(57)【要約】  【課題】  試料の周方向におけるエッチング速度を均一にするためのプラズマを発生できるプラズマ発生器、及び、試料の周方向において均一なエッチング処理を行えるプラズマエッチング装置を提供する。  【解決手段】  プラズマ発生室2a内へガス導入管４からプロセスガスを導入しながら排気口５を介した真空排気により所定の圧力に保ちつつ、コイル３に高周波の交流電圧を印加することによって、プロセスガスのプラズマを発生させる。直流磁界発生用コイル８に直流電流を流すことにより、プラズマをプラズマ発生室2aの軸に垂直な方向に広げる。基板電極６への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室2a内で発生させたプラズマを反応室2b内に引き込んで試料20をエッチングする。コイル３は均一な螺旋状に巻回されておらず、水平または略水平に巻回されている第１巻回領域3aと、急傾斜をなして巻回されている第２巻回領域3bとが、コイル３の１ターンに存在する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体と、該筒体の周面に巻回されたコイルとを有し、前記筒体内にプロセスガスを導入すると共に、前記コイルに交流電流を流して、前記筒体内に前記プロセスガスのプラズマを発生するプラズマ発生器において、前記コイルの１巻回にあって、その巻回方向と前記筒体の軸に垂直な面とのなす角度が少なくとも２種以上存在し、前記角度が所定範囲内である第１巻回領域と、該第１巻回領域での最大角度よりも前記角度が大きい第２巻回領域とを有することを特徴とするプラズマ発生器。
【請求項２】
前記所定範囲は、絶対値が１．５度以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生器。
【請求項３】
前記筒体の全周に対して前記第１巻回領域が占める割合は、７５％以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生器。
【請求項４】
巻回される前記コイルのピッチは、隣り合うコイル間で放電が生じない距離以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ発生器。
【請求項５】
試料に対して、プラズマによるエッチングを行うプラズマエッチング装置において、請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ発生器を備えており、該プラズマ発生器で発生されたプロセスガスのプラズマを使用するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルが巻回された筒体内にプラズマを発生させるプラズマ発生器、及び、プラズマを利用して試料に対してドライエッチングを施すプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成されたシリコン膜，誘電体膜などをエッチングする手法として、従来から、プラズマを用いたドライエッチング処理が広く利用されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。プラズマを用いたドライエッチング処理では、減圧雰囲気中で低圧プロセスガスのプラズマを発生させ、発生したプラズマによって試料をエッチング加工する。例えば、プラズマ発生とプラズマ引き込みとを独立的に制御する誘導結合型プラズマ装置では、コイルに交流電圧を印加してプラズマを発生させ、試料を載置した基板電極に交流電圧を印加して、この発生させたプラズマを引き込み、引き込んだプラズマによってエッチングを行う。
【０００３】
このようなプラズマエッチング装置におけるプラズマ発生方法としては、プラズマを１回巻の損失性導体として考え、誘電体製の放電チャンバの回りを多数回巻した非共振高周波コイルに結合しており、高周波電力はトランス動作によりプラズマと誘導的に結合している手法が公知である。この誘導結合性プラズマ発生方式では、比較的低コストの構成で、高密度なプラズマを発生することができる。
【０００４】
図５は、このような従来のプラズマエッチング装置の構成図である。図５において、３１は反応器であり、プラズマを発生させる上方側のプラズマ発生室３２ａと、発生されたプラズマを引き込んで試料５０にプラズマ処理を行う下方側の反応室３２ｂとを有する。
【０００５】
円筒状をなすプラズマ発生室３２ａの外面には同心状にコイル３３が均一な螺旋状に複数ターンだけ巻回されており、コイル３３には、マッチングユニット３９を介して高周波の交流電源４０が接続されている。また、プラズマ発生室３２ａの周囲には、直流磁界発生用コイル３８が設けられている。また、プラズマ発生室３２ａには、反応器３１内へプロセスガスを導入するガス導入管３４が連通されている。
【０００６】
反応室３２ｂの底部には、エッチング対象の試料５０を載置する基板電極３６を有するプラテン３７が配設されている。基板電極３６には、マッチングユニット４１を介して高周波の交流電源４２が接続されている。また、反応室３２ｂには、排気口３５が開口されている。
【０００７】
以上のような構成のプラズマエッチング装置にあっては、プラズマ発生室３２ａ内へガス導入管３４からプロセスガスを導入しながら排気口３５を介して反応器３１内を真空排気してプラズマ発生室３２ａ内を所定の圧力に保ちつつ、コイル３３に高周波の交流電圧を印加することによって、プロセスガスのプラズマが発生されて維持される。直流磁界発生用コイル３８に直流電流を流すことによって、プラズマをプラズマ発生室３２ａの軸に垂直な方向に広げる。そして、基板電極３６への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室３２ａ内で発生されたプラズマが反応室３２ｂ内に引き込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料５０はエッチングされる。
【特許文献１】特開平７−３２０８９４号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０１９３号公報
【特許文献３】特開平２０００−３０８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような構成の従来のプラズマエッチング装置にあっては、円筒状をなすプラズマ発生室３２ａの周面にコイル３３を均一な螺旋状に巻回させているために、試料５０の周方向でエッチング速度が異なり、均一なエッチング処理を行えないという問題がある。      
【０００９】
図６は、この従来例におけるプラズマ発生器（コイル３３）と試料５０との位置関係を示す図である。コイル３３が均一に螺旋状に巻回されているので、破線で示すプラズマ発生領域と試料５０との距離（Ｄ１，Ｄ２）が、試料５０の周方向において異なることになる（Ｄ１＜Ｄ２）。この結果、この距離（Ｄ１）が短い試料５０の領域ではエッチング速度が大きく、この距離（Ｄ２）が長い試料５０の領域ではエッチング速度が小さくなるため、試料５０のエッチング速度が周方向において不均一となる。この結果、周方向で均一なエッチング処理を行えない。
【００１０】
隣り合うコイル３３間で放電が生じないように、所定距離以上のピッチをあけてコイル３３を巻回しなければならないため、均一な螺旋状に巻回させる場合には、上述したようなプラズマ発生領域，試料５０間の周方向における距離の違いは避けられない。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、試料の周方向におけるエッチング速度を均一にするためのプラズマを発生できるプラズマ発生器、及び、このプラズマ発生器を用いて試料の周方向において均一なエッチング処理を行えるプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に係るプラズマ発生器は、筒体と、該筒体の周面に巻回されたコイルとを有し、前記筒体内にプロセスガスを導入すると共に、前記コイルに交流電流を流して、前記筒体内に前記プロセスガスのプラズマを発生するプラズマ発生器において、前記コイルの１巻回にあって、その巻回方向と前記筒体の軸に垂直な面とのなす角度が少なくとも２種以上存在し、前記角度が所定範囲内である第１巻回領域と、該第１巻回領域での最大角度よりも前記角度が大きい第２巻回領域とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、筒体（プラズマ発生室）の外周にコイルを均一な螺旋状に巻回するのではなく、つまり巻回方向と筒体（プラズマ発生室）の軸に垂直な面とのなす角度を周方向全域にわたって均一とするのではなく、その角度が所定範囲内である第１巻回領域と、その角度が第１巻回領域より大きい第２巻回領域とを有するように、コイルを筒体（プラズマ発生室）の外周に巻回させる。この場合、第１巻回領域にあっては、その角度ができる限り小さいことが好ましく、コイルを水平に巻回することが最も好ましい。
【００１４】
図７は、本発明例におけるプラズマ発生器（コイル）と試料との位置関係を示す図である。コイルが水平に巻回されている場合には、破線で示すプラズマ発生領域と試料との距離（Ｄ１，Ｄ２）が試料の周方向において等しくなる（Ｄ１＝Ｄ２）。この結果、試料の周方向におけるエッチング速度が同じになるため、試料のエッチング処理が周方向において均一となる。
【００１５】
本発明の請求項２に係るプラズマ発生器は、請求項１において、前記所定範囲は、絶対値が１．５度以下の範囲であることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、所定範囲を絶対値が１．５度以下として、第１巻回領域における巻回方向を出来るだけ水平な方向にする。よって、試料の周方向におけるエッチング速度の差異がほとんど生じない。
【００１７】
本発明の請求項３に係るプラズマ発生器は、請求項１において、前記筒体の全周に対して前記第１巻回領域が占める割合は、７５％以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、第１巻回領域が占める割合を７５％以上にして、巻回方向が水平または略水平である第１巻回領域を出来るだけ多くとる。よって、エッチング速度の差異が生じない領域が広くなる。
【００１９】
本発明の請求項４に係るプラズマ発生器は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、巻回される前記コイルのピッチは、隣り合うコイル間で放電が生じない距離以上であることを特徴とする。
【００２０】
本発明にあっては、コイルの巻回傾斜が急である第２巻回領域を設けることにより、隣り合うコイル間で放電が生じないだけの十分なピッチ距離を得る。
【００２１】
本発明の請求項５に係るプラズマエッチング装置は、試料に対して、プラズマによるエッチングを行うプラズマエッチング装置において、請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ発生器を備えており、該プラズマ発生器で発生されたプロセスガスのプラズマを使用するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明にあっては、プラズマ発生領域と試料との距離が試料の周方向において等しくなるため、試料の周方向におけるエッチング速度が同じになって均一なエッチング形状が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のプラズマ発生器では、巻回方向と筒体（プラズマ発生室）の軸に垂直な面とのなす角度を均一とせずに、水平または略水平になるようにコイルを筒体（プラズマ発生室）の外周に巻回するようにしたので、プラズマ発生領域と試料との距離を試料の周方向において等しくまたは略等しくすることができる。従って、このプラズマ発生器をプラズマエッチング装置に適用した場合、試料の周方向におけるエッチング速度を同じにできて、周方向に均一なエッチング形状を得ることができる。
【００２４】
本発明のプラズマ発生器では、所定範囲を絶対値が１．５度以下とするようにしたので、第１巻回領域におけるコイルの巻回方向を水平または略水平な方向にすることができ、上述したような本発明の効果を発揮できる。
【００２５】
本発明のプラズマ発生器では、第１巻回領域が占める割合を７５％以上とするようにしたので、コイルが水平または略水平となる領域を多く得ることができ、上述したような本発明の効果を発揮できる。
【００２６】
本発明のプラズマ発生器では、コイルの巻回傾斜が急である第２巻回領域を設けるようにしたので、コイルの十分なピッチ距離を得ることができて、隣り合うコイル間での放電を防止できる。
【００２７】
本発明のプラズマエッチング装置では、プラズマ発生領域と試料との距離が試料の周方向において等しくなるように発生させたプラズマを使用するようにしたので、試料の周方向におけるエッチング速度を均一にできて、均一なエッチング形状を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。図１は、本発明に係るプラズマ発生器を使用したプラズマエッチング装置の構成図である。図１において、１は反応器であり、コイル３への通電によってプラズマを発生させる上方側のプラズマ発生室２ａと、発生されたプラズマを引き込んで試料２０にプラズマ処理を行う下方側の反応室２ｂとを有する。
【００２９】
円筒状をなすプラズマ発生室２ａの外面にはコイル３が複数ターン（例えば、３ターン）不均一に巻回されている。このコイル３の巻回形態については、後に詳述する。コイル３には、マッチングユニット９を介して高周波の交流電源１０が接続されている。また、プラズマ発生室２ａの周囲には、プラズマをプラズマ発生室２ａの軸に垂直な方向に広げるための直流磁界発生用コイル８が設けられている。また、プラズマ発生室２ａには、図示しないプロセスガス源に接続され、反応器１内へプロセスガスを導入するガス導入管４が連通されている。
【００３０】
反応室２ｂには、図示しない排気装置を接続した排気口５が開口されている。反応室２ｂの底部には、エッチング対象の試料２０を載置する基板電極６を有するプラテン７が配設されている。基板電極６には、マッチングユニット１１を介して高周波の交流電源１２が接続されている。
【００３１】
以上のような構成のプラズマエッチング装置にあっては、プラズマ発生室２ａ内へガス導入管４からプロセスガスを導入しながら排気口５を介して反応器１内を真空排気してプラズマ発生室２ａ内を所定の圧力に保ちつつ、コイル３に高周波の交流電圧を印加することによって、プロセスガスのプラズマが発生されて維持される。この際、直流磁界発生用コイル８に直流電流を流すことにより、プラズマをプラズマ発生室２ａの軸に垂直な方向に広げる。そして、基板電極６への交流電圧の印加によって、プラズマ発生室２ａ内で発生されたプラズマが反応室２ｂ内に引き込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料２０はエッチングされる。
【００３２】
図１に示す本発明のプラズマ発生器と図５に示す前述した従来のプラズマ発生器とにあっては、その基本構成は同様であり、そのプラズマ発生の原理も同じである。しかしながら、プラズマ発生室に巻回されるコイルの巻回形態が大きく異なっている。なお、密にコイルを巻回し過ぎた場合には、隣り合うコイル間で放電が生じるため、隣り合うコイルが所定距離以上離れるようにコイルを巻回する必要がある。
【００３３】
図５に示す従来例では、コイル３３をプラズマ発生室３２ａの周面に均一に螺旋状に巻回している。よって、プラズマ発生室３２ａの軸に垂直な面とコイル３３の巻回方向とのなす角度の大きさはどこでも等しくなる。
【００３４】
これに対して、図１に示す本発明例では、コイル３が均一な螺旋状に巻回されておらず、１ターンにあって、水平方向または略水平な方向にコイル３が巻回されている第１巻回領域３ａと、第１巻回領域３ａより傾斜を大きくしてコイル３が巻回されている第２巻回領域３ｂとが存在する。言い換えると、第１巻回領域３ａでは、プラズマ発生室２ａの軸に垂直な面とコイル３の巻回方向とのなす角度が所定範囲内になるようにコイル３が巻回されており、第２巻回領域３ｂでは、これより大きな傾斜でコイル３が巻回されている。プラズマ発生室２ａの全周に対して第１巻回領域３ａが占める割合は、第２巻回領域３ｂが占める割合より多くなっている。
【００３５】
次に、図５に示す従来例と図１に示す本発明例とを夫々用いて試料をエッチングした際のエッチング速度の測定結果について説明する。直径が２００ｍｍである同一の試料を使用し、図２に矢印で示すような４方向の直径上でのエッチング速度を測定した。従来例における測定結果を図３（ａ），（ｂ）に示し、本発明例における測定結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ），図４（ａ）は、エッチング速度の測定値を表形式で示したものであり、上欄の数値は試料の中心からの距離（図２で矢印の方向が正：ｍｍ）を表し、左欄の括弧数字は測定方向（図２の４つの矢印方向）を表している。また、図３（ｂ），図４（ｂ）は、エッチング速度の測定値をグラフ形式で示したものであり、横軸は試料の中心からの距離（図２で矢印の方向が正：ｍｍ）を表し、縦軸はエッチング速度（Å／ｍｉｎ）を表している。
【００３６】
図３（ａ），（ｂ）の測定結果から理解されるように、従来例では、試料の周方向におけるエッチング速度の差異が顕著である。これは、放電防止のために所定距離以上のピッチ間隔をあけながら、コイル３３を一様に螺旋状に巻回させているため、図６に示す如く、プラズマ発生領域と試料との距離が試料の周方向で異なっていることに起因している。従来例では、このように試料の周方向においてエッチング速度にばらつきが生じるため、エッチング形状も周方向で不均一になってしまう。
【００３７】
一方、図４（ａ），（ｂ）の測定結果から理解されるように、本発明例では、試料の周方向におけるエッチング速度の差異がほとんど見られない。これは、放電防止のために所定距離以上のピッチ間隔をあけながら、水平または略水平な領域（第１巻回領域３ａ）が広範囲にわたるようにコイル３を巻回させているため、図７に示す如く、プラズマ発生領域と試料との距離が試料の周方向で等しくなることに起因している。本発明例では、このように試料の周方向においてエッチング速度が均一となるので、周方向で均一なエッチング形状を得ることができる。
【００３８】
ここで、本発明の図１に示すコイル３の巻回形態について追加説明する。本発明においては、理想的には、第１巻回領域３ａにおいてコイル３が水平に巻回されている、即ち、プラズマ発生室２ａの軸に垂直な面とコイル３の巻回方向とのなす角度は０度であることが好ましい。そして、放電の影響を避けるための距離を狭い範囲でかせぐためには、第２巻回領域３ｂでコイル３の傾斜を出来る限り急にしておくことが好ましい。このような場合には、第１巻回領域３ａが全体に占める割合は、１００％に近い数値となる。なお、上記角度は０度が理想的ではあるが、その角度の所定範囲を絶対値が１．５度以下とする場合には、０度の場合と同様の効果を得ることができる。また、第１巻回領域３ａが全体に占める割合を７５％以上とする場合に、本発明特有の効果を奏することができる。
【００３９】
なお、上述した例では、第１巻回領域３ａにおけるコイル３の巻回形態（水平度）を、プラズマ発生室２ａの軸に垂直な面とコイル３の巻回方向とのなす角度によって規定したが、１ターンにおいてコイル３が高さ方向に移動する量によって、第１巻回領域３ａでのコイル３の巻回形態（水平度）を規定するようにしても良い。この場合、１ターンにおける第１巻回領域３ａでの高さ方向の移動量が１０ｍｍ以下であれば、上述したような本発明特有の効果を得ることが可能である。
【００４０】
また、上述した例では、コイル３の１巻回にあって、第１巻回領域３ａ及び第２巻回領域３ｂを１箇所ずつ設ける場合について説明したが、コイル３の１巻回にあって、水平または略水平である第１巻回領域３ａ及び／または傾斜が大きい第２巻回領域３ｂを複数箇所設けるようにしても良い。また、第１巻回領域３ａ及び第２巻回領域３ｂ内夫々で、プラズマ発生室２ａの軸に垂直な面とコイル３の巻回方向とのなす角度を均一で１種としたが、第１巻回領域３ａ及び／または第２巻回領域３ｂ内で、その角度を複数種異ならせるようにしても良い。但し、この場合に、第２巻回領域３ｂ内での角度は、第１巻回領域３ａ内での最大角度よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るプラズマ発生器を使用したプラズマエッチング装置の構成図である。
【図２】試料におけるエッチング速度の測定位置を示す図である。
【図３】従来のプラズマエッチング装置を用いて試料にエッチングを施した際のエッチング速度の測定結果を示す図表及びグラフである。
【図４】本発明のプラズマエッチング装置を用いて試料にエッチングを施した際のエッチング速度の測定結果を示す図表及びグラフである。
【図５】従来のプラズマ発生器を使用したプラズマエッチング装置の構成図である。
【図６】従来のプラズマ発生器を使用した場合のプラズマ発生器（コイル）と試料との位置関係を示す図である。
【図７】本発明のプラズマ発生器を使用した場合のプラズマ発生器（コイル）と試料との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  反応器
２ａ  プラズマ発生室
２ｂ  反応室
３  コイル
３ａ  第１巻回領域
３ｂ  第２巻回領域
４  ガス導入管
８  直流磁界発生用コイル
９  マッチングユニット
１０  交流電源
２０  試料
【図１】
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【図２】
2005166950.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005166950.tif 000008
【図７】
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