【手続補正書】
【提出日】平成15年10月14日(2003.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】プラズマ処理方法及び装置
【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、真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板を処理するプラズマ処理方法であって、
前記基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度分布が、環状の高密度部を有すること
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】真空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された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３】真空容器内にガスを供給しつつ排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されているドーム状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されているドーム状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された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する手段と、真空容器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、
電極上に載置した基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内に環状の高密度部を有するプラズマを発生するために、誘電体を介して真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料と、導電体材料に高周波電力を供給する高周波電源とを備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料を備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されているドーム状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されているドーム状で渦形の第二導電体材料を備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【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、特に低電子温度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、ＣｘＦｙやＣｘＨｙＦｚ（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】
以上の特に、電子温度は低いほど効果があるが、実際には３ｅＶ以下になったからといってただちに顕著な効果を期待することはできない。将来のデバイス数世代にわたって有効なプラズマとは、電子温度が２ｅＶ以下のプラズマであると考えられている。
【０００７】
さて、静磁場を用いるＥＣＲＰ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）や、ＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）では電子温度は４〜６ｅＶと高く、静磁場を用いないＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）では３〜４ｅＶである。このように、プラズマ源、つまりプラズマを発生させる方式によってプラズマの電子温度はほとんど決まってしまうといってもよいほど、プラズマの電子温度は、プラズマパラメータの中でもとくに制御しずらいものである。ガス種、ガス流量、ガス圧力、印加高周波電力の大きさ、真空容器の形状等の外部パラメータを変化させても、電子温度はほとんど変化しない。
【０００８】
しかし、最近になっていくつかの方法が提案されるようになってきている。そのいくつかについて、次に詳しく説明する。
【０００９】
図９は、ＩＣＰエッチング装置の断面図である。図９において、真空容器２１内にガス供給ユニット２２から所定のガスを導入しつつポンプ２３により排気を行い、真空容器２１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源２４により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を誘電体２５上の一端が接地されているコイル２６に供給すると、真空容器２１内にプラズマが発生し、電極２７上に載置された基板２８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９に示すように、電極２７にも電極用高周波電源２９により高周波電力を供給することで、基板２８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。インピーダンス整合をとるために、コイル用高周波電源２４とコイル２６の間に、マッチング回路３０を介する構成になっている。コイルに印加する高周波電力をＯＦＦしたあと、いわゆるアフターグロープラズマにおいて、数μｓｅｃオーダーの時定数で急速に電子温度が低下していくことが知られている。一方、プラズマ密度が減少していく時定数は電子温度の緩和時間の時定数よりも大きいので、高周波電力を５０〜２００ｋＨｚ程度のパルスを用いて変調すると、電子密度を大きく低下させることなく、電子温度を２ｅＶ以下にすることができる。なお、コイルの形は異なるが、本質的には上記パルス変調ＩＣＰ方式と同じ技術について、Ｊ．Ｈ．Ｈａｈｍ  ｅｔ  ａｌ．，"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｖｉａ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ  Ｍｏｄｅｓ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｄｒｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（１９９６）に詳しく述べられている。また、パルス放電プラズマとアフターグロープラズマについて、堤井信力, "プラズマ基礎工学"，Ｐ．５８，内田老鶴圃刊（１９８６）に詳しく述べられている。
【００１０】
図１０は、スポークアンテナ式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図である。図１０において、真空容器３１内にガス供給ユニット３２から所定のガスを導入しつつポンプ３３により排気を行い、真空容器３１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源３４により５００ＭＨｚの高周波電力を誘電板３５上のスポークアンテナ３６に供給すると、真空容器３１内にプラズマが発生し、電極３７上に載置された基板３８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１０に示すように、電極３７にも電極用高周波電源３９により高周波電力を供給することで、基板３８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。インピーダンス整合をとるために、アンテナ用高周波電源３４とスポークアンテナ３６の間に、スタブ４０を介する構成になっている。今のところはっきりした理由は明らかになっていないが、５００ＭＨｚの高周波電力を用いたスポークアンテナ式プラズマ源では、２ｅＶ以下の低電子温度が実現されている。なお、この方式については、Ｓ．Ｓａｍｕｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，" Ｎｅｗ  Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｅｔｃｈｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ"，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４，Ｐｔ．１，Ｎｏ．１２Ｂ（１９９５）に詳しく述べられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示した従来の方式では、進行波電力の１０％以上もの反射波電力が発生してしまうという問題点がある。その理由は、マッチング回路３０からコイル２６をひとつの負荷としてみたときのＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ：インピーダンスのリアンクタンス成分／抵抗成分）が非常に高く、狭帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１３．５６ＭＨｚ）以外の周波数成分に対して整合がとれずに、その多くが反射波として電源に戻ってしまうためである。また、同じ条件でプラズマを起こしても、反射波電力が常に一定にはならないため、処理速度等の処理結果の再現性を得るのがきわめて困難である。
【００１２】
また、図１０に示した従来の方式では、圧力が低いとプラズマが発生しないという問題点がある。とくに、３Ｐａ以下の低圧領域でプラズマを起こすのが極めて困難である。これは、静磁場を用いないＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いるプラズマ源に共通の問題点であり、たとえば、２．４５ＧＨｚを用いるＥＣＲプラズマ源においても、静磁場がないと低圧ではプラズマを発生させることができない。実際のエッチング等のプラズマ処理は１Ｐａ付近で行うのが通常であるから、この方式では、まず確実にプラズマが発生する高い圧力領域でプラズマを起こしておいた後、ポンプの排気速度を上げるか、ガス流量を下げるかすることによって所望の圧力へ変化させる必要がある。しかし、このような方法を用いると、エッチング等の処理を高精度に行うことができなくなってしまう。これを避けるには、１Ｐａ付近の所望の圧力に制御しながら、強力な静磁場を真空容器１内に発生させて、電磁波による電子の加速の効率を高めることによってプラズマを起こすか、別の方式のトリガー放電を用いてプラズマを起こす必要がある。しかし、静磁場やトリガー放電を用いると、チャージアップダメージと呼ばれる半導体素子中の薄い絶縁膜破壊が発生する危険性が著しく増加する。さらに、５００ＭＨｚを含め、ＵＨＦ帯以上（３００ＭＨｚ以上）の周波数を用いる場合、インピーダンス整合をとるためにはスタブ４０が必要となるが、可変コンデンサで構成されたマッチング回路に比べて重量・体積とも大きくならざるを得ず、コスト的にも不利になるという問題点もある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、低圧力下において均一な低電子温度プラズマを発生させることが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。
【００１４】
【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、真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度分布が、環状の高密度部を有することを特徴とする。
【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排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された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排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されているドーム状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されているドーム状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された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装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、電極上に載置した基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内に環状の高密度部を有するプラズマを発生するために、誘電体を介して真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料と、導電体材料に高周波電力を供給する高周波電源とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本願の第５発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器
内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本願の第６発明のプラズマ処理装置は、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されているドーム状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されているドーム状で渦形の第二導電体材料を備えたことを特徴とする。
【００２０】
【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〜図７を参照して説明する。
【００２１】
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斜視図を示す。図１において、真空容器１内に、ガス供給ユニット２から所定のガスを導入しつつ、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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａに供給するとともに、第二導電体材料６ｂを接地することにより、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。これを行うために、第一導電体材料６ａがなす渦の中心側の端部１１ａが、高周波電力のホット側に接続されている。また、第二導電体材料６ｂがなす渦の中心側の端部１１ｂが接地されている。第一および第二導電体材料６ａおよび６ｂは実質的に平面状で渦形であり、それぞれ外側の一端は開放されている。また、第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、多重の渦を構成するように配置されている。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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。また、導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００２２】
なお、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は、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。すなわち、図９に示した従来例では、コイル２６の一端は接地されているのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａの一端が開放されている。このため、図９で示した従来例では、コイル２６に流れる電流はコイル２６の任意の部分においてほぼ一定であり、この電流が真空容器２１内に形成する高周波磁界によって誘導される高周波電界で電子の加速が行われるのに対して、本発明の第１実施形態では、第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂには電圧定在波および電流定在波が立ち、この定在波によって真空容器１内に放射される電磁波によって、電子の加速が行われる。したがって、本発明の第１実施形態で用いた第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂは、渦形であるといえどもコイルと呼ぶべきものではなく、アンテナと呼ぶ方が適切である。ただし、特開平７-１０６３１６号公報のように、ＩＣＰ方式におけるコイルを「アンテナ」と称する例もあるため、混同を避けるため、ここでは「アンテナ」という語を用いずに説明する。
【００２３】
図２に、導電体材料の平面図を示す。第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。また、第一導電体材料６ａが敷設されている平面上の、第一導電体材料６ａがなす渦の中心側の端部１１ａを通る直線１２ａと、第一導電体材料６ａとの交点１３ａにおいて、第一導電体材料６ａの接線１４ａと前記直線１２ａとのなす角θａが、第一導電体材料６ａのほぼ全域で一定となるように構成されている。同様に、第二導電体材料６ｂが敷設されている平面上の、第二導電体材料６ｂがなす渦の中心側の端部１１ｂを通る直線１２ｂと、第二導電体材料６ｂとの交点１３ｂにおいて、第二導電体材料６ｂの接線１４ｂと前記直線１２ｂとのなす角θｂが、第二導電体材料６ｂのほぼ全域で一定となるように構成されている。
【００２４】
ガス種及びその流量、圧力を、Ａｒ＝３０ｓｃｃｍ、１Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗを供給してプラズマを発生させ、ラングミュアプローブ法を用いて、基板表面から８０ｍｍ離れた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度を測定した結果を図３に示す。また、同様に、基板表面から１０ｍｍ離れた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度を測定した結果を図４に示す。図３より、基板表面から８０ｍｍ離れた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度分布が、環状の高密度部を有することがわかる。プラズマは拡散により輸送され、基板近傍では図４のように極めて均一な分布となっている。言い換えると、基板近傍において均一なプラズマを得るためには、基板表面から十分離れた空間において、図３のように環状の高密度部を有することが必要である。導電体材料の形状をいろいろと変化させて実験したところ、基板表面から５０ｍｍ以上離れた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度が環状の高密度部を有するとき、基板近傍において均一なプラズマを得ることができることがわかった。
【００２５】
３００ｎｍ厚の多結晶シリコン膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ２＝１００ｓｃｃｍ、１Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力１５Ｗを供給したところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３１０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。しかし、図５に示すように、ノッチが発生してしまった。また、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は２．５ｅＶであった。
【００２６】
そこで、第一導電体材料６ａに供給する高周波電力を、図６に示すように、最大値１５００Ｗの時間が１０μｓｅｃ、最小値０Ｗの時間が１０μｓｅｃとなるようにパルス的に変調し、他の条件は連続波の場合と同一としたところ、多結晶シリコン膜がエッチングされ、３２０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られ、図７に示すようにノッチの発生しない高精度エッチングが実現できた。また、この条件で発生させたプラズマを、ラングミュアプローブ法を用いて評価したところ、基板近傍における電子温度は１．８ｅＶであった。なお、反射波電力は進行波電力の最大値１５００Ｗの１％以下であった。従来のＩＣＰ方式のように大きな反射波電力が発生しないのは、マッチング回路１０から第一導電体材料および第二導電体材料までををひとつの負荷としてみたときのＱが小さく、広帯域負荷となっているため、パルス変調した際に発生する基本調波（１００ＭＨｚ）以外の周波数成分に対しても十分に整合がとれるためである。したがって、処理速度等の処理結果の再現性が容易に得られ、実用性に優れている。
【００２７】
ただし、高周波電力は必ずしもパルス的に変調しなければならないというわけではない。連続波を用いる場合でも、マスク（レジスト）のエッチング速度が増加してしまってもよいなら、電極に供給する高周波電力を２０〜３０Ｗにすれば、ノッチは発生しない。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態について、図８を参照して説明する。
【００２９】
図８に、本発明の第２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８において、真空容器１内に、ガス供給ユニット２から所定のガスを導入しつつ、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、導電体材料用高周波電源４により１００ＭＨｚの高周波電力を誘電体５上に載置された第一導電体材料６ａに供給するとともに、第二導電体材料６ｂを接地することにより、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。これを行うために、第一導電体材料６ａがなす渦の中心側の端部１１ａが、高周波電力のホット側に接続されている。また、第二導電体材料６ｂがなす渦の中心側の端部１１ｂが接地されている。第一および第二導電体材料６ａおよび６ｂはドーム状で渦形であり、それぞれ外側の一端は開放されている。また、第一導電体材料６ａと第二導電体材料６ｂは銅製であり、かつ、多重の渦を構成するように配置されている。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。インピーダンス整合をとるために、導電体材料用高周波電源４と第一導電体材料６ａの間に２つの可変コンデンサからなるマッチング回路１０が設けられている。また、導電体材料用高周波電源４は、高周波電力をパルス的に変調することができるようになっている。
【００３０】
なお、本発明の第２実施形態において用いたプラズマ処理装置は、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と同様に、図９で説明した従来例のＩＣＰエッチング装置と本質的に異なるプラズマ源を利用していることに注意すべきである。
【００３１】
第一導電体材料６ａの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍであり、同様に第二導電体材料６ｂの実質的な長さは、高周波電力の波長（３０００ｍｍ）の１／４＝７５０ｍｍである。
【００３２】
第一導電体材料と第二導電体材料の、基板と平行な平面への射影像を考えたとき、前記平面は図２と同様のものとなる。すなわち、前記平面上の、第一導電体材料６ａの射影像がなす渦の中心側の端部１１ａを通る直線１２ａと、第一導電体材料６ａの射影像との交点１３ａにおいて、第一導電体材料６ａの射影像の接線１４ａと前記直線１２ａとのなす角θａが、第一導電体材料６ａの射影像のほぼ全域で一定となるように構成されている。同様に、前記平面上の、第二導電体材料６ｂの射影像がなす渦の中心側の端部１１ｂを通る直線１２ｂと、第二導電体材料６ｂの射影像との交点１３ｂにおいて、第二導電体材料６ｂの射影像の接線１４ｂと前記直線１２ｂの射影像とのなす角θｂが、第二導電体材料６ｂの射影像のほぼ全域で一定となるように構成されている。
【００３３】
２００ｎｍ厚のタングステンシリサイド膜付きの８インチ径シリコン基板８を電極７上に載置し、ガス種及びその流量、圧力を、Ｃｌ２＝１５０ｓｃｃｍ、１．５Ｐａに設定し、第一導電体材料６ａに１００ＭＨｚの高周波電力１０００Ｗ（連続波）を供給するとともに、電極に５００ｋＨｚの高周波電力２５Ｗを供給したところ、タングステンシリサイド膜がエッチングされ、２８０ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度が得られた。
【００３４】
第一導電体材料６ａおよび第二導電体材料６ｂがドーム状である場合、これに合わせて誘電体５をドーム状にすることにより、真空を保つために必要な誘電体の厚さを小さくすることが容易になり、導電体材料とプラズマとの結合状態が良好になるため、効率の良いプラズマ発生を行うことができる。もちろん、平面状導電体材料とドーム状誘電体を組み合わせたり、ドーム状導電体材料と平面状誘電体を組み合わせても、プラズマを発生させることは可能である。
【００３５】
以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚである場合について説明したが、周波数はこれに限定されるものではなく、５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの周波数において、とくに本発明のプラズマ処理方法及び装置は有効である。５０ＭＨｚ以上の周波数を用いることにより、連続波プラズマの場合は電子温度を３ｅＶ以下、パルス変調プラズマの場合は電子温度を２ｅＶ以下とすることができ、かつ反射波電力を進行波電力の数％以下に抑えることができる。また、１５０ＭＨｚ以下の周波数において、２Ｐａ以下の圧力でプラズマを発生させることができ、かつインピーダンス整合をとるためにスタブを用いる必要がない。しかし、５０ＭＨｚ未満、あるいは１５０ＭＨｚより大きい周波数を用いる場合にも、本発明の導電体材料構造を利用することは可能である。
【００３６】
また、以上述べた本発明の実施形態では、圧力が２Ｐａ以下である場合について説明したが、圧力は必ずしも２Ｐａ以下である必要はない。
【００３７】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を真空容器外に設けた場合について説明したが、導電体材料を真空容器内に設けてもよい。
【００３８】
また、以上述べた本発明の実施形態では、導電体材料を銅製とした場合について説明したが、導電体材料としてアルミニウム、ステンレス等他の導電体を用いることもできる。
【００３９】
また、以上述べた本発明の実施形態では、多結晶シリコン膜のエッチング及びタングステンシリサイド膜のエッチングについて説明したが、いうまでもなく、その他のエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ等のプラズマ処理においても、本発明を適用することができる。なお、これらの処理において、電極に高周波電力を供給する必要のないものもあるが、本発明はそのような処理についても有効であることはいうまでもない。
【００４０】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、高周波電力の最大値と最小値の比が無限大である例について説明したが、この比が概ね１０以上であれば、電子温度を２ｅＶ以下に下げることができる。
【００４１】
また、以上述べた本発明の実施形態では、高周波電力をパルス的に変調するに際して、変調周期が２０μｓｅｃ（変調周波数＝５０ｋＨｚ）である例について説明したが、変調周期はこれに限定されるものではないことはいうまでもない。また、高周波電力の最大値が供給される時間と高周波電力の最小値が供給される時間の比（デューティー比）も０．５（５０％）に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００４２】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料および第二導電体材料の実質的な長さが高周波電力の波長の１／４である場合について説明したが、電磁波の放射パターン、整合状態、効率を制御するために、他の長さにすることも可能である。とくに、高周波電力の波長の１／４，１／２，５／８の長さの導電体材料を用いると、良好な整合状態を容易に得ることができる。
【００４３】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料がなす渦の中心側の端部に高周波電力を供給する場合について説明したが、第一導電体材料の外側の一端や、端部以外の任意の位置に高周波電力を供給してもよい。しかし、この場合はプラズマの均一性を得るのが難しくなることがある。
【００４４】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第二導電体材料がなす渦の中心側の端部を接地する場合について説明したが、第二導電体材料の外側の一端や、端部以外の任意の位置を接地してもよい。
【００４５】
また、以上述べた本発明の実施形態では、一端が接地された第二導電体材料を用いる場合について説明したが、第二導電体材料を用いなくてもプラズマを発生させることは可能であり、このような形態も本発明の適用範囲とみなすことができる。
【００４６】
また、以上述べた本発明の実施形態では、第一導電体材料が敷設されている平面上の、第一導電体材料がなす渦の中心側の端部を通る直線と、第一導電体材料との交点において、第一導電体材料の接線と前記直線とのなす角が、第一導電体材料のほぼ全域で一定であり、第二導電体材料が敷設されている平面上の、第二導電体材料がなす渦の中心側の端部を通る直線と、第二導電体材料との交点において、第二導電体材料の接線と前記直線とのなす角が、第二導電体材料のほぼ全域で一定である場合（実質的に平面状の導電体材料を用いる場合）と、第一導電体材料と第二導電体材料の、基板と平行な平面への射影像を考えたとき、前記平面上の、第一導電体材料の射影像がなす渦の中心側の端部を通る直線と、第一導電体材料の射影像との交点において、第一導電体材料の射影像の接線と前記直線とのなす角が、第一導電体材料の射影像のほぼ全域で一定であり、前記平面上の、第二導電体材料の射影像がなす渦の中心側の端部を通る直線と、第二導電体材料の射影像との交点において、第二導電体材料の射影像の接線と前記直線とのなす角が、第二導電体材料の射影像のほぼ全域で一定である場合（ドーム状の導電体材料を用いる場合）について説明したが、これらの条件は必ずしも満たしていなくともよい。ただし、これらの条件を満たしている場合、第一導電体材料のインピーダンスのリアンクタンス成分が小さくなるため、容易に良好な整合状態を得ることができる。
【００４７】
【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、真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内のイオン飽和電流密度分布が、環状の高密度部を有するため、低圧力下で基板近傍において均一な低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００４８】
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排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板を処理するため、低圧力下で低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００４９】
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排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、一端が開放されているドーム状で渦形の第一導電体材料の他端に高周波電力を供給し、一端が開放されているドーム状で渦形の第二導電体材料の他端を接地することにより、真空容器内に電磁波を放射し、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内に配置された基板を処理するため、低圧力下で低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５０】
また、本願の第４発明のプラズマ処理装置によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、
電極上に載置した基板の表面から所定の距離を隔てた空間における基板面と平行な面内に環状の高密度部を有するプラズマを発生するために、誘電体を介して真空容器内に電磁波を放射するための導電体材料と、導電体材料に高周波電力を供給する高周波電源とを備えているため、低圧力下で基板近傍において均一な低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５１】
また、本願の第５発明のプラズマ処理装置によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されている実質的に平面状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されている実質的に平面状で渦形の第二導電体材料を備えているため、低圧力下で低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【００５２】
また、本願の第６発明のプラズマ処理装置によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気する手段と、高周波電力を供給する高周波電源と、基板を載置する電極と、誘電体とを備えたプラズマ処理装置であって、一端が開放され他端が高周波電力のホット側に接続されているドーム状で渦形の第一導電体材料と、一端が開放され他端が接地されているドーム状で渦形の第二導電体材料を備えているため、低圧力下で低電子温度プラズマを得ることができ、高精度のプラズマ処理を行うことができる。
【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斜視図
【図２】本発明の第１実施形態における、導電体材料の平面図
【図３】本発明の第１実施形態における、イオン飽和電流密度の測定結果を示す図
【図４】本発明の第１実施形態における、イオン飽和電流密度の測定結果を示す図
【図５】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図６】本発明の第１実施形態における、パルス変調を示す図
【図７】本発明の第１実施形態における、エッチング結果を示す図
【図８】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９】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１０】別の従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１  真空容器
２  ガス供給ユニット
３  ポンプ
４  導電体材料用高周波電源
５  誘電体
６ａ  第一導電体材料
６ｂ  第二導電体材料
７  電極
８  基板
９  電極用高周波電源
１０  マッチング回路
１１ａ  第一導電体材料がなす渦の中心側の端部