例で説明した要素と実質的に同一の
ものには同一の符号を付している。この実施例では、拡
散チャンバ１２の上壁部に基板の被処理面に平行な平板
状石英板で形成された誘電体窓４１を設け、さらに誘電
体窓４１の上側（例えば大気側）には窓板に平行な環状
の静磁界を発生させるための例えば７つの区画（例えば
矩形の巻線部）に分割されたソレノイドコイル４２が設
置されている。ソレノイドコイル４２の軸線は環状に形
成される。７つに分割されたソレノイドコイル４２の各
区画４２ａは例えば１回巻きのコイルとして形成され、
各区画４２ａのコイルで同一方向（実施例では時計回り
の方向）に直流電流が流れるように、直流電源４３がソ
レノイドコイル４２に接続される。４４はアンテナであ
り、アンテナ４４は誘電体窓４１の上側に配置される。
アンテナ４４は、ほぼ等間隔で放射状に延びる複数の枝
部４４ａを有し、隣合う枝部は中心側端部と外周側端部
で連結され、全体として１つのループとして形成され
る。アンテナ４４の各枝部４４ａは、ソレノイドコイル
４２における７つの区画のそれぞれの中間位置に配置さ
れる。アンテナ４４には整合回路１５を介して高周波電
源１４が接続され、アンテナ４４に高周波電力が供給さ
れる。また拡散チャンバ１２内には、誘電体窓４１と平
行になるように基板ホルダ１９が設置され、基板ホルダ
１９の上には基板２２が載置される。

【００３７】上記の実施例では、７つの区画４２ａが環
状に配置されてなるソレノイドコイル４２に直流電源４
３から直流電流を流すと、誘電体窓４１の上に誘電体窓
４１にほぼ平行な環状の静磁界が発生する。この環状の
静磁界は、基板の被処理面にもほぼ平行である。また高
周波電源１４によってアンテナ４４に高周波電圧を印加
すると、アンテナ４４の各枝部４４ａには、高周波電流
によって誘起された交番誘導磁界が発生する。アンテナ
４４の枝部４４ａは、ソレノイドコイル４２の互いに隣
接した区画４２ａの間を通っているため、交番誘導磁界
の一部がソレノイドコイル４２により発生した環状の静
磁界と平行になる。その結果、ヘリコン波が拡散チャン
バ１２内の誘電体窓４１の近傍領域に伝搬し、当該近傍
領域に濃いプラズマが生成される。ソレノイドコイル４
２による環状の静磁界は、基板２２の近傍ではほとんど
生じないために、濃いプラズマが基板２２から離れた領
域に生成される。このため基板近傍でＦラジカルの発生
を抑えることができ、ＳｉＯ₂の高選択比エッチングを
実現できる。

【００３８】図９は本発明の第６の実施例を示す。この
実施例では、図８で説明した実施例においてアンテナの
形状を変更している。この実施例において、アンテナ４
５は、中心から外方に放射状に延びる複数の枝部４５ａ
と、複数の枝部４５ａの中心側端部を接続する環状の連
結部４５ｂと、複数の枝部４５ａの外周側端部を接続す
る環状の連結部４５ｃとから構成される。ソレノイドコ
イル４２、直流電源４３、誘電体窓４１、高周波電源１
４、基板ホルダ１９等のその他の構成は図８で説明した
ものと同じである。高周波電源１４からアンテナ４５に
供給される高周波電圧は、連結部４５ｂ，４５ｃの間に
印加され、各枝部４５ａに印加される。

【００３９】上記の実施例において、アンテナ４５の複
数の枝部４５ａには、すべて同相の高周波電流が流れる
ために、ソレノイドコイル４２で発生した環状磁界に平
行な環状の交番磁界を発生させることができる。そのた
め、図８で示した実施例に比較して、高周波のプラズマ
に対する結合が強くなり、より高密度なプラズマを拡散
チャンバ１２内の誘電体窓４１の近傍領域に効率よく生
成できる。

【００４０】前述の各実施例では、アンテナの形態に関
し閉じていないループが４つまたは６つ含まれる場合の
例について説明したが、ループの数は任意であり、１つ
であってもよいし、６つ以上あってもよいし、奇数個で
あってもよい。アンテナに対応して配置される相対する
一対のソレノイドコイルは、１つのループまたは相対す
る一対のループに対向するように配置される。

【００４１】またアンテナが、静磁界Ｂに対して平行な
交番電界を発生させる部分を有するものであれば、アン
テナのループをソースチャンバの上記軸に対して平行な
面に投影した場合において当該ループに対応する投影像
が閉じたループであっても構わないことはいうまでもな
い。

【００４２】さらに上記各実施例では基板２２の被処理
面にほぼ平行な方向を向いた静磁界を発生させる磁界発
生手段をソレノイドコイルとしたが、その代りに、永久
磁石を用いたり、あるいは中心部に磁性体ポールピース
を有する電磁石を用いることもできる。さらに、磁界発
生手段として磁極を３つ以上有するものを用いたときに
は、上記実施例のように静磁界を必ずしも回転させる必
要がない。磁極の数は基板に平行な磁界を発生させるこ
とができれば、奇数個であってもよい。

【００４３】また前記の各実施例ではＣ₄Ｆ₈ガスによ
りＳｉＯ₂膜のエッチングを行うようにしたが、これ以
外にフッ化炭化水素系ガスやその混合ガスを用いてもよ
く、さらに酸素、窒素、水素等を含んでもよい。またエ
ッチング材料はＳｉＯ₂膜である必要がなく、例えばリ
ンをドープした珪素化ガラスであってもよいし、シリコ
ンの窒化膜やＡｌであってもよい。さらに本発明による
プラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ等の装置としても
応用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ヘリコン波プラズマ処理装置において拡散チャン
バ内で基板をプラズマ処理する場合に、高周波電力が供
給されるアンテナと、このアンテナの周囲に基板の被処
理面に対してほぼ平行な成分を有する静磁界を生成する
ための磁界発生手段とを設け、アンテナに高周波電力を
供給することにより発生する交番磁界の成分が、磁界発
生手段により生成される磁界と平行な成分を有するよう
に構成され、処理対象である基板の近傍で濃いプラズマ
が生成されるのを抑制したため、基板の被処理面に対す
るラジカルの影響を極力減らすことができ、極めて高選
択比のエッチングが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例の
構造を説明するための断面図である。

【図２】図２（Ａ）は図１中の要部とソレノイドコイル
の配置状態を示す図、図２（Ｂ）はソースチャンバおよ
びアンテナの斜視図である。

【図３】第１実施例のプラズマ処理装置で得られるソー
スチャンバの出口からのヘリコン波の強度分布図であ
る。

【図４】第１実施例のプラズマ処理装置におけるＨ₂濃
度に対するエッチング速度および対Ｓｉ選択比の各特性
を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例を示す図である

【図８】本発明の第５の実施例を説明するための図であ
る。

【図９】本発明の第６の実施例を説明するための図であ
る。

【図１０】従来のプラズマ処理装置の構造を示す図であ
る。

【図１１】従来装置におけるヘリコン波強度を説明する
ための図である

【図１２】従来装置における対Ｓｉ選択比を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ソースチャンバ１２拡散チャンバ１３，３５アンテナ１３ａ，１３ｂループ１３ｃ，１３ｄループ１６ａ，１６ｂソレノイドコイル１６ｃ，１６ｄソレノイドコイル１６ｅ，１６ｆソレノイドコイル１７永久磁石１９基板ホルダ２２基板４１誘電体窓４２ソレノイドコイル４２ａ区画（巻線部）４４アンテナ４４ａ枝部４５アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−68773（ＪＰ，Ａ) 特開平７−161489（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−277778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/509 H05H 1/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に基板保持機構を備える真空容器
と、前記真空容器に付設されたプラズマ生成用チャンバ
と、前記チャンバの外側周囲に配置されるアンテナと、
前記アンテナに高周波電力を供給する高周波電源とを備
え、前記真空容器内に反応性ガスを導入して前記基板保
持機構上に保持される基板をプラズマ処理するプラズマ
処理装置において、プラズマ生成用の前記チャンバは誘電体を用いて半球形
状部を有するように形成され、前記アンテナは前記半球形状部の外側表面に沿うように
配置され、前記基板の被処理面に対し平行な方向を向く磁界を生成
する磁界発生手段が前記アンテナの周囲に設けられ、前記アンテナは、前記磁界発生手段により生成される前
記磁界と平行な成分を含む交番磁界を発生させる形状部
を有するように形成されることを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、前記アンテナは、前記基板の前記被処理面に対し垂
直な軸を含む面に前記アンテナを投影したときその投影
像が前記磁界に対しほぼ垂直な部分を含むように、形成
されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、前記磁界発生手段は少なくとも一対のソレノイドコ
イルであり、前記一対のソレノイドコイルは前記アンテ
ナの前記形状部を挟んで相対して配置されることを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、前記磁界発生手段は、前記基板の前記被処理面に対
し平行な方向を向く磁界を生成する少なくとも一対のポ
ールピースを備えた電磁石または永久磁石であり、相対
するポールピースが前記アンテナの前記形状部を挟んで
配置されることを特徴としたプラズマ処理装置。
【請求項５】請求項４記載のプラズマ処理装置におい
て、相対した前記一対のソレノイドコイルの組が２以上
であるとき、相対した一対のソレノイドコイルには同相
の交流を供給し、かつ隣り合う組のソレノイドコイルに
は位相が異なる交流を供給することを特徴とするプラズ
マ処理装置。
【請求項６】内部に基板保持機構を備える真空容器
と、前記真空容器の壁の一部に形成された誘電体窓と、
前記誘電体窓の外側に配置されるアンテナと、前記アン
テナに高周波電力を供給する高周波電源とを備え、前記
真空容器内に反応性ガスを導入して前記基板保持機構上
に保持される基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置
において、前記誘電体窓は前記基板の被処理面に平行な平板形状を
有し、前記誘電体窓と平行な環状の磁界を生成する磁界
発生手段が前記誘電体窓の外側に設けられ、前記アンテ
ナは、このアンテナによって発生する交番磁界が前記磁
界発生手段により生成される前記環状磁界と平行な成分
を含むように形成されることを特徴とするプラズマ処理
装置。
【請求項７】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記磁界発生手段は複数の巻線部からなるソレノイ
ドコイルであり、このソレノイドコイルはその軸線が前
記誘電体窓に平行な円を描くように前記誘電体窓の外側
に配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】請求項７記載のプラズマ処理装置におい
て、前記アンテナは、前記誘電体窓の中心から放射状に
延びる複数の枝部を有し、各枝部は隣り合う前記巻線部
の間を通るように配置されることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項９】請求項８記載のプラズマ処理装置におい
て、前記アンテナが全体として１本のループとして形成
されるように、放射状に延びた前記複数の枝部は、隣り
合うもの同士で中心側端部と外周側端部が接続されるこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】請求項８記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記アンテナは、放射状に延びた前記複数の枝部
が中心側端部と外周側端部でそれぞれ環状に接続され、
各枝部で高周波電圧が印加されるようにしたことを特徴
とするプラズマ処理装置。