(57)【要約】【課題】  大口径の試料について微細パターンの精密な加工が容易で、また、微細加工時の選択比も向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  真空処理室と、該真空処理室内で処理される試料を配置するための試料台と、高周波電源を含むプラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段とを備え、前記高周波電源として１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を印加するとともに、前記真空処理室を０．５〜４．０Ｐａに減圧するように構成されている。【選択図】  図１
2008263226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、
前記真空処理室内に設置された上部電極および下部電極からなる一対の対向する平行平板電極と、
前記真空処理室に少なくともフッ素及びカーボンを含むエッチングガスを導入するガス導入手段と、
前記平行平板電極間にプラズマを発生させるための高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電源と、
前記下部電極に接続されたイオンエネルギー制御用のバイアス電源と、
前記上部電極に設けられた上部電極カバーと、
前記下部電極上でかつ前記試料を載置する試料載置面の外周近傍に絶縁体を介して配置されたサセプタカバーと、
前記下部電極は、ＳｉＯ２の絶縁膜を有する試料を保持し該絶縁膜を前記プラズマによりエッチング処理するための試料台を兼ねており、
前記一対の対向する平行平板電極は、その間隔を３０ｍｍないし１００ｍｍに設定されるように構成したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項２】
真空処理室と、
前記真空処理室内に設置された一対の対向する平行平板電極と、
前記真空処理室に少なくともフッ素及びカーボンを含むエッチングガスを導入するガス導入手段と、
前記平行平板電極間にプラズマを発生させるための５０MHzないし３００MHzの高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電源と、
前記一対の平板電極の一方の平行平板電極に接続されたイオンエネルギー制御用のバイアス電源と、
前記一対の平板電極の他方の電極に設けられた電極カバーと、
前記一方の平行平板電極上でかつ前記試料を載置する試料載置面の外周近傍に絶縁体を介して配置されたサセプタカバーと、
前記真空処理室の圧力を０．４Ｐａ〜４．０Ｐａに減圧するための排気手段とを具備し、
前記一対の対向する平行平板電極の一方は、ＳｉＯ２の絶縁膜を有する試料を保持し該絶縁膜を前記プラズマによりエッチング処理するための試料台を兼ねており、
前記一対の対向する平行平板電極は、その間隔を３０ｍｍないし１００ｍｍに設定されるように構成したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体デバイスの高集積化に伴ってますます微細加工性や処理速度の向上が要求されて来ている。この要求に応えるためには、処理ガス圧の低圧化，プラズマの高密度化が必要になって来ている。
【０００３】
処理ガス圧の低圧化，高密度化を目指すものとして、(１）マイクロ波(２.４５ＧＨｚ)電磁界と静磁場（８７５Ｇ）とのサイクロトロン共鳴現象（ＥＣＲと略す）を利用したもの、（２）ＲＦ周波数の電源によりコイルを励振し、誘導電磁界を発生させて、プラズマを発生させるもの（ＩＣＰと略す）などがある。
【０００４】
ところで、フルオロカーボン系ガスを用いて、酸化膜系の膜をエッチングする場合、上記（１)に示したＥＣＲや（２）に示したＩＣＰ方式では、ガスの解離が進みすぎ、酸化膜系膜の下地（ＳｉやＳｉＮ）に対する選択比を高くすることが困難であるのが現状である。
【０００５】
一方、特許文献１には平行平板間に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するプラズマ発生方式が開示されている。平行平板間にＲＦ周波数の電圧を印加し、プラズマを発生させる従来の方法は、１０Ｐａ以下の圧力で安定に放電させることは困難である。          
この対策として、（３）特許文献２や特許文献３に示されたような、数十ＭＨｚ以上の高い周波数の電圧によりプラズマを生成させ数ＭＨｚ以下の低い周波数で試料のバイアス制御を行う２周波励起法や、（４）特許文献４に示されたような、試料表面に誘起された自己バイアス電界（Ｅ）と交差する方向に磁界Ｂを加え、電子のローレンツ力による電子の閉じ込め作用を利用したマグネトロンＲＩＥ（Ｍ−ＲＩＥと略す）法がある。
【０００６】
また、低ガス圧下においてプラズマ密度を増加させる方法として、特許文献５に記載されたものがある。これは、電磁波であるマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）と静磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）とによる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を活用し、０．１〜１Ｐａの低ガス圧でも高いプラズマ密度が得られるようにしたものである。
【０００７】
一方、プラズマを用いて半導体のエッチング処理や成膜処理等を行う技術分野において、被処理物（例えば半導体ウェハ基板、以下試料と略する。）を配置する試料台に対して、プラズマ中のイオンを加速するための高周波電源と、静電吸着力によって試料を試料台に保持させる静電吸着膜とを備えた処理装置が採用されている。
【０００８】
例えば、特許文献６に記載された装置は、マイクロ波でプラズマを発生させ、静電吸着力によって試料を試料台に保持させると共に試料と試料台との間に伝熱ガスを介在させて試料の温度制御を行いながら、正弦波出力の高周波電源をバイアス電源として、該電源を試料台に接続して試料に入射するイオンエネルギーを制御するものである。
【０００９】
また、特許文献７では、プラズマ−電極間の電界強度を一定化するパルス状のイオン制御バイアス波形を発生させ試料台に印加することにより、試料に入射するイオンエネルギーの分布幅を狭くでき、エッチングの加工寸法精度や被処理膜と下地材とのエッチング速度比を数倍に上げることが可能となることが記載されている。
【００１０】
また、特許文献８では、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させ、試料に、パルスデューティが０．１％程度以上の幅のパルスバイアスを印加し、ノッチの発生を防止することが記載されている。
【００１１】
なお、ＶＨＦ帯電磁波と静磁場とによりサイクロトロン共鳴を起こし、プラズマ密度を向上させる例として、非特許文献１に記載のものがある。しかし、本例で同軸形状の中心導体に１４４MHzの高周波を印加し、中心導体に平行な５１Ｇの磁場を加え、サイクロトロン共鳴を生じさせて、高密度のプラズマを発生させ、このプラズマ発生部の下流にアースされた試料台を設置している。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−２８８１９５号公報
【特許文献２】特開平７−２９７１７５号公報
【特許文献３】特開平３−２０４９２５号公報
【特許文献４】特開平２−３１２２３１号公報
【特許文献５】特開昭５６−１３４８０号公報
【特許文献６】ＵＳＰ５，３２０，９８２号明細書
【特許文献７】特開昭６２−２８０３７８号公報
【特許文献８】特開平６−６１１８２号公報
【非特許文献１】Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ，Vol.28，No.10, October，1989, PP. L 1860- L 1862
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来技術中、特許文献１や特許文献２に記載のプラズマ発生方式は、１３．５６ＭＨｚや数十ＭＨｚの高周波によりプラズマを発生させるものである。数十〜５Ｐａ（パスカル）程度のガス圧では、酸化膜のエッチングに良好なプラズマを発生させることができる。しかし、０．２μｍ程度以下のパターン寸法の微細化にともない、処理形状の垂直化がより強く要求されるようになってきており、このためには、ガス圧の低下が必須になって来ている。
【００１４】
しかし、上記した２周波励起法やＭ−ＲＩＥ法では、４Ｐａ以下（０．４〜４Ｐａ）で５×１０１０cm−３程度以上の所望の密度のプラズマを安定に生成させることが困難である。例えば、上記２周波励起法では、プラズマ励起周波数を高くしていっても、５０ＭＨｚ程度以上ではプラズマ密度があまり増加しないか、逆に低下する減少が出てきて、０.４〜４Ｐａの低ガス圧でプラズマ密度を５×１０１０cm−３以上にすることは困難である。
【００１５】
また、Ｍ−ＲＩＥ法では、試料表面に生ずる電子のローレンツ力による電子の閉じ込め作用により生成されるプラズマ密度は、試料全面で均一でなければならない。しかし、Ｅ×Ｂのドリフトにより、一般にプラズマ密度に面内の片寄りが生じる欠点がある。試料表面に直接、電子の閉じ込め作用で形成されるプラズマ密度の片寄りは、電界強度の強い試料近傍のシース付近で発生するため、拡散等の方法によって補正することはできない。
【００１６】
この解決法として特許文献１に記載されている様に、Ｅ×Ｂによる電子のドリフト方向に磁界強度が弱くなる様に磁石を配置することにより、試料に平行な磁場の最大値として２００ガウスを加えても、偏りの無い均一なプラズマガ得られる。しかし、磁界強度分布を一度固定すると、プラズマが均一となる条件がある特定の狭い範囲に限定されるため、処理条件の変化には容易に追随できない欠点がある。特に、φ３００以上の大口径試料に対し、電極間の距離が２０ｍｍ程度以下で狭い場合、試料端部上の圧力より試料中央部上の圧力が１割以上高くなり、試料上の圧力差を避けるため試料台と対向電極間の間隔を３０ｍｍ以上に設定する場合、困難性が特に増す傾向にある。
【００１７】
このように、上記した２周波励起法やＭ−ＲＩＥ法では、０.４〜４Ｐａの低圧で、５×１０１０cm−３のプラズマ密度をφ３００mmの試料面内で均一にすることは困難である。従って、２周波励起法やＭ−ＲＩＥ法では、φ３００mm以上の大口径のウェハに対し、均一でかつ高速加工性を有して０.２ミクロン径以下の加工を、下地（ＳｉやＳｉＮ等）との選択比を高く加工することは困難な状況である。
【００１８】
一方、低ガス圧によるプラズマ密度を大幅に増加させる方法として、上記従来技術中の特許文献５に記載されたものがある。しかし、この方式では、ガスの解離が進みすぎ、フッ素と炭素とを含有するガスを用いてシリコン酸化膜や窒化膜等をエッチングした場合、フッ素原子／分子やフッ素イオンが多量に発生し、所望の下地（Ｓｉ等）との選択比が得られないという欠点があった。ＲＦ電力の誘導電磁界を用いるＩＣＰ法も上記ＥＣＲ法と同様に解離が進みすぎる欠点があった。
【００１９】
また、処理ガスを試料の周辺から排気する構成が一般に取られており、この場合、試料中央部の密度が高く、試料周辺部のプラズマ密度が低くなる傾向となり、試料全面での処理の均一性がそこなわれる欠点があった。この欠点を改善するため試料の周辺付近に環状の土手（フォーカスリング）を設け、ガス流を澱ませることが行われているが、この土手に反応生成物が付着し、異物発生源となり歩留まりが低下する欠点を持っていた。
【００２０】
一方、試料に入射するイオンのエネルギー制御するため、試料を載置する電極に正弦波のＲＦバイアスを加えることが行われている。その周波数として数１００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚが用いられているが、この周波数帯では、シース内の電界の変化にイオンが追随するため入射するイオンのエネルギー分布が、低いエネルギー側と高いエネルギー側との２つでピークを持つダブルピーク型となっていた。高いエネルギー側のイオンは、処理速度は高いが、試料にダメージを与え、低いエネルギー側のイオンは処理速度が低い欠点があり、ダメージをなくそうとすると処理速度が低下し、処理速度を上げようとするとダメージが問題となる欠点があった。一方、ＲＦバイアス周波数を例えば５０ＭＨｚ程度以上の高い値とすると、入射するエネルギー分布はそろってシングルピークに近づくが、プラズマ生成にそのエネルギーの大半が使われ、シースに加わる電圧が大幅に低下するため、入射イオンのエネルギーを単独に制御することが困難になる欠点があった。
【００２１】
また、上記従来技術中、特許文献７や特許文献８に記載のパルスバイアス電源方式は、試料台電極と試料との間に静電吸着用誘電体層を使用して試料にパルスバイアスを印加する場合の検討がなされておらず、静電吸着方式にそのまま適用するとイオン電流の流入に伴い静電吸着膜の両端間に発生する電圧の増加によりプラズマと試料表面間に印加されるイオン加速電圧が低下し、イオンエネルギー分布が広がるため、試料に十分な温度制御を行いながら、必要とする微細パターンの処理に対処することができない欠点があった。
【００２２】
また、特許文献６に記載された従来の正弦波出力バイアス電源方式では、周波数が高くなると、シース部のインピーダンスがプラズマ自身のインピーダンスに近づくか、それ以下になるため、バイアス電源により試料近傍のシース付近で不要なプラズマが生じ、イオンの加速に有効に使われなくなるとともにプラズマ分布も悪化し、バイアス電源によるイオンエネルギーの制御性が失われる欠点があった。
【００２３】
さらにまた、プラズマ処理においては、イオン量、ラジカル量及びラジカル種を適正に制御することが、性能向上のために重要であるが、従来はイオン源やラジカル源となるガスを処理室に流入させ、処理室内でプラズマを発生させて、イオンとラジカルを同時に発生させていたため、試料の処理が微細化するにつれ、その制御の限度が明白となりつつある。
【００２４】
また、先に述べた非特許文献１のＶＨＦ帶のサイクロトロン共鳴を利用した例では、試料台に印加するバイアス電源の設置バイアス電圧を試料面全面にわたって均一に加えるための手段等述べられていない。また、処理室の高さは２００ｍｍ程度以上となっており、対向電極での表面反応有効に活用する構成とはなっておらず、この構成で高い選択比を得ることは困難である。
【００２５】
本発明の目的は、過度にガスの解離を進めずφ３００mm以上の大口径で均一なプラズマを得ることにより、大口径の試料に対する微細パターンの精密な加工が容易なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、大口径の試料の全面にわたって均一かつ高速な処理、特に酸化膜処理を施すことができるプラズマ処理装置およびその処理方法を提供することにある。
【００２７】
本発明の他の目的は、試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ処理の選択比を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的は、狭いイオンエネルギー分布を得て安定して低ダメージで制御性良くプラズマ処理の選択比を向上できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２９】
本発明の他の目的は、試料の静電吸着により温度制御性を改善し、必要とする微細パターンの処理を精度良く安定して行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００３０】
本発明の他の目的は、イオンとラジカルを独立に制御することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の特徴は、真空処理室と、該真空処理室内で処理される試料を配置するための試料台と、高周波電源を含むプラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段とを備え、前記高周波電源として１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を印加するとともに、前記真空処理室を０．５〜４．０Ｐａに減圧するように構成されていることにある。
【００３２】
本発明の他の特徴は、一方の電極に試料が配置される一対の対向する電極と、前記試料が配置される雰囲気に、エッチングガスを導入するガス導入手段と、前記雰囲気を０．５〜４．０Ｐａに減圧排気する排気手段と、前記一対の対向電極に１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を印加する高周波電源と、前記圧力下で前記エッチングガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記試料のエッチング時に前記一方の電極に、パルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段からなり、前記試料中の絶縁膜をプラズマ処理することにある。
【００３３】
本発明の他の特徴は、真空処理室と、該真空処理室で処理される試料を配置するための試料台と、プラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料台に接続され、該試料台にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段と、前記パルスバイアス電圧の印加に伴い前記静電吸着手段の静電吸着容量に対応して発生する電圧の上昇を抑制する、電圧抑制手段とを設け、該電圧抑制手段は、パルスの一周期中の前記静電吸着手段の静電吸着膜による電圧変化を、前記パルスバイアス電圧の１／２以下に抑制するように構成されていることにある。
【００３４】
本発明によれば、過度にガスの解離を進めず、φ３００mm以上の大口径で飽和イオン電流分布が±５％以下の均一なプラズマを得るために、プラズマ生成用高周波電源として、３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ，好ましくは５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用いる。一方、前記高周波電源により一対の電極間に生ずる電界と交差する方向に、静磁場もしくは低周波磁場を形成する。これにより、一対の電極間には、試料台の試料載置面に沿って該一対の電極の中央よりも試料台とは反対側に、磁場と電界との相互作用による電子のサイクロトロン共鳴領域が形成される。この電子のサイクロトロン共鳴によリ生成されるプラズマにより試料を処理する。
【００３５】
磁場は、１０ガウス以上１１０ガウス以下、好ましくは１７ガウス以上７２ガウス以下の静磁場もしくは低周波（１ＫＨｚ以下）磁場の部分を有し、ガスは、０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧とする。また、両電極間の距離を３０ないし１００mm、好ましくは３０ないし６０mmとする。なお、一対の電極は、それぞれ処理される試料の面積以上の面積を有するものであることは言うまでもない。
【００３６】
高周波電源の周波数ｆとして、５０ＭＨｚ≦ｆ≦２００ＭＨｚのＶＨＦを用いることによって、プラズマ密度はマイクロ波ＥＣＲの場合に比べて１桁ないし２桁程度低下する。また、ガスの解離も低下し、不要なフッ素原子／分子や、イオンの発生も１桁程度以上低下する。このＶＨＦ帯の周波数と、サイクロトロン共鳴を用いることによって、プラズマ密度の絶対値として、５×１０１０cm−３以上の、適度に密度の高いプラズマが得られ、０．４〜４Ｐａの低圧で高レートの処理が可能となる。さらに、ガスの解離も過度に進まないために、ＳｉやＳｉＮ等の下地との選択比を大きく悪化させることは無い。
【００３７】
従来の１３．５６ＭＨｚの平行平板電極に比べれば、ガスの解離が少し進むが、これによるフッ素原子／分子や、イオンのわずかの増加は、電極表面やチャンバ壁面にシリコンや炭素を含む物質を設置したり、更には、これらにバイアスを加えることや、水素を含むガスを用いて水素とフッ素を結合して排出することにより改善することができる。
【００３８】
また、本発明によれば、両電極の間で、試料台に平行な磁場成分の最大となる部分を両電極の中央よりも試料台と反対側に設定し、試料台の試料載置面での試料に平行な磁場強度を３０ガウス以下好ましくは１５ガウス以下とすることによって、試料載置面付近で電子に働くローレンツ力（Ｅ×Ｂ）を小さい値にし、試料載置面でのローレンツ力による電子ドリフト効果によるプラズマ密度の不均一性の発生をなくすることができる。
【００３９】
本発明の他の特徴によれば、試料の中央部付近に比べ、試料の周辺部ないしはその外側付近でプラズマの生成を高める様に、電子のサイクロトロン共鳴効果を中央に比べ、周辺部ないしはその外側で大きくする。電子のサイクロトロン共鳴効果を下げる手段としては、サイクロトロン共鳴領域と試料との距離を遠くしたり、サイクロトロン共鳴領域をなくしたり、磁場と電界との直交度合を少なくすること等により達成できる。
【００４０】
また、サイクロトロン共鳴磁場ＢC付近での磁場勾配を急にし、ＥＣＲ共鳴領域を狭くすると、サイクロトロン共鳴効果を弱めることができる。ＥＣＲ共鳴領域は、
Ｂｃ（１−ａ）≦Ｂ≦Ｂｃ（１＋ａ）    但し、０．０５≦ａ≦０．１
なる磁場強度Ｂの範囲となる。
【００４１】
ＥＣＲ共鳴領域では解離が進むため、特にイオンの生成が盛んになる。一方、ＥＣＲ共鳴領域以外の領域は、ＥＣＲ共鳴領域に比べて解離が進まず、ラジカルの生成の方が盛んになる。ＥＣＲ共鳴領域の幅と上部電極に加える高周波電力を調整することにより、試料の処理に適切なイオンとラジカルの発生をより独立に制御することができる。
【００４２】
本発明の他の特徴は、真空処理室と、該真空処理室内で処理される試料を配置するための試料台と、高周波電源を含むプラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段とを備え、前記高周波電源として１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を印加するとともに、前記真空処理室を０．５〜４．０Ｐａに減圧するように構成したことにある。
【００４３】
本発明の他の特徴は、真空処理室と、該真空処理室で処理される試料を配置するための試料台と、プラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料台に接続され、該試料台にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段と、前記パルスバイアス電圧の印加に伴い前記静電吸着手段の静電吸着容量に対応して発生する電圧の変化を抑制する、電圧抑制手段とを設けたことにある。
【００４４】
本発明の他の特徴は、真空処理室に設けられた対向する一対の電極の一方に試料を配置するステップと、該試料を静電吸着力によって前記電極に保持するステップと、前記試料が配置された雰囲気に、エッチングガスを導入するステップと、前記雰囲気を、０．５〜４．０Ｐａに減圧排気するステップと、１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を印加し、前記圧力下でエッチングガスをプラズマ化するステップと、該プラズマにより前記試料をエッチングするステップと、前記一方の電極にパルスバイアス電圧を印加するステップとからなるプラズマ処理方法にある。
【００４５】
本発明の他の特徴は、対向する電極の一方の電極に試料を配置するステップと、該配置された試料を静電吸着力によって前記電極に保持するするステップと、前記試料が配置された雰囲気に、エッチングガスを導入するステップと、該導入されたエッチングガスをプラズマ化するステップと、該プラズマにより前記試料をエッチングするステップと、該エッチング時に前記一方の電極に、２５０Ｖ〜１０００Ｖのパルス振幅と０．０５〜０．４のデューティ比を有するパルスバイアス電圧を印加するステップからなり、前記試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）をプラズマ処理することにある。
【００４６】
本発明の他の特徴によれば、静電吸着用誘電体層を有する静電吸着手段を備えた試料台に所定の特性のパルス状バイアス電力を印加することにより、試料の温度制御性を十分に行ない、必要とする微細パターンの処理を安定して行うことが出来る。すなわち、試料を静電吸着力によって試料台に保持する静電吸着手段と、試料台に接続され、該試料台にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段とを備えており、周期が０．２〜２μｓで正方向パルス部分のｄｕｔｙが１／２以下のパルスバイアスを、容量素子を介して試料に加える。
【００４７】
また、本発明の他の特徴によれば、パルスバイアス電圧の印加に伴い静電吸着手段の静電吸着容量に対応して発生する電圧の変化を抑制する電圧抑制手段として、パルス一周期中の静電吸着により誘電体層の両端に加わる電圧変化が、パルスバイアス電圧の大きさの１／２以下となるように構成する。具体的には、下部電極の表面に設けられた誘電体の静電チャック膜の膜厚を薄くしたり、誘電体を比誘電率の大きい材料とする。あるいはまた、パルスバイアス電圧の周期を短くして誘電体層の両端に加わる電圧の上昇を抑制する方法を採用しても良い。
【００４８】
本発明の他の特徴によれば、さらにまた、試料のエッチング時に前記一方の電極に、２５０Ｖ〜１０００Ｖのパルス振幅と０．０５〜０．４のデューティ比を有するパルスバイアス電圧を印加することにより、試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ処理の選択性等を向上させることができる。
【００４９】
本発明の他の特徴は、真空処理室と、該真空処理室内で処理される試料を配置するための試料台と、プラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段と、前記真空処理室に、ラジカル発生用ガスを予め分解する手段を有し所望量のラジカルを供給するラジカル供給手段と、前記真空処理室にイオン発生用ガスを供給する手段と、前記真空処理室にプラズマを発生させるプラズマ生成手段とを具備し、前記試料としてＳｉＯ２を用いることにある。
【００５０】
本発明の他の特徴は、真空処理室と、該真空処理室内で処理される試料を配置するための試料台と、高周波電源を含むプラズマ生成手段とを有するプラズマ処理装置であって、前記試料を静電吸着力によって前記試料台に保持する静電吸着手段と、前記試料にパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス印加手段と、前記真空処理室に、ラジカル発生用ガスを予めプラズマ化し所望量のラジカルを供給するラジカル発生用プラズマ供給手段と、前記真空処理室に、イオン発生用ガスを供給しプラズマを発生させる前記プラズマ生成手段とを備え、前記高周波電源に１０MHz〜５００MHzの高周波電圧を印加するとともに、前記真空処理室を０．５〜４．０Ｐａに減圧するように構成されていることにある。
【００５１】
本発明の他の特徴によれば、イオンとラジラルの量や質を独立に制御し、静電吸着用誘電体層を有する静電吸着手段を備えた試料台に所定の特性のパルス状バイアス電力を印加することにより、試料の温度制御性を十分に行ない、必要とする微細パターンの処理を安定して行うことが出来る。
【００５２】
さらに、イオンとラジラルの量や質を独立に制御し、狭いイオンエネルギー分布を得て、安定して制御性良くプラズマ処理の選択性等を向上させることができる。
【００５３】
また、イオンとラジラルの量や質を独立に制御し、パルスバイアス電圧の印加に伴い静電吸着手段の静電吸着容量に対応して発生する電圧の変化を抑制する電圧抑制手段として、パルス一周期中の静電吸着により誘電体層の両端に加わる電圧変化が、パルスバイアス電圧の大きさの１／２以下となるように構成する。具体的には、下部電極の表面に設けられた誘電体の静電チャック膜の膜厚を薄くしたり、誘電体を比誘電率の大きい材料とする。あるいはまた、パルスバイアス電圧の周期を短くして誘電体層の両端に加わる電圧の上昇を抑制する方法を採用しても良い。
【００５４】
また、本発明の他の特徴によれば、イオンとラジラルの量や質を独立に制御し、試料のエッチング時に前記一方の電極に、２５０Ｖ〜１０００Ｖのパルス振幅と０．０５〜０．４のデューティ比を有するパルスバイアス電圧を印加することにより、試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対する下地とのプラズマ処理の選択性等を向上させることができる。
【００５５】
さらに本発明の他の特徴によれば、イオンとラジラルの量や質を独立に制御し、プラズマ発生用の高周波電源として、１０MHｚ〜５００MHｚの高周波電圧を用い、処理室内のガス圧力を、０．５〜４．０Ｐａの低圧としている。これにより、安定したプラズマが得られる。また、このような高周波電圧を用いることによりガスプラズマの電離がよくなり、試料加工時の選択比制御が良くなる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、φ３００ｍｍ以上の大口径の試料について微細パターンの精密な加工が容易で、また、微細加工時の選択比も向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。また、大口径の試料の全面にわたって均一かつ高速な処理、特に酸化膜処理を施すことができるプラズマ処理装置およびその処理方法を提供することができる。
【００５７】
本発明によれば、さらに、試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ処理の選択性等を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【００５８】
また、制御性が良くかつ狭いイオンエネルギー分布を得て、プラズマ処理の選択性等を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【００５９】
また、静電吸着用誘電体層を有する試料台を使用する場合において、制御性良く、狭いイオンエネルギー分布を得て、プラズマ処理の選択性等を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【００６０】
また、イオンとラジカルの量や質を独立に制御することにより、プラズマ処理装置の処理室内の圧力を低くして、微細パターンの精密な加工が容易で、また、微細加工時の選択比も向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【００６１】
さらにまた、イオンとラジカルの量や質を独立に制御することにより、試料中の絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ処理の選択性等を向上させたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下本発明の実施例を説明する。まず図１に、本発明を対向電極型のプラズマエッチング装置へ適用した第一の実施例を示す。
【００６３】
図１において、真空容器としての処理室１０は、上部電極１２と下部電極１５とから成る一対の対向する電極を備えている。下部電極１５には試料４０が載置される。両電極１２，１５の間隙は、φ３００ｍｍ以上の大口径の試料を処理する時の試料面上の圧力差を１割以下にするために、３０ｍｍ以上とするのが望ましい。また、フッ素原子や分子やイオンを減じるために、上部／下部電極表面上での反応を有効に活用する観点から、１００mm以下、好ましくは６０mm以下とするのが望ましい。上部電極１２には、マッチングボックス１６２を介して高周波エネルギーを供給する高周波電源１６が接続されている。１６１は高周波電源変調信号源である。上部電極１２とアース間には、バイアス電源１７の周波数成分に対しては低インピーダンスとなり、高周波電源１６の周波数成分に対しては高インピーダンスとなるフィルタ１６５が接続されている。
【００６４】
試料台にほぼ平行に設置された上部電極１２の表面積は、処理される試料４０の面積よりも大きくし、バイアス電源１７の印加により試料面上のシースに効率良くかつ均一に電圧が加わるように構成している。
【００６５】
上部電極１２の下側表面には、シリコン、カーボンもしくはＳｉＣからなるフッ素の除去板としての上部電極カバー３０が設けられている。また、上部電極１２の上部には、ガスを所望の分布に拡散するガス拡散板３２を備えたガス導入室３４が設けられている。処理室１０には、ガス供給部３６からガス導入室３４のガス拡散板３２、上部電極１２及び上部電極カバー３０に設けられた孔３８を介して、試料のエッチング等の処理に必要なガスが供給される。外室１１は、外室にバルブ１４を介して接続された真空ポンプ１８により真空排気され、処理室１０が試料の処理圧力に調整される。１３は絶縁体である。処理室１０の周囲には、プラズマ密度を高めると共に処理室中の反応の均質化を図るために、放電止じ込め用リング３７が設けられている。放電止じ込め用リング３７には、排気用の隔間を設けている。
【００６６】
上部電極１２の上には、電極間に形成された電界Ｅに直交し、試料４０の面に平行な磁場を形成するための磁場形成手段２００が設けられている。磁場形成手段２００は、コア２０１、電磁コイル２０２、絶縁体２０３を具備している。上部電極１２の構成材料としては、非磁性材導電体、例えばアルミニウムやアルミニウム合金がある。処理室１０の構成材料としては、非磁性材、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、アルミナ、石英、ＳｉＣ等がある。コア２０１は、磁束が処理室１０の中央上部から上部電極１２に向かい、上部電極１２に沿って略平行に外周に伸びるような磁界Ｂを形成すべく、コア部２０１Ａ、２０１Ｂを有する断面略Ｅ字型の軸回転対称構造となっている。磁場形成手段２００によって両電極間に形成される磁場は、１０ガウス（Ｇａｕｓｓ）以上１１０ガウス以下、好ましくは１７ガウス以上７２ガウス以下の静磁場、あるいは低周波磁場（１ＫＨZ以下）の、サイクロトロン共鳴を生じる部分を有する。
【００６７】
サイクロトロン共鳴を生じる磁場強度Ｂc(ガウス)は、公知の通り、プラズマ生成用高周波の周波数ｆ（ＭＨｚ）に対しＢc＝０．３５７×ｆ（ＭＨｚ）の関係にある。
【００６８】
なお、本発明における２電極１２，１５は、相対向する一対の電極が実質的に平行であれば良く、プラズマ生成特性等の要求から電極１２，１５が若干の凹面あるいは凸面を持つものであっても良い。この様な２電極型では、電極間の電界分布を容易に均一化でき、この電界に直交する磁場の均一性を向上することにより、サイクロトロン共鳴によるプラズマの生成を均一にすることが比較的容易である特徴を持つ。
【００６９】
試料４０を載置保持する下部電極１５は、２極式の静電チャック２０を備えた構成となっている。すなわち、下部電極１５は、外側の第１下部電極１５Ａと、その内側上方に絶縁体２１を介して配置された第２下部電極１５Ｂによって構成され、第１、第２両下部電極の上表面に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）２２が設けられている。第１、第２両下部電極間には、高周波成分カット用のコイル２４Ａ，２４Ｂを介して直流電源２３が接続されており、第２下部電極１５Ｂ側が正になるようにして両下部電極間に直流電圧を印加する。これにより、静電吸着膜２２を介して試料４０と両下部電極間に作用するクーロン力により、試料４０が下部電極１５上に吸着、保持される。静電吸着膜２２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムにチタン酸化物を混合したものなどの誘電体を使用することができる。また、電源２３としては、数１００Ｖの直流電源を用いる。
【００７０】
また、下部電極１５（１５Ａ，１５Ｂ）には、２０Ｖ〜１０００Ｖの振幅のパルスバイアスを供給するパルスバイアス電源１７が、ＤＣ成分をカットするブロッキングコンデンサ１９Ａ，１９Ｂを介してそれぞれ接続されている。
【００７１】
これまで、静電チャックとして、２極式を用いて説明したが、他の方式の静電チャック、例えば、単極式やｎ極式（ｎ≧３）でもよい。
【００７２】
エッチング処理を行う場合、処理の対象物である試料４０は、処理室１０の下部電極１５の上に載置され、静電チャック２０により吸着される。一方、ガス供給部３６からガス導入室３４を介して、試料４０のエッチング処理に必要なガスが処理室１０に供給される。外室１１は真空ポンプ１８により真空排気され、処理室１０が試料の処理圧力、例えば０．４〜４．０Ｐａ（パスカル）になるように減圧排気される。次に、高周波電源１６より３０MHｚ〜３００MHｚ、望ましくは５０MHｚ〜２００MHｚの高周波電力を出力して、処理室１０の処理ガスをプラズマ化する。
【００７３】
３０ないし３００ＭＨｚの高周波電力と磁場形成手段２００により形成された１０ガウス以上１１０ガウス以下の静磁場の部分とにより、上部電極１２と下部電極１５との間に電子のサイクロトロン共鳴を生じさせ、この場合、０．４〜４．０Ｐａの低ガス圧でかつ高い密度のプラズマを生成させる。
【００７４】
他方、下部電極１５に、パルスバイアス電源１７から電圧２０Ｖ〜１０００Ｖで周期が０．１μs〜１０μs、好ましくは、０．２μs〜５μsで正のパルス部分のデューティが０．０５〜０．４のバイアスを印加し、プラズマ中の電子やイオンを制御して試料４０に対するエッチング処理を行う。
【００７５】
エッチングガスは、ガス拡散板３２で所望の分布にされた後、上部電極１２及び上部電極カバー３０に明けられた孔３８を通して処理室１０に注入される。
【００７６】
また上部電極カバー３０には、カーボンやシリコンあるいはこれらを含有するものを用い、フッ素や酸素成分を除去してレジストやシリコン等の下地との選択比を向上させる。
【００７７】
大口径の試料の微細加工性を向上させるには、プラズマ発生用高周波電源１６としてより高い周波数のものを用い、低ガス圧領域での放電の安定化を図るのがよい。本発明では、０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧ガスで５×１０１０ないし５×１０１１cm−３のプラズマ密度で、かつ、過度にガスの解離を進めず大口径で均一なプラズマを得るために、上部電極１２に、プラズマ生成用高周波電源１６を接続する。他方、試料を載置した下部電極１５には、イオンエネルギー制御用のバイアス電源１７を接続しこれら両電極間の距離を、３０ないし１００mmとする。
【００７８】
また、プラズマ生成用高周波電源１６として、３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ，好ましくは５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用い、１０ガウス以上１１０ガウス以下、好ましくは１７ガウス以上７２ガウス以下の静磁場もしくは低周波（１ＫＨｚ以下）磁場の部分との相互作用により、上部電極１２と下部電極１５の間に、電子のサイクロトロン共鳴を生じさせる。
【００７９】
図２に、電子のサイクロトロン共鳴を生じる磁場を加えた状態で、プラズマを発生させる高周波電源の周波数を変化させたときの、プラズマ密度の変化の一例を示す。供試ガスはアルゴンにＣ４Ｆ８を２〜１０％加えたもの、処理室の圧力は１Ｐａである。プラズマ密度は、ｆ＝２４５０ＭＨｚのマイクロ波ＥＣＲの場合を１として基準値化している。なお、破線は、磁場無しの場合を示している。
【００８０】
５０ＭＨｚ≦ｆ≦２００ＭＨｚにおいては、プラズマ密度は、マイクロ波ＥＣＲの場合に比べて１桁程度ないし２桁程度低下する。また、ガスの解離も低下し、不要なフッ素原子／分子や、イオンの発生も１桁以上低下する。このＶＨＦ帯の周波数と、サイクロトロン共鳴を用いることによって、プラズマ密度の絶対値として、５×１０１０cm−３以上の、適度に密度の高いプラズマが得られ、０．４〜４Ｐａの低圧で高レートの処理が可能となる。さらに、ガスの解離も過度に進まないために、ＳｉＯ２等の絶縁膜に対してＳｉやＳｉＮ等の下地との選択比を大きく悪化させることは無い。
【００８１】
５０ＭＨｚ≦ｆ≦２００ＭＨｚにおいては、従来の１３．５６ＭＨｚの平行平板電極に比べて、ガスの解離が少し進むが、これによるフッ素原子／分子や、イオンのわずかの増加は、電極表面やチャンバ壁面にシリコンや炭素を含む物質を設置して改善することができる。あるいは更に、この電極表面やチャンバ壁面にバイアスを加えることにより、フッ素を炭素やシリコンと化合させて排出したり、水素を含むガスを用いて水素とフッ素とを化合させて排出して改善することができる。
【００８２】
高周波電源の周波数が２００ＭＨｚ以上、特に３００ＭＨｚ以上になると、プラズマ密度が高くなるが、ガスの解離が過度になりフッ素原子／分子やイオンの増加が大きくなり過ぎ、ＳｉやＳｉＮ等の下地との選択比を大きく悪化させるので好ましくない。
【００８３】
図３に、サイクロトロン共鳴時と無共鳴時とに電子が高周波電界から得るエネルギー利得ｋを示す。無磁場時に高周波の１周期中に電子が得るエネルギーを ｅ0とし、サイクロトロン共鳴磁場 Ｂc＝２πｆ・（ｍ／ｅ）を印加した時に高周波の１周期中に電子が得るエネルギーを ｅ1としたとき、ｅ1,ｅ0は、数1のようになる。
【００８４】
【数１】
2008263226.tif 000003
【００８５】
これらの比（＝ｅ1／ｅ0）をｋとしたとき、ｋは、次式で表される。但し、ｍ：電子の質量，ｅ：電子の電荷，ｆ：印加周波数                            
Ｋ＝(１/２)(ν２＋ω２)｛１/(ν２＋(ω−ωｃ)２))      
＋(１/(ν２＋(ω＋ωｃ)２))｝
但し、ν：衝突周波数，  ω：励起角周波数，              
ωｃ：サイクロトロン角周波数
一般に、ｋの値は、ガス圧が低い程、周波数が高い程大きくなる。図３は、Ａｒ（アルゴン）ガスの場合であり、圧力Ｐ＝１Ｐａにおいては、ｆ≧５０ＭＨｚでｋ≧１５０となり、磁場が無い時に比べて低ガス圧下においても解離が促進される。サイクロトロン共鳴効果は、圧力Ｐ＝１Ｐａにおいては、２０ＭＨｚ程度以下の周波数では急速に小さくなる。図２に示した特性でも分かるように、３０ＭＨｚ以下の周波数では、磁場無しの場合と差が少なく、サイクロトロン共鳴効果は小さい。
【００８６】
なお、ガス圧を低くすればサイクロトロン共鳴効果は高まるが、１Ｐａ以下ではプラズマの電子温度が高まり、解離が進み過ぎるという逆効果が大きくなる。ガスの過度の解離を抑えて、かつ、プラズマ密度を５×１０１０cm−３程度以上にするには、ガスの圧力として０．４Ｐａから４Ｐａ、好ましくは１Ｐａ程度から４Ｐａの間が良い。
【００８７】
サイクロトロン共鳴効果を発揮させるためには、ｋの値を数十以上とする必要がある。図２や図３からも明らかなように、過度にガスの解離を進めずにサイクロトロン共鳴効果を有効に利用するには、ガス圧が０．４Ｐａないし４Ｐａの圧力では、プラズマ生成用高周波電源として、３０ないし３００ＭＨｚ，好ましくは５０ないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用いる必要がある。
【００８８】
図４は、従来のマグネトロン方式チャンバで上部電極を接地し、下部電極上に均一な横方向の磁界Ｂを与えると共に、６８ＭＨｚの高周波電力を印加した時の、試料に誘起されるイオン加速電圧ＶＤＣと、試料内の誘起電圧ＶＤＣのバラツキΔＶを示している。磁場Ｂの強度を上げると電子に働くローレンツ力によりイオン加速電圧ＶＤＣが小さくなり、プラズマ密度が増加する。しかし、従来のマグネトロン放電型の場合、磁場Ｂの強度が２００ガウス程度と大きいため、プラズマ密度の面内の均一性が悪化し、誘起電圧のバラツキΔＶが大きくなり、試料のダメージが増大する欠点がある。
【００８９】
図４から、従来のマグネトロン放電型の２００ガウスの場合に比べ、ΔＶを１／５〜１／１０以下にするには、磁場Ｂの強度は、試料面付近において３０ガウス以下、好ましくは１５ガウス以下の小さな値とするのが、ダメージを無くす上から望ましい。
【００９０】
サイクロトロン共鳴領域は、上部電極１２と下部電極１５の中間で、かつ両電極の中間位置よりもやや上部電極側に形成される。図５は、横軸が試料面（下部電極１５）から上部電極１２までの距離、縦軸が磁場を示している。図５の例は、印加周波数ｆ1＝１００ＭＨｚ，Ｂｃ＝３７．５Ｇ、電極間隔＝５０mmの条件で、ＥＣＲ領域が、試料面から３０ｍｍ付近に形成されている。
【００９１】
このように本発明では、上部電極１２と下部電極１５との間で、下部電極１５（試料載置面）に平行な磁場成分の最大となる部分を、上部電極面、もしくは両電極の真中より上部電極側に設定する。これによって、下部電極面での試料に平行な磁場強度を３０ガウス以下好ましくは１５ガウス以下として、下部電極面付近で電子に働くローレンツカ（Ｅ×Ｂ）を小さい値とし、下部電極面でのローレンツカによる電子ドリフト効果によるプラズマ密度の面内の不均一性の発生をなくすことができる。
【００９２】
図１の実施例の磁場形成手段２００によれば、図６に示すように、ＥＣＲ領域が試料の中央部付近を除き、下部電極１５（試料載置面）からほぼ同じ高さの位置に形成される。従って、大口径の試料に対して、均一なプラズマ処理を行うことが出来る。ただし、試料の中心付近では、ＥＣＲ領域が試料載置面から高い位置に形成されている。ＥＣＲ領域と試料台間は、３０mm以上の距離があるため、この間でイオンやラジカル試は拡散し平均化されるので、通常のプラズマ処理には問題が無い。ただし、試料の全面を均一にプラズマ処理するためには、ＥＣＲ領域が試料の全面に亘り試料面から同じ高さの位置に、あるいは試料の外側のＥＣＲ領域が中心付近のＥＣＲ領域よりも若干試料台側に近くなるように形成されるのが望ましい。この対策については、後で詳細に述べる。
【００９３】
以上述べたように、図１に示す本発明の実施例では、プラズマ発生用高周波電源１６として、３０ないし３００ＭＨｚの高周波電力を用い、かつ電子サイクロトロン共鳴によりガスの解離を進めているため、処理室１０内のガス圧力が０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧の下でも安定したプラズマが得られる。また、シース中でのイオンの衝突が少なくなるので、試料４０の処理に際して、イオンの方向性が増し垂直な微細加工性を向上させることができる。
【００９４】
処理室１０の周囲は、放電止じ込め用リング３７によってプラズマを試料４０付近に極在化させることにり、プラズマ密度の向上を図ると共に、放電止じ込め用リング３７より外の部分への不要なデポジット物の付着を最小とさせる。
【００９５】
なお、放電止じ込め用リング３７としては、カーボンやシリコンあるいはＳｉＣ等の半導体や導電材を用いる。この放電止じ込め用リング３７を高周波電源に接続しイオンによるスパッタを生じさせると、リング３７へのデポ付着を低減すると共にフッ素の除去効果も持たせることができる。
【００９６】
なお、試料４０の周辺の絶縁体１３上に、カーボンやシリコンあるいはこれらを含有するサセプタカバー３９を設けると、ＳｉＯ２等の絶縁膜をフッ素を含有するガスを用いてプラズマ処理を行う場合、フッ素を除去出来るので、選択比の向上に役立つ。この場合、バイアス電源１７の電力の一部がサセプタカバー３９に印加されるように、サセプタカバー３９の下部分の絶縁体１３の厚みを０．５mm〜５mm程度に薄くすると、イオンによるスパッタ効果により上記効果が促進される。
【００９７】
また、直流電源２３の電位により、誘電体の静電吸着膜２２を挟んで下部電極１５（１５Ａ，１５Ｂ）と試料４０を介して静電吸着回路が形成される。この状態で試料４０は静電気力により下部電極１５に係止、保持される。静電気力により係止された試料４０の裏面には、ヘリウム、窒素、アルゴン等の熱伝導ガスが供給される。熱伝導ガスは、下部電極１５の凹部に充填されるが、その圧力は、数百パスカルから数千パスカル程度とする。なお、静電吸着力は、ギャップが設けられた凹部の間では、ほとんどゼロであり、下部電極１５の凸部においてのみ静電吸着力が発生しているとみなせる。しかし、後で述べるように、直流電源２３に電圧を適切に設定して、熱伝導ガスの圧力に十分耐えることのできる吸着力を設定することができるので、熱伝導ガスにより試料４０が動いたり飛ばされたりすることはない。
【００９８】
ところで、静電吸着膜２２は、プラズマ中のイオンに対するパルスバイアスのバイアス作用を減じる様に作用する。正弦波電源を用いてバイアスをしている従来の方法でもこの作用は生じているが、顕在化していない。しかし、パルスバイアスではイオンエネギー幅が狭いという特徴が犠牲になってしまうため、問題が大きくなる。
【００９９】
本発明では、パルスバイアスの印加に伴い静電吸着膜２２の両端間に発生する電圧の上昇を抑制し、パルスバイアスの効果を高めるために、電圧抑制手段を設けたことに１つの特徴がある。
【０１００】
電圧抑制手段の一例としては、パルスバイアスの印加に伴い静電吸着膜の両端間に生ずるバイアス電圧の一周期中の電圧の変化（ＶＣＭ）が、パルスバイアス電圧の大きさ(Ｖｐ)の１／２以下となるように構成するのが良い。具体的には、下部電極１５の表面に設けられた誘電体からなる静電吸着膜の膜厚を薄くしたり、誘電体を誘電率の大きい材料とすることにより、誘電体の静電容量を増す方法がある。
【０１０１】
あるいはまた、他の電圧抑制手段として、パルスバイアス電圧の周期を短くして電圧ＶＣＭの上昇を抑制する方法もある。さらに、静電吸着回路とパルスバイアス電圧印加回路を別な位置、例えば試料が配置保持される電極とは別の対向する電極、あるいは別に設けた第三の電極に、分離して設ける方法も考えられる。
【０１０２】
次に、図７〜図１３を用いて、本発明における電圧抑制手段によりもたらされるべき、パルスバイアス一周期中の静電吸着膜の両端間に生じる電圧の変化（ＶＣＭ）とパルスバイアス電圧の関係について詳細に述べる。
【０１０３】
まず、本発明のパルスバイアス電源１７において使用する望ましい出力波形の例を図７に示す。図中、パルス振幅：ｖｐ  ，パルス周期：Ｔ０  ，正方向パルス幅：Ｔ１  とする。
【０１０４】
図７（Ａ）の波形をブロッキングコンデンサ，静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）を経由して試料に印加した時、別の電源によりプラズマを発生させた状態での定常状態での試料表面の電位波形を図７（Ｂ）に示す。
【０１０５】
ただし、波形の直流成分電圧                  ：ＶＤＣ
プラズマのフローティングポテンシャル：Ｖｆ 
静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧：ＶＣＭ  とする。
【０１０６】
図７（Ｂ）中、Ｖｆ  より正電圧となっている（Ｉ）なる部分は、主に電子電流のみを引き込んでいる部分であり、Ｖｆ  より負の部分は、イオン電流を引き込んでいる部分，Ｖｆ  の部分は、電子とイオンとがつりあっている部分（Ｖｆ  は通常数Ｖ〜十数Ｖ）である。
【０１０７】
なお、図７（Ａ）および今後の説明では、ブロッキングコンデンサの容量や試料表面近辺の絶縁体による容量は静電吸着膜による容量（以下静電吸着容量と略称する）に比べて十分大きいと仮定している。
【０１０８】
ＶＣＭの値は次の式（数２）で表わされる。
【０１０９】
【数２】
2008263226.tif 000004
【０１１０】
但し、ｑ：（Ｔ０−Ｔ１）期間に試料に流入するイオン電流密度（平均値）
ｃ：単位面積当りの静電吸着容量（平均値）
ｉｉ  ：イオン電流密度，        εｒ  ：静電吸着膜の比誘電率
ｄ：静電吸着膜の膜厚        ε０  ：真空中の誘電率（定数）
Ｋ：静電吸着膜の電極被覆率（≦１）
図８及び図９に、パルスデューティ比：（Ｔ１／Ｔ０）は一定のままＴ０ を変化させた時の試料表面の電位波形とイオンエネルギーの確率分布を示す。但し、Ｔ０１，Ｔ０２：Ｔ０３：Ｔ０４：Ｔ０５＝１６：８：４：２：１とする。
【０１１１】
図８の（１）に示す様に、パルス周期Ｔ０ が大きすぎると、試料表面の電位波形は矩形波から大きくはずれ、三角波になり、イオンエネルギーは図９に示すように、低い方から高い方まで一定の分布となり好ましくない。
【０１１２】
図８の（２）〜（５）に示す様に、パルス周期Ｔ０ を小さくするにつれて、（ＶＣＭ／ｖｐ ）は１よりも小さな値となり、イオンエネルギー分布も狭くなってゆく。
【０１１３】
図８，図９においてＴ０＝Ｔ０１，Ｔ０２：Ｔ０３：Ｔ０４：Ｔ０５は、  
（ＶＣＭ／ｖｐ ）＝１，０.６３，０.３１，０.１６，０.０８に対応している。
【０１１４】
次に、パルスのオフ（Ｔ０−Ｔ１）期間と、静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧ＶＣＭの関係を図１０に示す。
【０１１５】
静電吸着膜として、厚み０.３mmの酸化チタン含有アルミナ（εｒ＝１０）を用いて電極の約５０％を被膜（Ｋ＝０.５ ）した場合、イオン電流密度ｉｉ  ＝５ｍＡ／cm２ の中密度プラズマ中でのＶＣＭの値の変化を図１０の太線（標準条件の線）で示す。
【０１１６】
図１０から明らかなように、パルスのオフ（Ｔ０−Ｔ１）期間が大きくなるにつれ、静電吸着膜の両端間に生じる電圧ＶＣＭはそれに比例して大きな値となり、通常使用されるパルス電圧ｖｐ  以上になってしまう。
【０１１７】
例えば、プラズマエッチング装置においては、ダメージ，下地やマスクとの選択性，形状等により通常、
ゲートエッチングでは    ２０volt ≦ ｖｐ ≦１００volt
メタルエッチングでは    ５０volt ≦ ｖｐ ≦２００volt
酸化膜エッチングでは  ２５０volt ≦ ｖｐ ≦１０００volt
に制限される。
【０１１８】
後述の（ＶＣＭ  ／ｖｐ  ）≦０.５の条件を満たそうとすると標準状態では、（Ｔ０−Ｔ１）の上限は次のようになる。
【０１１９】
ゲートエッチングでは  （Ｔ０−Ｔ１）≦０.１５μｓ
メタルエッチングでは  （Ｔ０−Ｔ１）≦０.３５μｓ
酸化膜エッチングでは  （Ｔ０−Ｔ１）≦１．２μｓ
ところで、Ｔ０  が０.１μｓ に近くなると、イオンシースのインピーダンスがプラズマのインピーダンスに近づくかそれ以下となるため、不要なプラズマの発生を生じると共に、バイアス電源がイオンの加速に有効に使われなくなってくる。このため、バイアス電源によるイオンエネルギーの制御性が悪化するため、Ｔ０  は、０．１μｓ以上、好ましくは０．２μｓ以上が良い。
【０１２０】
従って、ｖｐを低くおさえられるゲートエッチャ等においては、静電吸着膜の材料を比誘電率が１０〜１００と高いもの、（例えばＴａ２Ｏ３でεｒ＝２５）に変えたり、絶縁耐圧を低下させず膜厚を薄く、例えば１０μｍ〜４００μｍ、望ましくは１０μｍ〜１００μｍにしたりする必要がある。
【０１２１】
図１０には、単位面積当りの静電容量ｃを、それぞれ２．５倍、５倍、１０倍に増加させた時のＶＣＭの値も併記した。静電吸着膜の改善を行っても現状では静電容量ｃを数倍にする改善が限度とみられ、ＶＣＭ≦３００ volt、ｃ≦１０ｃ０とすると、
０.１μｓ≦（Ｔ０−Ｔ１）≦１０μｓとなる。
【０１２２】
イオンの加速によりプラズマ処理に有効な部分は（Ｔ０−Ｔ１）の部分であり、パルスデューティ（Ｔ１／Ｔ０）としてはできるだけ小さい方が好ましい。
【０１２３】
時間平均も加味した、プラズマ処理の効率として（ＶＤＣ／ｖｐ)で見積ったのが、図１１である。（Ｔ１／Ｔ０）を小さくし、（ＶＤＣ／ｖｐ)を大きくするのが好ましい。
【０１２４】
プラズマ処理の効率として０．５≦（ＶＤＣ／ｖｐ)を仮定し、後述の条件、（ＶＣＭ／ｖｐ  ）≦０.５を入れると、パルスデューディは、（Ｔ１／Ｔ０）≦０.４程度となる。
【０１２５】
なお、パルスデューディ（Ｔ１／Ｔ０）は小さいほどイオンエネルギーの制御に有効であるが、必要以上に小さくするとパルス幅Ｔ１が０．０５μｓ程度の小さい値となり、数十MHzの周波数成分を多く含むようになり、後述するような、プラズマ発生用高周波成分との分離も難しくなる。図１１に示すように、０≦（Ｔ１／Ｔ０）≦０．０５間での（ＶＤＣ／ｖｐ)の低下はわずかであり、（Ｔ１／Ｔ０）として０．０５以上で特に問題は生じない。
【０１２６】
ここで図１２に、ゲートエッチングの例として、塩素ガス１．３Ｐａをプラズマ化した時のシリコンと下地の酸化膜とのエッチングレートＥＳｉおよびＥＳｉＯ２のイオンエネルギー依存性を示す。シリコンのエッチングレートＥＳｉは低イオンエネルギーでは一定値になる。イオンエネルギーが１０Ｖ程度以上では、イオンエネルギーの増加に従って、ＥＳｉも増加する。一方下地となる酸化膜のエッチングレートＥＳｉＯ２は、イオンエネルギーが２０Ｖ程度以下では０であり、２０Ｖ程度を越えると、イオンエネルギーと共にＥＳｉＯ２は増加する。
【０１２７】
その結果、イオンエネルギーが２０Ｖ程度以下では下地との選択比ＥＳｉ／ＥＳｉＯ２が∞となる領域が存在する。イオンエネルギーが２０Ｖ程度以上では、下地との選択比ＥＳｉ／ＥＳｉＯ２は、イオンエネルギーの増加と共に急速に低下する。
【０１２８】
図１３は、絶縁膜の一種である酸化膜（ＳｉＯ２ ，ＢＰＳＧ，ＨＩＳＯ等）のエッチングの例として、Ｃ４Ｆ８ガス１.０Ｐａをプラズマ化した時の、酸化膜とシリコンとのエチングレートＥＳｉＯ２および、ＥＳｉのイオンエネルギー分布を示すものである。
【０１２９】
酸化膜のエッチングレートＥＳｉＯ２は、低イオンエネルギーでは負の値となり、デポを生じる。イオンエネルギーが４００Ｖ付近にてＥＳｉＯ２が急速に正に立ち上がり、その後は、徐々に増加する。一方下地となるシリコンのエッチングレートＥＳｉは、ＥＳｉＯ２よりイオンエネルギーの高い所で(−)（エッチング）から(＋)（エッチング）となり徐々に増加する。
【０１３０】
この結果、ＥＳｉＯ２が(−)から(＋)に変化する付近にて、下地との選択比ＥＳｉＯ２／ＥＳｉが ∞ となり、それ以上でＥＳｉＯ２／ＥＳｉはイオンエネルギーの増加と共に急速に低下する。
【０１３１】
図１２、図１３で、実際のプロセスへの適用に対しては、ＥＳｉやＥＳｉＯ２の値や、ＥＳｉ／ＥＳｉＯ２や、ＥＳｉＯ２／ＥＳｉの値の大きさを考慮して、バイアス電源を調整してイオンエネルギーを適正値にする。
【０１３２】
また、ジャストエッチング（下地膜が現われるまでのエッチング）まではエッチングレートの大きさを優先し、ジャストエッチ後は選択比の大きさを優先してイオンエネルギーをジャストエッチの前後に変更すれば、更に良い特性が得られる。
【０１３３】
ところで図１２、図１３に示した特性は、イオンのエネルギー分布が狭い部分に限定された時の特性である。イオンのエネルギー分布が広い場合の各エッチングレートはその時間平均値となるため、最適値に設定することが出来ず、選択比は大幅に低下してしまう。
【０１３４】
実験によると、（ＶＤＣ／ｖｐ）は０．３以下程度であれば、イオンエネルギーの広がりは±１５％程度以下となり、図１２や図１３の特性でも３０以上の高い選択比が得られた。また、（ＶＤＣ／ｖｐ）≦０．５であれば、従来の正弦波バイアス法に比べて選択比等の改善が図れた。
【０１３５】
このように、静電吸着膜の両端間に生じるパルス電圧の一周期中の電圧変化(ＶＣＭ)を抑える電圧抑制手段として、ＶＣＭが、パルスバイアス電圧の大きさｖｐの１／２以下となるように構成するのが良く、具体的には、下部電極１５の表面に設けられた誘電体の静電チャック膜２２の膜厚を薄くしたり、誘電体を誘電率の大きい材料とすることにより、誘電体の容量を増すことができる。あるいは、パルスバイアス電圧の周期を、０．１μｓ〜１０μｓ、好ましくは０．２μｓ〜５μｓ（繰り返し周波数：０．２MHz〜５MHzに対応）と短くし、パルスデューディ（Ｔ１／Ｔ０）を、０．０５≦（Ｔ１／Ｔ０）≦＝０．４として静電吸着膜の両端の電圧変化を抑制する。
【０１３６】
あるいはまた、上記誘電体の静電吸着膜の膜厚と、誘電体の比誘電率及びパルスバイアス電圧の周期の幾つかを組み合わせて、静電吸着膜の両端間に生じる電圧ＶＣＭの変化が上記した（ＶＣＭ／ｖｐ  ）≦０.５の条件を満たすようにしても良い。
【０１３７】
次に、図１の真空処理室を、絶縁膜（例えばＳｉＯ２, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）のエッチングに用いた実施例について述べる。
【０１３８】
ガスとしては、Ｃ４Ｆ８：１〜５％，Ａｒ：９０〜９５％，Ｏ２：０〜５％  
もしくは、Ｃ４Ｆ８：１〜５％，Ａｒ：７０〜９０％，Ｏ２：０〜５％，ＣＯ：１０〜２０％，の組成のものを用いる。プラズマ発生用高周波電源１６としては、従来よりも高い周波数、例えば４０ＭＨｚのものを用い、１〜３Ｐａの低ガス圧領域での放電の安定化を計る。
【０１３９】
なお、プラズマ源用高周波電源１６の高周波化により必要以上の解離が進行する場合は、高周波電源１６の出力を高周波電源変調信号源１６１により、オンオフないしはレベル変調制御する。高レベルの時は、ラジカルの生成に比べてイオンの生成が盛んとなり、低レベルの時は、イオンの生成に比べてラジカルの生成が盛んとなる。オン（またはレベル変調時の高レベル）時間としては５〜５０μｓ程度、オフ時間（またはレベル変調時の低レベル）としては１０〜１００μｓ、周期２０μｓ〜１５０μｓ程度を用いる。これにより不必要な解離を防ぐとともに、所望のイオン−ラジカル比を得ることができる。
【０１４０】
また、プラズマ源用高周波電源の変調周期は、通常、パルスバイアスの周期に比べ長くなる。そこで、プラズマ源用高周波電源の変調周期をパルスバイアスの周期の整数倍にし、２つの間の位相を最適化することにより、選択比の改善ができた。
【０１４１】
一方、パルスバイアス電圧の印加によって、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射させることにより、イオンエネルギーの制御を行う。パルスバイアス電源１７として、例えば、パルス周期：Ｔ＝０．６５μｓ、パルス幅：Ｔ１＝０．１５μｓ、パルス振幅：Ｖｐ＝８００Ｖの電源を用いることにより、イオンエネルギーの分布幅は±１５％以下になり、下地のＳｉやＳｉＮとの選択比として
２０〜５０の特性の良いプラズマ処理が可能になった。
【０１４２】
次に、図１４により本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を説明する。この実施例は、図１に示したと同様な構成であるが、試料４０を保持する下部電極１５が、単極式の静電チャック２０を備えた構成となっている点で異なる。下部電極１５の上表面に静電吸着用誘電体層２２が設けられ、下部電極１５には、高周波成分カット用のコイル２４を介して直流電源２３のプラス側が接続されている。また、２０Ｖ〜１０００Ｖの正のパルスバイアスを供給するパルスバイアス電源１７が、ブロッキングコンデンサ１９を介して接続されている。
【０１４３】
処理室１０の周囲には放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂを設置し、プラズマ密度の向上を図ると共に、放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂ外の部分への不要なデポジット物の付着を最小とさせる。図１４の放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂにおいて、下部電極側の放電止じ込め用リング３７Ａの土手部の直径は、上部電極側の放電止じ込め用リング３７Ｂの土手部の直径より小さくし、試料周辺での反応生成物の分布を一様にしている。
【０１４４】
なお、放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂの材料として、少なくとも処理室側に面する側に、カーボン、シリコンあるいはＳｉＣ等の半導体や導電体を用いる。また、下部電極側リング３７Ａにはコンデンサ１９Ａを介して１００Ｋ〜１３．５６ＭＨｚの放電止じ込めリング用バイアス電源１７Ａを接続し、上部電極側リング３７Ｂには高周電源１６の電力の一部が印加される様に構成し、イオンのスパッタ効果によるリング３７Ａ，３７Ｂへのデポ付着を低減すると共にフッ素の除去効果も持たせる。
【０１４５】
なお、図１４の１３Ａ，１３Ｃはアルミナ等で構成される絶縁体であり、１３ＢはＳｉＣ，グラッシーカーボン、Ｓｉ等の導電性を有する絶縁体である。
【０１４６】
リング３７Ａ，３７Ｂの導電性が低い場合には、金属等の導体をリング３７Ａ，３７Ｂ中に内蔵させリングの表面と内臓導体の距離を狭くすることにより、高周波電力がリング３７Ａ，３７Ｂの表面から放射され易くして、スパッタ効果を高めることができる。
【０１４７】
上部電極カバー３０は、通常その周辺のみがボルト２５０で上部電極１２に固定される。ガス供給部３６からガス導入室３４、ガス拡散板３２、上部電極１２を介して上部電極カバー３０にガスが供給される。上部電極カバー３０に設けられた孔は、孔中の異常放電を生成し難くするため、０．３〜１ｍｍ径の細孔になっており、上部電極カバー３０上部のガス圧は１気圧の数分の１から１／１０程度となる。例えば３００ｍｍ径の上部電極カバー３０に対して、全体として１００Ｋｇ程度以上の力が加わる。このため上部電極カバー３０が上部電極１２に対して凸状になり中央部付近では数百ミクロン以上の隙間を生じる。
【０１４８】
この場合、高周波源１６の周波数が３０ＭＨｚ程度以上高くなると、上部電極カバー３０の横方向抵抗が無視出来なくなり、特に中央部付近のプラズマ密度が低下する現象が出る。これを改善するには、上部電極カバー３０を周辺以外の中心寄りで上部電極１２に固定すれば良い。図１４の例では、ＳｉＣやカーボン等の半導体もしくはアルミナ等の絶縁体のボルト２５１で、上部電極カバー３０の中心寄りの数ケ所を上部電極１２に固定し、上部電極１２側から印加される高周波の分布を一様にしている。
【０１４９】
なお、上部電極カバー３０の少なくとも中心寄り部分を上部電極１２に固定する方法は、何ら上記ボルト２５１に限定されるものでなく、接着作用のある物質で上部電極カバー３０と上部電極１２とを全面でもしくは少なくとも中心寄りの部分で接着してもよい。
【０１５０】
図１４の実施例において、処理の対象物である試料４０は、下部電極１５の上に載置され、静電チャック２０、すなわち直流電源２３による正電荷とプラズマから供給される負電荷により静電吸着膜２２の両端間に生じるクーロン力により吸着される。
【０１５１】
この装置の作用は、図１に示した２電極型のプラズマエッチング装置と同様であり、エッチング処理を行う場合、処理を行なうべき試料４０を試料台１５に載置し、静電力で保持し、ガス供給系３６から処理室１０に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他方真空ポンプ１８により真空排気することにより、処理室１０の圧力を試料の処理圧力、０．５〜４．０Ｐａに減圧排気する。次に、高周波電源１６をオンとし、両電極１２，１５間に２０MHｚ〜５００MHｚ、好ましくは３０MHｚ〜１００MHｚの高周波電圧を印加してプラズマを発生させる。他方、下部電極１５に、パルスバイアス電源１７から２０Ｖ〜１０００Ｖ、周期が０．１μs〜１０μs好ましくは０．２μs〜５μsの正のパルスバイアス電圧を印加し、処理室１０内のプラズマを制御して試料４０にエッチング処理を行う。
【０１５２】
このようなパルスバイアス電圧の印加によって、プラズマ中のイオンもしくはイオン及び及び電子を試料に加速、垂直入射させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制御を行う。パルスバイアス電源１７及び静電吸着膜２２に必要な特性は図１の実施例と同様であり、詳細は省略する。
【０１５３】
次に、図１５ないし図１７により本発明の他の実施例を説明する。この実施例は、図１に示した２電極型のプラズマエッチング装置と同様な構成であるが、磁場形成手段２００の構成が異なる。磁場形成手段２００のコア２０１は、偏心しており、試料４０の中心位置に相当する軸を中心にして、モータ２０４により駆動されて毎分数ないし数十回転の速度で回転するように構成されている。なお、コア２０１は接地されている。
【０１５４】
試料の全面を高精度にプラズマ処理するためには、試料の中央部付近に比べ、試料の周辺部ないしはその外側付近のプラズマの生成が高まる様に、電子のサイクロトロン共鳴効果を中央に比べ、周辺部ないしはその外側で大きくするのがよい。しかし、図１の実施例の場合、図６に示したように、試料の中心付近ではＥＣＲ領域が無く、中心付近でプラズマ密度が低くなり過ぎる場合が出てくる。
【０１５５】
図１５の実施例では、磁場形成手段２００の偏心したコア２０１が回転することによって磁場の分布が変化し、試料の中心付近では時刻ｔ＝０，ｔ＝Ｔ０では、ＥＣＲ領域が試料面から低い位置に形成され、時刻ｔ＝１／２Ｔ０では試料面から高い位置に形成される。コア２０１が毎分数ないし数十回転の速度で回転する結果、図１７に示すように、両電極の中間部における試料面に平行な方向の磁場強度の平均値が、回転による時間平均化によりほぼ同じ値になる。すなわち、ＥＣＲ領域が試料の周辺部を除き試料面からほぼ同じ高さの位置に形成される。
【０１５６】
なお、図１５のコア２０１部に一点鎖線で示したように、偏心した中央部のコアに近い側の磁気回路を構成するコアはその厚さを薄く、遠い側の磁気回路を構成するコアはその厚さを厚くすれば、磁場強度の均一性はさらに向上する。
【０１５７】
次に、図１８ないし図１９により本発明の他の実施例を説明する。この実施例は、図１５に示した２電極型のプラズマエッチング装置と同様な構成であるが、磁場形成手段２００の構成が異なる。磁場形成手段２００のコア２０１は、処理室の中央に対応する位置に凹面のエッジ２０１Ａを有し、処理室の側方位置他のエッジ２０１Ｂを有している。凹面のエッジ２０１Ａの作用により、磁束Ｂは傾斜した方向成分を有する。その結果、磁場の分布が変化し、図１９に示したように、試料面に平行な成分の磁場強度が図１の実施例の場合に比べて、より均一化される。
【０１５８】
次に、図２０により本発明の他の実施例を説明する。この実施例は、図１５に示した２電極型のプラズマエッチング装置と同様な構成であるが、磁場形成手段２００の構成が異なる。磁場形成手段２００のコア２０１は固定式であり、処理室の中央に対応する位置に配置されたコア２０５と共に磁気回路を構成する。コア２０５は、絶縁体２０３と共に、エッジ２０１Ａの中心を通る軸の廻りを回転する。このような構成により、図１５の実施例と同様にして、試料の中心付近におけるＥＣＲ領域の平均的な位置が、試料面からほぼ同じ位置に形成される。すなわち、ＥＣＲ領域が試料の全面に亘り試料面からほぼ同じ高さの位置に形成される。
【０１５９】
次に、図２１ないし図２２により本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を説明する。この実施例では、磁場形成手段２００が、処理室１０の周囲に２対のコイル２１０，２２０を備えており、各対のコイルに置ける磁界の向きを矢印１，２，３，４のように順次切り替えることにより、回転磁界を形成するように構成されている。コイル２１０，２２０の中心位置Ｏ−Ｏは、両電極１２，１５の中間よりも上部電極１２側に位置している。これによって、試料４０上の磁場強度を３０ガウス以下、好ましくは１５ガウス以下になるように構成している。
【０１６０】
コイル２１０，２２０の位置、外径を適宜選定することによって、試料の周辺部ないしはその外側付近のプラズマの生成がより高まる様に、磁場の強度分布を調整することができる。
【０１６１】
次に、図２３、図２４により、本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を説明する。この実施例では、磁場形成手段２００として、円形の処理室１０の周囲に沿って水平面内で円弧状に配置された一対のコイル２１０’を備えている。この一対のコイル２１０’に流れる電流を制御して、図２３に矢印（１）、（２）で示したように、一定周期毎に磁場の極性を変化させる。
【０１６２】
図２４に破線で示すように、磁束Ｂは、垂直面内では処理室中心部で拡がるため、処理室中心部の磁場強度は低下する。しかし、一対のコイル２１０’は、処理室に沿ってカーブしているため、水平面内では、処理室中心部に磁束Ｂが集まる様になっている。そのため、処理室中心部の磁場の強さを、図２２の実施例に比べて、高めることができる。すなわち、図２３の実施例では、図２２の実施例に比べて、処理室中心部における磁場強度の低下を抑制することができ、試料台の試料載置面における磁場強度の均一性を向上させることができる。
【０１６３】
また、一定周期毎に磁場の極性を変化させることによって、Ｅ×Ｂのドリフト効果を少なくしている。
【０１６４】
なお、磁場形成手段２００として、図２２の実施例と同様な、２対のコイルを採用しても良い。
【０１６５】
また、磁場形成手段２００として、円弧状コイル２１０’に代えて、図２５に示すように、円形の処理室１０の周囲に沿って配置された複数の直線コイル部分の組み合わせになる、凸型のコイル２１０’としても良い。この場合も、水平面内では、処理室中心部に磁束Ｂが集まる様になり、図２３の実施例と同じ効果が得られる。
【０１６６】
さらに、図２６の実施例のように、１対のコイルの中心軸を、処理室中心部で試料面に近づくように、垂直面内で傾斜させて配置しても良い。この実施例によれば、処理室中心部の磁場強度を上げ、処理室周辺部の磁場強度を下げることができるので、試料台の試料載置面における磁場強度の均一性を向上させることができる。なお磁場強度の均一化のためには、コイルの中心軸の傾斜角度θを、５度乃至２５度の範囲とするのが良い。
【０１６７】
また、図２７に示すように、一対のコイル２１０Ａの近傍に、コイル２１０Ｂを設置し、２組のコイルの電流を制御することにより、ＥＣＲ共鳴位置と共に、ＥＣＲ共鳴位置付近での磁場の勾配を変化させ、ＥＣＲ共鳴領域の幅を変化させることもできる。ＥＣＲ共鳴領域の幅をプロセス毎に最適化することにより、各プロセスに適したイオン／ラジカル比を得ることが可能となる。
【０１６８】
なお、以上述べた、図２３乃至図２７の実施例を、必要に応じて適宜組み合わせることにより、磁場強度分布の均一性と制御特性を更に向上させることが出来る。
【０１６９】
次に、図２８ないし図２９により本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を説明する。この実施例では、処理室壁の一部が導電体で構成されると共に接地されている。一方、磁場形成手段２００が、処理室１０の周囲及び上部にコイル２３０，２４０を備えている。コイル２３０で形成される磁束Ｂの向きと、コイル２３０で形成される磁束Ｂ’の向きは、矢印で示すように、処理室１０の中心部では互いに打消合い、処理室１０の周辺および外側では互いに重畳するように構成されている。その結果、試料面上の磁場の強度分布は図２９のようになる。しかも、試料４０の載置面部分では、上部電極１２と下部電極１５の間の、電界成分の向きと磁界成分の向きは平行である。一方、試料４０の載置面の外側部分では、上部電極１２の周辺部ないしは上部電極１２と処理室壁との部分で、横方向の電界成分と直交する縦方向の磁界成分が生じる。
【０１７０】
従って、図２８の実施例によれは、試料の中心付近における電子のサイクロトロン共鳴効果を下げ、試料の周辺部ないしはその外側付近のプラズマの生成を高めることができる。このようにして、試料の周辺部ないしはその外側付近のプラズマの生成をより高めることにより、プラズマ密度分布を均一化することができる。
【０１７１】
次に、図３０により本発明の他の実施例を説明する。この実施例は、図１に示した２電極型のプラズマエッチング装置において、高周波電源１６から上部電極１２に印加する高周波電力ｆ1では、充分なイオンエネルギーが得られない場合に、低周波電源１６３から上部電極１２に、例えば１ＭＨｚ程度以下の高周波ｆ３をバイアスとして印加することによって、イオンエネルギーを１００〜２００Ｖ程度増大させるものである。なお、１６４，１６５はフィルターである。
【０１７２】
次に、図３１により、無磁場型の２電極型のプラズマエッチング装置における、本発明の実施例を説明する。
【０１７３】
前にも述べたように、試料の微細加工性を向上させるには、プラズマ発生用高周波電源１６としてより高い周波数のものを用い、低ガス圧領域での放電の安定化を計るのがよい。本発明の実施例では、処理室１０における試料の処理圧力を０．５〜４．０Ｐａとしている。処理室１０内のガス圧力を４０mTorr以下の低圧にすることにより、シース中でのイオンの衝突が少なくなるので、試料４０の処理に際して、イオンの方向性が増し垂直な微細加工が可能になった。なお、５mTorr以下では、同じ処理速度を得るには、排気装置や高周波電源が大型化すると共に、電子温度の上昇による必要以上の解離が生じ、特性が劣化する傾向がある。
【０１７４】
一般に、一対の２電極を用いたプラズマ発生用の電源の周波数と安定的に放電が行われる最低のガス圧力との間には、図３２に示すように、電源の周波数が高くなるほど、電極間距離が大きくなるほど、安定放電最低ガス圧が低下するという関係がある。周囲の壁や放電閉込めリング３７へのデポ等の悪影響を避け、上部電極カバー３０やサセプタカバー３９や試料中のレジスト等によるフッ素や酸素を除去する効果を有効に機能させるために、最高ガス圧４０mTorr時の平均自由工程の２５倍以下に対応して、電極間距離を５０mm程度以下とするのが望ましい。また、電極間距離として、最高ガス圧（４０mTorr）時の平均自由工程の２〜４倍（４mm〜８mm）程度以上でないと、安定な放電が困難となる。
【０１７５】
図３１に示した実施例では、プラズマ発生用高周波電源１６として、２０MHｚ〜５００MHｚ、望ましくは３０MHｚ〜２００MHｚの高周波電力を用いるため、処理室内のガス圧力を、０．５〜４．０Ｐａの低圧にしても、安定したプラズマが得られ、微細加工性を向上させることができる。また、このような高周波電力を用いることによりガスプラズマの解離が良くなり、試料加工時の選択比制御が良くなる。
【０１７６】
以上述べた本発明の実施例において、パルスバイアス電源の出力とプラズマ発生用電源の出力との間に干渉が生ずる可能性も考えられる。そこで、以下、この対策についてのべる。
【０１７７】
まず、パルス幅：Ｔ１，パルス周期：Ｔ０で無限大の立上り／立下り速度をもつ理想的な矩形パルスにおいては、図３３に示す様に、ｆ≦３ｆ０（ｆ０＝（１／Ｔ１)）の周波数範囲に７０〜８０％程度の電力が含まれる。実際に印加される波形は、立上り／立下り速度が有限となるため、電力の収束性は更に改善され、ｆ≦３ｆ０の周波数範囲に９０％程度以上の電力が含まれる様にできる。
【０１７８】
３ｆ０ なる高い周波数成分をもつパルスバイアスを試料面内に均一に印加される様にするためには、試料にほぼ平行な対向電極を設け、次式数３で求まる３ｆ０に対して、ｆ≦３ｆ０ なる範囲の周波数成分を接地することが望ましい。
【０１７９】
【数３】
2008263226.tif 000005
【０１８０】
図３１に示した実施例は、上記パルスバイアス電源出力とプラズマ発生用電源出力との干渉の対策を行っている。すなわち、このプラズマエッチング装置において、試料４０と対向する上部電極１２には、プラズマ発生用高周波電源１６が接続される。この上部電極１２をパルスバイアスの接地レベルにするには、プラズマ発生用高周波電源１６の周波数ｆ１  を上記の３ｆ０ より大きくし、かつ、ｆ＝ｆ１  付近でのインピーダンスが大きく、他の周波数ではインピーダンスが低い、バンドエリミネータ１４１を上部電極１２と接地レベルとの間に接続する。
【０１８１】
一方、ｆ＝ｆ１  付近でのインピーダンスが低く、他の周波数はインピーダンスが高いバンドパスフィルタ１４２を、試料台１５と接地レベル間に設置する。このような構成を用いれば、パルスバイアス電源１７の出力とプラズマ発生用電源１６出力との間の干渉を、問題のないレベルに抑え、試料４０に良好なバイアスを加えることができる。
【０１８２】
図３４は、本発明を外部エネルギー供給放電方式のうち誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプのプラズマエッチング装置へ適用した例である。５２は平面コイル、５４は平面コイルに１０MHｚ〜２５０MHｚの高周波電圧を印加する高周波電源である。誘導結合型放電方式は図１０に示した方式に比べ、低い周波数でかつ低圧での安定なプラズマ発生が可能になる。逆に、解離が進みやすくなるため、図１で示したように、高周波電源１の出力を高周波電源変調信号源１６１により変調し、不必要な解離を防ぐことが出来る。真空容器としての処理室１０は、静電吸着膜２２の上に試料４０が載置される試料台１５を備えている。
【０１８３】
エッチング処理を行う場合、処理を行なうべき試料４０を試料台１５に載置し、静電力で保持し、ガス供給系（図示せず）から処理室１０に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排気することにより、処理室１０の圧力を０．５〜４．０Ｐａに減圧排気する。次に、高周波電源５４に１３．５６MHｚの高周波電圧を加えて処理室１０にプラズマを発生させる。このプラズマを用いて試料４０をエッチング処理する。他方、エッチング時には、下部電極１５に、周期が０．１μs〜１０μs好ましくは０．２μs〜５μsのパルスバイアス電圧を印加する。パルスバイアス電圧の振幅は、膜種により範囲が異なることは図１の実施例で述べたとおりである。このパルスバイアス電圧の印加によって、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制御を行う。これにより、試料のレジストマスクパターンが極微細なものであっても、高精度のエッチング処理を行うことができる。
【０１８４】
また、図３５に示すように、誘導結合型放電方式無磁場タイプのプラズマエッチング装置において、誘導電高周波出力の処理室１０側に、隙間を有するファラデーシールド板５３と、０．５mm〜５mmの薄いシールド板保護用絶縁板５４を設置し、そのファラデーシールド板を接地してもよい。ファラデーシールド板５３の設置によって、コイルとプラズマ間の容量成分が少なくなり、図３４におけるコイル５２下の石英板やシールド板保護用絶縁板５４を叩くイオンのエネルギーを低下することが出来、石英板や絶縁板の損傷を少なくすると共に、プラズマ中への異物の混入を防ぐことが出来る。
【０１８５】
また、ファラデーシールド板５３は、パルスバイアス電源１７の接地電極の役目も兼ねるため、試料４０とファラデーシールド板５３との間に均一にパルスバイアスを印加することが出来る。この場合、上部電極や試料台１５に設置するフィルタは不要である。
【０１８６】
図３６は、本発明をマイクロ波プラズマ処理装置に適用した装置の一部を縦断面した正面図である。静電吸着膜２２の上に試料４０が載置される試料台１５としての下部電極１５には、パルスバイアス電源１７及び直流電源１３が接続されている。４１はマイクロ波の発振源としてのマグネトロン、４２はマイクロ波の導波管であり、４３は、処理室１０を真空封止しマイクロ波を処理室１０に供給するための石英板である。４７は磁場を供給する第一のソレノイドコイル、４８は磁場を供給する第二のソレノイドコイルである。４９は処理ガス供給系であり、処理室１０内にエッチング、成膜等の処理を行なう処理ガスを供給する。また、処理室１０は、真空ポンプ（図示せず）により真空排気される。パルスバイアス電源１７及び静電チャック２０に必要な特性は図１の実施例と同様であり、詳細は省略する。
【０１８７】
エッチング処理を行う場合、処理を行なうべき試料４０を試料台１５に載置し、静電力で保持し、ガス供給系４９から処理室１０に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排気することにより、処理室１０の圧力を０．５〜４．０Ｐａに減圧排気する。次に、マグネトロン４１及び第一、第二のソレノイドコイル４７、４８をオンとし、マグネトロン４１で発生したマイクロ波を導波管４２から処理室１０に導びいて、プラズマを発生させる。このプラズマを用いて試料４０にエッチング処理を行う。他方、エッチング時には、下部電極１５に、周期が０．１μs〜１０μs好ましくは０．２μs〜５μsのパルスバイアス電圧を印加する。
【０１８８】
このようなパルスバイアス電圧の印加によって、プラズマ中のイオンを試料に加速して、垂直に入射させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制御を行う。これにより、試料のレジストマスクパターンが極微細なものであっても、垂直入射によりマスクパターンに対応した高精度のエッチング処理が行える。
【０１８９】
なお、図１以下に示した本発明のプラズマエッチング装置において、静電吸着回路の直流電圧とパルスバイアス電源回路のパルス電圧を重畳して生成し、回路を共通に構成することもできる。また、静電吸着回路とパルスバイアス電源回路を別な電極に分離して設け、パルスバイアスが静電吸着に影響を及ぼさないようにすることもできる。
【０１９０】
図１に示したプラズマエッチング装置の実施例における静電吸着回路に代えて、他の吸着手段、例えば真空吸着手段を用いることもできる。
【０１９１】
以上述べた本発明の静電吸着回路とパルスバイアス電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチングガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を加えることにより、以上述べたエッチング処理に限らずＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置にも適用できる。
【０１９２】
次に、図３７に示した本発明の他の実施例により、従来の欠点を改善し、イオンとラジカル生成の量と質を制御し、極微細なプラズマ処理を可能とするプラズマエッチング装置の他の実施例について述べる。
【０１９３】
すなわち、試料を設置している真空処理室の上流側で真空処理室とは別の場所に第一のプラズマ生成を行う場所を設定し、そこで生成した準安定原子を真空処理室に注入し、真空処理室にて第二のプラズマを生成する構成としている。図１に示したプラズマエッチング装置に加えて、イオン・ラジカル源用ガス供給部６０と、準安定原子発生用プラズマ発生室６２を備えている。また上部電極１２には、準安定原子を含むガスを真空処理室に導入するル−トのほかに、イオン・ラジカル源用ガス供給部に繋がっている導入ル−トを設けている。
【０１９４】
この実施例の特徴は、次の通りである。                                  
（１）準安定原子発生用ガス供給部３６から供給されたガスを準安定原子発生用プラズマ発生室６２にて高周波電力を印加してプラズマ化し、あらかじめ所望の準安定原子を所望量発生させ処理室１０に流入させる。準安定原子発生用プラズマ発生室６２は、効率良く準安定原子を発生させるために、室内の圧力は、数百mTorr〜数十Torrの高い圧力に設定する。
【０１９５】
（２）他方、イオン・ラジカル源用ガス供給部６０からのガスを処理室１０に流入させる。
【０１９６】
（３）プラズマ発生用電源１６で比較的低電力の高周波を出力し、処理室１０にプラズマを発生させる。準安定原子の注入により、５ｅＶ程度以下の低エネルギ−の電子でもイオンを効率良く生成させることができるため、低電子温度（６ｅＶ程度以下、好ましくは４ｅＶ程度以下）で、かつ１５ｅＶ程度以上の高エネルギ−電子が大幅に少ないプラズマが得られる。このため、ラジカル源用ガスは過剰な解離を生じさせることなく必要な量と質を確保出来る。一方イオンの量は、準安定原子発生用プラズマ発生室６２にて発生する準安定原子の量と、イオン・ラジカル源用ガス供給部６０からのイオン源用ガスにて制御することができる。
【０１９７】
このようにしてイオンとラジカル生成の質や量を制御できる様になるため、極微細なプラズマ処理においても良好な性能が得られる。ラジカル源用ガスとしては、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８あるいはＣＦ４などのフルオロカ−ボンガスに、必要に応じてＣ，Ｈを含むガス（Ｃ２Ｈ４，ＣＨ４，ＣＨ３ＯＨなど）を混ぜてもちいる。準安定原子発生用ガスとしては、１種類ないしは２種類の希ガスをべ−スにしたものを用いる。イオン源用ガスとしては、下記の性質を持つ希ガス等を用いることにより、効率良くイオンを生成できる。
【０１９８】
前記準安定原子のエネルギ−凖位に対し、イオン源用ガスの電離凖位が低いもの、もしくは、イオン源用ガスの電離凖位の方が高いが、その差が小さい（５ｅＶ程度以下）ものが用いられる。
【０１９９】
尚、性能的には低下するがイオン源用ガスとして特に追加せず、上記準安定原子発生用ガスやラジカル源用ガスで代用することもできる。
【０２００】
次に、図３８にイオンとラジカル生成の質や量を制御する本発明の他の実施例を示す。図３７と基本的考えは、同じであるが、図３７において、準安定原子発生用プラズマ室６２と真空処理室１０との間の距離が長く、この間での準安定原子の減衰が大きい場合の対策として実施する例である。４１はマイクロ波の発振源としてのマグネトロン、４２はマイクロ波の導波管であり、４３は第一のプラズマ生成室４５を真空封じして、マイクロ波を通過させるための石英板であり、４４はガス分散用の石英板である。第一のプラズマ生成室４５では、数１００ｍＴｏｒｒから数１０Ｔｏｒｒのガス圧で前記マイクロ波によりプラズマを発生させ、準安定原子を発生させる。
【０２０１】
図３８では、図３７に比較し準安定原子の発生場所と真空処理室間の距離を短く出来るため、高い密度で準安定原子を真空処理室に注入することができ、真空処理室１０におけるイオンの量を増加できる。処理室１０は５〜５０ｍＴorrの圧力に保ち、２０ＭＨｚ以上の高周波電源１６により、５ｅＶ好ましくは３ｅＶ以下で１０の１０乗から１１乗台／ｃｍ３の高密度低電子温度プラズマを発生させ、解離エネルギ−として８ｅＶ以上を必要とするＣＦ２の解離を避けつつ、イオン源用ガスの電離を進行させる。この結果、試料４０の表面上では、バイアス電源１７により数１００Ｖで加速されたイオンの入射でアシストされた下記反応が主に進行する。
【０２０２】
ＳｉＯ２＋２ＣＦ２  →  ＳｉＦ４  ↑＋２ＣＯ  ↑
なお、下地材料となるＳｉやＳｉＮは、ＣＦ２ではエッチングされないため、高選択比の酸化膜エッチングが可能となった。
【０２０３】
また、ＣＦ２の一部解離によるＦの増加は、シリコン、カ−ボンもしくはＳｉＣ等からなる上部電極カバ−３０により減少させている。
【０２０４】
上で述べたように、ラジカル源用ガスとイオン源用ガスとを調節することにより、処理室１０内でのイオンとラジカルとの比率をほぼ独立に制御でき、試料４０の表面での反応を所望のものにコントロ−ルすることが容易になった。
【０２０５】
本発明の、静電吸着回路とパルスバイアス電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチングガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を加えることにより、以上述べたエッチング処理に限らずＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置にも適用できる。
【０２０６】
次に、図３９にイオンとラジカルとを独立に制御する本発明の他の実施例を示す。図３９において、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８あるいはＣＦ４などのフルオロカ−ボンガスに、必要に応じてＣ，Ｈを含むガス（Ｃ２Ｈ４，ＣＨ３ＯＨなど）を混ぜ、図３９のＡなる部分よりバルブ７０を経由してラジカル発生用プラズマ発生室６２に入れる。
【０２０７】
ラジカル発生用プラズマ発生室６２では、数ＭＨｚないしは数１０ＭＨｚのＲＦ電源６３の出力をコイル６５に印加し、数１００ｍＴｏｒｒから数１０Ｔｏｒｒのガス圧でプラズマを発生させ、主にＣＦ２ラジカルを発生させる。同時に発生するＣＦ３やＦはＨ成分により減少させる。
【０２０８】
なお、ラジカル発生用プラズマ発生室６２でＣＦやＯ等の成分を大幅に減少させることは困難なため、この後に不要成分除去室６５を設ける。ここでは、カ−ボンやＳｉを含む材質（カ−ボン、Ｓｉ，ＳｉＣ等）の内壁を設置し、不要な成分を減少、あるいは悪影響の少ない別のガスに変換させる。不要成分除去室６５の出口は、バルブ７１に接続し、ＣＦ２が主成分のガス組成を供給する。
【０２０９】
なお、バルブ７０とバルブ７１との間は、デポ物等の堆積物が多く蓄積するため、比較的短期間で清掃や交換が必要である。このため、大気開放と交換とを容易にすると共に、再立ち上げ時の真空立ちあげ時間の短縮のため、バルブ７２を経由して排気装置７４に接続している。なお排気装置７４は、処理室１０用排気装置等と兼用してもよい。
【０２１０】
またイオン源用ガス（アルゴンガスやキセノンガス等の希ガス）Ｂはバルブ７３を経由し、前記のバルブ７１の出口と繋ぎ処理室に供給する。
【０２１１】
処理室１０は５〜４０ｍＴの圧力に保ち、変調を施した２０ＭＨｚ以上の高周波電源１６により、５ｅＶ好ましくは３ｅＶ以下で１０の１０乗から１１乗台／ｃｍ３の高密度低電子温度プラズマを発生させ、解離エネルギ−として８ｅＶ以上を必要とするＣＦ２の解離を避けつつ、イオン源用ガスの電離を進行させる。
この結果、試料４０の表面上では、バイアス電源１７により数１００Ｖで加速されたイオンの入射でアシストされた下記反応が主に進行する。                
ＳｉＯ２＋２ＣＦ２  →  ＳｉＦ４  ↑＋２ＣＯ  ↑
なお、下地材料となるＳｉやＳｉＮは、ＣＦ２ではエッチングされないため、高選択比の酸化膜エッチングが可能となった。
【０２１２】
また、ＣＦ２の一部解離によるＦの増加は、シリコン、カ−ボンもしくはＳｉＣ等からなる上部電極カバ−３０により減少させている。
【０２１３】
上で述べたように、ラジカル源用ガスＡとイオン源用ガスＢとを調節することにより、処理室１０内でのイオンとラジカルとの比率をほぼ独立に制御でき、試料４０の表面での反応を所望のものにコントロ−ルすることが容易になった。また、不必要なデポ成分等は、不要成分除去室６５で排除し、処理室１０には極力持ち込まないようにしているため、処理室１０内のデポは大幅に低減され、処理室１０を大気に開放して行う清掃の頻度も大幅に低減できた。
【０２１４】
次に、図４０にイオンとラジカルとを独立に制御する他の実施例を示す。酸化ヘキサフルオロプロピレンガス（ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２，以下ＨＦＰＯと略す）をＡより、バルブ７０を経由して加熱パイプ部６６に通し、不要成分除去室６５とバルブ７１を経由し、イオン源ガスＢと混合し、処理室１０のほうに送る。加熱パイプ部６６では、８００℃〜１０００℃にＨＦＰＯを加熱し下記の熱分解によりＣＦ２を生成する。                                                    
ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２  →  ＣＦ２＋ＣＦ３ＣＦＯ
ＣＦ３ＣＦＯは比較的安定な物質で分解しにくいが、一部分解し不要なＯやＦを発生するため、加熱パイプ部６６の後に不要成分除去室６５をもうけ不要成分を除去、あるいは悪影響のでない物質に変換している。一部のＣＦ３ＣＦＯＣＦ２は分解しないで処理室１０に流入するが、５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマでは解離しないため問題とはならない。
【０２１５】
なお、バルブ７２、排気装置７４の用い方ならびに処理室１０内での反応は、図３９の場合と同じである。
【０２１６】
本発明の、静電吸着回路とパルスバイアス電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチングガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を加えることにより、以上述べたエッチング処理に限らずＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明の一実施例になる、２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２】電子のサイクロトロン共鳴を生じる磁場を加えた状態で、プラズマを発生させる高周波電源の周波数を変化させたときの、プラズマ密度の変化の一例を示す図である。
【図３】サイクロトロン共鳴時と無共鳴時とに電子が高周波電界から得るエネルギー利得ｋの状況を示す図である。
【図４】マグネトロン放電電極の上部電極を接地し、下部電極に磁界Ｂを与えると共に高周波電力を印加した時の、磁界強度と、試料に誘起されるイオン加速電圧ＶＤＣ及び試料内の誘起電圧のバラツキΔＶの関係を示す図である。
【図５】図１のプラズマエッチング装置の磁界特性の説明図である。
【図６】図１のプラズマエッチング装置のＥＣＲ領域の説明図である。
【図７】本発明のパルスバイアス電源において使用する望ましい出力波形の例を示す図である。
【図８】パルスデューティ比：（Ｔ１／Ｔ０）は一定のままＴ０  を変化させた時の試料表面の電位波形とイオンエネルギーの確率分布を示す図である。
【図９】パルスデューティ比を一定のまま、Ｔ０  を変化させた時の試料表面の電位波形とイオンエネルギーの確率分布を示す図である。
【図１０】パルスのオフ（Ｔ０−Ｔ１）期間と、静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧ＶＣＭの関係を示す図である。
【図１１】パルスデューティ比と（ＶＤＣ／ｖｐ  ）の関係を示す図である。
【図１２】塩素ガスをプラズマ化した時のシリコンと酸化膜とのエッチングレートＥＳｉおよびＥＳｉＯ２のイオンエネルギー依存性を示す図である。
【図１３】酸化膜のエッチングの例としてＣ４Ｆ８ガスをプラズマ化した時の、酸化膜とシリコンとのエチングレートＥＳｉＯ２および、ＥＳｉのイオンエネルギー分布を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図１６】図１５プラズマエッチング装置の磁場分布特性の説明図である。
【図１７】図１５のプラズマエッチング装置の、ＥＣＲ領域の説明図である。
【図１８】本発明の他の実施例になるプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図１９】図１８のプラズマエッチング装置の、磁場分布特性の説明図である。
【図２０】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２１】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２２】図２１のプラズマエッチング装置の、磁場分布特性の説明図である。
【図２３】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置の要部横断面図である。
【図２４】図２３のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２５】磁場形成手段の他の実施例を示す図である。
【図２６】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２７】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２８】本発明の他の実施例になる、２電極型プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図２９】図２８のプラズマエッチング装置の磁場分布特性の説明図である。
【図３０】本発明の他の実施例になる、２電極型プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図３１】図１に示した２電極型プラズマエッチング装置を改良した他の実施例の縦断面図である。
【図３２】プラズマ発生用電源の周波数と安定放電最低ガス圧の関係を示す図である。
【図３３】パルスバイアス電源の周波数と累積電力の関係を示した図である。
【図３４】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプのプラズマエッチング装置へ適用した例の縦断面図である。
【図３５】本発明の他の実施例になる、プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図３６】本発明をマイクロ波プラズマ処理装置に適用した装置の一部を縦断面した正面図である。
【図３７】本発明の他の実施例になる、プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図３８】本発明の他の実施例になる、プラズマ処理装置の一部を縦断面した正面図である。
【図３９】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカルを独立して制御可能な、２電極プラズマエッチング装置の縦断面図である。
【図４０】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカルを独立して制御可能な、２電極プラズマエッチング装置の部分詳細図である。
【符号の説明】
【０２１８】
１０…処理室、１２…上部電極、１５…下部電極、１６…高周波電源、１７…パルスバイアス電源、１８…真空ポンプ、２０…静電チャック、２２…静電吸着膜、２３…直流電源、３０…上部電極カバー、３２…ガス拡散板３２、３６…ガス供給部３、４０…試料、１６１…高周波電源変調信号源、２００…磁場形成手段２００、２０１…コア、２０２…電磁コイル、２０３…絶縁体。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月5日(2008.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、
前記真空処理室内に設置された上部電極および下部電極からなる一対の対向する平行平板電極と、
前記真空処理室に少なくともフッ素及びカーボンを含むエッチングガスを導入するガス導入手段と、
前記平行平板電極間にプラズマを発生させるための高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電源と、
前記下部電極に接続されたイオンエネルギー制御用のバイアス電源と、
前記上部電極に設けられた上部電極カバーと、
前記下部電極上でかつ前記試料を載置する試料載置面の外周近傍に絶縁体を介して配置されたサセプタカバーと、
前記試料表面の少なくとも一部において、電界の向きと磁力線の向きが異なる磁場形成手段とを備え、
前記下部電極は、絶縁膜を有する試料を保持し該絶縁膜を前記プラズマによりエッチング処理するための試料台を兼ねており、
前記一対の対向する平行平板電極は、その間隔を３０ｍｍないし１００ｍｍに設定されるように構成したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項２】
真空処理室と、
前記真空処理室内に設置された一対の対向する平行平板電極と、
前記真空処理室に少なくともフッ素及びカーボンを含むエッチングガスを導入するガス導入手段と、
前記平行平板電極間にプラズマを発生させるための５０MHzないし３００MHzの高周波電力を印加するプラズマ生成用高周波電源と、
前記一対の平板電極の一方の平行平板電極に接続されたイオンエネルギー制御用のバイアス電源と、
前記一対の平板電極の他方の電極に設けられた電極カバーと、
前記一方の平行平板電極上でかつ前記試料を載置する試料載置面の外周近傍に絶縁体を介して配置されたサセプタカバーと、
前記試料表面の少なくとも一部において、電解の向きと磁力線の向きが異なる磁場形成手段と、
前記真空処理室の圧力を０．４Ｐａ〜４．０Ｐａに減圧するための排気手段とを具備し、
前記一対の対向する平行平板電極の一方は、絶縁膜を有する試料を保持し該絶縁膜を前記プラズマによりエッチング処理するための試料台を兼ねており、
前記一対の対向する平行平板電極は、その間隔を３０ｍｍないし１００ｍｍに設定され
るように構成したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。