(57)【要約】【課題】平行平板型プラズマ処理装置において、基板の加工に適したイオンエネルギーを有し、さらにそのイオンエネルギー幅を小さくして、加工形状を精緻に制御することが可能な基板のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決方法】内部が真空に保持されたチャンバー内で、対向電極に対して対向するように配置されたＲＦ電極に対し、第１の周波数の第１のＲＦ電圧及び前記第１の周波数の１／２の整数倍であって、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２のＲＦ電圧を、それぞれ第１のＲＦ電圧印加手段及び第２のＲＦ電圧印加手段からゲートトリガー装置によって互いに位相制御、重畳して印加できるようにして、目的とする基板のプラズマ処理装置を構成する。【選択図】図６
2008060429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空に保持されたチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように配置された対向電極と、
前記ＲＦ電極に対して、互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加するためのＲＦ電圧印加手段と、
前記第１のＲＦ電圧印加手段と前記第２のＲＦ電圧印加手段とを接続し、前記第１の電圧及び前記第２の電圧が前記ＲＦ電極に対して重畳して印加されるように位相制御するためのゲートトリガー装置とを具え、
前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍であることを特徴とする、基板のプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ＲＦ電極と前記ＲＦ電圧印加手段との間に、前記複数のＲＦ電圧の重畳波形をモニタリングするための重畳波形モニタリング装置を具えることを特徴とする、請求項１に記載の基板のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記チャンバー内の、少なくとも前記ＲＦ電極に入射するイオンのエネルギー状態をモニタリングするためのイオンエネルギー検知手段を具えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板のプラズマ処理装置。
【請求項４】
内部が真空に保持されたチャンバー内に、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極を配置する工程と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように対向電極を配置する工程と、
前記ＲＦ電極に対して互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加する工程と、
前記複数のＲＦ電圧を互いに重畳させるとともに、その重畳波形が負パルス形状となるとともに、前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍となるように、前記複数のＲＦ電圧を同期させ、その位相制御を実施する工程と、
を具えることを特徴とする、基板のプラズマ処理方法。
【請求項５】
内部が真空に保持されたチャンバー内に、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極を配置する工程と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように対向電極を配置する工程と、
前記ＲＦ電極に対して互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加する工程と、
前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍となるようにし、前記複数のＲＦ電圧の、前記ＲＦ電極への印加によって生じた、前記基板に入射させる平均のイオンエネルギーを前記基板の加工に適したエネルギー値に設定するとともに、そのエネルギー幅を前記基板の加工に適するように狭帯化する工程と、
を具えることを特徴とする、基板のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバー内において、ＲＦ電極と対向電極とが互いに対向するように配置され、それらの間に生成されたプラズマによって前記ＲＦ電極上に保持された基板を加工する、いわゆる平行平板型プラズマ処理装置及びそのプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの基板に対して配線などを行う際には、前記基板に対して微細な加工処理を施す必要があり、そのため、従来では、プラズマを用いた処理装置が頻繁に用いられていた。
【０００３】
従来のプラズマ処理装置においては、予め所定の真空度まで排気された真空チャンバー内に、高周波（ＲＦ）電極と対向電極とが互いに対向するようにして配置され、ＲＦ電極の、対向電極と対向する主面上に処理に供すべき基板が保持されており、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。前記ガス導入管からはプラズマ生成及びそれによって基板の加工に供すべきガスを矢印で示すようにしてチャンバー内に導入するとともに、図示しない真空ポンプを用いて、排気口からチャンバー内を真空排気するようにして構成している。
【０００４】
次いで、13.56MHzの商業用ＲＦ電源から整合器を介してＲＦ電極にＲＦ（電圧）を印加することにより、ＲＦ電極及び対向電極間にプラズマを生ぜしめるようにしている。
【０００５】
この際、プラズマ中の正イオンはＲＦ電極上に生じる負の自己バイアス電位ＶｄｃによってＲＦ電極上の基板に高速で入射するようになる。その結果、その際の基板入射エネルギーを利用して基板上の表面反応を誘発し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、イオンインプラ等のプラズマ基板処理が行われる。特に、基板を加工するという観点からは、主としてＲＩＥが用いられる。したがって、以下では、特にＲＩＥを用いた基板処理を中心として詳述する。
【０００６】
上述のようなプラズマ処理装置においては、ＲＦパワー増大とともにＶｄｃ（平均の基板入射エネルギー）は増大するため、処理レート調整、加工形状調整のために主にＲＦパワーによるＶｄｃの調整が行われている。またＶｄｃが依存する圧力や電極形状でも一部調整することができる。
【０００７】
しかしながら、上述のようにして装置内に生成されたプラズマ内のイオンエネルギーは、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとの２つに分割され、そのエネルギー幅ΔＥはプラズマ発生条件によって数10〜数100［ｅＶ］となる。したがって、Ｖｄｃを基板処理に最適なエネルギーに調整した場合においても、基板入射するイオンにはエネルギーの高すぎるイオン（高エネルギー側ピーク）と低すぎるイオン（低エネルギー側ピーク）とが存在するようになる。
【０００８】
したがって、例えばＲＩＥにおいては、高エネルギー側ピークに相当するエネルギーのイオンで基板処理を実施した場合は、肩削り（肩落ち）を誘発して加工形状を悪化させる傾向がある。一方、低エネルギー側ピークに相当するエネルギーのイオンで基板処理を実施した場合は、表面反応閾値以下で基板処理にまったく寄与しない、あるいは異方性劣化 (イオン入射角度が熱速度で広がる) に伴い加工形状を悪化させる傾向がある。
【０００９】
最近の半導体プロセスにおいては、ますますシュリンクしていく半導体デバイス・種々の膜・複合膜のＲＩＥに対応し、加工形状を精緻に制御するため、イオンエネルギーの狭帯域化（小さいΔＥの実現）と平均エネルギー値の最適調整（Ｖｄｃの最適化）が必要となる。
【００１０】
イオンエネルギー狭帯域化のためには、ＲＦ周波数の高周波化（特開平２００３−２３４３３１号公報）やパルスプラズマ化（J.Appl.Phys.Vol86 No2 643(2000)）が検討されている。
【００１１】
また、プラズマ生成は大きく分けて誘導結合型と容量結合型に大別されるが、加工形状の精密制御の観点から、副次反応を抑制するためにプラズマ体積を小さくして滞留時間を小さくすることが有効であり、このような観点から、体積の大きな誘導結合型プラズマと比較して容量結合型の平行平板型プラズマが有利である。
【００１２】
また、Ｖｄｃとプラズマ密度の制御性向上を目的に平行平板の電極に２つの異なる周波数のＲＦを導入し、高い周波数（例えば１００ＭＨｚ）のＲＦでプラズマ密度を、低い周波数（例えば３ＭＨｚ）のＲＦでＶｄｃを独立制御する方法も考案されている（特開平２００３−２３４３３１号公報）。この場合は、高周波用電源及び高周波用整合器に加えて、低周波用電源及び低周波用整合器とを設け、上述した高周波のＲＦ及び低周波のＲＦがＲＦ電極に対して重畳出来るようにしている。
【００１３】
一方、清浄プロセス、プロセス安定の観点から対向電極は接地電位であることが有利となる。対向電極にＲＦを引加すると対向電極面で生成するVdcにより対向電極が腐食し、ダスト源、プロセスを不安定化源となる。そのため、2つのＲＦは基板が設置されたＲＦ電極に重畳されることもある。
【特許文献１】特開平２００３−２３４３３１号
【非特許文献１】G. Chen, L. L. Raja, J. Appl. Phys. 96, 6073(2004)
【非特許文献２】J.Appl.Phys.Vol86 No2 643(2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
イオンエネルギー狭帯域化のために検討されている高周波化技術は、イオンの電界への追従がなくなるためにΔＥの狭帯域化に効果は大きいが、エネルギー（Ｖｄｃ）は小さくなる。例えば100MHz、2.5kW（300mmサセプタ、50mTorr、Arプラズマ）ではVdcの絶対値が酸化膜や窒化膜の閾値（約70eV）以下となり、レートが極端に遅くなり実用範囲を超える。
【００１５】
一方、ＲＦパワーを大きくして平均エネルギーを大きくすると、ＲＦパワーによる調整時にはＶｄｃとΔＥがほぼ比例するため、エネルギーの狭帯域化効果は小さくなる。さらに、100MHzでＶｄｃ1００Ｖを達成するためにおよそ7kWの大きなＲＦパワーが必要となり、市販の高周波電源の出力上限（５〜１０kW）から十分に大きなイオンエネルギーに調整することは困難となる。すなわちＲＦ高周波化技術は、表面反応エネルギー閾値が小さいプラズマ処理には対応できても、閾値エネルギーが大きな（70eV以上）プラズマ処理にはＶｄｃ調整が難しく対応が困難である。
【００１６】
また２周波ＲＦ重畳においては、低い周波数に起因するイオンエネルギー幅ΔＥが大きく、狭帯域化は望めない。
【００１７】
一方、パルス技術は周期的ＤＣ電位によりイオンエネルギーをより直接的に制御するため、エネルギーの狭帯域化及びエネルギー値の調整に有利であるが、急峻な印加電圧変化、電圧OFF時のプラズマ密度低下、再電圧印加時の大電流によってプラズマは不安定となる。特に絶縁物が基板表面にあるプラズマ処理の場合はたまった表面電荷が１周期の間に逃げにくく、プラズマが不安定となり、プラズマ消滅に至る。また、間欠的な大電流流入によりデバイスへの電気的ダメージも発生する。そのため、安定した平行平板型パルスプラズマを生成することは困難である。
【００１８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、真空チャンバー内において、ＲＦ電極と対向電極とが互いに対向するように配置され、それらの間に生成されたプラズマによって前記ＲＦ電極上に保持された基板を加工する、いわゆる平行平板型プラズマ処理装置において、前記基板の加工に適したイオンエネルギーを有し、さらにそのイオンエネルギー幅を小さくして、加工形状を精緻に制御することが可能な基板の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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、
内部が真空に保持されたチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように配置された対向電極と、
前記ＲＦ電極に対して、互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加するためのＲＦ電圧印加手段と、
前記第１のＲＦ電圧印加手段と前記第２のＲＦ電圧印加手段とを接続し、前記第１の電圧及び前記第２の電圧が前記ＲＦ電極に対して重畳して印加されるように位相制御するためのゲートトリガー装置とを具え、
前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍であることを特徴とする、基板のプラズマ処理装置に関する。
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の他の一態様は、
内部が真空に保持されたチャンバー内に、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極を配置する工程と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように対向電極を配置する工程と、
前記ＲＦ電極に対して互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加する工程と、
前記複数のＲＦ電圧を互いに重畳させるとともに、その重畳波形が負パルス形状となるとともに、前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍となるように、前記複数のＲＦ電圧を同期させ、その位相制御を実施する工程と、
を具えることを特徴とする、基板のプラズマ処理方法に関する。
【００２１】
さらに、本発明の他の態様では、
内部が真空に保持されたチャンバー内に、主面上において処理すべき基板を保持するように構成されたＲＦ電極を配置する工程と、
前記チャンバー内において、前記ＲＦ電極と対向するように対向電極を配置する工程と、
前記ＲＦ電極に対して互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加する工程と、
前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍となるようにし、前記複数のＲＦ電圧の、前記ＲＦ電極への印加によって生じた、前記基板に入射させる平均のイオンエネルギーを前記基板の加工に適したエネルギー値に設定するとともに、そのエネルギー幅を前記基板の加工に適するように狭帯化する工程と、
を具えることを特徴とする、基板のプラズマ処理方法に関する。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、真空チャンバー内において、ＲＦ電極と対向電極とが互いに対向するように配置され、それらの間に生成されたプラズマによって前記ＲＦ電極上に保持された基板を加工する、いわゆる平行平板型プラズマ処理装置において、前記基板の加工に適したイオンエネルギーを有し、さらにそのイオンエネルギー幅を小さくして、加工形状を精緻に制御することが可能な基板の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】
【００２３】
以下、本発明の基板のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
本発明の上記態様では、ＲＦ電極に対して、前記ＲＦ電極に対して互いに異なる周波数を有する複数のＲＦ電圧を印加し、前記複数のＲＦ電圧から選択された１つのＲＦ電圧の周波数に対して、残りのＲＦ電圧の周波数が、前記選択された１つのＲＦ電圧の前記周波数の１／２の整数倍となるように互いに重畳するようにして印加している。この場合、前記複数のＲＦ電圧に対して適当な位相制御を実施し、同期するようにすれば、これらＲＦ電圧の重畳波形は負パルス形状とすることができる。したがって、前記ＲＦ電極には実質的に負パルスの電圧が印加されることになる。
【００２５】
この場合、前記選択された１つのＲＦ電圧に対してその他のＲＦ電圧の周期やＲＦ電圧値を種々制御することによって、従来のようなイオンエネルギーの低エネルギー側ピークを高エネルギー側ピークに比較して、基板加工に寄与しないような極めて低いエネルギー範囲にシフトさせたり、前記低エネルギー側ピークと前記高エネルギー側ピークとを極めて近接させたりすることができるようになる。
【００２６】
前者の場合は、特にイオンエネルギーの高エネルギー側ピークのみを最適なエネルギー範囲内に設定することによって、この高エネルギー側ピークのみを用いて基板の処理（加工）を行うことができる。すなわち、その高エネルギー側ピークが本来的に有する狭帯化特性を利用するとともに、前述したエネルギー範囲の最適化を行えば、基板の加工形状を精緻に制御することができるようになる（第１の加工方法）。
【００２７】
後者の場合は、低エネルギー側ピークと前記高エネルギー側ピークとが極めて近接するようになるので、これらを一体化したエネルギーピークと見做すことができる。すなわち、低エネルギー側ピークと前記高エネルギー側ピークとが極めて近接して存在することにより、これらを一括して狭帯化したエネルギー幅を有する単一のエネルギーピークとして取り扱うことができる。したがって、この単一化されたエネルギーピークのエネルギー範囲の最適化、及び前記低エネルギー側ピーク及び前記高エネルギー側ピークの近接度合い、すなわち前記単一化されたエネルギーピークの狭帯化度合いの最適化を行えば、前記単一化されたエネルギーピークを利用して基板の加工形状を精緻に制御することができる（第２の加工方法）。
【００２８】
また、前記選択された１つのＲＦ電圧のＲＦ周波数を５０ＭＨｚ以上とすることにより、前記ＲＦ電圧に起因した入射イオンエネルギーＶｄｃは基板処理に影響を与えないようなレベル以下にまで減少する。したがって、前記ＲＦ電圧の周波数の１／２の周波数を有する他のＲＦ電圧を制御するのみで、基板処理を実行できることが分かる。したがって、基板処理操作を簡易化することができる。
【００２９】
なお、本発明の一例においては、前記ＲＦ電極と前記ＲＦ電圧印加手段との間に、前記複数のＲＦ電圧の重畳波形をモニタリングするための重畳波形モニタリング装置を具えることができる。この場合、前記複数のＲＦ電圧における重畳の状態を適宜にモニタリングすることができ、その重畳度合いによって前記複数のＲＦ電圧の位相を適宜に調整して、前記重畳度合いが所望の状態となるようにすることができる。
【００３０】
また、本発明の一例においては、前記チャンバー内の、少なくとも前記ＲＦ電極と前記対向電極との間に存在するイオンのエネルギー状態をモニタリングするためのイオンエネルギー検知手段を具えることができる。この場合、例えば、プロセスの進行状況又はプロセスの切り替えに応じて、前記基板に入射させるイオンエネルギー及びそのイオンエネルギー幅の少なくとも一方を変化させることが要求される場合、前記複数のＲＦ電圧の周波数及び／又は電圧値などを適宜変更し、その変更に伴う上記エネルギー状態を逐次モニタリングすることができる。
【００３１】
なお、このような変更を行う際には、前記複数のＲＦ電圧の重畳度合いも変化してしまう場合があるので、このような場合は、上記重畳波形モニタリング装置によって逐次重畳度合いもモニタリングし、調整する必要がある。
【００３２】
なお、本発明における「ＲＦ電圧印加手段」とは、当業者において当然に想到することができる、ＲＦジェネレータ及びインピーダンス整合器を含むことができる。また、必要に応じて適宜増幅器を含むことができる。
【００３３】
さらに、本発明における「パルス印加手段」とは、当業者において当然に想到することができるパルスジェネレータの他、適宜増幅器及びローパスフィルターを含むことができる。
【００３４】
以上のような本発明の追加の特徴をも鑑み、本発明の基板のプラズマ処理装置及び方法を他の基板のプラズマ処理装置及び方法と対比しながら、説明する。
【００３５】
（基板のプラズマ処理装置を用いた比較例）
図１は、従来の基板のプラズマ処理装置の比較例における構成を概略的に示す図である。
【００３６】
図１に示す基板のプラズマ処理装置１０においては、予め所定の真空度まで排気された真空チャンバー１１内に、高周波（ＲＦ）電極１２と対向電極１３とが互いに対向するようにして配置され、ＲＦ電極１２の、対向電極１３と対向する主面上に処理に供すべき基板Ｓが保持されており、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。ガス導入管１４からはプラズマ生成及びそれによって基板Ｓの加工に供すべきガスを矢印で示すようにしてチャンバー１１内に導入するとともに、図示しない真空ポンプを用いて、排気口１５からチャンバー１１内を真空排気するようにして構成している。このとき、チャンバー１１内の圧力は例えば約１Ｐａ程度とする。
【００３７】
次いで、13.56MHzの商業用ＲＦ電源１７から整合器１６を介してＲＦ電極１２にＲＦ（電圧）を印加することにより、ＲＦ電極１２及び対向電極１３間にプラズマＰを生ぜしめるようにしている。
【００３８】
この際、プラズマＰ中の正イオンはＲＦ電極１２上に生じる負の自己バイアス電位ＶｄｃによってＲＦ電極１２上の基板Ｓに高速で入射するようになる。その結果、その際の基板入射エネルギーを利用して基板Ｓ上の表面反応を誘発し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、イオンインプラ等のプラズマ基板処理が行われる。特に、基板を加工するという観点からは、主としてＲＩＥが用いられる。したがって、以下では、特にＲＩＥを用いた基板処理を中心として詳述する。
【００３９】
図１に示すようなプラズマ処理装置においては、図２に示すように、ＲＦパワー増大とともにＶｄｃ（平均の基板入射エネルギー）は増大するため、処理レート調整、加工形状調整のために主にＲＦパワーによるＶｄｃの調整が行われている。またＶｄｃが依存する圧力や電極形状でも一部調整することができる。
【００４０】
図３、図４は3MHz、Vrf=160V、50mTorr、電極間30mm、300mmウエハサイズの平行平板型Ａｒプラズマを連続体モデルプラズマシミュレータ（G. Chen, L. L. Raja, J. Appl. Phys. 96, 6073(2004)）でシミュレーションした結果である。また、図５は、基板Ｓに対して適したイオンエネルギーの分布状態を示したグラフである。
【００４１】
図３に示すように、ＲＦ電極電位が周期的に変動するためイオンの基板入射エネルギーも周期的に変動する。ただしイオン質量による電位への追従遅れがあるため、Vrfより小さい振幅Vrf’でイオンエネルギーは時間変動する。イオンエネルギーは正確にはVdcとプラズマポテンシャルVpとの和になるが、Vpの値及び時間変化が相対的に小さいので説明及び図３では省略している。そのため基板Ｓへの入射エネルギーは、図３に示すグラフを時間積分することにより、図４で示されるような分布となる。
【００４２】
図４から明らかなように、図１に示すような装置内に生成されたプラズマ内のイオンエネルギーは、低エネルギー側ピークと高エネルギー側ピークとの２つに分割され、そのエネルギー幅ΔＥはプラズマ発生条件によって数10〜数100［ｅＶ］となる。したがって、Ｖｄｃを基板処理に最適なエネルギーに調整した場合においても、図５に示すように基板入射するイオンにはエネルギーの高すぎるイオン（高エネルギー側ピーク）と低すぎるイオン（低エネルギー側ピーク）とが存在するようになる。
【００４３】
したがって、例えばＲＩＥにおいては、高エネルギー側ピークに相当するエネルギーのイオンで基板処理を実施した場合は、肩削り（肩落ち）を誘発して加工形状を悪化させる傾向がある。一方、低エネルギー側ピークに相当するエネルギーのイオンで基板処理を実施した場合は、表面反応閾値以下で基板処理にまったく寄与しない、あるいは異方性劣化 (イオン入射角度が熱速度で広がる) に伴い加工形状を悪化させる傾向がある。
【００４４】
（本発明の基板のプラズマ処理装置を用いた具体例）
図６は、本発明の基板のプラズマ処理装置の一例における構成を概略的に示す図である。図７は、図６に示す装置を用いた場合におけるＲＦ電極に印加される電圧の重畳波形を概略的に示したものである。なお、上記プラズマ処理装置を用いた場合におけるプラズマ処理方法に関しては、主としてＲＩＥを中心に述べる。
【００４５】
図６に示すように、本例における基板のプラズマ処理装置２０においては、予め所定の真空度まで排気された真空チャンバー２１内に、高周波（ＲＦ）電極２２と対向電極２３とが互いに対向するようにして配置され、ＲＦ電極２２の、対向電極２３と対向する主面上に処理に供すべき基板Ｓが保持されており、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。ガス導入管２４からはプラズマ生成及びそれによって基板Ｓの加工に供すべきガスを矢印で示すようにしてチャンバー２１内に導入するとともに、図示しない真空ポンプを用いて、排気口２５からチャンバー２１内を真空排気するようにして構成している。
【００４６】
前記ガスとしては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、Ｈ２などのガスの他、適宜ＳＦ６やＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ5Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４などのプロセスガスを用いることができる。
【００４７】
次いで、第１のＲＦ電源２７−１から第１の整合器２６−１を介してＲＦ電極２２に第１の周波数の第１のＲＦ（電圧）を印加するとともに、第２のＲＦ電源２７−２から第２の整合器２６−２を介して同じくＲＦ電極２２に第２の周波数の第２のＲＦ（電圧）を印加するようにしている。なお、第１のＲＦ電源２７−１及び第２のＲＦ電源２７−２は、それぞれゲートトリガー装置２８に接続され、この装置２８によって第１のＲＦ電圧と第２のＲＦ電圧を位相制御する。
【００４８】
なお、本例において、第２のＲＦ電圧の第２の周波数は、第１のＲＦ電圧の第１の周波数の１／２倍、若しくはその整数倍であって、前記第１の周波数と異なるように設定する。周波数を上記関係とすると、位相関係は周期ごとにずれてゆく事を防止できるためである。
【００４９】
今、第２のＲＦ電圧の第２の周波数が第１のＲＦ電圧の第１の周波数の１／２倍とした場合を考慮すると、ＲＦ電極２２には、これらのＲＦ電圧が重畳した、図７に示すような状態の、擬似パルス電圧が印加されるようになる。これによって、ＲＦ電極２２及び対向電極２３間にはプラズマＰが生成されるようになり、このプラズマＰ中の正イオンがＲＦ電極２２上の負電圧によってＲＦ電極２２上の基板Ｓに高速で入射し、基板Ｓに対して加工処理を施すようになる。
【００５０】
なお、ＲＦ電源２７−１及び２７−２内には、必要に応じてこれらの電源から発せされたＲＦ電圧及びパルス電圧を増幅するための増幅器を内蔵することができる。
【００５１】
また、整合器２６−１及び２６−２内には、信号が逆流しないように、互いの信号をカットして、各々の信号のみが通過するように、フィルター回路を内蔵することができる。
【００５２】
エネルギー分布のエネルギー値、エネルギー幅、イオンフラックス量分布の最適化することにより、イオンエネルギーの幅を小さくすることができる。なお、上記エネルギー分布は、第１、第２のＲＦの振幅（電圧値）及び位相を制御することによって、適宜調整することができる。
【００５３】
また、プラズマエッチングを考えたとき、例えばシリコンのエッチングではプロセス始めは自然酸化膜を除去するために200eV程度の大きなイオンエネルギーが必要であり、次のエッチング段階では100eV程度の比較的小さなイオンエネルギーが望ましく、酸化膜等のストッパーが出てきた最終段階では70eV程度のさらに小さなイオンエネルギーでエッチングすることが精密加工の観点から望ましい。これらに必要なイオンエネルギーは、本発明における第２のＲＦ電圧の周波数ω２、あるいは振幅（電圧値）ＶＲＦ２の少なくとも1つを変更してプロセスの変更とともにイオンエネルギーを制御、切り替えることが可能である。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は当然に以下の内容に限定されるものではない。なお、以下に示す具体的な結果は、総て所定のシミュレーションに基づくものである。
【００５５】
本実施例では、図６に示すプラズマ処理装置を用いた際の、具体的な動作特性について調べた。
【００５６】
最初に、チャンバー２１内にＣ４Ｆ８ガス及び酸素ガスを導入し、その圧力を２〜２００mTorrに保持した。次いで、ＲＦ電極２２に対し、第１のＲＦ電源２７−１から４ＭＨｚ、電圧ＶＲＦ１ ＝１００Ｖの第１のＲＦ電圧を印加するとともに、第２のＲＦ電源２７−２から２ＭＨｚ、電圧ＶＲＦ２＝２００Ｖの第２のＲＦ電圧を前記第１のＲＦ電圧に重畳するようにして印加した。なお、第１のＲＦ電圧と第２のＲＦ電圧とはゲートトリガー装置２８を用いて位相制御される。
【００５７】
図８は、本実施例における、重畳ＲＦ波形、イオンエネルギーの時間変化、イオンエネルギー分布のシミュレーション結果を示すグラフである。第２のＲＦ電圧（Vrf２=sin（ω２・t＋δ２））の位相を基準としたときの第１のＲＦ電圧（Vrf１=sin（ω１・t＋δ１）との位相差δ２ーδ１を上から順番に-π／２、０、＋π／２、＋πと変えたときの入力重畳Vrf、と、イオンが感受、追随する電圧（つまり、eV単位にしてイオンの基板入射エネルギー）(左図）及びイオンエネルギー分布を示す(右図）。
【００５８】
図９は、本実施例における、位相制御と平均イオンエネルギー、イオンエネルギー幅ΔＥ(eV)との関係を示すグラフである。averageEは図４におけるVdcに相当し、イオンエネルギー分布の平均(エネルギー中点）である。
【００５９】
図８より、位相差π／２で上凸の疑似パルス、位相差−π／２で下凸の疑似パルスを作製できることが分かる(左図）。その結果、疑似パルス時にΔＥが小さくなる(図９明示）。また、位相制御でイオンエネルギー分布の形を変えられ（高エネルギーフラックス重視型、低エネルギーフラクス重視型等）、プロセス制御が容易になる。
【００６０】
プラズマ密度Ｎ０＝５×１０１６[個／ｍ３]、自己バイアス電圧−２００Ｖの場合、図８、図９に示す通り、２つのＲＦの位相制御、調整する（位相差±π／２）ことにより重畳波形は疑似パルス化し、疑似パルス化しない場合と比較してΔＥは約３０ｅＶ、単周波ＲＦ(2MHz)と比較して約１５０ｅＶ狭帯域化する。また、平均のイオンエネルギーも位相差に依存して約１００ｅＶ変更が可能である。
【００６１】
さらに、図８右図に示す通り、イオンエネルギー分布の形も位相差に依存して変わる。
プロセスに適当なエネルギーのフラックス量が多い形状になるように位相を制御することも可能である。また、イオンエネルギーモニタを用いて観測、監視することにより、プロセスに適当なイオンエネルギー分布形状に制御することも可能である。
【００６２】
また、図１０及び図１１は、図６に示すプラズマ処理装置の変形例を示す構成図である。図１０に示すプラズマ処理装置は、ＲＦ電極２２とＲＦ電源２７−１及び２７０２との間に重畳波形モニタリング装置３１を設けている点で図６に示すプラズマ処理装置と異なり、図１１に示すプラズマ処理装置は、ＲＦ電極２２内にイオンエネルギーモニター３２を設けている点で図６に示すプラズマ処理装置と異なる。なお、このような観点から、図６，１０及び１１に示すプラズマ処理装置では、同一の構成要素に関しては同一の参照数字を用いて表している。
【００６３】
図１０に示すプラズマ処理装置２０では、前記第１のＲＦ電圧と前記第２のＲＦ電圧との重畳の状態を適宜にモニタリングすることができ、その重畳度合いによって前記第１のＲＦ電圧及び前記第２のＲＦ電圧の位相を適宜に調整して、前記重畳度合いが所望の状態となるようにすることができる。
【００６４】
また、図１１に示すプラズマ処理装置２０では、イオンエネルギーモニター３２により、少なくともＲＦ電極２２と対向電極２３との間に存在するイオンのエネルギー状態をモニタリングすることができるようになる。したがって、プラズマ中の例えば、プロセスの進行状況又はプロセスの切り替えに応じて、前記基板に入射させるイオンエネルギー及びそのイオンエネルギー幅の少なくとも一方を変化させることが要求される場合、前記第１のＲＦ電圧及び／又は前記第２のＲＦ電圧の周波数及び／又は電圧値などを適宜変更し、その変更に伴う上記エネルギー状態を逐次モニタリングすることができる。
【００６５】
なお、このような変更を行う際には、前記第１のＲＦ電圧及び前記第２のＲＦ電圧の重畳度合いも変化してしまう場合があるので、このような場合は、上記重畳波形モニタリング装置によって逐次重畳度合いもモニタリングし、調整する必要と良い。
【００６６】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００６７】
例えば、上記具体例では、ＲＩＥを中心として基板加工に対するプラズマ処理装置及び方法について説明してきたが、その他の処理装置及び方法に対しても適宜使用することができる。
【００６８】
また、例えば、3形状のＲＦ印加手段を用いることにより、重畳ＲＦ波形をより急峻な負パルス形状にでき、イオンエネルギーの狭帯域化を進めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】基板のプラズマ処理装置（比較例）の一例における構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す装置を用いた場合の、ＲＦパワーとＶｄｃ（平均の基板入射エネルギー）との関係を示すグラフである。
【図３】50mTorrのＡｒガス圧で、電極間30mm、300mmウエハを3MHz、Vrf=160VのＲＦを用いて加工した場合の平行平板型Ａｒプラズマを連続体モデルプラズマシミュレータ（G. Chen, L. L. Raja, J. Appl. Phys. 96, 6073(2004)）でシミュレーションした結果である。
【図４】同じく、50mTorrのＡｒガス圧で、電極間30mm、300mmウエハを3MHz、Vrf=160VのＲＦを用いて加工した場合の平行平板型Ａｒプラズマを連続体モデルプラズマシミュレータ（G. Chen, L. L. Raja, J. Appl. Phys. 96, 6073(2004)）でシミュレーションした結果である。
【図５】基板Ｓに対して適したイオンエネルギーの分布状態を示したグラフである。
【図６】本発明の基板のプラズマ処理装置の一例における構成を概略的に示す図である。
【図７】図６に示す装置を用いた場合におけるＲＦ電極に印加される電圧の重畳波形を概略的に示したものである。
【図８】実施例における、重畳ＲＦ波形、イオンエネルギーの時間変化、イオンエネルギー分布を示すグラフである。
【図９】実施例における、位相制御と平均イオンエネルギー、イオンエネルギー幅ΔＥ(eV)の関係を示すグラフである。
【図１０】図６に示すプラズマ処理装置の変形例を示す構成図である。
【図１１】同じく、図６に示すプラズマ処理装置の変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０  （基板の）プラズマ処理装置
１１，２１  チャンバー
１２，２２  ＲＦ電極
１３，２３  対向電極
１４，２４  ガス導入管
１５，２５  排気口
１６  整合器
１７  ＲＦ電源
２６−１  第１の整合器
２６−２  第２の整合器
２７−１  第１のＲＦ電源
２７−２  第２のＲＦ電源
２８  ゲートトリガー装置
３１  重畳波形モニタリング装置
３２  イオンエネルギーモニター
Ｓ  基板
Ｐ  プラズマ
【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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