JPH11238597A

JPH11238597A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH11238597A
Application number: JP10039958A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Okumura; 智洋奥村; Tadashi Kimura; 忠司木村; Akio Mihashi; 章男三橋; Akizo Watanabe; 彰三渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】均一なプラズマを発生させることができ、か
つ、処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のス
パッタリングによる基板への不純物混入の原因となるよ
うなホローカソード放電の発生を抑制できるプラズマ処
理方法及び装置を提供する。【解決手段】真空容器１内に、ガス供給装置２から所
定のガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３によ
り排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちなが
ら、アンテナ用高周波電源４により１００MHzの高周波
電力を平板状アンテナ５に供給することにより、誘電体
窓６を介して電磁波を真空容器１内に放射すると、真空
容器１内に均一なプラズマが発生し、電極７上に載置さ
れた基板８に対してエッチング、堆積、表面改質等のプ
ラズマ処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体等の電子
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
ッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等のプラズ
マ処理方法及び装置に関し、特に電磁波を用いて励起す
るプラズマを利用するプラズマ処理方法及び装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体等の電子デバイスの微細化に対応
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平８−８３６９６号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。

【０００３】Ｃｌ₂やＳＦ₆等のように負性の強いガス、
言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズマ化
したとき、電子温度が３ｅＶ程度以下になると、電子温
度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成され
る。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によっ
て微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによっ
て起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防止
することができ、極めて微細なパターンのエッチングを
高精度に行うことができる。

【０００４】また、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチ
ングを行う際に一般的に用いられるＣｘＦｙやＣｘＨｙ
Ｆｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素およびフッ素を含
むガスをプラズマ化したとき、電子温度が３ｅＶ程度以
下になると、電子温度が高いときに比べてガスの分解が
抑制され、とくにＦ原子やＦラジカル等の生成が抑えら
れる。Ｆ原子やＦラジカル等はシリコンをエッチングす
る速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッ
チング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。

【０００５】また、電子温度が３ｅＶ以下になると、イ
オン温度も低下するので、プラズマＣＶＤにおける基板
へのイオンダメージを低減することができる。

【０００６】電子温度の低いプラズマを生成できる技術
として現在注目されているのは、電磁波を用いるプラズ
マ源である。これは、真空容器内に電磁波を放射するこ
とによってプラズマを発生させるもので、電磁波を放射
するためのアンテナや誘電体窓の形態としてさまざまな
ものが用いられている。

【０００７】図２２は我々が提案しているスパイラルア
ンテナ方式プラズマ源を搭載したエッチング装置の斜視
図である。図２２において、真空容器１内にガス供給装
置２から所定のガスを導入しつつ排気装置としてのポン
プ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保
ちながら、アンテナ用高周波電源４により５０乃至３０
０ＭＨｚの高周波電力を誘電体窓６上のスパイラルアン
テナ２１に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生
し、電極７上に載置された基板８に対してエッチング、
堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。
このとき、図２２に示すように、電極７にも電極用高周
波電源９により高周波電力を供給することで、基板８に
到達するイオンエネルギーを制御することができる。

【０００８】図２３はスポークアンテナ方式プラズマ源
を搭載したエッチング装置の斜視図である。図２３にお
いて、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを
導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排気を行
い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ
用高周波電源４により５００ＭＨｚの高周波電力を誘電
板窓６上の放射状導電体からなるスポークアンテナ２２
に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生し、電極
７上に載置された基板８に対してエッチング、堆積、表
面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このと
き、図２３に示すように、電極７にも電極用高周波電源
９により高周波電力を供給することで、基板８に到達す
るイオンエネルギーを制御することができる。なお、こ
の方式については、S.Samukawa et al., "New Ultra-Hi
gh-Frequency Plasma Source for Large-Scale Etching
Processes", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12
B(1995)に詳しく述べられている。

【０００９】このように、真空容器内に電磁波を放射す
ることによってプラズマを発生させる方式としてさまざ
まな形態があるが、電磁波のエネルギー吸収のメカニズ
ムは同様の機構で行われているものと考えられている。
図２４に示すように、真空容器１の内壁面は酸化アルミ
ニウム（アルマイト）等の絶縁体で構成されているの
で、その電位はプラズマ空間電位よりも低くなり、表面
近傍は電子密度が非常に小さいイオンシースとなってい
る。真空容器の内壁面がステンレス等の導電体で構成さ
れている場合も、高周波ノイズを放射しないように接地
電位に保持されるから、その電位はプラズマ空間電位よ
りも低くなり、同様に表面近傍は電子密度が非常に小さ
いイオンシースとなる。直流磁界が存在しない場合は、
電子プラズマ周波数f_p（〜数GHz）よりも周波数の低い
電磁波はプラズマ中に浸入できないが、電子プラズマ周
波数f_pは、プラズマ密度N_eの1/2乗に比例するから、イ
オンシースでは電子プラズマ周波数は極端に小さくな
り、電磁波が浸入できる。また、プラズマ中にも、プラ
ズマ表皮深さ（〜c/2πfp〜数cm）までは電磁波が浸入
することができるから、結局、真空容器内で電磁波が伝
搬できる通路はイオンシース+表皮部分となる。この電
磁波が伝搬できる通路を、図２５に示すスパイラルアン
テナ方式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図
の斜線部に示す。図２５からわかるように、電磁波が伝
搬できる通路は、真空容器１の内壁面に沿った部分、す
なわち、内壁表面部である。このことは、スポークアン
テナ方式プラズマ源を搭載したエッチング装置において
も、同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２２
及び図２３に示した従来の方式では、プラズマが均一に
形成できないという問題点があった。プラズマ生成条件
（ガス種、ガス圧力、高周波電力の大きさなど）が変化
すると、プラズマのより高密度の部分が形成される場所
が変化したり、プラズマがちらつく場合がある。また、
真空容器を構成する固体材料に穴状の形状が存在する場
合、穴内部でホローカソード放電が発生し、処理速度の
基板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングに
よる基板への不純物混入の原因となるという問題点があ
った。

【００１１】以下、このような現象が起きる原因につい
て考察してみる。スパイラルアンテナ２１やスポークア
ンテナ２２から放射される電磁波の電界は、アンテナの
構成から容易に推察されるように、基板８に対して概ね
平行である。電磁波の電界は一般に電磁波の進行方向に
対して垂直であるから、アンテナから放射された電磁波
が実際に伝搬できる通路は、図２６に示す斜線部、すな
わち、真空容器１の側壁部分である。ところが、図２２
〜２６には示していないが、一般に真空容器１の側壁に
は、基板８の出し入れを行うためのゲートや、プラズマ
発光をモニタリングするための窓等の穴部分が設けられ
ており、周方向に非対称な形状を有するから、真空容器
１の側壁部分には電磁波が伝搬しやすい経路とそうでな
い経路が存在する。このため、均一なプラズマが形成で
きないものと考えられる。また、電磁波が真空容器１の
下部まで広がってしまうので、先に述べたゲートやプラ
ズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内部にも電
磁波が到達し、ホローカソード放電を引き起こしてしま
う。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
なプラズマを発生させることができ、かつ、処理速度の
基板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングに
よる基板への不純物混入の原因となるようなホローカソ
ード放電の発生を抑制できるプラズマ処理方法及び装置
を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明のプラズ
マ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力
を供給することにより、真空容器の内壁面のうち基板に
対向する面に設けられた誘電体窓を介して真空容器内に
電磁波を放射することによって、真空容器内にプラズマ
を発生させ、基板を処理することを特徴とする。

【００１４】本願の第１発明のプラズマ処理方法におい
て、好適には、平板状アンテナの外径寸法が、誘電体窓
の外径寸法よりも大きいことが望ましい。

【００１５】本願の第２発明のプラズマ処理方法は、真
空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空
容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の電極
に載置された基板に概ね平行な環状アンテナに周波数５
０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することによ
り、真空容器の内壁面のうち基板に対向する面に設けら
れた誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射するこ
とによって、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を
処理することを特徴とする。

【００１６】本願の第３発明のプラズマ処理方法は、真
空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空
容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の電極
に載置された基板に概ね平行な平板状または環状アンテ
ナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより、真空容器の内壁面のうち基板に概ね平
行な環状部に設けられた誘電体窓を介して真空容器内に
電磁波を放射することによって、真空容器内にプラズマ
を発生させ、基板を処理することを特徴とする。

【００１７】本願の第４発明のプラズマ処理方法は、真
空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空
容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の電極
に載置された基板に概ね平行な平板状または環状アンテ
ナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより、真空容器の側面に設けられた誘電体窓
を介して真空容器内に電磁波を放射することによって、
真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理すること
を特徴とする。

【００１８】本願の第４発明のプラズマ処理方法におい
て、誘電体窓が、基板に対向して設けられた真空容器の
凸部の側面に設けられていてもよい。

【００１９】本願の第５発明のプラズマ処理方法は、真
空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空
容器内を所定の圧力に制御しながら、真空容器内の電極
に載置された基板に概ね平行な平板状または環状アンテ
ナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波
を放射することによって、真空容器内にプラズマを発生
させ、基板を処理するプラズマ処理方法であって、誘電
体窓が、基板に対向して設けられた真空容器の凹部の側
面に設けられていることを特徴とする。

【００２０】本願の第１、第２、第３、第４または第５
発明のプラズマ処理方法は、真空容器内に直流磁界が存
在しない場合にとくに有効なプラズマ処理方法である。

【００２１】また、好適には、電磁波の周波数は５０Ｍ
Ｈｚ乃至３００ＭＨｚであることが望ましい。

【００２２】本願の第６発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器の内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電
体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射す
るためのアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至
３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高周波電
源と、真空容器内に基板を載置するための電極とを備え
たプラズマ処理装置であって、アンテナが基板に平行な
面に対して概ね平行な平板状アンテナであることを特徴
とする。

【００２３】本願の第６発明のプラズマ処理装置におい
て、好適には、平板状アンテナの外径寸法が、誘電体窓
の外径寸法よりも大きいことが望ましい。

【００２４】本願の第７発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器の内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電
体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射す
るためのアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至
３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高周波電
源と、真空容器内に基板を載置するための電極とを備え
たプラズマ処理装置であって、アンテナが基板に平行な
面に対して概ね平行な環状アンテナであることを特徴と
する。

【００２５】本願の第８発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器の内壁面のうち基板に概ね平行な環状部に設けられ
た誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を
放射するためのアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨ
ｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高
周波電源と、真空容器内に基板を載置するための電極と
を備えたプラズマ処理装置であって、アンテナが基板に
平行な面に対して概ね平行な平板状または環状アンテナ
であることを特徴とする。

【００２６】本願の第９発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器の側面に設けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して
真空容器内に電磁波を放射するためのアンテナと、アン
テナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供
給することのできる高周波電源と、真空容器内に基板を
載置するための電極とを備えたプラズマ処理装置であっ
て、アンテナが基板に平行な面に対して概ね平行な平板
状または環状アンテナであることを特徴とする。

【００２７】本願の第９発明のプラズマ処理装置におい
て、誘電体窓が、基板に対向して設けられた真空容器の
凸部の側面に設けられていてもよい。

【００２８】本願の第１０発明のプラズマ処理装置は、
真空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供
給装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、誘
電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射
するためのアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃
至３ＧＨｚの高周波電力を供給することのできる高周波
電源と、真空容器内に基板を載置するための電極とを備
えたプラズマ処理装置であって、アンテナが基板に平行
な面に対して概ね平行な平板状または環状アンテナであ
り、かつ、誘電体窓が、基板に対向して設けられた真空
容器の凹部の側面に設けられていることを特徴とする。

【００２９】本願の第６、第７、第８、第９または第１
０発明のプラズマ処理装置は、真空容器内に直流磁界を
印加するためのコイルまたは永久磁石を備えていない場
合にとくに有効なプラズマ処理装置である。

【００３０】また、好適には、アンテナに供給する高周
波電力の周波数は５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであるこ
とが望ましい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態につ
いて、図１及び図２を参照して説明する。

【００３２】図１に、本発明の第１実施形態において用
いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１において、
真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入
しつつ、排気装置としてのポンプ３により排気を行い、
真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高
周波電源４により１００MHzの高周波電力を平板状アン
テナ５に供給することにより、誘電体窓６を介して電磁
波を真空容器１内に放射すると、真空容器１内にプラズ
マが発生し、電極７上に載置された基板８に対してエッ
チング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことが
できる。また、電極７に高周波電力を供給するための電
極用高周波電源９が設けられており、基板８に到達する
イオンエネルギーを制御することができるようになって
いる。なお、誘電体窓６は、基板８に対向する面に設け
られている。

【００３３】平板状アンテナ５は基板８に平行な面に対
して概ね平行に設けられており、真空容器１内に放射す
る電磁波の電界が基板面に対して概ね垂直になるように
構成されている。したがって、真空容器１内で平板状ア
ンテナ５から放射される電磁波が伝搬できる通路は、図
２に示す斜線部となる。つまり、平板状アンテナ５から
放射される電磁波は、誘電体窓６に沿った部分で定在波
を形成し、真空容器１の下部まで広がらないので、ゲー
トやプラズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内
部でホローカソード放電が発生することはない。また、
誘電体窓６と基板８とを所定の距離を隔てて構成するこ
とにより、プラズマを基板８近傍まで拡散輸送し、基板
８の近傍において均一なプラズマを得ることができる。

【００３４】次に、本発明の第２実施形態について、図
３を参照して説明する。図１に示した本発明の第１実施
形態において、平板状アンテナ５の外径寸法が、誘電体
窓６の外径寸法よりも小さい場合について説明したが、
図３に示すように、平板状アンテナ５の外径寸法を、誘
電体窓６の外径寸法よりも大きくなるように構成するこ
とにより、真空容器１内に放射する電磁波の電界の、基
板面に対する垂直性を高めることができる。これは、図
３のような構成にすると、図１のような構成における、
平板状アンテナ５の端部から真空容器１へ向かう電界の
向きが、基板面に対して斜めになってしまうという現象
を避けることができるからである。

【００３５】次に、本発明の第３実施形態について、図
４及び図５を参照して説明する。図４に、本発明の第３
実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示
す。図４において、真空容器１内に、ガス供給装置２か
ら所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３
により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちな
がら、アンテナ用高周波電源４により１００MHzの高周
波電力を環状アンテナ１０に供給することにより、誘電
体窓６を介して電磁波を真空容器１内に放射すると、真
空容器１内にプラズマが発生し、電極７上に載置された
基板８に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズ
マ処理を行うことができる。また、電極７に高周波電力
を供給するための電極用高周波電源９が設けられてお
り、基板８に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができるようになっている。なお、誘電体窓６は、基板
８に対向する面に設けられている。

【００３６】環状アンテナ１０は基板８に平行な面に対
して概ね平行に設けられており、真空容器１内に放射す
る電磁波の電界が基板面に対して概ね垂直になるように
構成されている。したがって、真空容器１内で環状アン
テナ１０から放射される電磁波が伝搬できる通路は、図
５に示す斜線部となる。つまり、環状アンテナ１０から
放射される電磁波は、誘電体窓６に沿った部分で定在波
を形成し、真空容器１の下部まで広がらないので、ゲー
トやプラズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内
部でホローカソード放電が発生することはない。また、
誘電体窓６と基板８とを所定の距離を隔てて構成するこ
とにより、プラズマを基板８近傍まで拡散輸送し、基板
８の近傍において均一なプラズマを得ることができる。
とくに、小さい高周波電力を用いた場合、プラズマの高
密度部がアンテナ直下に形成される傾向があるため、平
板状アンテナ５を用いる図１や図３に示した構成より
も、環状アンテナ１０を用いる図４に示した構成の方
が、基板８に近傍においてより均一なプラズマを得るこ
とができる。

【００３７】なお、図４には、環状アンテナ１０の任意
の部分が等電位となるように、複数の電力供給部を設け
た構成を示したが、電磁波の波長に対して環状アンテナ
１０の大きさが十分小さい場合は、１カ所から電力を供
給する構成としてもよい。

【００３８】次に、本発明の第４実施形態について、図
６及び図７を参照して説明する。図６に、本発明の第４
実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示
す。図６において、真空容器１内に、ガス供給装置２か
ら所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３
により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちな
がら、アンテナ用高周波電源４により１００MHzの高周
波電力を環状アンテナ１０に供給することにより、誘電
体窓６を介して電磁波を真空容器１内に放射すると、真
空容器１内にプラズマが発生し、電極７上に載置された
基板８に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズ
マ処理を行うことができる。また、電極７に高周波電力
を供給するための電極用高周波電源９が設けられてお
り、基板８に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができるようになっている。なお、誘電体窓６は、真空
容器１の内壁面のうち基板８に概ね平行な環状部に設け
られている。

【００３９】環状アンテナ１０は基板８に平行な面に対
して概ね平行に設けられており、真空容器１内に放射す
る電磁波の電界が基板面に対して概ね垂直になるように
構成されている。したがって、真空容器１内で環状アン
テナ１０から放射される電磁波が伝搬できる通路は、図
７に示す斜線部となる。つまり、環状アンテナ１０から
放射される電磁波は、誘電体窓６に沿った部分で定在波
を形成し、真空容器１の下部まで広がらないので、ゲー
トやプラズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内
部でホローカソード放電が発生することはない。また、
誘電体窓６と基板８とを所定の距離を隔てて構成するこ
とにより、プラズマを基板８近傍まで拡散輸送し、基板
８の近傍において均一なプラズマを得ることができる。

【００４０】なお、図６には、環状アンテナ１０の任意
の部分が等電位となるように、複数の電力供給部を設け
た構成を示したが、電磁波の波長に対して環状アンテナ
１０の大きさが十分小さい場合は、１カ所から電力を供
給する構成としてもよい。

【００４１】次に、本発明の第５実施形態について、図
８を参照して説明する。図７に示した本発明の第４実施
形態において、環状アンテナ１０を用いる場合について
説明したが、図８に示すように、平板状アンテナ５を用
いる構成としてもよい。また、図７では誘電体窓６より
も基板８に対向して真空容器１の凸部を設けた構成を例
示したが、図８に示すように、凸部はごく浅くてもよ
く、浅い凸部と環状アンテナ１０を組み合わせた構成
や、深い凸部と平板状アンテナ５を組み合わせた構成も
可能である。

【００４２】次に、本発明の第６実施形態について、図
９及び図１０を参照して説明する。図９に、本発明の第
６実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を
示す。図９において、真空容器１内に、ガス供給装置２
から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ
３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ち
ながら、アンテナ用高周波電源４により１００MHzの高
周波電力を環状アンテナ１０に供給することにより、誘
電体窓６を介して電磁波を真空容器１内に放射すると、
真空容器１内にプラズマが発生し、電極７上に載置され
た基板８に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラ
ズマ処理を行うことができる。また、電極７に高周波電
力を供給するための電極用高周波電源９が設けられてお
り、基板８に到達するイオンエネルギーを制御すること
ができるようになっている。なお、誘電体窓６は、真空
容器１の側面に設けられている。

【００４３】環状アンテナ１０は基板８に平行な面に対
して概ね平行に設けられており、真空容器１内に放射す
る電磁波の電界が基板面に対して概ね垂直になるように
構成されている。したがって、真空容器１内で環状アン
テナ１０から放射される電磁波が伝搬できる通路は、図
１０に示す斜線部となる。つまり、環状アンテナ１０か
ら放射される電磁波は、基板８に対向する面内で定在波
を形成し、真空容器１の下部まで広がらないので、ゲー
トやプラズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内
部でホローカソード放電が発生することはない。また、
誘電体窓６と基板８とを所定の距離を隔てて構成するこ
とにより、プラズマを基板８近傍まで拡散輸送し、基板
８の近傍において均一なプラズマを得ることができる。

【００４４】なお、図９には、環状アンテナ１０の任意
の部分が等電位となるように、複数の電力供給部を設け
た構成を示したが、電磁波の波長に対して環状アンテナ
１０の大きさが十分小さい場合は、１カ所から電力を供
給する構成としてもよい。

【００４５】次に、本発明の第７実施形態について、図
１１を参照して説明する。図９に示した本発明の第６実
施形態において、誘電体窓６が、真空容器１の側面に設
けられている構成を例示したが、図１１に示すように、
基板に対向して設けられた真空容器１の凸部の側面に、
誘電体窓６を設ける構成としてもよい。このような構成
にすると、図９に示した構成と比べて、プラズマの高密
度部が真空容器１の内側よりに形成される。

【００４６】次に、本発明の第８実施形態について、図
１２及び図１３を参照して説明する。

【００４７】図９及び図１１に示した本発明の第６及び
第７実施形態において、環状アンテナ１０を用いる場合
について説明したが、図１２または図１３に示すよう
に、平板状アンテナ５を用いる構成としてもよい。

【００４８】次に、本発明の第９実施形態について、図
１４及び図１５を参照して説明する。

【００４９】図９及び図１１に示した本発明の第６及び
第７実施形態において、環状アンテナ１０の直下が空気
層である場合について説明したが、図１４または図１５
に示すように、環状アンテナ１０の直下まで誘電体窓６
を延長させた構成としてもよい。

【００５０】次に、本発明の第１０実施形態について、
図１６、図１７及び図１８を参照して説明する。

【００５１】図１６に、本発明の第１０実施形態におい
て用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１６にお
いて、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガス
を導入しつつ、排気装置としてのポンプ３により排気を
行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、アンテ
ナ用高周波電源４により１００MHzの高周波電力を平板
状アンテナ５に供給することにより、誘電体窓６を介し
て電磁波を真空容器１内に放射すると、真空容器１内に
プラズマが発生し、電極７上に載置された基板８に対し
てエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行う
ことができる。また、電極７に高周波電力を供給するた
めの電極用高周波電源９が設けられており、基板８に到
達するイオンエネルギーを制御することができるように
なっている。なお、誘電体窓６は、基板８に対向して設
けられた真空容器１の凹部の側面に設けられており、金
属製の天板１１で支えられている。金属製天板１１の斜
視図を図１７に示す。

【００５２】平板状アンテナ５は基板８に平行な面に対
して概ね平行に設けられており、真空容器１内に放射す
る電磁波の電界が基板面に対して概ね垂直になるように
構成されている。したがって、真空容器１内で平板状ア
ンテナ５から放射される電磁波が伝搬できる通路は、図
１８に示す斜線部となる。つまり、平板状アンテナ５か
ら放射される電磁波は、基板８に対向する面内で定在波
を形成し、真空容器１の下部まで広がらないので、ゲー
トやプラズマ発光をモニタリングするための窓等の穴内
部でホローカソード放電が発生することはない。また、
誘電体窓６と基板８とを所定の距離を隔てて構成するこ
とにより、プラズマを基板８近傍まで拡散輸送し、基板
８の近傍において均一なプラズマを得ることができる。

【００５３】次に、本発明の第１１実施形態について、
図１９を参照して説明する。図１６に示した本発明の第
１０実施形態において、平板状アンテナ５の外径寸法
が、誘電体窓６の内径寸法よりも小さい場合について説
明したが、図１９に示すように、平板状アンテナ５の外
径寸法を、誘電体窓６の内径寸法よりも大きくなるよう
に構成してもよい。

【００５４】次に、本発明の第１２実施形態について、
図２０を参照して説明する。図１６に示した本発明の第
１０実施形態において、平板状アンテナ５を用いる場合
について説明したが、図２０に示すように、環状アンテ
ナ１０を用いる構成としてもよい。

【００５５】次に、本発明の第１３実施形態について、
図２１を参照して説明する。図１６に示した本発明の第
１０実施形態において、平板状アンテナ５の直下が空気
層である場合について説明したが、図２１に示すよう
に、平板状アンテナ５の直下まで誘電体窓６を延長させ
た構成としてもよい。

【００５６】以上述べた本発明の実施形態においては、
本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、アンテナの
形状及び配置、誘電体窓の形状及び配置に関して様々な
バリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本
発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバ
リエーションが考えられることは、いうまでもない。

【００５７】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、アンテナに１００ＭＨｚの高周波電力を供給する場
合について説明したが、アンテナの形態や周波数はこれ
に限定されるものではなく、５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの
周波数を用いるプラズマ処理方法及び装置において、本
発明は有効である。とくに、５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨ
ｚの周波数を用いた場合、低圧力下でも放電が開始しや
すいという利点があるため、低圧力下で基板を処理した
い場合はこの範囲の周波数を用いることが望ましい。

【００５８】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、真空容器内に直流磁界が存在しない場合について説
明したが、電磁波がプラズマ中に浸入できるようになる
ほどの大きな直流磁界が存在しない場合、例えば、着火
性の改善のために数十ガウス程度の小さな直流磁界を用
いる場合においても、本発明は有効である。しかし、本
発明は、真空容器内に直流磁界が存在しない場合にとく
に有効である。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願の
第１発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガ
スを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、真空容器内の電極に載置された
基板に概ね平行な平板状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃
至３ＧＨｚの高周波電力を供給することにより、真空容
器の内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電体
窓を介して真空容器内に電磁波を放射することによっ
て、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を処理する
ため、均一なプラズマを発生させることができ、かつ、
処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッ
タリングによる基板への不純物混入の原因となるような
ホローカソード放電の発生を抑制できる。

【００６０】また、本願の第２発明のプラズマ処理方法
によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を
排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空
容器内の電極に載置された基板に概ね平行な環状アンテ
ナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給
することにより、真空容器の内壁面のうち基板に対向す
る面に設けられた誘電体窓を介して真空容器内に電磁波
を放射することによって、真空容器内にプラズマを発生
させ、基板を処理するため、均一なプラズマを発生させ
ることができ、かつ、処理速度の基板面内均一性の悪化
や、固体材料のスパッタリングによる基板への不純物混
入の原因となるようなホローカソード放電の発生を抑制
できる。

【００６１】また、本願の第３発明のプラズマ処理方法
によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を
排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空
容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状また
は環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周
波電力を供給することにより、真空容器の内壁面のうち
基板に概ね平行な環状部に設けられた誘電体窓を介して
真空容器内に電磁波を放射することによって、真空容器
内にプラズマを発生させ、基板を処理するため、均一な
プラズマを発生させることができ、かつ、処理速度の基
板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによ
る基板への不純物混入の原因となるようなホローカソー
ド放電の発生を抑制できる。

【００６２】また、本願の第４発明のプラズマ処理方法
によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を
排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空
容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状また
は環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周
波電力を供給することにより、真空容器の側面に設けら
れた誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射するこ
とによって、真空容器内にプラズマを発生させ、基板を
処理するため、均一なプラズマを発生させることがで
き、かつ、処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材
料のスパッタリングによる基板への不純物混入の原因と
なるようなホローカソード放電の発生を抑制できる。

【００６３】また、本願の第５発明のプラズマ処理方法
によれば、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を
排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、真空
容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状また
は環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周
波電力を供給することにより、誘電体窓を介して真空容
器内に電磁波を放射することによって、真空容器内にプ
ラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方法で
あって、誘電体窓が、基板に対向して設けられた真空容
器の凹部の側面に設けられているため、均一なプラズマ
を発生させることができ、かつ、処理速度の基板面内均
一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによる基板へ
の不純物混入の原因となるようなホローカソード放電の
発生を抑制できる。

【００６４】また、本願の第６発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する面に設
けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電
磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周波数５
０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することので
きる高周波電源と、真空容器内に基板を載置するための
電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アンテナが
基板に平行な面に対して概ね平行な平板状アンテナであ
るため、均一なプラズマを発生させることができ、か
つ、処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のス
パッタリングによる基板への不純物混入の原因となるよ
うなホローカソード放電の発生を抑制できる。

【００６５】また、本願の第７発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する面に設
けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電
磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周波数５
０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することので
きる高周波電源と、真空容器内に基板を載置するための
電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アンテナが
基板に平行な面に対して概ね平行な平板状アンテナであ
るため、均一なプラズマを発生させることができ、か
つ、処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のス
パッタリングによる基板への不純物混入の原因となるよ
うなホローカソード放電の発生を抑制できる。

【００６６】また、本願の第８発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器の内壁面のうち基板に概ね平行な環状
部に設けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器
内に電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周
波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給するこ
とのできる高周波電源と、真空容器内に基板を載置する
ための電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アン
テナが基板に平行な面に対して概ね平行な平板状または
環状アンテナであるため、均一なプラズマを発生させる
ことができ、かつ、処理速度の基板面内均一性の悪化
や、固体材料のスパッタリングによる基板への不純物混
入の原因となるようなホローカソード放電の発生を抑制
できる。

【００６７】また、本願の第９発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器の側面に設けられた誘電体窓と、誘電
体窓を介して真空容器内に電磁波を放射するためのアン
テナと、アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高
周波電力を供給することのできる高周波電源と、真空容
器内に基板を載置するための電極とを備えたプラズマ処
理装置であって、アンテナが基板に平行な面に対して概
ね平行な平板状または環状アンテナであるため、均一な
プラズマを発生させることができ、かつ、処理速度の基
板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによ
る基板への不純物混入の原因となるようなホローカソー
ド放電の発生を抑制できる。

【００６８】また、本願の第１０発明のプラズマ処理装
置によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給する
ためのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排
気装置と、誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に
電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周波数
５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給することの
できる高周波電源と、真空容器内に基板を載置するため
の電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アンテナ
が基板に平行な面に対して概ね平行な平板状または環状
アンテナであり、かつ、誘電体窓が、基板に対向して設
けられた真空容器の凹部の側面に設けられているため、
均一なプラズマを発生させることができ、かつ、処理速
度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリン
グによる基板への不純物混入の原因となるようなホロー
カソード放電の発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図２】本発明の第１実施形態における、平板状アンテ
ナから放射される電磁波が伝搬できる通路を示す断面図

【図３】本発明の第２実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図４】本発明の第３実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図５】本発明の第３実施形態における、環状アンテナ
から放射される電磁波が伝搬できる通路を示す断面図

【図６】本発明の第４実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図７】本発明の第４実施形態における、環状アンテナ
から放射される電磁波が伝搬できる通路を示す断面図

【図８】本発明の第５実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図９】本発明の第６実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図

【図１０】本発明の第６実施形態における、環状アンテ
ナから放射される電磁波が伝搬できる通路を示す断面図

【図１１】本発明の第７実施形態で用いたプラズマ処理
装置の構成を示す断面図

【図１２】本発明の第８実施形態で用いたプラズマ処理
装置の構成を示す断面図

【図１３】本発明の第８実施形態で用いたプラズマ処理
装置の構成を示す断面図

【図１４】本発明の第９実施形態で用いたプラズマ処理
装置の構成を示す断面図

【図１５】本発明の第９実施形態で用いたプラズマ処理
装置の構成を示す断面図

【図１６】本発明の第１０実施形態で用いたプラズマ処
理装置の構成を示す断面図

【図１７】本発明の第１０実施形態における、金属製天
板の斜視図

【図１８】本発明の第１０実施形態における、平板状ア
ンテナから放射される電磁波が伝搬できる通路を示す断
面図

【図１９】本発明の第１１実施形態で用いたプラズマ処
理装置の構成を示す断面図

【図２０】本発明の第１２実施形態で用いたプラズマ処
理装置の構成を示す断面図

【図２１】本発明の第１３実施形態で用いたプラズマ処
理装置の構成を示す断面図

【図２２】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図

【図２３】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示
す斜視図

【図２４】従来例における、真空容器の内壁近傍の状態
を示す模式図

【図２５】従来例における、電磁波が伝搬できる通路を
示す模式図

【図２６】従来例における、アンテナから放射された電
磁波が実際に伝搬できる通路を示す模式図

【符号の説明】

１・・・真空容器２・・・ガス供給ユニット３・・・ポンプ４・・・アンテナ用高周波電源５・・・平板状アンテナ６・・・誘電体窓７・・・電極８・・・基板９・・・電極用高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/302 Ｂ (72)発明者渡辺彰三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力
を供給することにより、真空容器の内壁面のうち基板に
対向する面に設けられた誘電体窓を介して真空容器内に
電磁波を放射することによって、真空容器内にプラズマ
を発生させ、基板を処理することを特徴とするプラズマ
処理方法。
【請求項２】平板状アンテナの外径寸法が、誘電体窓
の外径寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項１記
載のプラズマ処理方法。
【請求項３】真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な環状ア
ンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を
供給することにより、真空容器の内壁面のうち基板に対
向する面に設けられた誘電体窓を介して真空容器内に電
磁波を放射することによって、真空容器内にプラズマを
発生させ、基板を処理することを特徴とするプラズマ処
理方法。
【請求項４】真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
または環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの
高周波電力を供給することにより、真空容器の内壁面の
うち基板に概ね平行な環状部に設けられた誘電体窓を介
して真空容器内に電磁波を放射することによって、真空
容器内にプラズマを発生させ、基板を処理することを特
徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
または環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの
高周波電力を供給することにより、真空容器の側面に設
けられた誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射す
ることによって、真空容器内にプラズマを発生させ、基
板を処理するプラズマ処理方法。
【請求項６】誘電体窓が、基板に対向して設けられた
真空容器の凸部の側面に設けられていることを特徴とす
る、請求項５記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
または環状アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの
高周波電力を供給することにより、誘電体窓を介して真
空容器内に電磁波を放射することによって、真空容器内
にプラズマを発生させ、基板を処理するプラズマ処理方
法であって、誘電体窓が、基板に対向して設けられた真
空容器の凹部の側面に設けられていることを特徴とする
プラズマ処理方法。
【請求項８】真空容器内に直流磁界が存在しないこと
を特徴とする、請求項１、３、４、５または７記載のプ
ラズマ処理方法。
【請求項９】電磁波の周波数が５０ＭＨｚ乃至３００
ＭＨｚであることを特徴とする、請求項１、３、４、５
または７記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】真空容器と、真空容器内にガスを供給
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する
面に設けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器
内に電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周
波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給するこ
とのできる高周波電源と、真空容器内に基板を載置する
ための電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アン
テナが基板に平行な面に対して概ね平行な平板状アンテ
ナであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】平板状アンテナの外径寸法が、誘電体
窓の外径寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項１
０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】真空容器と、真空容器内にガスを供給
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する
面に設けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器
内に電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周
波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給するこ
とのできる高周波電源と、真空容器内に基板を載置する
ための電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アン
テナが基板に平行な面に対して概ね平行な環状アンテナ
であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】真空容器と、真空容器内にガスを供給
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、真空容器の内壁面のうち基板に概ね平行
な環状部に設けられた誘電体窓と、誘電体窓を介して真
空容器内に電磁波を放射するためのアンテナと、アンテ
ナに周波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給
することのできる高周波電源と、真空容器内に基板を載
置するための電極とを備えたプラズマ処理装置であっ
て、アンテナが基板に平行な面に対して概ね平行な平板
状または環状アンテナであることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項１４】真空容器と、真空容器内にガスを供給
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、真空容器の側面に設けられた誘電体窓
と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射するた
めのアンテナと、アンテナに周波数５０ＭＨｚ乃至３Ｇ
Ｈｚの高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、真空容器内に基板を載置するための電極とを備えた
プラズマ処理装置であって、アンテナが基板に平行な面
に対して概ね平行な平板状または環状アンテナであるこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】誘電体窓が、基板に対向して設けられ
た真空容器の凸部の側面に設けられていることを特徴と
する、請求項１４記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】真空容器と、真空容器内にガスを供給
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器
内に電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに周
波数５０ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの高周波電力を供給するこ
とのできる高周波電源と、真空容器内に基板を載置する
ための電極とを備えたプラズマ処理装置であって、アン
テナが基板に平行な面に対して概ね平行な平板状または
環状アンテナであり、かつ、誘電体窓が、基板に対向し
て設けられた真空容器の凹部の側面に設けられているこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】真空容器内に直流磁界を印加するため
のコイルまたは永久磁石を備えていないことを特徴とす
る、請求項１０、１２、１３、１４または１６記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項１８】アンテナに供給する高周波電力の周波
数が５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであることを特徴とす
る、請求項１０、１２、１３、１４または１６記載のプ
ラズマ処理装置。