(57)【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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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、前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングと誘電体リングの積層体と、絶縁カバーで覆われている前記対向電極との間に溝状の空間が形成され、この溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を形成することで基板処理時の圧力でプラズマを発生させて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】
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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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、前記対向電極と前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングとの間の溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を形成することで基板処理時の圧力でプラズマを発生させて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】
プラズマトラップの溝幅が３ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
異形溝部の溝幅が０．４ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のプラズマ処理方法。
【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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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装置であって、前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングと誘電体リングの積層体と、絶縁カバーで覆われている前記対向電極との間に溝状の空間が形成され、この溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を設け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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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装置であって、前記対向電極と前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングとの間の溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
プラズマトラップの溝幅を３ｍｍ〜５０ｍｍとしたことを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
異形溝部の溝幅を０．４ｍｍ〜３０ｍｍとしたことを特徴とする請求項５〜７の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンなど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ＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯の高周波電力を用いて励起した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は、例えば特開平８−８３６９６号公報で述べられているが、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るようになっている。
【０００３】
すなわち、Ｃｌ2 やＳＦ6 等のように負性の強いガス、言い換えれば、負イオンが生じ易いガスをプラズマ化したときは、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なうことができる。
【０００４】
また、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチングを行なう際に一般的に用いられるＣx Ｆy やＣx Ｈy Ｆz （ｘ，ｙ，ｚは自然数）等の炭素及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解離が抑制され、特に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速いため、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程度以下になると、イオン温度やプラズマ電位も低下するので、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】
このような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が、ＶＨＦ帯又はＵＨＦ帯の高周波電力を用いるプラズマ源である。
【０００７】
図６に、本発明者等が既に提案している板状アンテナ式プラズマ処理装置を示す。図６（ａ）、（ｂ）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、アンテナ５と真空容器１との間に挟まれかつアンテナ５と外形寸法がほぼ等しい誘電板６に設けられた貫通穴７を介してアンテナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極８上に載置された基板９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なうことができる。
【０００８】
このとき、図６（ａ）に示すように、基板電極８にも基板電極用高周波電源１０により高周波電力を供給することで、基板９に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【０００９】
アンテナ５の表面は、絶縁カバー１１により覆われている。また、図６（ｂ）に示すように、アンテナ５とアンテナ５の周辺部に設けられた導体リング１３との間に溝状の空間からなるプラズマトラップ１４が設けられており、アンテナ５から放射された電磁波がこのプラズマトラップ１４で強められる。
【００１０】
更に、低電子温度プラズマでは、ホローカソード放電が起き易い傾向があるため、固体表面で囲まれたプラズマトラップ１４においては、高密度のプラズマ（ホローカソード放電）が生成しやすくなる。したがって、真空容器１内では、プラズマ密度がプラズマトラップ１４で最も高くなり、拡散によって基板９近傍までプラズマが輸送される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示した従来の構成では、エッチングレートの均一性は得られても、低圧でプラズマを生成することが難しく、また低圧でプラズマを生成可能な場合は、エッチングレートの均一性を得ることが難しいという問題があった。
【００１２】
図７に、図６のプラズマ処理装置において、プラズマトラップの溝幅を変化させた場合のポリシリコン膜エッチングレートを測定した結果を示す。エッチング条件は、ＨＢｒ／Ｃｌ2 ／Ｏ2 混合ガスを使用し、ガス流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、アンテナに印加する高周波電力は１０００Ｗ、基板電極に対するバイアス用の高周波電力は１５Ｗ、圧力は１．５Ｐａである。
【００１３】
図７から、プラズマトラップの溝幅を大きくするほど、エッチングレートの分布がフラットから山形に変化し、エッチングレート均一性が悪化するのが分かる。一方、プラズマの着火性は溝幅が大きいほど良好で、エッチングレート均一性が良好な溝幅では圧力を４Ｐａ以上にしないとプラズマが着火しない。
【００１４】
これは、プラズマ放電がアンテナとアースで構成されるプラズマトラップで発生し、パッシェンの法則によって規定されるプラズマの着火性はプラズマトラップの溝幅に著しく影響を受けるものと考えられる。また、プラズマの着火性が良好な溝幅を有するプラズマトラップでアンテナを構成した場合、プラズマトラップ周辺のプラズマ密度が大きくなり過ぎるため、拡散によってプラズマが基板近傍まで輸送されても、基板近傍で十分に均一なプラズマを得ることが難しくなるものと考えられる。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一なプラズマを生成させることができるプラズマトラップの溝幅でかつ基板処理を行なう低圧領域でも着火性が良く、均一にかつ効率的にプラズマ処理を行なう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する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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、前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングと誘電体リングの積層体と、絶縁カバーで覆われている前記対向電極との間に溝状の空間が形成され、この溝状の空間にて構成されている、若しくは前記対向電極と前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングとの間の溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を形成することで基板処理時の圧力でプラズマを発生させて基板を処理するものであり、異形溝部を設けることでプラズマトラップの溝幅を均一な処理ができるように設定しても異形溝部で着火性を向上でき、基板処理を行なう低圧領域でも確実に着火させ、均一にかつ効率的にプラズマ処理を行なうことができる。
【００１７】
また、本発明のプラズマ処理装置は、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、真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配設された対向電極に、周波数５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの高周波電力を印加することにより、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装置であって、前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングと誘電体リングの積層体と、絶縁カバーで覆われている前記対向電極との間に溝状の空間が形成され、この溝状の空間にて構成されている、若しくは前記対向電極と前記対向電極の周辺部に設けられている導体リングとの間の溝状の空間にて構成されている環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所にプラズマトラップとは溝幅の異なる異形溝部を設けたことを特徴とするものであり、上記プラズマ処理方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１８】
また、好適には、プラズマトラップの溝幅は３ｍｍ〜５０ｍｍとし、異形溝部の溝幅は０．４ｍｍ〜３０ｍｍとするのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００２０】
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、アンテナ５と真空容器１との間に挟まれかつアンテナ５と外形寸法がほぼ等しい誘電板６に設けられた貫通穴７を介してアンテナ５に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極８上に載置された基板９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なうことができる。
【００２１】
このとき、図１に示すように、基板電極８にも基板電極用高周波電源１０により高周波電力を供給することで、基板９に到達するイオンエネルギーを制御することができる。
【００２２】
アンテナ５の表面は、絶縁カバー１１により覆われている。また、アンテナ５とアンテナ５の周辺部に設けられた導体リング１３との間に溝状の空間が形成され、誘電板６と誘電板６の周辺部に設けられた誘電体リング１２との間にも溝状の空間が形成され、これら溝状の空間にてプラズマトラップ１４が構成されている。アンテナ５から放射された電磁波がこのプラズマトラップ１４で強められる。１５は真空容器１内に対して基板９を出し入れする基板移載室である。
【００２３】
さらに、図２に示すように、プラズマトラップ１４の１箇所に、導体リング１３側に異形部を形成することによってプラズマトラップ１４の溝幅とは異なる溝幅とされた異形溝部１６が設けられている。図２（ａ）は異形溝部１６の溝幅をプラズマトラップ１４より広幅にした例、図２（ｂ）は異形溝部１６の溝幅をプラズマトラップ１４より狭幅にした例である。すなわち、プラズマ処理の均一性が確保されるプラズマトラップ１４の溝幅は、アンテナ５に投入する高周波電力の周波数やその他のプロセス条件、例えばガス種、処理する基板９の材料、真空容器１内の圧力、投入電力等によって変化する一方、異形溝部１６の溝幅に関しては、パッシェンの法則により周波数ｆ（ＭＨｚ）と溝幅ｄ（ｍｍ）の積が所定値になるように設定することで着火性の効率が最も良くなるため、プラズマトラップ１４の溝幅に対して異形溝部１６の溝幅が広くなる場合もあれば、逆に狭くなる場合もあるためである。
【００２４】
以上の構成によれば、基板９に対向して設けられる環状でかつ溝状のプラズマトラップ１４の１箇所に異形溝部１６を形成しているので、プラズマトラップ１４の溝幅を均一な処理ができるように設定しつつ、１Ｐａ以下の基板処理時の低圧領域でも異形溝部１６で確実にプラズマを着火することができ、真空容器１内の圧力を変更することなくそのまま基板９を均一に処理することができ、均一にかつ効率的にプラズマ処理を行なうことができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明のプラズマ処理装置の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
【００２６】
上記第１の実施形態では、導体リング１３側に異形部を形成することで異形溝部１６を設けたが、本実施形態ではアンテナ５及びその絶縁カバー１１側に異形部を形成することで異形溝部１６を設けている。また、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に対応するものである。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
次に、本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００２８】
上記第１、第２の実施形態では、、導体リング１３側又はアンテナ５側に異形部を形成することで異形溝部１６を設けたが、本実施形態では導体リング１３側及びアンテナ５側の両側に異形部を形成することで異形溝部１６を設けている。また、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に対応するものである。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２９】
以上の実施形態の説明では、異形溝部１６の形状が半円状の例のみを示したが、図５（ａ）に示す三角形状や、図５（ｂ）に示す蟻溝状や図５（ｃ）に示す矩形状などの多角形であってもよい。またその角部に丸みを有した形状であってもよい。また、上記実施形態の説明では、異形溝部１６をプラズマトラップ１４の１箇所にのみ設けた例を示したが、複数箇所に設けてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、アンテナ５に供給する高周波電力の周波数が１００ＭＨｚの例を示したが、５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数域で、同様の作用効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、基板に対向して設けられる環状でかつ溝状のプラズマトラップの少なくとも１箇所に異形溝部を形成し基板処理時の圧力でプラズマを発生させて基板を処理するようにしたので、プラズマトラップの溝幅を均一な処理ができるように設定しつつ、基板処理を行なう低圧領域でも異形溝部で確実に着火でき、均一にかつ効率的にプラズマ処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】同実施形態におけるアンテナ部の２つの構成例を示す断面図と反応室側の表面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の第２の実施形態におけるアンテナ部の２つの構成例を示す断面図と反応室側の表面図である。
【図４】本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態におけるアンテナ部の２つの構成例を示す断面図と反応室側の表面図である。
【図５】アンテナ部におけるスリット形状の各種変形例を示す反応室側の表面図である。
【図６】従来例のプラズマ処理装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はアンテナ部の断面図と反応室側の表面図である。
【図７】従来例のプラズマ処理装置によってプラズマトラップの溝幅を変化させて処理したポリシリコン膜のエッチングレートのウェハ面内分布図である。
【符号の説明】
１  真空容器
２  ガス供給装置
４  アンテナ用高周波電源
５  アンテナ
９  基板
１４  プラズマトラップ
１６  異形溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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