(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加をそれぞれ独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法において、
前記試料に印加するバイアス電圧を正弦波の高周波電圧で与え、かつ前記高周波電圧の電圧波形をクリップ方式にて任意の電圧で平坦化することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の負電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧側の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御するプラズマ処理方法。
【請求項６】
真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された正弦波の高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けた電圧波形をクリップ方式にて平坦化する電圧波形制御回路とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電圧で平坦化する回路を含むプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路は半導体素子と直流電源から成るプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記基板電極と対向する電極が設けられ、該電極に高周波電源が接続されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記２つの電極は同一周波数の高周波電圧が印加され、さらに、該高周波電圧の位相差を制御する位相制御器が設けられたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項５記載のプラズマ処理方法において、前記高周波電圧の位相は、位相差を１８０°±３０°の範囲内で設定されるプラズマ処理方法。
【請求項１４】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記電圧波形制御回路はダイオードと直流電源を含むプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１２記載のプラズマ処理装置において、前記位相制御器は位相差を１８０°±３０°の範囲内で制御可能であ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】
本発明はプラズマ処理方法及び装置に係り、特にプラズマを用いて半導体素子等の試料の表面処理を行うのに好適な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】
プラズマを用いてエッチング処理を行う場合、処理ガスを電離し活性化することで処理の高速化を図り、また被処理材に高周波バイアス電力を供給しプラズマ中のイオンを被処理材に垂直に入射させることで、異方性形状などの高精度エッチング処理を実現している。
【０００３】
このような処理を行うプラズマ処理装置としては、例えば、特開平９−３２１０３１号公報（ＵＳＰ  ５，８９１，２５２）に記載のように、真空容器外側の外周部に空心コイルを設け、真空容器内に設けた試料台に対向させて円形導体板を設け、円形導体板にＵＨＦ帯電源と第１の高周波電源を接続し、試料台に第２の高周波電源を接続し、円形導体板にＵＨＦ帯の周波数の電界とそのＵＨＦ帯の周波数とは異なる周波数の電界を重畳して供給し、ＵＨＦ帯電源による電磁波と空心コイルによる磁場との相互作用による電子サイクロトロン共鳴現象を用いてプラズマを形成し、重畳した第１の高周波電源による高周波電圧によって円形導体板にかかるバイアスを大きくして、円形導体板とプラズマとを反応させ、エッチングに寄与する活性種をより多く生成できるようにし、試料台に接続した第２の高周波電源によりプラズマ中のイオンの試料への入射エネルギーを制御するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の装置では、被処理材に入射するイオンエネルギーは、被処理材に供給するバイアス電力によって発生するセルフバイアス電位により決定されるが、ウエハサイズの大口径化に伴って基板電極に対するアース面積の比率が減少するので、プラズマ中から基板電極への充分な電子の供給が行われなくなる。このため、Ｖｄｃ／Ｖｐｐの比率が小さくなるとともに、プラズマ電位が上昇する。これにより、ＲＦバイアスの印加効率が低下したり、アース電極および側壁部材がプラズマ中のイオンによりスパッタされて金属汚染を発生させたり、処理室下部の空間へプラズマが拡散して異物を増加させたりするという問題がある。
【０００５】
また、試料台、すなわち、基板電極には正弦波の高周波電界が印加されており、周波数が固定された高周波バイアスでは、イオンエネルギー分布が固定されてしまい、半導体素子の微細化に伴いＳＡＣ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｎｔａｃｔ）に代表されるような被処理材の場合、エッチング速度を保ったまま処理しようとするとマスク及び下地材料との選択比が小さくなり、高精度な加工を行うのが難しかった。
【０００６】
本発明の第一の目的は、マスク又は／及び下地材料との選択比を充分に確保し高精度な表面処理を行うことのできるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の第二の目的は、プラズマ電位の上昇を抑制し、金属汚染や異物の増加を抑制することのできるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法において、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化することにより、達成される。
【０００９】
さらに、前記基板電極に印加する高周波電圧の負電圧側の電圧波形を平坦化する。
【００１０】
また、前記基板電極に印加する高周波電圧の正電圧側の電圧波形を平坦化する。
【００１１】
また、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧側の電圧波形を平坦化する。
【００１２】
また、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御する。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の１つの態様に従えばプラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路を含む。
【００１４】
さらに、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。
【００１５】
また、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。
【００１６】
また、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電圧で平坦化する回路である。
【００１７】
また、前記電圧波形制御回路は半導体素子と直流電源から成る。
【００１８】
また、前記基板電極と対向する電極を設け、該電極に高周波電源を接続した。
【００１９】
さらに、前記２つの電極に印加される高周波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相差を制御する位相制御器を設けた。
【００２０】
また、本発明の他の態様に従えば、プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方法は、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧波形を正電圧側および負電圧側で任意の電圧に平坦化するステップを含む。
【００２１】
さらに、上記方法は、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相を制御する。
【００２２】
さらに、前記高周波電圧の位相は、位相差を１８０°±３０°の範囲内にする。
【００２３】
本発明の他の態様に従えば、プラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられ高周波電圧波形を正電圧側および負電圧側の任意の電圧に平坦化する電圧波形制御回路を含む。
【００２４】
上記装置において、前記電圧波形制御回路はダイオードと直流電源から成る。
【００２５】
また、前記基板電極と対向する電極を設け、該電極に高周波電源を接続した。
【００２６】
さらに、前記２つの電極に印加される高周波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相を制御する位相制御器を設けた。
【００２７】
さらに、前記位相制御器は位相差を１８０°±３０°の範囲内で制御可能である。
【００２８】
また、本発明の別の態様に従うプラズマが生成される処理室内で試料をプラズマ処理する方法は、前記試料が配置される試料台に高周波電圧を印加し、前記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化するステップを含む。
【００２９】
上記方法において、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化する。
【００３０】
本発明の別の態様に従うプラズマ処理装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路を含む。
【００３１】
上記装置において、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加される高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形を平坦化可能である。
【００３２】
上述のように、基板電極に印加する高周波電圧波形を制御することにより、試料へ入射されるイオンエネルギーの分布を制御でき、主として被エッチング材のエッチングに寄与するイオンエネルギーであって、マスクや下地材に対してのエッチングには寄与しないイオンエネルギーの分布にすることができるので、速度を大きく変えることなく、マスク及び下地材料との選択比を充分に確保し高精度な表面処理を行うことができる。
【００３３】
また、基板電極に印加する高周波電圧の負側の電圧を平坦化することにより、高低に広がったイオンエネルギー分布の幅を狭めることができ、処理に有用なイオンエネルギーの量を多く分布させることができ、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
【００３４】
また、負電圧側の電圧の平坦化に合わせ、正電圧側の電圧を平坦化することにより、安定したプラズマ電位を得ることができ、プラズマ処理の安定化を図ることができるとともに、プラズマ特性の面内分布に起因するプラズマシース特性の面内分布の影響が低減されるためチャージングダメージを抑制することができ、低ダメージで高精度なエッチング処理をすることができる。
【００３５】
さらに、基板電極と対向して電極を設け、両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、高周波電圧の位相差を１８０°±３０°の範囲内にすることにより、高周波電圧の正電圧側の電位上昇を抑制することができるので、安定したプラズマ電位を得ることができ、プラズマ処理の安定化を図ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１から図５を用いて説明する。図１は、本発明を適用するプラズマ処理装置の一例であるエッチング装置の縦断面図である。真空容器１０１の上部開口部には、円筒状の処理容器１０２，導電体でなる平板状のアンテナ電極１０３，電磁波を透過可能な誘電体窓１０４を気密に設け、内部に処理室を形成している。処理容器１０２の外周部には処理室を囲んで磁場発生用コイル１０５が設けてある。アンテナ電極１０３はエッチングガスを流すための多孔構造となっており、ガス供給装置１０７が接続されている。また、真空容器１０１の下部には真空排気口１０６を介して真空排気装置（図示省略）が接続されている。
【００３７】
アンテナ電極１０３上部には同軸線路１０８が設けられ、同軸線路１０８，フィルター１０９，整合器１１０を介してプラズマ生成用の高周波電源１１１（例えば、周波数４５０ＭＨｚ）が接続されている。また、アンテナ電極１０３には同軸線路１０８，フィルター１１２，整合器１１３を介してアンテナバイアス電源１１４（例えば、周波数１３．５６ｋＨｚ）が接続されている。ここで、フィルター１０９は高周波電源１１１からの高周波電力を通過させ、アンテナバイアス電源１１４からのバイアス電力を効果的にカットする。フィルター１１２はアンテナバイアス電源１１４からのバイアス電力を通過させ、高周波電源１１１からの高周波電力を効果的にカットする。
【００３８】
真空容器１０１内の下部には被処理材１１６を配置可能な基板電極１１５が設けられている。基板電極１１５にはフィルター１１７，整合器１１８を介して基板バイアス電源１１９（例えば、周波数８００ｋＨｚ）が接続されている。整合器１１８は、この場合、電源側の整合部２００と負荷側のクリップ回路２０１とから構成される。なお、クリップ回路２０１は整合器１１８の内部から出して別に設けても良い。クリップ回路２０１は、基板バイアス電源１１９からの高周波の電圧波形を任意の電圧値で平坦化する。クリップ回路２０１は後述する実施例の機能を有する。また、基板電極１１５にはフィルター１２０を介して被処理材１１６を静電吸着させるための静電チャック電源１２１が接続されている。
【００３９】
ここで、フィルター１１７は基板バイアス電源１１９からのバイアス電力を通過させ、高周波電源１１１からの高周波電力およびアンテナバイアス電源１１４からのバイアス電力を効果的にカットする。なお、通常、高周波電力はプラズマ中で吸収されるため基板電極１１５側へ流れることはないが、安全のため高周波電力もカットするフィルター１１７としてある。フィルター１２０は静電チャック電源１２１からのＤＣ電力を通過させ、高周波電源１１１，アンテナバイアス電源１１４，基板バイアス電源１１９からの電力を効果的にカットする。
【００４０】
図２に整合器１１８の回路構成例を示す。インダクター（Ｌ１，Ｌ２）およびコンデンサ（Ｃ１）で構成される整合部２００よりも負荷側のアクティブライン２０２とグランド線２０３との間にダイオード（Ｄ１）と直流電源（Ｖｂ１）とを直列に接続したクリップ回路（平坦化回路）２０１ａを接続する。この場合、ダイオード（Ｄ１）は高周波電圧の負側をカットし、直流電源（Ｖｂ１）によって負電位を与える。これによって、直流電源（Ｖｂ１）の設定値によりダイオード（Ｄ１）の動作電圧を設定する。この回路構成により任意の電圧値で電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）することが可能となり、図３に示すような高周波電圧の電圧波形３０１を得ることができる。
【００４１】
上記のように構成された装置において処理室内部を真空排気装置（図示省略）により減圧した後、ガス供給装置１０７によりプロセスガス、この場合、エッチングガスを処理室内に導入し所望の圧力に調整する。高周波電源１１１より発振された、例えば、周波数４５０ＭＨｚの高周波電力は同軸線路１０８を伝播し、上部電極１０３および誘電体窓１０４を介して処理室内に導入される。処理室内に導入された高周波電力による電界は、磁場発生用コイル１０５、例えば、ソレノイドコイルにより処理室内に形成された磁場との相互作用により、処理室内に高密度プラズマを生成する。特に電子サイクロトロン共鳴を起こす磁場強度（例えば１６０Ｇ）を処理室内に形成した場合、効率良く高密度プラズマを生成することができる。
【００４２】
また、アンテナバイアス電源１１４より高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚ）が同軸線路１０８を介してアンテナ電極１０３に供給される。アンテナバイアス電源１１４によってアンテナ電極１０３に高周波電圧を印加することにより、アンテナ電極に所望の材料を用いた場合、該材料とプラズマ中のラジカルとが反応し、生成されるプラズマの組成を制御できる。例えば、酸化膜エッチングの場合、アンテナ電極１０３の材料にＳｉを用いることによって、酸化膜のエッチング特性、特にＳＡＣ構造のものでは、ＳｉＯ２／ＳｉＮ  選択比等に影響するプラズマ中のＦラジカル量を減少させることが可能となる。
【００４３】
また、基板電極１１５に載置された被処理材１１６は、基板バイアス電源１１９より高周波電力（例えば周波数８００ｋＨｚ）が供給され、基板電極１１５上の被処理材１１６が表面処理され、この場合、エッチング処理される。
【００４４】
本構成の装置では、４５０ＭＨｚの高周波電源１１１によって主としてプラズマを生成し、アンテナバイアス電源１１４によってプラズマ組成あるいはプラズマ分布を制御し、基板バイアス電源１１９によってプラズマ中のイオンの被処理材１１６への入射エネルギーを制御している。このような装置では、プラズマ生成（イオン量）とプラズマ組成（ラジカル濃度比）を独立に制御できるというメリットがある。
【００４５】
本装置のクリップ回路２０１ａにおける直流電源（Ｖｂ）を任意に設定することにより、図３に示す電圧波形３０１のＶｂが任意に設定でき、例えば、周波数８００ｋＨｚの正弦波の電圧波形の負側を任意の電圧でクリップすることができる。
【００４６】
図４（ａ）に基板バイアス電源１１９の出力を一定にし、直流電源（Ｖｂ１）を変化させて電圧波形３０１のクリップ電圧（Ｖｂ）を制御した場合の、被処理材１１６に入射するイオンのエネルギー分布を示す。図４（ｂ）に直流電源（Ｖｂ１）によって電圧波形３０１のクリップ電圧（Ｖｂ）の値を一定にし、基板バイアス電源１１９の出力を変化させた場合の、被処理材１１６に入射するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸はイオン量で横軸はイオンエネルギーである。一般に、ウエハに高周波電力を印加した場合のイオンエネルギー分布は、Ｍ．Ｊ．Ｋｕｓｈｎｅｒ，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ５８，  ４０２４（１９８５）に示されているように、高エネルギー側と低エネルギー側の２個所にピークを持った分布となることが知られている。図４（ａ）には、基板電極１１５に正弦波電圧波形を印加した場合のイオンエネルギー分布波形４０１と、クリップ電圧（Ｖｂ）を−５００Ｖに設定した場合のイオンエネルギー分布波形４０２と、クリップ電圧（Ｖｂ）を−２５０Ｖに設定した場合のイオンエネルギー分布波形４０３とを三次元的に示してある。図示されたように、基板バイアス電源１１９の出力を一定にし、クリップ電圧（Ｖｂ）を−５００Ｖ，−２５０Ｖと変化させることによって、高エネルギー側に多く分布しているイオンエネルギーの電位値を徐々に低い電位値にシフトさせることができる。また、これとともに、高エネルギー側に分布するイオンの量を徐々に多くすることができる。
【００４７】
また、図４（ｂ）には、基板電極１１５のクリップ電圧（Ｖｂ）を−５００Ｖに設定し、基板バイアス電源１１９の出力を５００Ｗとした場合のイオンエネルギー分布波形４０４と、基板バイアス電源１１９の出力を１０００Ｗとした場合のイオンエネルギー分布波形４０５と、基板バイアス電源１１９の出力を１５００Ｗとした場合のイオンエネルギー分布波形４０６とを三次元的に示してある。図示されたように、クリップ電圧（Ｖｂ）の値を一定にし、基板バイアス電源１１９の出力を段々に大きくすることによって、高エネルギー側に分布しているイオンエネルギーのイオンの量を段々に多くすることができる。
【００４８】
このように、基板電極１１５に印加するバイアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布を制御することが可能であり、また、基板バイアス電源の出力と合わせて制御することにより、さらに細かいイオンエネルギー分布の制御が可能となる。これにより、任意のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に被処理材１１６に入射させることが可能となるので、高イオンエネルギーのイオン量が多い分布を用いることにより、例えば、図５に示すような深穴（直径０．１μｍ  ，深さ２μｍのアスペクト比２０のような深穴）であるＳｉＯ２  に形成されるＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ  Ａｓｐｅｃｔ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｎｔａｃｔ）やＳｉに形成されるｄｅｅｐトレンチの加工が容易となる。
【００４９】
また、被処理材に対しては効果的なイオンエネルギーであって、マスクや下地材に対しては効果的でないイオンエネルギーを選択・制御することができるので、対マスクや対下地材に対する選択比を向上させたエッチング処理を行うことができる。これにより、高品質なエッチング処理が可能となるという効果がある。
【００５０】
また、酸化膜エッチングの場合には、高エネルギーのイオンが入射するので、下地膜等に格子欠陥を生じダメージを与える可能性があるが、本実施例のイオンエネルギー制御によれば、エッチレートを確保し、かつダメージを与えないエッチング処理が可能となり、高品質でスループットおよび歩留まりの高い表面処理が可能である。
【００５１】
〔第二実施例〕
次に、本発明の第二の実施例を図６ないし図９により説明する。図６に整合器１１８の回路構成例を示す。本図が図２と異なる点は、図２のクリップ回路２０１ａにおけるダイオード（Ｄ１）と直流電源（Ｖｂ１）の向きを逆向きに接続し、ダイオード（Ｄ２）と直流電源（Ｖｂ２）としたクリップ回路（平坦化回路）２０１ｂとしてある点である。この場合、ダイオード（Ｄ２）は高周波電圧の正側をカットし、直流電源（Ｖｂ２）によって正電位を与える。これによって、直流電源（Ｖｂ２）の設定値によりダイオード（Ｄ２）の動作電圧を設定する。この回路構成により任意の電圧値で電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）することが可能となり、図７に示すような高周波電圧の電圧波形３０２を得ることができる。
【００５２】
本装置のクリップ回路２０１ｂにおける直流電源（Ｖｂ２）を任意のクリップ電圧に設定することにより、図７に示す電圧波形３０２の電圧Ｖｂが任意に設定でき、例えば、周波数８００ｋＨｚの正弦波の電圧波形の正側を任意の電圧でクリップすることができる。
【００５３】
図８に直流電源（Ｖｂ２）を変化させて電圧波形３０２を制御した場合の、被処理材１１６に入射するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸はイオン量で横軸はイオンエネルギーである。図８には、基板電極１１５に正弦波電圧波形を印加した場合のイオンエネルギー分布波形４０１と、正電圧側のクリップ電圧（Ｖｂ）を５０Ｖに設定した場合のイオンエネルギー分布波形４０７と、負電圧側のクリップ電圧（Ｖｂ）を−６００Ｖに設定した場合のイオンエネルギー分布波形４０８とを示してある。図示されたように、クリップ電圧（Ｖｂ）を５０Ｖとし、プラズマ電位を低く抑えることによって、高エネルギー側に多く分布しているイオンエネルギーの電位値を下げるとともに、低エネルギー側に分布するイオンの量を増加させることができる。また、図８から分かるように電圧波形の負電圧側をクリップすれば高イオンエネルギーのイオン量が多い分布とすることができ、電圧波形の正電圧側をクリップすれば低イオンエネルギーのイオン量が多い分布とすることができる。
【００５４】
したがって、基板電極１１５に印加するバイアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布を制御することが可能である。これにより、任意のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に被処理材１１６に入射させることが可能となるので、低イオンエネルギーのイオン量が多い分布を用いることにより、例えば、図９に示すような下地材料との選択比を必要とするＳＡＣのエッチング処理に有効となる。
【００５５】
〔第三実施例〕
次に、本発明の第三の実施例を図１０ないし図１２により説明する。図１０に整合器１１８の他に実施例の回路構成例を示す。インダクター（Ｌ１，Ｌ２）およびコンデンサ（Ｃ１）で構成される整合部２００よりも負荷側のアクティブライン２０２とグランド線２０３との間にダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と直流電源（Ｖｂ１，Ｖｂ２）とを直列に接続したクリップ回路（平坦化回路）２０１ｃを接続する。ダイオード（Ｄ１）は高周波電圧の負電圧側をカットし、直流電源（Ｖｂ１）によって負電位を与えるようにして、直流電源（Ｖｂ１）の設定値によりダイオード（Ｄ１）の動作電圧を設定する。ダイオード（Ｄ２）は高周波電圧の正電圧側をカットし、直流電源（Ｖｂ２）によって正電位を与えるようにして、直流電源（Ｖｂ２）の設定値によりダイオード（Ｄ２）の動作電圧を設定する。この回路構成により正電圧側および負電圧側の任意の電圧値で電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）することが可能となり、図１２に示すような高周波電圧の電圧波形３０３を得ることができる。図１２は整合器１１８のクリップ回路２０１ｃを用いて出力させた基板電極１１５に印加する電圧波形３０３を示す。縦軸は電圧で横軸は時間である。
【００５６】
また、図１１は整合器１１８の他の例を示す。本整合器には、整合部２００よりも負荷側のアクティブライン２０２にスイッチング素子、例えば、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を設置し、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電極に直流電源Ｖｂ１，Ｖｂ２を接続したクリップ回路２０１ｄが設けてある。本クリップ回路２０１ｄは、直流電源Ｖｂ１，Ｖｂ２の設定値によりトランジスタをスイッチング動作させることにより、前述の図１０に示す整合器と同様に、電圧波形の正電圧側および負電圧側を任意の電圧値でクリップすることが可能にしてある。
【００５７】
図１０に示したクリップ回路２０１ｃでは、ダイオードを介して通過する直流電流の電流量が大きい場合、直流電源の内部抵抗により電圧降下が発生するためダイオードの動作電圧が変動してしまう場合がある。しかしながら、図１１に示したトランジスタを用いた場合には、直流電源の内部抵抗による電圧変動を無視できるため、クリッピング動作を精度良く実施することが可能となる。
【００５８】
図１０および図１１のクリップ回路２０１ｃおよび２０１ｄにおける直流電源（Ｖｂ１，Ｖｂ２）を任意に設定することにより、例えば、周波数８００ｋＨｚの正弦波の電圧波形を任意の電圧でクリップすることができる。これにより、直流電源（Ｖｂ）を変化させ電圧波形３０３を制御することにより、被処理材１１６に入射するイオンのエネルギー分布を前述の図４および図８に示すようなエネルギー分布にすることができる。
【００５９】
このような電圧波形の正電圧側および負電圧側を任意の電圧値でクリップできるクリップ回路を用いることにより、前述の第１および第２の実施例と同様の作用・効果をそれぞれに得ることができるとともに、両方の特性を持たせることも可能となるので、さらにプロセスウィンドウを広げることができるという効果がある。
【００６０】
以上、これらの実施例によれば、基板電極に印加する高周波電圧の電圧波形を平坦化できるので、種々のプロセスにおいてプロセス毎に最適なイオンエネルギー分布となるバイアス電圧を基板電極に印加することができ、高精度の表面処理を行うことができるという効果がある。
【００６１】
また、基板電極に印加する高周波電圧の電圧波形の正電圧側を平坦化することにより、プラズマ電位の上昇を抑制することができるので、プラズマ中のイオンが処理室内壁をスパッタすることがなく金属汚染を低減でき、また処理室下部の空間へのプラズマ拡散を防ぐことができるので異物の増加を抑制することのできるという効果がある。
【００６２】
なお、これら第一ないし第三の実施例に示したクリップ回路は、前述記載の構成に限定されるものではなく、電子回路において一般に用いられるクリップ回路の構成を利用し得る。
【００６３】
なお、これらの実施例は、真空容器内にアンテナ電極を有する有磁場ＵＨＦプラズマ処理装置を例に述べたが、図１３に示すような真空容器外にアンテナ電極を設けた有磁場ＵＨＦプラズマ処理装置にも適用できる。本図の装置が図１の装置と異なる点は、処理容器１０２と誘電体窓１２３によって処理室を気密に構成し、アンテナ電極１０３が誘電体窓１２３上部に設けられ処理室の外側、すなわち、真空容器外に配置されている点と、アンテナ電極１０３にはプラズマ生成用の高周波電源１１１の回路のみが設けてある点である。
【００６４】
また、ＵＨＦプラズマ装置以外の装置、例えば、ＣＣＰ（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ），二周波励起（Ｄｕａｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｐｌａｓｍａ），ＳＷＰ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｗａｖｅ  ｅｘｃｉｔｅｄ  ｐｌａｓｍａ），マグネトロン装置，ＶＨＦプラズマ，ＴＣＰ，ＩＣＰ等のタイプの装置についても同様に適用できる。なお、図１４ないし図１６にこれら装置の一部を示す。図１４に示す装置は、上部が開放された処理容器１０２の上部に誘電体窓６０３を設置・密封し処理室を形成する。誘電体窓６０３上部には導波管６０２を介し、マグネトロン６０１が接続されている。マグネトロン６０１より発振された、例えば、２．４５ＧＨｚ  のマイクロ波は導波管６０２を伝播し、誘電体窓６０３を介して、処理室内に導入され、磁場発生用コイル１０５により生成された、例えば、８７５Ｇの磁場との相互作用により、効率良くガスを電離しプラズマを発生させる装置となっている。なお、本図において図１と同符号は同一部材を示し説明を省略する。
【００６５】
図１５に示す装置は、上部が開放された処理容器１０２の上部に誘電体窓６０３を設置・密封し処理室を形成する。誘電体窓６０３上部にはループアンテナ７０１が設置されている。また、ループアンテナ７０１は、例えば、１３．５６ＭＨｚのアンテナ電源７０２に接続されている。ループアンテナ７０１より誘電体窓６０３を介して高周波電力が処理室内に供給されプラズマを生成する装置となっている。なお、本図において図１と同符号は同一部材を示し説明を省略する。
【００６６】
図１６に示す装置は、上部が密閉された処理容器１０２の上部に誘電体窓１０４（例えば、石英製）および上部電極１０３を設置・密封する。上部電極１０３は、例えば、２７ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの高周波電源８０１に接続されている。上部電極１０３より処理室内に供給される高周波電力によりプラズマが生成される装置となっている。なお、本図において図１と同符号は同一部材を示し説明を省略する。
【００６７】
〔第四実施例〕
本発明の第４の実施例を図１７を用いて説明する。本図において図１と同符号は同一部材を示し説明を省略する。本図が図１と異なる点を以下に説明する。アンテナバイアス電源１１４と基板バイアス電源１１９は位相制御器１２２に接続されており、アンテナバイアス電源１１４および基板バイアス電源１１９から出力する高周波の位相を制御可能となっている。この場合、アンテナバイアス電源１１４と基板バイアス電源１１９の周波数は、例えば、８００ｋＨｚとしてあり同一周波数としてある。
【００６８】
位相制御器１２２は、アンテナバイアス電源１１４側のフィルター１１２と整合器１１３との間および基板バイアス電源１１９側のフィルター１１７と整合器１１８との間からそれぞれ電力信号を取り込み、位相制御器１２２内でそれぞれの電力の位相が逆相、この場合、１８０°±４５°以内の所望の位相差になるように、アンテナバイアス電源１１４と基板バイアス電源１１９とに位相をずらした小振幅の信号を出力する。この場合のアンテナバイアス電源１１４および基板バイアス電源１１９はアンプ機能を有するのみで良い。
【００６９】
また、位相制御器１２２が、アンテナバイアス電源１１４側のフィルター１１２と整合器１１３との間および基板バイアス電源１１９側のフィルター１１７と整合器１１８との間からそれぞれ電力信号を取り込み、電力の出力タイミングを指示するトリガー信号のみを出力するものである場合には、アンテナバイアス電源１１４および基板バイアス電源１１９はオシレータ機能を有するものとする。
【００７０】
アンテナ電極１０３と基板電極１１５に印加される高周波電圧が逆相（好ましくは１８０°±３０°の範囲以内）の場合、例えば、基板電極１１５に正の電圧が印加されているとき、アンテナ電極１０３には負の電圧が印加されるので、アンテナ電極１０３にはイオンが入射するが電子は入射せず、アンテナ電極１０３近傍は電子リッチな状態になり、対向する電極が効率よくアースとしての機能を有することからプラズマ電位が高周波電力によらず、高周波電圧のピーク電圧値からすれば、ほぼ０Ｖに近い２０〜３０Ｖ程度の電圧値に固定されるため、前述の実施例１で示した整合器１１８によって基板電極１１５側のイオンエネルギー制御効果を、より精度良く実現することが可能になる。またこれにより、チャージングダメージの低減も行うことができるという効果がある。
【００７１】
また、基板電極１１５側に設けた整合器１１８のクリップ回路２０１と同様のクリップ回路を、アンテナ電極１０３側に設けた整合器１１３にも設けることにより、さらにアンテナ電極１０３のバイアス電圧の電圧波形も制御できるので、さらなるプロセス処理のウィンドウを広げることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、基板電極に印加する高周波電圧波形を調整することにより、イオンエネルギー分布におけるイオンのエネルギー電位や量を制御でき、高精度なプラズマ処理やチャージングダメージの少ないプラズマ処理が可能になるという効果がある。
【００７３】
なお、上述のこれら実施例ではエッチング装置について述べたが、アッシング装置，プラズマＣＶＤ装置など、基板電極へ高周波電力を供給する他のプラズマ処理装置にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の装置の整合器の一例を示す回路図である。
【図３】図２の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図である。
【図４】図３の直流電圧（Ｖｂ）の値とイオンエネルギー分布との関係を示す図である。
【図５】図１の装置を用いてエッチング処理する被処理材の一例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第二の実施例であり、図１の装置の整合器の一例を示す回路図である。
【図７】図６の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図である。
【図８】図７の直流電圧（Ｖｂ）の値とイオンエネルギー分布との関係を示す図である。
【図９】図６の整合器を用いた装置によりエッチング処理する被処理材の一例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施例であり、図１の装置の整合器の一例を示す回路図である。
【図１１】図１０の整合器の他の例を示す回路図である。
【図１２】図１０および図１１の整合器を用いて制御した電圧波形例を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第７の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第８の実施例であるプラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０１…真空容器、１０２…処理容器、１０３…アンテナ電極、１０４…誘電体窓、１０５…磁場発生用コイル、１０６…真空排気口、１０７…ガス供給装置、１０８…同軸線路、１０９，１１２，１１７，１２０…フィルター、１１０，１１３，１１８…整合器、１１１…高周波電源、１１４…アンテナバイアス電源、１１５…基板電極、１１６…被処理材、１１９…基板バイアス電源、１２１…静電チャック電源、１２２…位相制御器、２００…整合部、２０１，２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ…クリップ回路、２０２…アクティブライン、２０３…グランド線。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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