JP3726477B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Description

【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５７-１３１３７４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、ＣＶＤ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】
本発明の目的は、選択比が高く、微細加工ができるプラズマ処理装置または処理方法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。
【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。
【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】
すなわち、上記目的は、その内側が排気されて減圧される処理室と、この処理室内に配置され処理対象の基板が載置されてこれを支持する支持電極と、この支持電極の空間を空けた上方に略平行に配置されこの支持電極と結合してプラズマを形成するための平板状の電極と、この平板状の電極に高周波の電力を印加する電源と、前記支持電極の上方で前記平板状電極との間の絶縁するための誘電体を介して隣接してこの平板状の電極の外周側に配置された電極であって、前記平板状の電極に供給される高周波と異なる位相の高周波の電力が供給されて前記平板状電極との間で形成される高周波電界が前記処理室内に放射される電極とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００３０】
さらには、前記平板状電極が円板状の形状を有し、前記平板状電極に隣接して配置された電極がこの平板状電極の外周側に隣接して配置されたプラズマ処理装置により達成される。
【００３１】
さらには、前記隣接して配置された電極が前記処理室の上部に配置されこれを構成する壁部材であるプラズマ処理装置により達成される。
【００３３】
さらには、前記処理室の外周で前記平板状の電極の下方に配置されこの処理室内に磁場を供給する磁場発生手段を備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００３４】
また、上記目的は、減圧された処理室内に配置された支持電極上に処理対象の基板を載置し、この支持電極の空間を空けた上方に略平行に配置され平板状の電極に電源から高周波の電力を印加し前記支持電極と結合してプラズマを形成するとともに、前記支持電極の上方で前記平板状電極との間の絶縁するための誘電体を介して隣接してこの平板状の電極の外周側に配置された電極に前記平板状の電極に供給される高周波と異なる位相の高周波の電力を供給してこの電極と前記平板状電極との間で形成される高周波電界を前記処理室内に放射し前記基板を処理するプラズマ処理方法により達成される。
【００３５】
さらに、前記処理室の外周で前記平板状の電極の下方に配置された磁場発生手段から前記処理室内に前記基板に平行な磁場を供給してこの基板を処理するプラズマ処理方法により達成される。
【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：５２、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：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。
【００６８】
対向電極である高周波印加リング電極：５３a、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、５３ｂ、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：５２、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１００ＭHz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１００ＭHz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（１４００Ｖｐｐ）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１００ＭＨｚ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：７５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：８０ａ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１８０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：５２、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、７１ｂ、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：７１ｃ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：８７ａ、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：７０ａ、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：５６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３ＫＰａ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：５２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、８７ｃと対向電極：７１ｂ、７１ａ、７１ｃの間は３ＫＰａ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：８０ｂ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：７１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：８７ａ、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１０℃から８０℃が使いやすい温度である。
【０１４４】
上記本発明の実施例において、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】
また、上記実施例では、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】
また、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】
さらに、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、１５…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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing apparatus having plasma generating means, and more particularly, plasma etching suitable for fine pattern formation of semiconductor devices and liquid crystal display elements, and uniform processing on a large-diameter substrate, and plasma suitable for formation of a microstructure thin film. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method such as CVD and plasma polymerization.
[0002]
[Prior art]
In a plasma processing apparatus for processing semiconductor elements and liquid crystal display elements using plasma, active species that affect the processing performance, energy of incident ions on the processing substrate, ion directionality, control of plasma processing uniformity, and plasma processing Productivity is necessary.
[0003]
For controlling active species, there is a parallel plate electrode type as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-131374. FIG. 17 shows a conventional example of a parallel plate electrode type plasma processing apparatus.
[0004]
In the apparatus of FIG. 17, the processing chamber 9 surrounded by the cylindrical side wall portion 6, the insulating portion 5, and the disc-shaped electrode 2 is kept in a vacuum state by a gas exhausting means (not shown), and the gas supply means 7 is A processing gas is supplied to the processing chamber through the electrode 2 having the function of a gas introduction path. Usually, the side wall portion 6 is grounded and insulated from the electrode 2 by the insulating portion 5. The electrode 2 and the support base 3 constitute parallel plate electrodes, and the processing gas inside the processing chamber 9 is turned into plasma when the power source 1 applies power between the parallel plate electrodes.
[0005]
In the lower part of the processing chamber, a wafer 4 to be processed is placed on the support 3, and fine processing is performed by plasma generated in the processing chamber 9 and active species (radicals) in the processing gas activated by the plasma. Is done. At this time, the density of the plasma and the temperature of electrons in the plasma change depending on the input power applied by the power source 1, the pressure in the processing chamber 9, the width of the gap between the electrode 2 and the support base 3, and the like. That is, the amount and ratio of some active species that affect the performance of microfabrication change.
[0006]
Regarding the control of ion energy, there is a method as disclosed in JP-A-4-239128.
[0007]
This is because the parallel plate electrodes are provided with a divergent magnetic field perpendicular to them, thereby controlling the self-bias voltage and making the energy of ions incident on the substrate independent of the magnetic field, independent of the high-frequency power output that generates plasma. It is possible to perform high-precision etching without causing damage.
[0008]
As a method for improving the directionality of ions and not reducing the processing speed, there is a method as disclosed in JP-A-8-195379.
[0009]
This is to generate a plasma in which capacitive coupling and inductive coupling are mixed, thereby generating high-density plasma at a low pressure and realizing plasma processing with excellent plasma density distribution controllability.
[0010]
As a plasma processing apparatus for controlling the uniformity of plasma processing, there is an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-283127.
[0011]
In this apparatus, an electrode to which high-frequency power is applied is divided into a plurality of parts, and the power applied to each electrode is independently controlled to improve uniformity.
[0012]
A major problem in improving productivity is that in processes such as etching and plasma CVD, a film is formed on the inner wall surface of the processing chamber, which peels off and causes dust generation, producing highly integrated semiconductor devices and liquid crystals. The ratio of non-defective products among the devices produced by the display device, that is, the product yield is lowered. In addition, while the production continues, there is a problem that the processing characteristics change and the product yield decreases.
[0013]
Dust is generated when the deposition film formed by plasma treatment on the processing chamber wall repeats temperature fluctuations due to changes in heat input from the plasma, which generates stress in the deposition film and increases the thickness of the film. As described above, peeling of the film starts and dust is generated.
[0014]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330282 discloses a plasma processing apparatus that increases the energy of ions incident on the surface on which the deposition film is formed to increase the removal rate of the deposition film in order to remove the deposition film formed on the inner wall surface. It is disclosed.
[0015]
In addition, a method is shown in which the deposit film on the inner wall surface is converted into a volatile substance and discharged by a vacuum exhaust system. A non-gaseous material is placed in the processing chamber, and this material reacts with the plasma to generate reactive species, which react with the deposition film to convert the deposition film into volatile materials and clean it. This is disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 7-153751.
[0016]
As a method for stabilizing the processing characteristics of plasma processing, Japanese Patent Laid-Open No. 6-188220 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-8927 disclose a method of controlling the inner wall surface of a plasma processing chamber at a constant temperature, and cooling with a fluid having a parallel structure. An apparatus provided with an electrode to be used is disclosed.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As semiconductor elements are highly integrated and production substrates have a large diameter, selection ratio with the base material, high-performance processing shape, uniform treatment of large-diameter substrates, and reduction of dust generation are further required.
[0018]
1) One of the factors that greatly affects the processing characteristics such as the etching ratio by plasma and the selectivity of CVD processing, processing shape, film quality, etc. is the active species generated by electron collision in the plasma. The generation amount of the active species and the generated active species are determined by the energy status of electrons in the plasma.
[0019]
The energy state of electrons in the plasma is determined by the collision frequency due to the processing pressure, the annihilation ratio due to diffusion of electrons in the plasma, and the like. The energy state of electrons in plasma becomes a statistical distribution due to collisions with neutral molecules, ions, etc., and it is difficult to control the distribution, except changing the statistical distribution by changing the collision frequency like pressure. there were. Therefore, conventionally, a method of controlling the processing pressure has been taken to control the electronic energy state. However, in the method of controlling the processing pressure, it is difficult to achieve both the fine processability and the selection ratio of the etching process, and in plasma CVD, it is difficult to achieve both the film formation speed, the film quality, and the cover performance of the element surface.
[0020]
  The purpose of the present invention is toAn object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or a processing method having a high selectivity and capable of fine processing.
[0021]
2) Regarding the uniformity of plasma processing, it is necessary to be compatible with active species control, ion energy control, and low-pressure high-density plasma generation technology.
[0022]
In addition, with the increase in the diameter of the processing substrate, the processing gas flows from the central part of the substrate to the outer peripheral part in the etching process and the CVD process, so that the active species concentration distribution and the distribution of the deposition film become obvious, and the entire surface of the large-diameter substrate is exposed. It has become difficult to perform uniform processing. Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to cancel the factor that makes the distribution inhomogeneous with another etching characteristic control factor. As one control factor for this, it is necessary to be able to adjust the plasma unevenness distribution for each process condition independently of other process conditions such as plasma density and pressure.
[0024]
3) In order to reduce dust generation, removal of the deposit film adhering to the inside of the processing chamber has been studied as a conventional technique, but the method of vaporizing and exhausting the deposit film requires time to vaporize the deposit film. However, there are problems such as lowering productivity. In addition, the surface after the deposition film is removed is altered by exposure to radicals and ions in the plasma, and the reaction on the wall surface changes to affect the plasma processing characteristics.
[0025]
In addition, surfaces having different states such as a surface to which high-frequency power is applied and a grounded surface are mixed on the wall surface of the plasma processing chamber, and it is necessary to reduce dust generation corresponding to these surfaces.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the above problems have been solved by the following means.
[0028]
  That is, the above-mentioned purpose is to open a processing chamber in which the inside is evacuated and decompressed, a support electrode that is placed in the processing chamber and supports a substrate to be processed, and supports this, and a space for the support electrode is provided. A plate-like electrode which is arranged substantially in parallel above and is combined with the support electrode to form plasma, a power source for applying high-frequency power to the plate-like electrode, and the plate-like electrode above the support electrode With electrodesFor insulation betweenAdjacent through a dielectricOn the outer peripheral side of this flat electrodePlacedA high frequency power having a phase different from that of the high frequency supplied to the plate-like electrode,A high frequency electric field formed between the flat plate electrodes is achieved by a plasma processing apparatus including an electrode radiated into the processing chamber.
[0030]
  Further, the plate-like electrode has a disk shape, and the electrode disposed adjacent to the plate-like electrode is achieved by a plasma processing apparatus arranged adjacent to the outer peripheral side of the plate-like electrode. The
[0031]
  Furthermore, this is achieved by a plasma processing apparatus in which the adjacent electrodes are arranged on the upper portion of the processing chamber and are wall members constituting the same.
[0033]
  Furthermore, this is achieved by a plasma processing apparatus provided with a magnetic field generating means that is disposed on the outer periphery of the processing chamber below the plate-like electrode and supplies a magnetic field into the processing chamber.
[0034]
  In addition, the object is to place a substrate to be processed on a supporting electrode arranged in a decompressed processing chamber, and to arrange a plate-like electrode from a power source substantially parallel above the space for the supporting electrode. A high-frequency electric power is applied to combine with the support electrode to form plasma, and above the support electrode, the plate electrodeFor insulation betweenAdjacent through a dielectricOn the outer peripheral side of this flat electrodePlacedThe high frequency power having a phase different from that of the high frequency supplied to the flat electrode is supplied toThis is achieved by a plasma processing method in which a high-frequency electric field formed between an electrode and the flat electrode is radiated into the processing chamber to process the substrate.
[0035]
  Furthermore, the present invention is achieved by a plasma processing method for processing a substrate by supplying a magnetic field parallel to the substrate into the processing chamber from magnetic field generating means disposed on the outer periphery of the processing chamber below the plate-like electrode.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention is shown in FIGS.
[0039]
A first embodiment will be described with reference to FIG.
[0040]
In FIG. 1, a support base 3 that supports a processing target is installed in a processing chamber 9, and a processing target 4 is placed on the support base 3. The processing object 4 is, for example, a semiconductor element wafer. A part of the wall of the processing chamber is an electrode 2, and a parallel plate electrode is formed with the support 3 having the function of an electrode. The support 3 and the object to be processed 4 are usually flat, but the electrode 2 may be flat, or may have stepped steps as shown in FIG. You may have a curved part like (b). Regardless of the case of the electrode 2 shown in FIGS. 1, 2 (a), and 2 (b), the set of the electrode 2 and the support base 3 is hereinafter referred to as a parallel plate electrode. Normally, the electrode 2 is in contact with the processing chamber 9, but a cover made of an insulator or the like may be provided between the electrode 2 and the processing chamber 9. A processing gas is introduced into the processing chamber 9 by the gas supply means 7. For example, as shown in FIG. 1, the electrode 2 sometimes has a function of a processing gas introduction path.
[0041]
Further, the processing chamber 9 is evacuated by an evacuation means (not shown) and is kept in a low pressure state. The processing chamber 9 is surrounded by, for example, a cylindrical and grounded side wall portion 6, and the electrode 2 and the side wall portion 6 are electrically insulated by an insulating portion 5. The power source 1 is, for example, a combination of an AC power source and a matching circuit. The processing gas inside the processing chamber 9 is turned into plasma by the power applied by the power source 1 to the parallel plate electrodes, and the plasma activates the processing gas to generate various types of active species. Further, an antenna 11 is installed in the vicinity of the insulator 5, and the insulator 5 has a window function for introducing electromagnetic waves generated by the antenna 11 into the processing chamber 9. The antenna 11 has one or a plurality of power input ends and output ends, and may be a loop antenna wound around one turn or more, or may be a divided loop antenna obtained by dividing a turn into a plurality of turns. Any antenna that radiates electromagnetic waves may be used as long as it has other shapes. The power supply 12 supplies power to the antenna 11, but the power supply 1 may apply power to the electrode 2 and the antenna 11.
[0042]
When the antenna 11 induces a current in the electrode 2, for example, if an insulating region such as a slit that inhibits the induced current is provided in the electrode 2 as shown in FIG. 3, the power of the antenna is introduced into the processing chamber. It may be easier to do. For example, the antenna 11 induces an electric field 14 as shown in FIG. 1 in the processing chamber to generate plasma. Since this antenna generates plasma in the vicinity of the side wall portion 6, the state of the wall surface of the side wall portion 6 can be controlled by adjusting the power from the power source 12.
[0043]
In addition, radicals excited by the plasma by the antenna 11 diffuse and penetrate into the gaps between the parallel plate electrodes. However, since the composition is different from the active species excited by the plasma by the parallel plate electrodes, The radical composition in the processing chamber can be controlled by adjustment.
[0044]
In the apparatus of FIG. 1, a magnetic field can be further applied to the processing chamber by the magnetic field generating means 13. For example, a magnetic field having a distribution as indicated by the lines of magnetic force 15 can be generated using a cylindrical solenoid coil. When the oscillating electric field 14 generated by the antenna and the magnetic field lines 15 are substantially perpendicular, the plasma can be generated particularly efficiently by combining the frequency of the electric field 14 and the intensity of the magnetic field 15 so as to cause electron cyclotron resonance. For example, when the frequency of the oscillating electric field is 68 MHz, electron cyclotron resonance occurs near a magnetic field strength of 24 gauss.
[0045]
Further, by adjusting the magnetic field strength within a range close to the electron cyclotron resonance magnetic field, the radical component ratio can be adjusted, and the performance of microfabrication can be optimized.
[0046]
Furthermore, electromagnetic waves can propagate in the plasma along the magnetic field in places where the magnetic field strength is stronger than the electron cyclotron magnetic field. Therefore, as shown in FIG. 1, the antenna and the magnetic field distribution are set so that the lines of magnetic force passing through the antenna pass through the place where the plasma is desired to be generated in the processing chamber, thereby improving the efficiency of plasma generation.
[0047]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0048]
4 is almost the same as the apparatus of FIG. 1 except that the antenna 11 installed on the upper surface of the processing chamber 9 is installed on the side surface of the processing chamber. . In FIG. 4, the electromagnetic wave of the antenna 11 is surrounded by the conductor wall 8 ′ so as not to leak outside, but the conductor wall 8 and the conductor wall 8 ′ may be integrated. Another feature of the apparatus of FIG. 4 is that the installation position of the magnetic field generating means 13 such as a solenoid coil is set downward so that the magnetic lines 15 passing through the antenna 11 installed on the side of the processing chamber pass through the processing chamber. It is in the point which has been arranged. Thus, as described in the embodiment of FIG. 1, when a magnetic field stronger than the electron cyclotron resonance magnetic field is applied, the electromagnetic wave radiated from the antenna easily enters the plasma in the processing chamber, thereby increasing the plasma generation efficiency. Yes.
[0049]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
[0050]
The apparatus of FIG. 5 has substantially the same configuration as the apparatus of FIG. 4 except that the antenna 11 is installed in the processing chamber. When the antenna is directly exposed to the plasma in the processing chamber and the antenna itself is shaved and adversely affects microfabrication, the surface of the antenna may be coated with a material that is difficult to cut by plasma, or the antenna may be covered with a cover made of an insulator. . By installing the antenna in the inside of the processing chamber as in the embodiment of FIG. 5, the antenna can be provided even when there is not enough space for installing the antenna on the upper surface or side surface of the processing chamber.
[0051]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0052]
The configuration of the apparatus of FIG. 6 is the same as that of the apparatus of FIG. 5, but the apparatus of FIG. 6 is characterized in that the antenna 11 is installed above the electrode 2. In the case of the apparatus of FIG. 6, the electrode 2 has an insulating portion such as a slit as shown in FIG. 3, and at least a part of the electromagnetic field induced by the antenna 11 passes through the electrode 2 and propagates to the processing chamber 9. It is possible to generate plasma or give energy to plasma. In this case, since plasma is generated by the parallel plate electrode and the antenna in the gap between the electrode 2 and the support base 3, the electron energy of the plasma immediately above the object to be processed is adjusted by the power supplied to the antenna, thereby improving the performance of the fine processing. Is possible.
[0053]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0054]
A feature of the apparatus of FIG. 7 with respect to the apparatus of FIG. 1 is that an antenna electrode 16 in which the antenna 11 and the electrode 2 of FIG. 1 are integrated is used.
[0055]
An example of the antenna electrode is shown in FIG. The antenna electrode includes one or a plurality of electrode portions 18, one or a plurality of antenna portions 19 connected thereto, an input end 20, and an output end 21. An example of the antenna electrode is shown in FIGS. 9 (a), 9 (b), 9 (c), and 9 (d). In particular, in FIG. 9C, a slit-like insulating region is provided so as to inhibit the induced current caused by the electromagnetic wave radiated from the antenna unit 19 in the electrode unit 18 to increase the radiation efficiency of the electromagnetic wave of the antenna unit.
[0056]
In the example shown in FIGS. 7 and 9, the electrode portion and the antenna portion are on the same plane, but the electrode portion and the antenna portion may have a three-dimensional configuration. For example, there is an antenna electrode in which the antenna unit is installed directly above the electrode unit. A part of the electric power applied to the input terminal 20 by the power source 1 is used for plasma generation by the parallel plate electrodes formed by the electrode unit 18 and the support base 3, and the rest is radiated as electromagnetic waves from the antenna unit 19 to generate plasma in the processing chamber. Generate. The output terminal may be grounded, or may be grounded via a voltage maintaining means composed of a capacitor or the like in order to maintain the voltage of the electrode portion of the antenna electrode.
[0057]
Further, the input end and the output end may be switched and connected. When this antenna electrode is used, only one power source is required for each electrode and antenna. In FIG. 7, the electrode portion of the antenna electrode is exposed to the processing chamber and the antenna portion is outside the processing chamber, but the electrode portion may be provided with a cover made of an insulator or the like.
[0058]
Further, as shown in FIG. 8, the antenna portion may be installed inside the processing chamber, or a cover such as an insulator may be provided on the antenna portion. The apparatus shown in FIGS. 7 and 8 has substantially the same effect as the apparatus shown in FIG. 1, and can improve the performance of the fine processing of the processing object.
[0059]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
[0060]
In the apparatus of FIG. 10, a power source 12 for applying electric power is provided between the outer peripheral electrode 23 and the side wall 6 in order to generate plasma near the side wall 6 in the processing chamber. Since the plasma generated by the outer peripheral electrode 23 is in the vicinity of the side wall portion, the state of the side wall surface can be controlled, and the performance of the fine processing can be improved. If the frequencies of the power source 1 and the power source 12 are different, plasmas having different electron temperatures are generated, and the performance of microfabrication can be optimized by adjusting the radical component ratio as in the apparatus of FIG. Furthermore, if the magnetic field generating means 13 is installed so that the direction of the electric field 14 ′ generated by the outer peripheral electrode 23 is almost perpendicular to the magnetic field lines 15, and the magnetic field strength is set to be the electron cyclotron resonance magnetic field strength in the vicinity of the outer peripheral electrode, The efficiency of plasma generation by the electrodes can be increased.
[0061]
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
[0062]
In the processing chamber 51, a stage electrode 52 and a counter electrode 53 are provided facing each other. The main body of the processing chamber 51 is formed of a grounded metal container, the upper part is formed of a quartz plate 54, and the processing chamber 51 is connected to the quartz plate, and the joint between each electrode has a vacuum seal structure. The processing chamber: 51 has a structure that can be evacuated to a vacuum. Further, the processing chamber 51 has a processing gas supply mechanism (not shown), and the pressure in the processing chamber 51 can be controlled to a target pressure by an exhaust control mechanism (not shown) while supplying the processing gas.
[0063]
The stage electrode 52 has a structure in which a processing substrate 55 can be placed, and a temperature control mechanism (not shown) can control the temperature of the processing substrate 55 during plasma processing. The stage electrode 52 is connected to a bias power source (2 MHz) 56 that controls the energy of ions incident on the processing substrate.
[0064]
The counter electrode 53 is composed of high frequency application ring electrodes 53a and 53b and a ground ring electrode 53c, and a high frequency power supply 57 of 100 MHz is connected to the high frequency application ring electrodes 53a and 53b. : 53c is grounded.
[0065]
A coil 58 is provided on the outer periphery of the processing chamber 51 so that a magnetic field can be formed and formed in the processing chamber.
[0066]
Next, an operation example in the etching process according to this embodiment will be described.
[0067]
The processing substrate: 55 is carried in and placed on the stage electrode: 52. An etching gas (fluorocarbon gas) having a set flow rate is supplied from an etching gas supply source (not shown), and exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 1 Pa. A silicon oxide film and a silicon film which are insulating films of semiconductor elements are formed on the processing substrate. The processing substrate is electrostatically adsorbed to the stage electrode 52, and He gas is supplied between the substrate and the stage electrode 52 from a helium gas supply source (not shown) to prevent a temperature rise during the etching process of the processing substrate. To do.
[0068]
A high frequency power ring electrode of 53 MHz, 53b, which is a counter electrode, is supplied with 1.5 kW of high frequency power of 100 MHz, and plasma is generated by discharge. Since the high-frequency application ring electrodes 53a and 53b and the vacuum atmosphere in the processing chamber are separated by a quartz plate 54, energy is supplied to the plasma by capacitive coupling. In this case, since the electric field formed at the interface between the sheath and the plasma is small, the electron energy distribution is close to the Maxwell-Boltzmann distribution.
[0069]
A high-frequency electric field E is formed between the high-frequency applying ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode 53c, and a magnetic field is formed from this electric field. Due to the capacitive coupling discharge, the plasma density is 10^TenSince the electromagnetic wave radiated cannot travel into the plasma because it reaches the / cm3 range, an electric field is generated in the vicinity of the quartz plate 54, so that the electric field can directly accelerate and receive energy by this electric field. In this case, only the electrons near the quartz plate receive energy, and the proportion thereof is small, but the energy level of the electrons is higher than that of plasma generated by capacitive coupling.
[0070]
As described above, in this embodiment, the energy supplied to the plasma has two paths, that is, capacitive coupling and direct heating by a high-frequency electric field, and the energy level received by the electron differs depending on each path. The energy status of electrons can be changed by changing the ratio. As a changing method, there are a method of changing the thickness of the quartz plate 54, and a method of changing the interval between the high frequency ring electrode and the earth ring electrode. Increasing the thickness of the quartz plate increases the impedance of capacitive coupling, increases the discharge voltage, increases the proportion of electromagnetic radiation, decreases the proportion of power supplied by capacitive coupling, and increases the energy level of electrons. When the interval between the high-frequency ring electrode and the earth ring electrode is narrowed, the high-frequency electric field becomes stronger and the proportion of electromagnetic radiation increases, and similarly the energy level of electrons increases. By reversing these, it is possible to approach the energy level due to discharge only by capacitive coupling.
[0071]
Bias power supply: When 500 W of 2 MHz high frequency power is applied from 56, a voltage of 700 Vpp is generated, and ions from the plasma can be accelerated and made incident on the substrate. Etching decomposed by the plasma with the assistance of ions on the substrate surface Etching proceeds when the gas (fluorocarbon gas) reacts with the silicon oxide film or silicon film.
[0072]
When the energy level of electrons is high, decomposition of the carbon fluoride gas proceeds, the amount of fluorine radicals increases, and the etching rate of the silicon film improves. Moreover, the etching cross-sectional shape becomes nearly vertical under such a gas decomposition condition, and a forward taper shape is likely to occur under the condition where the decomposition does not proceed. In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to make the etching rate of the silicon film as small as possible relative to the etching rate of the silicon oxide film that is an insulating film, and to make the etching cross-sectional shape as close as possible to the vertical. For that purpose, it is necessary to appropriately control the decomposition state of the fluorocarbon-based gas and find a condition for making both compatible.
[0073]
In the present invention, as described above, by adjusting the thickness of the quartz plate, the interval between the high frequency ring electrode and the earth ring electrode, etc., the decomposition state of the fluorocarbon gas can be controlled, and the etching characteristics can be optimized. it can.
[0074]
In addition, the distribution of plasma can be changed by changing the dimensions of the high-frequency applying ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode.
[0075]
Next, another electronic energy control method in this embodiment will be described.
[0076]
As described above, a high-frequency electric field E is formed between the high-frequency applying ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode 53c, and electromagnetic waves are radiated. Could not proceed into the plasma, but only supplied energy to the electrons near the quartz plate. In this control method, an electric current is passed through the coil 58 to form a magnetic field B so that electromagnetic waves can travel into the plasma. In addition, the intensity of the magnetic field can be set including the conditions that cause electron cyclotron resonance with respect to the frequency of the electromagnetic wave, and the energy level given to the electrons is controlled by controlling the electromagnetic wave emission to the capacitively coupled discharge plasma and the magnetic field intensity. It was made possible to control to an appropriate electronic energy state.
[0077]
Even at a frequency of 100 MHz, when a magnetic field is formed, there is a condition that the electromagnetic wave can travel into the plasma. At this time, the magnetic field must be in a direction substantially perpendicular to the electric field of the electromagnetic wave. Therefore, the acceleration of electrons by the high-frequency electric field is restricted by the magnetic field, and the energy received by the electrons from the high-frequency electric field is small, and the energy state of the electrons is only slightly increased. Therefore, it is effective for increasing low energy electrons such as generation of active species.
[0078]
When set to 30 to 40 G, which is close to the magnetic field intensity causing electron cyclotron resonance at 100 MHz, energy is efficiently supplied to the electrons in the plasma from the high frequency electric field of the electromagnetic wave, and the energy level of the electrons can be raised to an ionization level or higher. The decomposition of the etching gas can be promoted.
[0079]
In this way, by changing the magnetic field strength, the energy of electrons can be controlled from the level suitable for generating radicals to above the ionization level, and by adjusting the magnetic field strength, the decomposition state of the etching gas is made appropriate, and the etching characteristics are optimized. Can be achieved.
[0080]
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
[0081]
This embodiment is another embodiment for the portions corresponding to the high-frequency applying ring electrodes 53a and 53b and the earth ring electrode 53c forming the counter electrode 53 shown in FIG.
[0082]
As shown in FIG. 12, a high-frequency electric field is generated between the high-frequency applying plate electrode: 60 and the ground plate electrode: 61 which are composed of a high-frequency applying plate electrode: 60 and a ground plate electrode: 61 and are opposed to each other in a comb shape. Electromagnetic waves are emitted according to the same principle as explained. Moreover, the point that the high frequency application plate supplies electric power to the plasma by capacitive coupling is the same as that of the first embodiment.
[0083]
Since the operations and functions for the electronic energy state control are the same except for the above points, they are omitted here.
[0084]
Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG.
[0085]
In the processing chamber: 70, a stage electrode: 52 and a counter electrode: 71 are provided to face each other. The processing chamber: 70 and each electrode are insulated by an insulating material: 72a and an insulating material: 72b. The joint with the chamber 70 has a vacuum seal structure, and the processing chamber 70 can be evacuated to a vacuum. A 100 MHz high frequency power supply 57 and a low pass filter 73 are connected to the counter electrode 71.
[0086]
The processing chamber 70 is grounded, and a coil 58 is provided on the outer periphery thereof to form a magnetic field in the processing chamber. The processing chamber 70 has a processing gas supply mechanism (not shown), and the pressure in the processing chamber 70 can be controlled to a target pressure by an exhaust control mechanism (not shown) while supplying the processing gas.
[0087]
The stage electrode 52 has a structure in which a processing substrate 55 can be placed, and a temperature control mechanism (not shown) can control the temperature of the processing substrate 55 during plasma processing. The stage electrode 52 is connected to a bias power source (2 MHz): 56 and a high-pass filter 74 that control the energy of ions incident on the processing substrate.
[0088]
Next, an operation example in the etching process according to this embodiment will be described.
[0089]
In FIG. 13, a processing substrate 55 is carried into and placed on a stage electrode 52. An etching gas (fluorocarbon gas) having a set flow rate is supplied from an etching gas supply source (not shown), and exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 1 Pa. A silicon oxide film and a silicon film which are insulating films of semiconductor devices are formed on the processing substrate. The processing substrate is electrostatically adsorbed to the stage electrode 52, and He gas is supplied between the substrate and the stage electrode 52 from a helium gas supply source (not shown) to prevent a temperature rise during the etching process of the processing substrate. To do.
[0090]
Counter electrode: A high frequency power of 100 MHz is applied to 71 at 1.5 KW, and plasma is generated by discharge. A sheath is formed between the counter electrode 71 and the plasma, and energy is supplied to the plasma by capacitive coupling. In this case, since the electric field formed at the interface between the sheath and the plasma is small, the electron energy distribution is close to the Maxwell-Boltzmann distribution.
[0091]
A high-frequency electric field E is formed between the counter electrode 71 and the processing chamber 70, and electromagnetic waves are radiated.
[0092]
An electric current was passed through the coil 58 to form the magnetic field B, and the strength of the magnetic field could be set with conditions for causing electron cyclotron resonance with respect to the frequency of the applied high frequency.
[0093]
Even at a frequency of 100 MHz, when a magnetic field is formed, there is a condition that the electromagnetic wave can travel into the plasma. At this time, the magnetic field must be in a direction substantially perpendicular to the electric field of the electromagnetic wave. Therefore, the acceleration of electrons by the high-frequency electric field is restricted by the magnetic field, and the energy received by the electrons from the high-frequency electric field is small, and the energy state of the electrons is only slightly increased. Therefore, it is effective for increasing low energy electrons such as generation of radicals.
[0094]
When set to 30 to 40 G, which is close to the magnetic field intensity causing electron cyclotron resonance at 100 MHz, energy is efficiently supplied from the high-frequency electric field of the electromagnetic wave to the electrons in the plasma, and the energy level of the electrons can be increased to an ionization level or higher. Thus, by changing the magnetic field strength, it is possible to control the energy of electrons from a level suitable for generating radicals to an ionization level or higher.
[0095]
Bias power supply: When 500 W of 2 MHz high frequency power is applied from 56, a voltage of 700 Vpp is generated, and ions from the plasma are accelerated by this voltage and incident on the substrate. The etching gas decomposed by the plasma with the assistance of ions on the substrate surface. Etching proceeds when (carbon fluoride gas) reacts with the silicon oxide film and the silicon film.
[0096]
When the energy level of electrons is high, decomposition of the fluorocarbon gas proceeds, the amount of fluorine-based active species increases, and the etching rate of the silicon film improves. Moreover, the etching cross-sectional shape becomes nearly vertical under such a gas decomposition condition, and a forward taper shape is likely to occur under the condition where the decomposition does not proceed. In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to make the etching rate of the silicon film as small as possible relative to the etching rate of the silicon oxide film that is an insulating film, and to make the etching cross-sectional shape as close as possible to the vertical. For that purpose, it is necessary to appropriately control the decomposition state of the fluorocarbon-based gas and find a condition for making both compatible.
[0097]
In the present invention, by changing the magnetic field strength, it is possible to control the decomposition state of the carbon fluoride gas, and the optimization of the etching characteristics such as the etching rate ratio between the silicon oxide film and the silicon film, the etching shape, the pressure, the etching gas flow rate, It can be controlled independently of the high frequency power.
[0098]
Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIG.
[0099]
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIG. 13, and only the differences will be described here.
[0100]
The processing chamber 70 is not grounded and is connected to an 800 kHz bias power source 75 and a 100 MHz high pass filter 76.
[0101]
The stage electrode: 77 incorporates a substrate heating mechanism (not shown) so that the processing substrate can be heated to a set value between room temperature and 500 degrees Celsius.
[0102]
Next, an operation example in the plasma CVD process according to the present embodiment will be described.
[0103]
The processing substrate: 55 is carried in and placed on the stage electrode: 77. A CVD gas (silicon fluoride gas + oxygen gas) at a set flow rate is supplied from a CVD gas supply source (not shown), and the exhaust is controlled so that the pressure in the processing chamber becomes 4 Pa. The processing substrate is placed on the stage electrode: 77, and the temperature of the processing substrate is heated to 300 degrees Celsius. The counter electrode: 71 is supplied with high frequency power of 100 MHz and 1.5 KW, and a capacitively coupled discharge is generated between the counter electrode: 77 and the CVD gas is brought into a plasma state.
[0104]
A high voltage (1400 Vpp) of 100 MHz is generated in the counter electrode 71 from the high frequency power supply 57 and a high frequency electric field is generated between the counter electrode 71 and the processing chamber 70. Although the processing chamber 70 is not grounded, the high pass filter 76 is in the same state as being grounded with respect to a high frequency of 100 MHz, and radiates high frequency electromagnetic waves as in the embodiment shown in FIG.
[0105]
Silicon fluoride gas has strong bonds and does not decompose, and a large amount of fluorine is occluded in the silicon oxide film to be formed. In the same manner as the embodiment shown in FIG. 13 by the action of an electromagnetic wave of 100 MHz and a magnetic field, the energy level of electrons is controlled, the decomposition of the silicon fluoride gas is promoted, and the dissociated fluorine gas is exhausted. Occlusion in the film can be reduced and the film quality can be improved. Further, since the decomposition of the silicon fluoride gas is promoted, the reaction between the dissociated silicon and oxygen gas is also promoted, and the film formation rate can be improved.
[0106]
In this embodiment, the frequency characteristics of the high-pass filter 74 and the high-pass filter 76 are set to 200 MHz, which is a double frequency of the applied frequency, so that the applied frequency is a mixture of 100 MHz and 200 MHz due to the nonlinear characteristic of the plasma sheath. The resonance condition can be created even when the magnetic field strength is around 70 G. This double frequency mixing ratio can also be realized by changing the ratio between the reactance and capacitance of the matching unit.
[0107]
In plasma CVD, a silicon oxide film is also formed on the inner wall of a processing chamber, and these are peeled off to form particles, which is a problem in manufacturing semiconductor products. In this embodiment, a high frequency voltage of bias power source: 75 to 800 KHz can be applied to the inner wall surface of the processing chamber 70, thereby increasing the incident ion energy and fluorine generated by the decomposition of the silicon fluoride gas. Since the silicon oxide film formed on the inner wall surface of 70 is etched and removed, no film is attached to the wall surface of the processing chamber during film formation, and generation of particles can be reduced.
[0108]
Next, an eleventh embodiment will be described with reference to FIG.
[0109]
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIG. 13, and only the differences will be described here.
[0110]
The counter electrode 71 is composed of a counter electrode 71a and a counter electrode 71b. The respective electrodes are insulated from each other by an insulating material 80a, and are also insulated from the processing chamber 70 by an insulating material 80b. A high-frequency power source 81 and a high-frequency power source 82 are connected to each electrode, and the high-frequency power source 81 and the high-frequency power source 82 generate the same frequency (100 MHz in this embodiment) with a phase shift. To be applied.
[0111]
When high frequencies having different phases are applied to the counter electrode 71a and the counter electrode 71b, a high frequency electric field is generated between the counter electrode 71a and the counter electrode 71b. When the phase is shifted by 180 degrees, a high-frequency electric field can be generated most efficiently, and when the phase shift is 0 degree, the high-frequency electric field becomes the weakest. By controlling the power of the phase control and the high-frequency power source: 81, 82, the high-frequency electromagnetic power generated between the counter electrodes 71a, 71b and the high-frequency power generated between the counter electrode 71b and the processing chamber 70 are controlled. The ratio of electromagnetic wave power can be controlled, and the uniformity of the etching process and plasma CVD process can be controlled. Further, by controlling the power of the high-frequency power sources 81 and 82, it is possible to control the supply power ratio by capacitive coupling and to control the uniformity.
[0112]
Furthermore, although two high-frequency power supplies are used in this embodiment, the phase is shifted by inserting capacitance or reactance between the power lines supplied from one power supply to the counter electrodes 71a and 71b. The same effect can be obtained.
[0113]
Next, a twelfth embodiment will be described with reference to FIG.
[0114]
In the processing chamber 70, a stage electrode 52 and a counter electrode 71 are provided to face each other. The processing chamber 70 can be evacuated by an exhaust mechanism (not shown) and set by an etching gas supply mechanism (not shown). A flow rate of etching gas is supplied to maintain the set pressure.
[0115]
The counter electrode 71 is composed of counter electrodes 71a, 71b and 71c, and the electrodes are insulated from each other by insulating materials 80a and 80b made of quartz. Further, the processing chamber 70 is also insulated by the insulating material 80c. A high frequency power source 82 is connected to the counter electrode 71b, a high frequency power source 81 is connected to the counter electrode 71c, and a high frequency power source 81 is connected to the counter electrode 71a via a capacitor 83. The high frequency power source 81 and the high frequency power source 82 are configured to amplify the signal from the signal generator 97, and the signal generator 97 can control the phase and amplitude of the high frequency signal supplied to each power source. ing. In this embodiment, the signal frequency is 100 MHz.
[0116]
Corresponding electrodes: 71a, 71b, 71c are grounded through a low-pass filter (not shown) so that a 10 MHz frequency of bias power source 56 passes through, and a high frequency current of the bias power source 56 flows through the counter electrode. is there.
[0117]
The counter electrode 71 is provided with refrigerant flow paths 84a, 84b and 84c, connected to a circulator (not shown), and a temperature-controlled 15 ° C. refrigerant circulates.
[0118]
The counter electrode 71 is provided with etching gas supply passages 85a, 85b, and 85c, and an etching gas is supplied from an etching gas supply source (not shown) and ejected from gas supply ports 86a, 86b, and 86c. .
[0119]
Cover plates: 87a, 87b, 87c are fixed to the counter electrode: 71. The cover plate: 87a is made of a silicon single crystal plate, and the gas supply port: 86aa is provided at a position corresponding to the gas supply port: 86a, and the size thereof is from 1/4 to 1/10 of the gas supply port: 86a. It has become. The cover plate: 87b is made of a silicon single crystal plate, and the gas supply port: 86bb is provided at a position corresponding to the gas supply port: 86a, and its size is from 1/4 to 1 / of the gas supply port: 86a. It is 10. Cover plate: 87c is made of SiC.
[0120]
The processing chamber: 70 is provided with flow paths: 93a and 93b, and a temperature-controlled 50 ° C. refrigerant is circulated from a circulator (not shown), and the temperature of the inner wall surface of the processing chamber is ± 5 ° C. Can be controlled.
[0121]
Further, confinement plates 70 a and 70 b are integrally formed in the processing chamber 70, and the exhaust path 94 is perpendicular to the magnetic field B formed by the coil 58. In this portion, since the plasma diffuses across the magnetic field, the plasma does not spread and is confined.
[0122]
The stage electrode 52 is configured to be supplied with high frequency power of 10 MHz from the bias power source 56 and is configured not to cause abnormal discharge due to the insulating material 89 and the ground shield 90.
[0123]
The stage electrode 52 is provided with a flow path 88, and a -10 ° C refrigerant is circulated from a circulator (not shown). An electrostatic adsorption mechanism (not shown) is provided on the surface on which the processing substrate 55 of the stage electrode 52 is placed, and helium gas whose pressure is controlled to 3 KPa from a helium gas supply source (not shown) is electrostatically adsorbed to the processing substrate. The temperature of the processing substrate 55 being supplied during the mechanism and being etched is controlled to 50 ° C. to 100 ° C.
[0124]
A quartz cover: 91 is provided around the stage electrode: 52, and the thickness of the deposition electrode is such that the electric field strength that accelerates ions generated on the quartz cover surface by a high frequency of 10 MHz adheres to the quartz surface. The quartz cover 91 is removed and adjusted to a level that hardly etches. Further, a seal mechanism 92 is provided between the cover 91 and the stage electrode 52, and helium gas supplied between the processing substrate 55 and the electrostatic adsorption mechanism is supplied. As a result, the cover 91 is cooled by the stage electrode 52 and the temperature during the etching process can be controlled in the range of −10 ° C. to + 10 ° C.
[0125]
There is a deposition plate: 95 downstream of the exhaust, and a refrigerant at 25 ° C. circulates in a flow path: 96 formed inside. The deposition plate 95 is provided with fins in a direction that does not increase the exhaust resistance, so that the surface area in contact with the exhaust gas can be increased.
[0126]
Next, an operation example in the etching process according to this embodiment will be described.
[0127]
In this embodiment, a case where an oxide film is etched will be described.
[0128]
Argon and C4F8 gas are mixed and supplied from an etching gas supply source (not shown), and the inside of the processing chamber 70 is controlled to 2 Pa while exhausting. The etching gas is supplied from gas supply ports: 86a, 86aa, 86b, 86bb. At this time, the space between the cover plates 87a, 87b and 87c and the counter electrodes 71b, 71a and 71c is filled with 3 KPa of etching gas, whereby the cover plates 87a, 87b and 87c are temperature controlled counter electrodes 71. And is controlled to a temperature of 15 ° C to 50 ° C.
[0129]
A high frequency signal of 100 MHz is generated from the signal generator 97, high frequency power is supplied from the high frequency power sources 81 and 82 to the counter electrode 71, and discharge due to capacitive coupling is generated between the stage electrode 52 and the counter electrode 52.
[0130]
A high frequency voltage is applied between the counter electrode 71a and the counter electrode 71c by a capacitor 83 with a phase shift of 90 degrees. The high-frequency voltage between the counter electrode 71b and the counter electrode 71a can be set to any deviation from 0 degrees to 180 degrees by phase control of the high-frequency signal by the signal generator 97. Therefore, the high frequency voltage generated between the insulating material 80a can be increased or decreased by the phase control of the signal generator 97 with respect to the high frequency voltage generated between the insulating material 80b. Thereby, the electric power of the electromagnetic wave radiated from between the insulating material: 80a can be made higher or lower than the electric power radiated from between the insulating material: 80b.
[0131]
When power is supplied to a coil 58 from a DC power source (not shown) and a magnetic field of 30 to 40 G is generated, electrons in the plasma are accelerated by electron cyclotron resonance with the radiated 100 MHz electromagnetic wave, and the electron temperature rises and the plasma increases. Density increases, 1x10¹¹cm^-3The above plasma density can be generated. Further, the distribution of the plasma density can be controlled by controlling the radiation electromagnetic wave by the phase control of the high-frequency voltage applied to the counter electrode 71. Further, the plasma distribution due to capacitively coupled discharge can be controlled by controlling the outputs of the high frequency power sources 81 and 82, and the electron temperature distribution can also be controlled by controlling it together with the ratio of the radiated electromagnetic wave.
[0132]
In this example, the capacitively coupled discharge power increased the ratio supplied to the outer peripheral portion, and the discharge due to the radiation of electromagnetic waves increased the supplied power ratio to the central portion. As a result, the electron temperature in the central part is high and the outer peripheral part is low, and generation of fluorine radicals in the outer peripheral part where the decomposition of the etching gas proceeds is suppressed, so that uniform processing can be performed.
[0133]
When processing a large-diameter substrate, the thickness of the deposition film attached to the substrate surface at the center is larger than that at the outer periphery due to the influence of the flow of the etching gas, and the taper angle of the side surface of the etching pattern is also at the center in the etching shape. As a result, the etching shape is different between the central portion and the outer peripheral portion, and it becomes difficult to form a fine etching shape with high accuracy on the entire surface of the large-diameter substrate. In such a case, in the present invention, the plasma density distribution is controlled to be slightly convex distribution by increasing the electromagnetic radiation at the center, and the taper angle of the etching shape can be controlled by increasing the ion current at the center. A highly accurate etching process can be realized on the entire surface of the caliber substrate. Furthermore, in this process, the signal generator 97 signal phase can be set by the recipe of the etching apparatus in the same way as the process conditions are set, so even for processes with different etching conditions such as contact hole etching and through hole etching. , It can be set individually and there is no need to adjust the hardware configuration.
[0134]
Regarding the etching performance, high-density plasma can be generated even at a low pressure of 2 Pa. Therefore, the vertical contact hole can be etched at an etching rate of 900 nm / min, and both fine workability and productivity can be achieved. Regarding the selectivity, the decomposition of the etching gas can be controlled by controlling the electron temperature, and the process conditions that achieve both the fine workability and the selectivity can be expanded.
[0135]
During the etching process, the temperature of the surfaces of the cover plates 87a, 87b, 87c of the counter electrode 71 is controlled, and ions in the plasma are accelerated and incident by the applied high frequency voltage of 100 MHz. No deposition film is formed, and the surface of the silicon plate is slightly etched on the surface of the cover plates 87a and 87b, and SiC is slightly etched on the surface of the cover plate 87c, so that a new surface is always exposed. The reaction and outgassing are kept constant.
[0136]
Similarly, the surface of the cover: 91 of the stage electrode 52 is also slightly etched on the surface of the quartz by acceleration of incident ions by applying bias power and temperature control, and the reaction and gas emission at the surface are kept constant.
[0137]
Since the inner wall surface of the processing chamber 70 is grounded, incident ions are hardly accelerated, and a polymer film of C and F is formed on the inner wall surface. Since the surface is always formed with a new film, it can always be kept in a constant state, and since the surface temperature is kept at 50 ° C., there is no gas release from the deposition film, and the surface state and gas release are constant. Can be kept in.
[0138]
As a result, changes in etching characteristics due to repeated etching processes can be prevented, and no deposition film is formed on the counter electrode 71 and the stage electrode 52, and there is no surface alteration, so that dust is hardly generated. Since the surface of the processing chamber 70 to which the deposition film adheres is maintained at a constant temperature as described above, no force due to expansion or the like is generated between the adhesion film and the wall surface of the processing chamber, and the film is peeled off. Does not occur. With this and the countermeasures of the counter electrode and the stage electrode, the generation of dust can be greatly reduced in this embodiment.
[0139]
In the above embodiment, etching and CVD have been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and it is obvious that the present invention can be similarly applied to a process using plasma such as plasma polymerization and sputtering. is there.
[0140]
Regarding the frequency of the high-frequency power source for generating plasma, in this embodiment, the case where the frequency is 68 MHz and 100 MHz has been described. However, this is a description of the condition in which the electromagnetic wave radiation effect is high. The same effect can be obtained by increasing the high frequency voltage. In principle, the frequency is not limited to a frequency, but the frequency at which an experimental effect has been confirmed at present is 10 MHz or more. Higher frequencies can be used in principle, but in terms of practicality, it is difficult to make a power supply at this time, a waveguide is required, the discharge voltage in capacitively coupled discharge is low, and electromagnetic radiation power cannot be increased. Since there is a problem, this example has not been described.
[0141]
In this embodiment, the magnetic field strength is described mainly in the vicinity of the electron cyclotron resonance condition. However, the experimental results show that the plasma density is improved even under a magnetic field condition of about 1/3 of the electron cyclotron resonance condition. The change in plasma density with respect to the magnetic field intensity increases with the magnetic field up to the electron cyclotron condition, and further increases the magnetic field intensity, the plasma density decreases. The plasma density level is lowered under the condition that no magnetic field is applied at double the magnetic field strength. Therefore, the magnetic field strength is not limited to the electron cyclotron resonance condition, but the effect is large near the electron cyclotron resonance condition. This phenomenon means that the energy supply from the radiated electromagnetic wave to the plasma can be controlled by the magnetic field by changing the magnetic field intensity, and this shows that the electron energy control can be performed by the magnetic field.
[0142]
In this embodiment, the plasma generation method has been described with a focus on a combined discharge of capacitively coupled discharge and electromagnetic radiation. Since this is intended to control the energy state of the electrons, this is mainly described. However, it is clear that the method of emitting electromagnetic waves by using a configuration in which a high-frequency voltage is applied between insulated conductor members itself can generate plasma, and can be a plasma generation technique. However, in this method, in order to prevent a high-frequency voltage from being lowered due to a capacitive coupling component with plasma, it is necessary to consider that the capacitance formed between the electrode and the plasma is as small as possible.
[0143]
The temperature control of the processing chamber 70 is also set to 50 ° C. in the present embodiment, but is not limited to this. When the temperature of the inner wall surface exceeds 200 ° C., a deposition film is not formed on the surface, and a new deposition surface cannot be formed at all times, and the decomposition of the adhered film also rapidly increases when the temperature exceeds 200 ° C. It is necessary to set the temperature. Practically, 10 ° C. to 80 ° C. is an easy-to-use temperature across the temperature of the environment where the apparatus is used.
[0144]
  In the above embodiment of the present invention,The energy state of the electrons can be controlled independently, thereby controlling the generation of active species and achieving both characteristics that are difficult to achieve with conventional technologies such as high selective etching and high accuracy, high speed etching, or film quality and film formation speed. I did it.
[0145]
  In the above embodiment,The plasma density distribution can be controlled without changing the hardware configuration, and a fine pattern can be etched with high precision over the entire large-diameter substrate.
[0146]
  Also,Generation of dust and plasma processing characteristics due to plasma processing can be prevented, and productivity of semiconductor elements and liquid crystal display elements can be improved.
[0147]
  further,As a result, the processing performance of semiconductor elements, liquid crystal display elements, etc. is improved, and higher performance devices can be produced, and these devices can be produced with high yield and high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of a plasma processing chamber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing another example of the electrode structure shown in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the electrode structure shown in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of a plasma processing chamber according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing the configuration of a plasma processing chamber according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing the configuration of a plasma processing chamber according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a configuration of a plasma processing chamber according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing another example of the electrode structure shown in the fifth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view showing another example of the antenna electrode structure shown in the fifth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory view showing an electrode configuration according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory view showing a plasma processing chamber configuration according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply, 2 ... Electrode, 2 '... Electrode, 2 "... Electrode, 2' '' ... Electrode, 3 ... Support stand, 4 ... Processing object, 5 ... Insulation part, 6 ... Side wall part, 7 ... Gas supply Means 8 ... Conductor wall 8 '... Conductor wall 9 ... Processing chamber 10 ... Power source 11 ... Antenna 11 ... Power source 13 ... Magnetic field generating means 14 ... Electric field generated by antenna 14' ... Peripheral electrode Electric field to be generated, 15 ... magnetic field lines, 16 ... antenna electrode, 17 ... insulator cover, 18 ... electrode portion, 19 ... antenna portion, 20 ... power input end, 21 ... power output end, 22 ... insulating portion, 23 ... outer peripheral electrode 51 ... Processing chamber, 52 ... Stage electrode, 53 ... Counter electrode, 55 ... Processing substrate, 56 ... Bias power source, 57 ... High frequency power source, 58 ... Coil, 70 ... Processing chamber, 71 ... Counter electrode, 81 ... High frequency power source, 82: high frequency power source, 87: cover plate, 91: cover.

Claims (6)

その内側が排気されて減圧される処理室と、この処理室内に配置され処理対象の基板が載置されてこれを支持する支持電極と、この支持電極の空間を空けた上方に略平行に配置されこの支持電極と結合してプラズマを形成するための平板状の電極と、この平板状の電極に高周波の電力を印加する電源と、前記支持電極の上方で前記平板状電極との間の絶縁するための誘電体を介して隣接してこの平板状の電極の外周側に配置された電極であって、前記平板状の電極に供給される高周波と異なる位相の高周波の電力が供給されて前記平板状電極との間で形成される高周波電界が前記処理室内に放射される電極とを備えたプラズマ処理装置。A processing chamber in which the inside is evacuated and decompressed, a support electrode that is placed in the processing chamber and supports the substrate to be processed, and supports the substrate, and a space above the support electrode is disposed substantially in parallel. A flat electrode for forming plasma by being coupled with the support electrode, a power source for applying high-frequency power to the flat electrode, and insulation between the flat electrode above the support electrode An electrode disposed adjacent to the outer periphery of the plate-like electrode via a dielectric for supplying a high-frequency power having a phase different from that of the high-frequency supplied to the plate-like electrode. A plasma processing apparatus comprising: an electrode from which a high-frequency electric field formed between the flat electrodes is radiated into the processing chamber. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記平板状電極が円板状の形状を有し、前記平板状の電極に隣接して配置された電極がこの平板状の電極の外周側に隣接して配置されたプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the flat electrode has a disk shape, and an electrode disposed adjacent to the flat electrode is disposed on an outer peripheral side of the flat electrode. An adjacent plasma processing apparatus. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記隣接して配置された電極が前記処理室の上部に配置されこれを構成する壁部材であるプラズマ処理装置。  3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the adjacent electrode is a wall member that is disposed on and constitutes an upper part of the processing chamber. 請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の外周で前記平板状の電極の下方に配置されこの処理室内に磁場を供給する磁場発生手段を備えたプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a magnetic field generation unit that is disposed under the flat electrode on the outer periphery of the processing chamber and supplies a magnetic field to the processing chamber. apparatus. 減圧された処理室内に配置された支持電極上に処理対象の基板を載置し、この支持電極の空間を空けた上方に略平行に配置され平板状の電極に電源から高周波の電力を印加し前記支持電極と結合してプラズマを形成するとともに、前記支持電極の上方で前記平板状電極との間に絶縁するための誘電体を介して隣接してこの平板状の電極の外周側に配置された電極に前記平板状の電極に供給される高周波と異なる位相の高周波の電力を供給してこの電極と前記平板状電極との間で形成される高周波電界を前記処理室内に放射し前記基板を処理するプラズマ処理方法。A substrate to be processed is placed on a support electrode placed in a decompressed process chamber, and high-frequency power is applied from a power source to a plate-like electrode placed substantially in parallel above the space of the support electrode. It is combined with the support electrode to form plasma, and is disposed on the outer peripheral side of the plate-like electrode adjacent to the plate-like electrode via a dielectric material for insulation with the plate-like electrode. A high frequency electric power having a phase different from that of the high frequency supplied to the flat electrode is supplied to the electrode, and a high frequency electric field formed between the electrode and the flat electrode is radiated into the processing chamber. Plasma processing method for processing. 請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、前記処理室の外周で前記平板状の電極の下方に配置された磁場発生手段から前記処理室内に前記基板に平行な磁場を供給してこの基板を処理するプラズマ処理方法。  6. The plasma processing method according to claim 5, wherein a magnetic field parallel to the substrate is supplied into the processing chamber from a magnetic field generating means disposed below the flat electrode on the outer periphery of the processing chamber. A plasma processing method for processing.

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