(57)【要約】【課題】本発明は、ヘリカル型プラズマ源を用いてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、ラジカルとイオンを独立に制御できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明は、第一のプラズマ生成部と第二のプラズマ生成部とを具備するプラズマ処理室と第一のプラズマ生成部の外周を巻回するヘリカルコイルに高周波電力を供給する第一の高周波電源と第二のプラズマ生成部内に配置され試料を載置する試料台に高周波電力を供給する第二の高周波電源と第一のプラズマ生成部と第二のプラズマ生成部を隔離し第一のプラズマ生成部で生成されたラジカルを第二のプラズマ生成部に供給する分散板とを備え、分散板は絶縁体の第一の分散板と導体の第二の分散板とを具備し第一の分散板は第二の分散板を介して試料台と対向し第二の分散板はヘリカルコイルのアース端子に接続されているプラズマ処理装置である。【選択図】図１
2015050362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のプラズマ生成部と第二のプラズマ生成部とを具備するプラズマ処理室と、前記第一のプラズマ生成部の外周を巻回するヘリカルコイルと、前記ヘリカルコイルに高周波電力を供給する第一の高周波電源と、前記第二のプラズマ生成部内に配置され試料を載置する試料台と、前記試料台に高周波電力を供給する第二の高周波電源と、前記第一のプラズマ生成部と前記第二のプラズマ生成部を隔離するとともに前記試料台と対向し前記第一のプラズマ生成部で生成されたラジカルを前記第二のプラズマ生成部に供給する孔を有する分散板とを備えるプラズマ処理装置において、
前記分散板は、絶縁体の第一の分散板と導体の第二の分散板とを具備し、
前記第一の分散板は、前記第二の分散板を介して前記試料台と対向し、
前記第二の分散板は、前記ヘリカルコイルのアース端子に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記分散板の全面積に対する前記孔の面積の割合を５５％以下とすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のプラズマ生成部にガスが供給されている場合だけ前記分散板から前記第二のプラズマ生成部にガスを供給する制御が行われることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記試料台に供給された高周波電力の位相と異なる位相に前記分散板の電位の位相を整合させる位相整合器を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記絶縁体は、石英であり、
前記ヘリカルコイルの両端がアース端子であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチングやＰｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ(Ｐｌａｓｍａ  ＣＶＤ)やアッシングなどのプラズマを用いて被処理物を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化に伴い、さまざまな反応ガスに対するプラズマ耐性が大きく、より緻密な材料が半導体素子に多く使用されるようになってきた。例えば、アッシング装置では、多層レジストで使用されるSiが含有されたホトレジストや、中間層に犠牲層として用いられるアモルファスカーボン等は非常に緻密で、酸素ガスによるアッシングの耐性も大きく、従来のアッシング装置による処理では除去が難しくなってきた。
【０００３】
また、Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ(以下、プラズマＣＶＤと称する)の装置においては、例えば保護層を形成するときに、より薄膜化されたパッシベーション膜で高い耐水性が要求されるため、形成されるパッシベーション膜をより緻密に仕上げる必要がでてきた。また、アッシング装置やプラズマＣＶＤ装置においては、処理時間の短縮化も生産性確保の上では重要な要求性能である。このため、従来得られていた高いラジカル密度を保ったまま加工性を確保しつつ、緻密化に対応させる必要がある。
【０００４】
一方エッチング装置においては、微細化に伴いエッチング加工時のマスクの高さが相対的に低くなってきたため、このマスク材はできるだけ削らす、エッチングしたい材料膜だけを選択的にエッチング除去する効果の大きいラジカルの密度を選択的に増加させ、表面に増加させたラジカルを供給できる技術や装置が求められている。このような課題に対しては、イオンとラジカルの独立な制御が求められる。
【０００５】
プラズマ処理装置の先行技術として特許文献１には、アッシング装置等のプラズマ装置に適用されるプラズマ形成用の螺旋共振装置が開示されている。この装置では、全波長モードで共振するコイル(螺旋共振コイル：ヘリカル型)によって定在波を誘導し、減圧容器内に誘導電界を発生させることにより、位相電圧と逆位相電圧を互いに相殺し、位相電位の切り替わり点、すなわち、電位が略ゼロのノードにおいて、誘導結合によって極めて電位の低いプラズマを励起し得る螺旋共振装置である。このタイプのプラズマ源は、ヘリカル型と呼ばれ、このヘリカル型プラズマ源においては、螺旋コイルのそれぞれの位置で変動電位が制御できるため、プラズマの自己収束性が高く、他の高周波の外乱を受けにくい。
【０００６】
また、特許文献２には、プラズマＣＶＤ装置において、上部誘導結合プラズマ放電部と下部の容量結合プラズマ放電部を貫通孔と新規ガス導入機構を有する仕切り部で分けてそれぞれの放電部を独立に制御できるプラズマＣＶＤ装置が開示されている。また、特許文献３には、リモート・プラズマ・システムで励起されたラジカルをチャンバーに導いて、Ｓｉ系ガスとＮ系ガスを交互に供給してＳｉＮを形成するＣＶＤ装置が開示されている。
【０００７】
さらに特許文献４では、第1のプラズマチャンバーで生成したプラズマから電子束を第2のプラズマチャンバー壁にＤＣ電位を与えて発生する電位差で引き出し、浮遊、もしくはＤＣ電位状態にある基板に中性ビームとして導入する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０００−５０１５６８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２７３０７号公報
【特許文献３】ＵＳ２００３／００５９５３５Ａ１
【特許文献４】特表２０１１−５１８４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されたヘリカル型プラズマ源ではイオンとラジカルの独立制御は困難である。また、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ装置は、上部に主に誘導結合プラズマ放電部を設けることが記載されているが、仕切り部には容量結合型のプラズマ源の高周波電力が供給されており、この仕切り部の上側表面でもプラズマが発生することは明白である。このため、厳密に言うと上部誘導結合プラズマ放電部と下部の容量結合プラズマ放電部の明確な分離ができていないため、それぞれの独立制御は難しい。
【００１０】
また、特許文献３に開示されたＣＶＤ装置のチャンバーは、水冷等のコールドチャンバーで、ＲＦ等の第２のエネルギー印加手段はなく、リモート・プラズマ・システム以外の他のプラズマ励起手段も存在していない。このため、イオンが存在しないことが前提の機構になっており、イオンとラジカルの存在比等の制御は困難である。
【００１１】
さらに特許文献４に開示された先行技術では、第１プラズマチャンバーと第２プラズマチャンバーの間に設ける分離部材を多孔板の石英、アルミナもしくは導電性コーティング材としているが、積極的にこの分離部材の電位を制御していない。また、第２のプラズマチャンバーは、第1のプラズマチャンバーから引き出された電子束でプラズマを形成し、その電位を第２のプラズマチャンバーの側壁に設けたＤＣ電位で制御しているに過ぎない。
【００１２】
また、新たな高周波プラズマ形成の電力は与えられてないので、電位は制御できても、プラズマ内ガス分子のクラッキングやラジカル生成を独立に制御できているとは言えない。さらに、数ｋＶの高い電位を与えて、ＤＣ放電を発生させることもこの機器の構成上では可能であるが、そのような高い電圧を基板側チャンバーに導入するのは、浮遊、もしくはＤＣ状態にある基板上の素子損傷を招き好ましくない。
【００１３】
このため、本発明は、ヘリカル型プラズマ源を用いてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、ラジカルとイオンを独立に制御できるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第一のプラズマ生成部と第二のプラズマ生成部とを具備するプラズマ処理室と、前記第一のプラズマ生成部の外周を巻回するヘリカルコイルと、前記ヘリカルコイルに高周波電力を供給する第一の高周波電源と、前記第二のプラズマ生成部内に配置され試料を載置する試料台と、前記試料台に高周波電力を供給する第二の高周波電源と、前記第一のプラズマ生成部と前記第二のプラズマ生成部を隔離するとともに前記試料台と対向し前記第一のプラズマ生成部で生成されたラジカルを前記第二のプラズマ生成部に供給する孔を有する分散板とを備えるプラズマ処理装置において、前記分散板は、絶縁体の第一の分散板と導体の第二の分散板とを具備し、前記第一の分散板は、前記第二の分散板を介して前記試料台と対向し、前記第二の分散板は、前記ヘリカルコイルのアース端子に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ヘリカル型プラズマ源を用いてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、ラジカルとイオンを独立に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るプラズマアッシング装置の概略断面図である。
【図２】分散板の開口率に対するプラズマ密度の減衰率の依存性を示す図である。
【図３】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図４】本発明に係るプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の各実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、本発明に係るプラズマアッシング装置について説明する。図１は、本発明に係るプラズマアッシング装置の概略断面図である。第一のプラズマ生成部である第一の放電部１は、絶縁カバー６と、絶縁チャンバー１１と、第一の分散板２１とによって囲われた放電空間で形成されている。第一の放電部１の最上部には、第一の放電部１でプラズマ化させるためのガスを供給する第一のガス供給口５が設けられている。
【００１９】
また、絶縁チャンバー１１の外側には、ヘリカル型プラズマ源を形成するためのヘリカルコイル８が巻回されている。第一の高周波電源１４からの高周波電力は、導入端子１５と銅版１３を介してヘリカルコイル８の給電点１２の位置に供給される。この高周波電力は、波長やインピーダンスが反射波が小さくなるように、言い換えると、このヘリカルコイル８のコイル上端アース端子９とコイル下端アース端子１０の間のコイル長さをちょうど1波長となるように自動調整されている。
【００２０】
このため、絶縁チャンバー１１の中の電界は、コイル上端アース端９とコイル下端アース端１０とヘリカルコイル８の３点がアース電位となる定在波が形成される。このヘリカル型プラズマ源では、この３点のアース位置にプラズマリング１９が形成されるが、このヘリカルコイル８の中央のアース位置に形成されるプラズマリング１９（模式図として、プラズマリング１９を記入）が最も密度が高く、安定なプラズマとして存在できる。
【００２１】
この放電により、第一の放電部１で形成されたラジカルは、絶縁材の第一の分散板２１に設けられた第一の通過口２３及び金属の第二の分散板２０に設けられた第二の通過口２４を介して第二の放電部４１に拡散していく。本実施例の場合は、第一の通過口２３の孔の位置と第二の通過口２４の孔の位置は上下方向に一致させてあり、なおかつ第二の通過口２４には絶縁材の第一のカラー２２が各孔に取付けられている。
【００２２】
本実施例では、前出の絶縁材と記した部材には、石英を用いたが、本発明は石英に限るものではない。アルミナや窒化シリコン、窒化アルミ等の半導体製造装置用材料を用いても何ら差し支えない。一般に酸素ラジカルは、アルミニウムや酸化アルミニウム（アルミナ）表面への接触による減衰が大きく、石英との接触による減衰は少ないことが知られている。このため、第一の放電部１で形成された酸素ラジカルの減衰を抑制するために、第二の分散板２０のガスの通過口の表面金属を覆い隠すために、絶縁材のカラーを用いた。
【００２３】
第二の分散板２０は、本実施例の場合、銅板３０と金属棒３１を介してヘリカルコイル８のコイル下端アース端子１０の接続先の同一アース点に接続されている。このため、第一の放電部１のプラズマ下端と、第二の分散板２０との電位差はほとんど無いために、第一の放電部１のプラズマが第二の放電部４１側へ引き出されることは無い。一方、ラジカルについては、電気的に中性であるため、供給されたガスと排気口４４から排出されるガスとのバランスで第一の放電部１から第二の放電部４１へわずかな減衰はあるものの大部分のラジカルは拡散していく。
【００２４】
ここで、第一の分散板２１での荷電粒子の通過状況をシュミュレーションした結果について説明する。図２(ａ)は、図１に示すヘリカル型プラズマ源の空間のプラズマ密度を放電部の右半分だけ示した図であり、分散板の開口率が３５％、５５％の場合のそれぞれのプラズマ密度分布を示す。尚、ヘリカル型放電部の下部に用いる分散板の開口率１００％(分散板なし)、５５％、３０％の場合のそれぞれのウエハ位置でのプラズマ密度を拡散方程式を用いて算出した。図２(ｂ)は、それぞれの分散板の開口率に対するプラズマ密度の減衰率における圧力依存性を示す。図２(ｂ)に示すように圧力が高くなるに従い、減衰率が高くなっている。
【００２５】
また、図２(ｃ)は、圧力が１００Ｐａの場合におけるプラズマ密度の減衰率に対する分散板の開口率依存性を示す。図２(ｃ)に示すように１００Ｐａのプラズマ形成条件においては、この分散板が無い場合、プラズマ密度は約１オーダ半（約数十分の１）の減衰しかしない。これに対して開口率が５５％の場合、約３オーダ（１０００分の１）に、３０％の開口率では４オーダ（約１万分の1）に減衰させることができる。
【００２６】
これは、ヘリカル型プラズマ源の原理そのもので、プラズマ形成位置が固定されて十分な距離が保たれており、また、プラズマの最下端の電位がアース電位近くになっていて、荷電粒子の他への電気的な放出が抑制されていることから得られる特徴である。この結果から、第一の放電部１の荷電粒子が、第二の放電部４１のプラズマ生成に影響を与えにくくする密度まで減衰させるには、１００Ｐａの圧力で、分散板が無い状態から１オーダ（１／１０）以下に減じれば、その独立制御の効果が得られると考えられる。このことから、図２(ｃ)より分散板の開口率は５５%以下とすることが望ましい。
【００２７】
次に第二のプラズマ生成部である第二の放電部４１は、プロセスチャンバー４２と、底板４３とで囲まれた空間である。プロセスチャンバー４２の片側面には、試料であるウエハ５１を搬出入するためにプロセスチャンバー４２の一部を切り欠いて、もしくは、溶接で継ぎ足されたウエハ搬送路４５が設けられている。このウエハ搬送路４５に隣接して搬送室(図示せず)との間にゲートバルブ（図示せず）が設けられており、プラズマ処理中は、このゲートバルブが閉じて、プロセスガスを放電部に封じ込めて搬送室に拡散させないようになっていることは言うまでもない。
【００２８】
ウエハ５１は、試料台であるステージ５２上で処理される。ステージ５２には、図示してはいないが、ウエハ５１の温度調整をする機能や、搬送のためのウエハリフトアップ用の機械装置が組み込まれている。ステージ５２には、第二の放電部４１で、容量結合型のプラズマを生成するための高周波電源である第二の高周波電源５５や、ウエハ５１をステージ５２上に静電吸着させて保持するための直流電源５６が、マッチング調整器５４を介して接続されている。また、ステージ５２は、ウエハ５１への伝熱性を増大させるためのＨｅガス供給機構(図示せず)を具備していても良い。さらにステージ５２は、単なる金属体ではなく、前出の機構や、更に放電をウエハ載置面に集中させるための絶縁体（図示せず）やアースシールド(図示せず)の構造を内部に有している。また、プラズマチャンバー４２との方向での放電を抑制するために絶縁カバー５３を取り付けた。尚、図１において、真空をシールするためのパッキン類や、固定するためのボルト、ナット類の記載は省略してある。
【００２９】
次に上述した本発明に係るプラズマアッシング装置を用いたアッシングのプラズマ処理の手順を説明する。ゲートバルブ（図示せず）が開けられて、ウエハ搬送路４５から搬入されたウエハ５１は、ウエハリフトアップ用の機械装置（図示せず）に移載され、ステージ５２に載置される。ウエハ５１は、ステージ５２に直接接触して載置されてもよいし、ウエハリフトアップ用の機械装置（図示せず）のリフター上に載せられたままで、ステージ５２の表面から数ｍｍ程度高い位置に保持されてもよい。ステージ５２上に直接載置された場合は、プロセス処理中に、直流電源５６からのＤＣ電圧で、ステージに静電吸着させてもよい。
【００３０】
次に第一のガス供給口５からアッシング用のプロセスガス、例えば、酸素ガス、窒素ガス、希ガス(ヘリウム、アルゴン、キセノン、クリプトン等)、水素ガス等が供給される。第一の放電部１と第二の放電室４１は、真空計（図示せず）と排気調整弁（図示せず）によって、目的の放電圧力に調整される。ステージ５２は、例えば３００℃に加熱されており、ウエハ５１の温度が３００℃に上昇するまで数秒間その状態で保持する。その後先ず第一の高周波電源１４を起動させて、第一の放電部１のヘリカル型プラズマ源で、プラズマリング１９を形成する。続いて、第二の高周波電源５５を起動して、第二の分散板２０を対向電極とする容量結合型のプラズマをウエハ５１の上方に形成する。ウエハ５１には、容量結合型プラズマで新たに形成された電子やイオンが入射して、高周波バイアスで時間平均的にマイナス電位にウエハ５１の表面が維持されるため、イオンが順次引き込まれて入射して、反応のイオンアシストが可能となる。
【００３１】
一方、ウエハ５１の表面に入射してくるラジカルは、第一の放電部１で形成されたラジカルも含まれる。このため、第一の高周波電源１４の出力や、第一の放電部１の制御条件、例えば、ガス種や流量、さらに圧力に応じて、ウエハ５１に入射するラジカルの密度が調整できる。アッシング処理が終わったら、プロセスガスの供給を止め、パージガスに切り替えるか、真空に排気する。その後、上記の逆の手順で、ウエハ５１は、プロセスチャンバー４２のステージ５２から搬送室（図示せず）に搬出される。このように、イオンアシスト反応は、容量型プラズマ源で、ラジカル密度調整は、ヘリカル型プラズマ源で独立して制御することで、多層レジストで使用されるシリコンが含有されたホトレジストや、中間に犠牲層として用いられたアモルファスカーボン等を簡易に除去できる。従来除去不可能であったガスでもアッシング除去できたり、除去のスピードを増大させたりすることができる。
【００３２】
本実施例でのアッシングプロセスは、被加工物であるウエハが収納されたステージに微弱な高周波バイアスを印加し、荷電粒子（イオン、電子）による表面への電界加速効果を利用して除去し難い膜の表面での反応をイオンアシストする効果を利用する。この際に、主にラジカルを供給する役目を待たせるチャンバー上部の第一の放電部のプラズマ源にヘリカル型を用いる。ヘリカル型の放電部とする理由は、プラズマが形成される周囲の螺旋状コイルの下端がアース電位に接続されており、この位置での壁面では、電子やイオンの荷電粒子が電界による加速エネルギーが極小となるヘリコン波特有の電位制御を利用するためである。
【００３３】
また、チャンバー上部の第一の放電部の空間に発生したラジカルのみを下方に導くために、チャンバー上下を貫通する通過口を有する分散板を設ける。この分散板の電位は、アース電位に制御される。更にこの分散板は、上述のコイル下端の近傍に配置されるため、プラズマ電位との電位差が極小となるように制御するため、積極的に電子やイオンを下部の第2の放電部へ引き出すことがない。また、被加工物であるウエハが載置されたステージには、第二の放電部のプラズマ源として、高周波電力が供給されている。このウエハの上方に新たに発生するプラズマは、上述した分散板に設けられた金属部を対向アースとする容量結合型のプラズマとなる。
【００３４】
このように分散板を設けることで、チャンバー上部の第一の放電部で発生した電子やイオンの荷電粒子は第二の放電空間には積極的には侵入できず、この分散板により電気的にも隔絶される。従って、第二の放電空間のプラズマは第一の放電空間のプラズマとは別に高周波印加条件が設定できる。これによりウエハ表面では、第二の放電空間のプラズマのイオンとラジカルに、別途第一の放電空間で形成されたラジカルが加わり表面反応が進行するので、期待されるイオンとラジカルの独立制御が実現できる。
【００３５】
また、従来の容量結合型プラズマ処理装置では、高圧下でイオンとラジカルを独立に制御することが困難であったが、本発明では、上述した通り、例えば、１０Ｐａ以上の高圧下でもイオンとラジカルを独立に制御できる。
【実施例２】
【００３６】
次に本実施例では、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置について説明する。図３は、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図を示す。尚、図１と同符号のものは、実施例１と同様の構成および機能を有するため、本実施例での説明は省略する。
【００３７】
第一のガス供給口６０は、図１のプラズマアッシング装置のガス供給系（図示せず）とは異なるガス種の制御供給系が接続されていることは言うまでもない。但し、このガス供給口６０からは、Ｓｉを含まないガス、例えば、Ｈ2やＮ2、ＮＨ3やＨｅやＡｒ等のデポ性の弱いガスを流すことを基本としている。第一の放電部１で形成されたこれらのラジカルや、分解成分は、第一の分散板２１や第二の分散板６１で縦方向に貫通させた第一の通過口６２を通して、第二の放電室４１へ輸送拡散される。第二の分散板６１は、新たに設けた第二のガス供給口２７から導入されたＳｉ系を含むガスを、第一のガス分散板２１と第二のガス分散板６１の間に隙間まで導くためのガス流路と、隙間が設けられている。
【００３８】
更に第二の分散板６１には、第二の放電室４１側へ、この第二のガス供給口２７からのガスを流出させるための第二の通過口６４が、第一の通過口６２と干渉しない位置に設けられている。また、この第一の通過口６２には、絶縁材のカラー６３が設けられている。このカラー６３は、第一の分散板２１と第二の分散板６１を貫通して設けられており、第二のガス供給口２７からのガスが、第二の通過口６４側へ簡単にはもれ出ることができないような構造とした。
【００３９】
次に上述したプラズマＣＶＤ装置のプロセス処理の手順について説明する。図1の場合と同様に、第一の放電部1で生成されたラジカルや解離した分子は、第一の通過口６２を介して、第二の放電部４１側へ拡散流出する。ウエハ５１の上方で新たに供給されたＳｉを含むガス、例えば、ＳｉＨ4やＴｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌａｎｅ(以下、ＴＭＳと称する)等は、第二の高周波電源５５からの高周波電力で形成される容量結合型のプラズマ、あるいは、第一の放電部１側から供給されたラジカルや解離分子と反応して分解され、例えばＳｉは主にＮと気相中あるいは表面で反応してＳｉＮを形成する。
【００４０】
一旦、ウエハ５１の表面に付着したガスも、容量結合型の第二の放電部４１のプラズマで形成されたイオンを入射させて、削られたり、再反応したりして、蓄積されていく。一般にイオンの入射をさせながら成膜された膜は緻密で、またパターン側壁の付着が、パターンの底面やパターンの先端の付着量と揃いやすく(ステップカバレッジの改善)従来に無い膜の堆積特性が得られる。
【００４１】
更に、必ず、第一のガス供給口６０からガスが流されているときだけしか、Ｓｉを含むガスは、流すことができないように制御することで、第一の放電部１の内部にこのガスが逆流することがないので、内部は清浄に保たれる。また、本実施例では、プラズマＣＶＤの成膜プロセス処理が終了したあとも、プロセスガスに替わり、窒素かもしくは希ガスの不活性なガスを流し続けながら真空排気する。このようにすることによって単に真空排気したときに壁などの部材から発生するＳｉ系反応性生物分子の第一の放電部１の内部への逆流を防止することができる。
【００４２】
本実施例のプラズマＣＶＤは、上部の第一の放電部の表面を上述した分散板を含めて全て石英製にして、この第一の放電部には、反応性の低い希ガスやＮ2ガスおよびＮＨ3ガスなどを導入して放電させ、ラジカル生成の役割を持たす。この第一の放電部には、処理をしないときにもＮ2ガス等のパージガスを流すことで、デポ性の強い反応性ガスの逆流を抑制できるので、石英の壁は清浄に保つことができる。また、ウエハ処理の合間には、クリーニングのためのフッ素系ガス(例えばＮＦ3ガス)を含むガスや、表面を安定させるための酸素系ガス(例えば、Ｏ2ガス,Ｎ2Ｏガス等）を流す。
【００４３】
下部の第二の放電部では、Ｓｉを含有するガス、例えば、ＳｉＨ4ガスやＴＭＳ等のガスが上述した分散板の貫通口とは別に設けられたガス供給口から第二の放電部に放出され、分解されてＳｉＮ等の膜をウエハ表面に堆積させることができる。さらに、ウエハは静電吸着してもしなくても良いが、第二の放電部で発生させたイオンのアシスト効果により、表面に付着する膜の緻密性や被覆性を改善できるバイアスＣＶＤと同じような役割を持たせることで、より強固な膜が形成できる。
【実施例３】
【００４４】
次に本実施例では、本発明に係るプラズマエッチング装置について説明する。図４は、本発明に係るプラズマエッチング装置の概略断面図である。尚、図１および図３と同符号のものは、実施例１および実施例２と同様の構成および機能を有するため、本実施例での説明は省略する。
【００４５】
第二の分散板６５は、新たに直接水冷するための冷却水を供給する冷却水供給口６６と冷却溝６７とが新たに設けられている。第二の分散板６５の第二の放電部４１側の表面は、イットリア溶射膜(図示せず)や、アルミナ溶射膜(図示せず)、もしくは絶縁材のライニング材（図示せず）で覆われていて、これらのコーティングによりプラズマエッチングの腐食性ガスから保護されている。第一のガス供給口６８は、エッチングに適したガスの供給設備（図示せず）に接続されている。また、第二のガス供給口６９も、エッチングのプロセスガスや、処理の合間のプラズマクリーニング用ガスなどの供給設備（図示せず）に接続されている。
【００４６】
更に第二の高周波電源７０は、ステージ７１に印加する高周波電力の位相から指示されただけずらした位相を形成する出力線を有しており、同軸ケーブル３７と導入端子１８、と33’’の銅版７２を介して位相整合器３５に接続されている。位相整合器３５は、コイル下端のアース端の電位を取り込み、銅板７３および金属棒３１を介して、第二の分散板６５の電位の位相をステージ７１に印加された高周波電力の位相と異なる位相に整合させる。しかしながら、ヘリカルコイル８に対するこの位相整合器３５の接続点は、その他の部位でもよい。また、ステージ７１は、約６０℃の表面制御温度、および静電吸着が可能な機能を有する電極である。
【００４７】
次に上述したプラズマエッチング装置のプロセス処理の手順について説明する。分解されたり、活性化されたりしたプロセスガスのラジカルを第一の通過口６２から第二の放電部４１へ流出拡散させるのは、実施例２と同様である。第二の放電部４１でプラズマを形成するために第二の高周波電源７０が起動されるが、この高周波の位相から予めエッチング条件で指定されただけずらした位相で第二の分散板６５の電位が制御される。ウエハ５１の空間上に発生したプラズマの位相を制御して、エッチングに最適なウエハ５１へ入射するイオンの加速電圧を制御できるようにした。
【００４８】
次に第一の放電部１からのラジカル量と、この第二の放電部４１でのプラズマ位相制御により、それぞれ独立に制御できる。Ｓｉの等方的なエッチングを塩素ガスで進行させたるために、塩素ガスを導入した第一の放電部1の印加電力を増加させてプラズマ密度を増大させ、多量の塩素ラジカルを形成する。この塩素ラジカルを主にエッチングを進行させることで、Ｓｉの等方的なエッチング形状を得ることができる。また、例えば、第二の放電部４１への投入電力を増大させて、高密度のプラズマを発生させ、なおかつ位相制御することで、イオンリッチな異方性の高いエッチング形状を得ることができる。さらに単に容量結合型のプラズマ源だけを用いた場合に比べて、ヘリカル型プラズマ源からの供給ラジカル量を増大させることで、エッチング速度を大きく保つエッチングが達成できる。
【００４９】
このように、本発明によれば、ヘリカル型プラズマ源で生成されるラジカルをウエハ上に形成されるプラズマとは別に、独立して生成でき、それをウエハ上に流出拡散させることができるので、今までの実現が難しかったプロセスのブレークスルーができ、新たな半導体デバイス製造プロセス開発が可能となる効果がある。従来の容量結合型プラズマ源だけでは困難であった、比較的高圧プロセスでのラジカル密度の独立制御が可能となり、高い反応性と選択加工性、膜の緻密化、膜の着き回りの改善、除去困難物質のアッシング等のさまざまなプラズマ処理の改善を図ることができる。特に物理限界に近いところまでの微細な加工性能を要求されるリアクタのガス流れの制御で、放電部内を清浄に保つことができ、デフェクトが減らせる効果もあり、デバイス等の歩留まり向上にも貢献できる。
【００５０】
また、本実施例のプラズマエッチングは、被加工物であるウエハが収納されたステージに印加される高周波の電力を制御して、イオンのウエハへの加速を制御し、表面のイオンアシスト効果を活用できる。逆に表面の特定ラジカルによる化学的な反応を増大させてエッチングしたいときに（例えば等方的なエッチングを進行させたいとき）は、このステージに印加する高周波の電力は控えめにして、第一の放電部への投入電力を増大させて、高いラジカル密度のプラズマを発生させ、分散板を通して第二の放電部、ウエハへ拡散させることで、ラジカルによる反応速度（エッチング速度）を大きく保つラジカルリッチなプラズマの形成が実現できる。
【００５１】
また、本発明により、イオンとラジカルの反応寄与の程度をそれぞれ独立に制御できるため、使用できるプラズマ形成条件の範囲（プラズマウインドウ）を拡大することができる。従来のプラズマでは実現できない領域まで、特定ラジカル種の濃度を増大させたり、従来と同等のラジカル密度を得た上で、イオンの加速を従来では実現できないレベルまでに微弱に弱めて制御したりすることができる。アッシング、プラズマＣＶＤ、およびプラズマエッチングでの例を示したが、本発明の用途は、これらのプロセス処理に限るものではない。ステージを高温に保ち水素還元処理（アニール）工程や、表面の酸化、逆に還元を図るプラズマ処理、極薄くイオンを膜中に打込む場合や、特定ガス種を基板上に拡散させるようなプラズマ処理に対しても本発明の装置構成で実施することに何の問題もない。
【００５２】
このようにアッシング、プラズマＣＶＤおよびプラズマエッチングの各プラズマ処理において、イオンの入射量とラジカルの入射量を独立に制御できるので、従来の装置、従来プロセス処理では対応できないプラズマ処理の課題が克服できる。
【００５３】
また、本発明は、プラズマを用いて表面処理を施すプラズマ処理装置の構成で、第一の放電部と第二の放電部との間を、通過口を有する分散板で仕切り、その第一の放電部にヘリカル型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置である。ヘリカル型プラズマの下端は、アース電位となっているため、分散板はイオンダメージを受けにくく、かつ、電気的に荷電粒子の第二の放電部への流出拡散が抑制できる。また、第二の放電部で、第一の放電部とは異なる出力で高周波を印加して新たにプラズマを形成して試料を処理する。それぞれの放電部を独立に制御できるため、イオンとラジカルの供給比率が制御できるプラズマ処理ができる特徴がある。
【００５４】
さらに本発明は、ヘリカル型プラズマ源の下端がアース電位であることの特徴を生かして、このヘリカル型プラズマ源と容量結合型プラズマ源を組み合わせることを特徴とする。このため、ヘリカル型プラズマ源からのラジカルは、分散板の通過口を介して容量結合型プラズマ源へと導かれ、その対向電極を兼ねた分散板を用いることで、独立制御が可能となった。
【符号の説明】
【００５５】
１  第一の放電部
３  シールドカバー
４  天板
５  第一のガス供給口
６  絶縁カバー
８  ヘリカルコイル
９  コイル上端アース端子
１０  コイル下端アース端子
１１  絶縁チャンバー
１２  高周波印加点
１４  第一の高周波電源
１９  プラズマリング
２０  第二の分散板
２１  第一の分散板
２２  第一のカラー
２３  第一の通過口
２４  第二の通過口
２６  絶縁
２７  第二のガス供給口
３０  銅板
３１  金属棒
３２  絶縁
３５  位相整合器
４１  第二の放電部
４２  プロセスチャンバー
４３  底板
４４  排気口
４５  ウエハ搬送路
４６  ウエブタ
５１  ウエハ
５２  ステージ
５３  絶縁カバー
５４  マッチング調整器
５５  第二の高周波電源
５６  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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