(57)【要約】【課題】  プラズマ生成条件である放電電力，原料ガスの圧力，流量，組成とは独立にプラズマ内の活性種を制御して高精度に処理性能を制御できおよび特性を長期間安定に維持することができるプラズマ処理を提供する。【解決手段】  ３００から５００ＭＨｚの電磁波と磁場の相互作用でプラズマを形成し、電磁波導入用平面板に５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの電磁波を該３００から５００ＭＨｚの電磁波に重畳させ、さらに平面板と被加工試料の間隔を被加工試料の径の１／２以下とする構成とし、間隔に依存した活性種制御で行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射し、被加工試料と対向して設けられた平面板と前記被加工試料との間隔が、３０ｍｍから前記被加工試料の径の１／２以下に設定され、
原料ガスをプラズマ化し、前記プラズマ中の活性種の反応を制御するように、前記平面板から３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の範囲の電磁波を放射する手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の微細加工、特に半導体材料をリソグラフィー技術によりパターニングした形状にエッチング処理する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】
従来の半導体装置の製造工程で用いられるプラズマ処理装置は、例えば、エッチングについては「日立評論、Ｖｏｌ．７６，Ｎo.７，（１９９４），５５〜５８頁」に記載されている有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置がある。有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置は空心コイルで発生させた磁場と立体回路を介して真空容器内に導入されるマイクロ波領域の電磁波で気体をプラズマ化している。この従来装置では、低ガス圧で高いプラズマ密度が得られることから、高精度かつ高速で試料の加工を行うことができる。さらに、例えば、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．１３、（１９９３）、１４６９−１４７１頁」には永久磁石による局所磁場を用いる有磁場マイクロ波プラズマエッチング装置が報告されている。この装置では磁場を永久磁石により形成するため装置コスト及び消費電力共に上記従来装置に比べ格段に低くすることができる。また、特開平３−１２２２９４号公報には１００ＭＨｚから１ＧＨｚの高周波によりプラズマを生成し、ミラー磁場を用いて効率よくエッチングすることについて開示されている。さらに、特開平６−２２４１５５号公報には、櫛状アンテナから１００から５００ＭＨｚの高周波をかけてプラズマを生成し、大口径チャンバ内で均一なプラズマを形成することが示されている。
【０００３】
また、特にシリコン酸化膜加工用としては狭電極平行平板型（以下「狭電極型」という）の装置が実用化されている。狭電極型装置は１.５ｃｍから３ｃｍ程度の間隔の平行平板間に十数から数十ＭＨｚの高周波を印加し、プラズマを形成している。狭電極型装置は原料ガス圧力が数十ｍＴｏｒｒ領域で用いられる。この狭電極型は比較的安定な酸化膜エッチング特性が長期にわたって得られるという特徴をもっている。
【０００４】
また、特開平７−３０７２００号公報には、導入波長の１／４の長さを有する放射状のアンテナから３００ＭＨｚ程度高周波をかけることについて記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記永久磁石による局所磁場を用いる有磁場マイクロ波エッチング装置では、小型の永久磁石を複数使用している為磁場領域プラズマが主に生成されている領域でのプラズマの均一性が悪く、従って被加工試料をプラズマ生成領域から離した位置に設置して、拡散によってプラズマを均一化して使用している。このため、被加工試料位置では十分なプラズマ密度が得られず、十分な加工速度が得られないという問題がある。
【０００６】
また、特開平３−１２２２９４号公報や特開平６−２２４１５５号公報に記載のようなＥＣＲ型の装置では、有磁場マイクロ波プラズマ源には試料に対面する位置から電磁波を導入するため、試料対面位置には絶縁体しか設置できない。従って、被加工試料に高周波バイアスを印加する場合等に必要なアース電極を理想的な位置である被加工試料と対面する位置設置できず、バイアスの不均一が生じるという問題もあった。被加工試料の加工特性にはプラズマ中の活性種が重要な影響を与える。この活性種は真空容器壁の材質とに影響される特に被加工試料に対面する位置の壁材とその距離は被加工試料の加工性能に大きく影響する。言い換えれば被加工試料に対向する位置の材料とその距離で活性種を制御できることになる。しかし、従来ＥＣＲ型は被加工試料に対面する位置に配置し絶縁体（現実には石英あるいは酸化アルミニウム）しか設置できないため、活性種を理想的な状態に制御できない。
【０００７】
狭電極型装置では、先のＥＣＲ型に比べ被加工試料の対向部に電極がある為、被加工試料のバイアスに対するアース電極の問題および対向部材質により活性種を制御できない問題が解決される。しかし、狭電極型は比較的使用ガス圧力が高いため、被加工試料に入射するイオンの指向性が不均一になり、微細加工性が悪く、また電極間隔が３０ｍｍ程度以下のため、高流量ガス導入時に被加工試料面内で圧力差が大きくなってしまう問題を有する。この問題は被加工試料径の拡大に伴い顕著となり、次世代の３００ｍｍウエハ以上の加工では本質的な課題となる。
【０００８】
また特開平６−２２４１５５号公報に記載のような櫛状アンテナや特開平７−３０７２００号公報に記載のような放射状のアンテナでは、アンテナを利用していない場合に比べればプラズマの均一性が上がるが、それでも十分な均一性を得ることができない。
【０００９】
本発明の目的は、低消費電力で、被加工試料の加工面積が大きい場合にも均一性の高い有磁場マイクロ波プラズマを発生させ、かつ微細加工性に優れ、高選択比，高アスペクト比の加工が可能で、かつ高速度の加工処理ができるプラズマ処理装置を提供することにある。特にプラズマ内の活性種をプラズマ生成条件とは独立に制御し、高精度な活性種制御を実現することで高い表面処理性能を実現する。また長期間にわたりプラズマ内での活性種の組成が変動せず、安定した加工特性の持続を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
被加工試料に対面する位置にプラズマ励起用電磁波を導入する平面板を設置し、かつ該平面板に第２高周波を印加し、さらに平面板と被加工試料間の距離を３０ｍｍから被加工試料径の１／２とする構造とした。プラズマ励起には３００から５００ＭＨｚの電磁波を用い、第２周波数には５０ｋＨｚから３０ＭＨｚを用いる。また被加工試料の周辺にシリコン等の材料で形成された円環状の部材を配置し、この円環状の部材にバイアスが印加できる構造とした。さらに上記平面板，真空容器壁，円環状の部材を温度制御する機能を付加した。
【００１１】
以上の構成により、低磁場低ランニングコストで高密度プラズマを形成でき、高速で微細な加工が可能となる。また平面板に第２の周波数を付加し、平面板と被加工試料の間隔を被加工試料または平面板のいずれか小さい方の径の１／２以下とすることで、プラズマ内の活性種を制御でき、被加工資料面上での反応を高精度に制御することで高選択比と微細加工性を両立したプラズマ処理装置が可能となる。また本発明ではプラズマに接する大部分に常にバイアスが印加され反応が持続している状態あるいは温度制御された状態となるため、処理状態の経時変化が少なく長期的な処理性能の安定化が可能となる。
【００１２】
以上のプラズマ処理装置で、平面板にシリコン，カーボン，石英，炭化シリコンのいずれかを用い、アルゴンとＣ４Ｆ８に代表されるフロンガスの混合ガスを主とする原料ガスを用いることで高精度なシリコン酸化膜の加工が可能となるプラズマ処理方法が実現できる。また同様に原料ガスに塩素，ＨＢｒ、またそれらの混合ガスを主体とする原料ガスを用いることでシリコン，アルミ，タングステンの高精度加工が可能となるプラズマ処理方法が実現できる。
【００１３】
本発明は、具体的には次に掲げる装置を提供する。
【００１４】
本発明は、真空排気手段と原料ガス供給手段と被加工試料設置手段と被加工試料への高周波電力印加手段を有する真空容器内で該原料をプラズマ化し、該被加工試料の表面処理を行う表面処理装置において、該プラズマを形成する手段が電磁波供給手段と磁場発生手段からなり、該電磁波の該真空容器内への導入を該被加工試料に平行に配置された平面板から行い、該平面板と該被加工試料の間隔を３０mmから該被加工試料または平面板のいずれか小さい方の径の２分の１とし、さらに該平面板表面とプラズマ中の活性種との反応量を制御する手段、被加工試料面内に入射する活性種の量と種類を均一化する手段、被加工試料に入射する活性種の時間的変動を低減する手段を有するプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
本発明は、更に該平面板の径が被加工試料径の０.７から１.２倍であるプラズマ処理装置を提供する。
【００１６】
本発明は、更に前記プラズマを形成する手段である電磁波の周波数が３００から５００ＭＨｚであるプラズマ処理装置を提供する。
【００１７】
本発明は、更に前記プラズマを形成手段である磁場発生手段による磁場が、平面板と被加工試料の間で電子サイクロトロン共鳴条件を満足する大きさであるプラズマ処理装置を提供する。
【００１８】
本発明は、更に前記平面板表面とプラズマとの反応を制御する手段が、該平面板に供給する前記３００から５００ＭＨｚの電磁波とは別の第２の周波数の電磁波を重畳して該平面板に供給する手段であるプラズマ処理装置を提供する。
【００１９】
本発明は、更に前記平面板表面とプラズマとの反応を制御する手段が、該平面板の温度を制御する手段であるプラズマ処理装置を提供する。
【００２０】
本発明は、更に前記平面板表面とプラズマとの反応を制御する手段が、前記第２の周波数の電磁波を重畳して該平面板に供給する手段と該平面板の温度を制御する手段の両方であるプラズマ処理装置を提供する。
【００２１】
本発明は、更に前記平面板に重畳する第２の周波数が５０ｋＨｚから３０ＭＨｚであり、平面板に印加する該周波数の電力が平面板の単位面積あたり０.０５から５Ｗ／cm２であるプラズマ処理装置を提供する。
【００２２】
本発明は、更に原料ガスを請求項１記載の平面板に形成した複数の微細孔より供給するプラズマ処理装置を提供する。
【００２３】
本発明は、更に前記平面板のプラズマ側に接する表面がシリコン，カーボン，炭化シリコン，石英，酸化アルミ，アルミニウムのいずれか一つの材質で形成されているプラズマ処理装置を提供する。
【００２４】
本発明は、更に該手段が該平面板内に温度制御された液体を循環させることにより、該平面板の温度を制御するプラズマ処理装置を提供する。
【００２５】
本発明は、更に前記平面板のプラズマ側に接する表面に設置する材料面より真空容器内にガスを供給する手段を配置したプラズマ処理装置を提供する。
【００２６】
本発明は、更に前記被加工試料面内に入射する活性種の量と種類を均一化する手段が、被加工試料の周辺に配置された円環状の部材であるプラズマ処理装置を提供する。
【００２７】
本発明は、更に前記円環状の部材のプラズマに接する部分の材質がシリコン，カーボン，炭化シリコン，石英，酸化アルミ，アルミニウムのいずれか一つの材質で形成されているプラズマ処理装置を提供する。
【００２８】
本発明は、更に該円環状の部材に高周波電力を印加するプラズマ処理装置を提供する。
本発明は、前記円環状の部材に高周波電力を印加する手段が、被加工試料に印加する高周波電力の一部を分岐し、該円環状の部材に印加する構造であるプラズマ処理装置を提供する。
【００２９】
本発明は、前記被加工試料に入射する活性種の時間的変動を低減する手段が、前記真空容器壁，平面板，円環状の部材の温度制御手段であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３０】
本発明は、該円環状の部材の被加工試料面に垂直方向の高さが、被加工試料面より０から４０ｍｍの範囲であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３１】
本発明は、更に該円環状の部材の被加工試料面に水平方向の幅が２０ｍｍから前記平面板と被加工試料間距離の範囲であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３２】
本発明は、更に前記円環状の部材に高周波電力を印加する手段で、被加工試料に印加する高周波電力の一部を分岐する手段がコンデンサまたはコンデンサの機能を有する構造であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３３】
本発明は、更に該平面板がアース電位の平板に誘電体を介して配置され、該平面板とアース電位の平板ではさまれる誘電体内で、供給した電磁波がＴＭ０１モードで共振する構造であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３４】
本発明は、更に該平面板は円盤状であり、さらに該平面板の中央に接続される円錐状の導体を介して電磁波を供給するプラズマ処理装置を提供する。
【００３５】
本発明は、更に前記真空容器壁，平面板，円環状の部材の温度制御手段が温度制御された液体を循環させることにより、前記各部の温度を制御し、その温度範囲が２０℃から１４０℃の範囲であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３６】
本発明は、更に前記磁場発生手段による磁場の磁力線の向きが、前記平面板および被加工試料面と垂直方向であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３７】
本発明は、更に前記磁場発生手段による磁場の磁力線の向きが、前記平面板および被加工試料面と略垂直方向であるプラズマ処理装置を提供する。
【００３８】
本発明は、更に該平面板のプラズマに接する面の全面または一部を誘電体で被覆するプラズマ処理装置を提供する。
【００３９】
本発明は、更に該平面板のプラズマに接する面の全面または一部を被覆する誘電体が石英，酸化アルミニウム，窒化シリコン，ポリイミド樹脂のいずれか一種類の材料で構成されているプラズマ処理装置を提供する。
【００４０】
本発明は、更に前記誘電体の温度を２０℃から２５０℃の範囲内で一定に制御する手段を有するプラズマ処理装置を提供する。
【００４１】
本発明は、更に平面板に供給する３００から５００ＭＨｚの電磁波を供給する給電線路に被加工試料に印加する高周波電力をアースに流入させるフィルタを設置するプラズマ処理装置を提供する。
【００４２】
本発明は、更に被加工試料に１００ｋＨｚから１４ＭＨｚの高周波電力を被加工試料の単位面積あたり０.５から８Ｗ／cm２印加し、被加工試料の表面処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００４３】
本発明は、更に前記円環状の部材に印加する高周波電力が円環状の部材のプラズマに接する面の単位面積あたり０から８Ｗ／cm２であるプラズマ処理装置を提供する。
【００４４】
本発明は、更に磁場発生手段により平面板と被加工試料間に形成される電子サイクロトロン共鳴条件磁場領域の被加工試料面からの高さおよびその領域幅を制御し、プラズマ内で生成される活性種の制御を行うプラズマ処理装置を提供する。
【００４５】
本発明は、更に真空容器上部を石英，酸化アルミのいずれかの一方の絶縁材料で構成し、該絶縁材料の大気側に請求項２０記載のアース電位導体に誘電体を介し配置される平面板を設置し、該平面板に請求項３記載の電磁波を供給し、該電磁波と磁場の相互作用により、該真空容器内にプラズマを形成するプラズマ処理装置を提供する。
【００４６】
本発明は、平面状の被加工試料を処理するプラズマ処理装置において、被加工試料と被加工試料に対面する部材との距離が３０ｍｍから該被加工試料径の１／２であるプラズマ処理装置を提供する。
【００４７】
本発明は、更に被加工試料の周囲に前記円環状の部材を配置するプラズマ処理装置を提供する。
【００４８】
本発明は、更に被加工試料に対面する位置に配置される部材が石英，酸化アルミ，シリコン，窒化シリコン，炭化シリコン，ポリイミド樹脂のいずれか一種類の材料で構成されているプラズマ処理装置を提供する。
【００４９】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置を用いて、原料ガスにアルゴンとＣ４Ｆ８の混合ガスを用い、アルゴン流量が５０から５００sccm、Ｃ４Ｆ８流量が２から５０sccmで、該混合ガスの圧力が０.２から３Ｐａ の条件でシリコン酸化膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５０】
本発明は、更に２から５０sccmのＣＯガスを添加し、シリコン酸化膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５１】
本発明は、更に０.５から２０sccmの酸素ガスを添加し、シリコン酸化膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５２】
本発明は、更に２から５０sccmのＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ４，水素ガスのいずれか一つまたは混合ガスを添加しシリコン酸化膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５３】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置においてＣ２Ｆ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃ３Ｆ６Ｏ，Ｃ３Ｆ７，Ｃ５Ｆ８のいずれか一種類のガスを用いシリコン酸化膜のエッチングを行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５４】
本発明は、更に前記ガスにＣＯガスを添加し、シリコン酸化膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を提供する。
【００５５】
本発明は、更にガスに酸素ガスを添加し、シリコン酸化膜のエッチングを行うプラズマ処理装置を提供する。
【００５６】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置を用いて、原料ガスにアルゴンとＣ５Ｆ８の混合ガスを用い、アルゴン流量が５０から５００sccm、Ｃ５Ｆ８流量が２から５０sccmで、該混合ガスの圧力が０.２から３Ｐａの条件でシリコン酸化膜のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５７】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置を用いて、原料ガスが塩素で圧力０.１から２Ｐａの条件で、シリコン，アルミニウム，タングステンあるいは該シリコン，アルミニウム，タングステンを主成分とする材料のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５８】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置を用いて、原料ガスがＨＢｒで圧力０.１から２Ｐａの条件で、シリコン，アルミニウム，タングステンあるいは該シリコン，アルミニウム，タングステンを主成分とする材料のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００５９】
本発明は、更に前記プラズマ処理装置を用いて、原料ガスが塩素とＨＢｒの混合ガスで圧力０.１から２Ｐａの条件で、シリコン，アルミニウム，タングステンあるいは該シリコン，アルミニウム，タングステンを主成分とする材料のエッチング処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
【００６０】
本発明は、更に前記プラズマ処理方法で、酸素ガスを添加し、シリコン，アルミニウム，タングステンあるいは該シリコン，アルミニウム，タングステンを主成分とする材料のエッチング処理を行うプラズマ処理方法。
【００６１】
本発明は、更に酸素ガス，メタンガス，塩素ガス，窒素ガス，水素，ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８，ＳＦ６のいずれかを成分とする原料ガスにより、有機物を主体とする材料のエッチング処理を行うプラズマ処理装置を提供する。
【００６２】
本発明は、更に前記プラズマ形成手段である磁場発生手段による磁場が、平面板と被加工試料の間で１００ガウス以下の磁場であるプラズマ処理装置を提供する。
【００６３】
本発明は、更にプラズマを形成するのに磁場形成手段を用いないプラズマ処理装置を提供する。
【００６４】
本発明は、更に請求項５記載の平面板に重畳して印加する第２の電磁波を請求項２９記載の被加工試料に印加する電磁波を分岐し供給するプラズマ処理装置を提供する。
【００６５】
本発明は、更にプラズマを形成する手段である電磁波の周波数が２００ＭＨｚから９５０ＭＨｚであるプラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００６６】
本発明により、３００から５００ＭＨｚの電磁波の電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いるプラズマ処理装置において、プラズマ生成条件とは独立にプラズマ内の活性種が制御可能となる。特に被加工試料と被加工試料に対面する位置に設置される平面板の間隔、平面板上の材質および平面板に重畳して印加する電磁波を本発明に記す範囲で制御することで活性種制御効果を飛躍的に増大し、処理条件の制御性および制御範囲を大幅に広げることが可能となり、高精度なプラズマ処理装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
本発明による実施の形態を以下で説明する。
【００６８】
本発明による実施の形態を図１に示す。図１の実施の形態は本発明における装置の基本的構成であり、真空排気されガス導入手段１を有する真空容器２に電磁石３が配置されており、同軸ケーブル４により平面板５に導入される電磁波と該電磁石３による磁場の相互作用で真空容器２内に導入されたガスをプラズマ化し、被加工試料６を処理する。ここで電磁波放射に用いる平面板５は、特願平８−３０００３９号に記載されている平面板と同等である。本実施の形態における平面板５にはプラズマ形成用の４５０ＭＨｚ電源７と、フィルタ８を介し、１３.５６ＭＨｚ電源９の２つの周波数が印加されている。磁場の大きさは、平面板５と被加工試料６のプラズマ生成領域で、電子サイクロトロン共鳴を満足する大きさが必要であり、図１の実施の形態では４５０ＭＨｚの電磁波を用いているため、１００−２００ガウスの磁場強度である。被加工試料６は８インチ径であり、該被加工試料と平面板５の間隔は７ｃｍとなっている。
【００６９】
平面板５の表面はシリコン１０で形成されており、また該シリコン１０の表面に形成した複数の孔から原料ガスが真空容器２内に導入される構成となっている。さらに真空容器壁には真空容器壁温度制御手段２６が設置されている。この真空容器壁温度制御手段２６による真空容器壁の温度制御範囲は２０から１４０度である。
【００７０】
本実施の形態では平面板５の径を２５５mmとした。１３.５６ＭＨｚ電源９の電磁波は平面板５に配置されたシリコン１０の表面とプラズマの間で形成される電位を調節する機能を持つ。該１３.５６ＭＨｚ電源９の出力を調節することでシリコン表面の電位が任意に調節でき、シリコン１０とプラズマ内活性種の反応が制御できる。また本発明では平面板５上に配置されたシリコン１０と被加工試料６の間隔を被加工試料径の１／２以下である１００から３０ｍｍで調節できる構造となっている。該間隔の制御は被加工試料台１１の上下により行う。被加工試料６または平面板５上のシリコン１０での反応生成物は真空容器内に拡散する。しかし、被加工試料６またはシリコン１０の表面付近は反応生成物が気相中分子と衝突することによりだだよい、実質的に表面反応の影響を非常に強く受けた気相状態となる。その領域は図２に示すように、反応する面の大きさに依存し、ほぼ反応する面の半径となる。よって被加工試料６とその対面する位置に相当するシリコン１０の間隔を被加工試料６の半径以下とすることで、互いの面での反応を強く反映させることができる。
【００７１】
たとえば原料ガスにフロン系ガスを用いシリコン酸化膜のエッチング処理を行う場合、フロン系ガスの解離種であるフッ素ラジカルがエッチングの特性（特にエッチング選択性）を低下させる。
【００７２】
しかし、本発明の構成とすることで、シリコン１０でフッ素を反応させ消費することで被加工試料６に入射するフッ素ラジカルを大幅に低減できる。シリコン１０と被加工試料６の間隔を被加工試料６の半径以上にするとこのフッ素ラジカルの低減効果が小さくなり、効果は急激に低下する。また該間隔を小さくすることはシリコン１０と被加工試料６に囲まれたプラズマのボリュウムを小さくすることになる。先のフロン系ガスのプラズマによるフッ素ラジカルの発生絶対量はプラズマのボリュウムに比例するのに対し、シリコン１０でのフッ素の消費はシリコン１０の面積および該シリコン１０に印加されるバイアス条件にのみ依存する。よって間隔を小さくするとフッ素の発生絶対量は抑制されるのに対し、シリコン１０での消費量は不変とすることができる。結果として被加工試料６に入射するフッ素ラジカルを低減できる。この効果も間隔を被加工試料径の１／２以下とすることによる、フッ素ラジカルの低減効果につながる。以上の活性種制御機能は間隔と平面板５に重畳する１３.５６ＭＨｚの電力で決まり、プラズマ生成条件（例えば放電電力，ガス圧力，流量等）と独立に制御できるのでプロセスの制御範囲を大幅に広げることが可能となる。
【００７３】
また平面板５と被加工試料の間隔を３０ｍｍ以下とすると平面板５表面から供給するガスの被加工試料面内圧力分布が劣化してしまう。この劣化は被加工試料径の拡大と共に無視できなくなり、次世代の３００ｍｍウエハの加工では本質的な問題となる。よって平面板５と被加工試料６との間隔は３０ｍｍから被加工試料径の１／２以下（φ２００ウエハであれば１００ｍｍ、φ３００ウエハであれば１５０ｍｍ）で良好な特性が得られる。シリコン酸化膜エッチングでは深く微細な孔を高速でかつ高エッチング選択比で加工しなければならない。この深孔での微細性とエッチング選択比は気相内ラジカル種と入射イオン密度により特性が支配され、トレードオフの関係にある。よってプラズマの生成条件と独立に高精度な活性種制御が可能な本発明は従来にないシリコン酸化膜エッチング特性を実現できる。また平面板５には温度制御機能１６が設置されており、シリコン１０の表面反応の時間的変動を低減している。
【００７４】
また図５は図２における平面板表面におけるシリコン１０に設けられた複数の微細孔で構成される原料ガス導入部分の詳細を記した図である。
【００７５】
本発明では図１に図中に示す円環状の部材１２を被加工試料６の周囲に配置している。円環状の部材１２のプラズマに接する面はシリコン１３で形成されており、また被加工試料６に印加するバイアスの一部を容量１４により分割することで、該シリコン１３にバイアスが印加される構造となっている。また円環状の部材１２の直下に温度制御機能１５が設置されており、該円環状部材の温度を一定化できる構造となっている。被加工試料６であるシリコンウエハは通常レジストマスクに覆われている。被加工試料６の表面に入射するプラズマ中の活性種の量はこのレジストとの反応に影響される。例えばＣ４Ｆ８に代表されるフロン系ガスのプラズマで派生するフッ素ラジカルはレジストと反応することで消費される。
【００７６】
この反応により被加工試料６に実行的に入射するフッ素ラジカルの量が決まり、前記図２の説明と同様な理由で被加工試料６の中心部と周辺部ではフッ素ラジカルの量に差が生じてしまう。円環状の部材１２はその表面反応により被加工試料周辺部で過剰となるフッ素ラジカルを消費し、活性種入射の被加工試料６への均一化をはかることが可能となる。この円環状の部材表面の反応は先のバイアス印加機能によるバイアスで調整可能であり、また冷却機能１５により反応の時間的変動が低減されている。円環状の部材１２の被加工試料面に水平方向の幅を、平面板５と被加工試料６間距離と同じ長さとすることで完全に被加工試料６面内に入射する活性種を均一化できる。ただし、実質的には２０ｍｍ以上の幅で十分効果がある。よって円環状の部材１２の幅は平面板５と被加工試料６間距離から２０ｍｍが有効範囲となる。また円環状の部材１２の被加工試料６に垂直方向の高さは先の幅とも関係あり、幅を大きく取るほど高さが低くできる。実質的には高さ０から４０ｍｍの範囲内でその高さに最適な幅を前記の範囲から選ぶ。図１の実施例では円環状の部材１２表面の材質をシリコン１３としたが、他にカーボン，炭化シリコン，石英，酸化アルミ，アルミニウムでも制御する活性種の種類により、同等の効果がある。
【００７７】
図６は円環状の部材への電磁波の具体的供給方法を示す。被加工試料と共通の８００ｋＨｚ電源より電磁波を誘電体３２を介し供給する。誘電体３２の厚さを調節することで誘電体３２部の容量が調整でき円環状の部材供給される電磁波電力を制御できる。もちろん図６に示す誘電体の他に可変容量により分岐し電力制御を実施しても同様である。本発明ではプラズマに接する大部分の領域が常にバイアスが印加されるか、温度制御機能を有しており、真空容器内部状態の経時変化が少なく長期的な処理性能の安定化が可能となる。真空容器内壁，平面板５，円環状の部材１２の温度制御範囲を２０から１４０度の範囲とすることで、吸着活性種の安定化がはかられ処理特性の時間的変動を低減できる。
【００７８】
図１に示す石英リング１７は平面板５あるいはシリコン１０の周辺電界強度を緩和し、プラズマの均一生成を可能とする。本実施例では該石英リングのボリュウム（厚み）で熱容量を制御し、該石英リング１７の温度制御をおこなっている。図１の実施例では石英リングを用いたが他の誘電体材料例えば酸化アルミニウム，窒化シリコン，ポリイミド樹脂であっても同様の効果があることはいうまでもない。また本実施例では石英リングを平面板５あるいはシリコン１０の円周部にしか配置しなかったが、全面に配置しても本発明の効果がある。その際図３に示すように、平面板５大気側に配置し、該誘電体で真空を保持することで装置構成が簡単な本発明における装置が実現できる。図３では図１の構成と異なる部分のみに符号および符号の説明を記した。その他図１と同様な部分に関する符号および符号の説明は省略する。図３の実施の形態では図１の実施例におけるシリコン１０の表面反応を用いることができないが、他の機能は十分有するため、被加工試料の対向部の反応をそれほど必要としない加工応用には、装置構成が簡単となる利点がある。
【００７９】
また図１および図２の装置構成にかかわらず、被加工試料とそれに対面する位置に存在する部材との距離関係を本発明における３０ｍｍから被加工試料径の１／２とすることで、本発明の活性種制御による効果を有する。その際、前記の円環状の部材を被加工試料周囲に配置することで、同様の活性種均一化の効果も有することはいうまでもない。
【００８０】
次に図１の実施の形態の動作例を説明する。本実施の形態ではシリコン酸化膜のエッチング処理を実施する場合を記す。シリコン酸化膜をエッチングする場合、本発明では原料ガスにアルゴンとＣ４Ｆ８の混合ガスを用いる。原料ガスの圧力は２Ｐａである。また流量はアルゴンが４００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８が１５ｓｃｃｍとした。平面板５には４５０ＭＨｚ電源７から８００Ｗの電力を供給し、プラズマを形成した。
【００８１】
さらに平面板５に１３.５６ＭＨｚ電源９から３００Ｗの電力を４５０ＭＨｚに重畳して印加し、平面板５上に配置したシリコン１０とのプラズマ間に形成される電位を調整した。被加工試料６は２００ｍｍ径のウエハを用いた。被加工試料台１１の被加工試料６に接する領域は−２０度の温度に保たれ、被加工試料６の温度を制御している。また被加工試料６には８００ｋＨｚ電源１８の電磁波が供給され、被加工試料６にプラズマから入射するイオンのエネルギーを制御している。図４に本動作例によるシリコン酸化膜のエッチング速度およびシリコン酸化膜と窒化シリコン膜のエッチング速度差（選択比）を示す。図４では被加工試料台１１の高さを変え、シリコン１０と被加工試料６の間隔によるエッチング特性を示した。図４では本発明の間隔制御による効果を示すため、シリコン１０と被加工試料６の間隔を被加工試料径の１／２より大きい、１４０ｍｍからのエッチング特性を示した。図４の結果よりエッチング速度は間隔にあまり大きく依存しないが、エッチング選択比は大きく変化することが確認できる。特に被加工試料径の１／２に相当する１００ｍｍ以下からのエッチング選択比向上が顕著であることがわかり、本発明の有用性が確認できる。
【００８２】
本実施の形態ではプラズマ形成用の電磁波として４５０ＭＨｚを用いたが３００から５００ＭＨｚの電磁波であっても同様の効果がある。周波数を変える場合には同時に磁場強度も変える必要があり、平面板５と被加工試料６のプラズマ生成領域に電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強度を形成する。また同様にプラズマを形成する電磁波として２００ＭＨｚから９５０ＭＨｚでも基本的には同様の効果がある。しかし、５００ＭＨｚを超える場合では電源のコストが高くまた大型となりやすく、３００ＭＨｚ以下ではプラズマ生成効率が少し低くなる。
【００８３】
平面板に重畳する１３.５６ＭＨｚの電磁波においては、本実施の形態の他に５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの電磁波で同様の効果が発揮できる。また被加工試料に印加する電磁波を容量等により分岐し、平面板に重畳することでも同様の効果があり、さらに電源を重畳用と被加工試料印加用を共通とすることで装置の簡略化および低コスト化ができる。
【００８４】
３０ＭＨｚより高い周波数ではシリコン１０に発生するプラズマ間との電位が小さく、また５０ｋＨｚより小さい周波数では平面板５上に設置するシリコン９の表面状態により、プラズマ間とに発生する電位差が変動するため適用が困難である。
【００８５】
本実施の形態では平面板５上にシリコン１０を配置したが、他のカーボン，炭化シリコン，石英，酸化アルミ，アルミニウムを用いて該材料面での反応を用いることで同様に活性種を制御することが可能である。
【００８６】
本実施の形態では原料ガスにアルゴンとＣ4Ｆ8を用いたが、混合ガスに２から５０ｓｃｃｍのＣＯあるいは０.５から２０ｓｃｃｍ酸素あるいは２から５０ｓｃｃのＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ４，水素ガス単体またはそれらの混合ガスを添加し、シリコン酸化膜のエッチング処理を実施することが可能であり、該添加ガスによりプロセス条件をさらに精度よく制御できる。
【００８７】
本発明による装置を用い添加ガスとしてでなくＣ２Ｆ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃ３Ｆ６Ｏ，Ｃ３Ｆ７，Ｃ５Ｆ８のいずれか一種類のガスを主に用いシリコン酸化膜のエッチングを行うことでも同様の効果があることはいうまでもない。さらにこれらガスにＣＯガス，酸素ガスまたはその両方を添加ガスとして用いても同様の効果がある。
【００８８】
本発明による装置を用い、酸素ガス，メタンガス，塩素ガス，窒素ガス，水素，ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８，ＳＦ６のいずれかを成分とする原料ガスにより、有機物を主体とする材料のエッチング処理を行うことも可能である。
【００８９】
本実施の形態では、シリコン１０表面での反応制御を重畳して印加する電磁波により実施したが、該電磁波による制御に加え、該平面板に温度制御機能を付加し、該温度制御によりシリコン１０の反応を制御することが可能である。特にシリコン１０での反応の安定化に有効である。
【００９０】
本実施の形態ではシリコン酸化膜のエッチングを実施する場合について記したが、他に塩素または塩素を主とするガスを用いた本発明により、シリコン，タングステンのエッチング処理が可能である。
【００９１】
本実施の形態ではプラズマ生成に磁場印加手段を用いさらにその磁場強度を電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強度としたが、無磁場あるいは電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強度以外でも同様の効果が得られ、低コストな装置が実現できる。ただしいずれの場合も実施の形態で説明した電子サイクロトロン共鳴を満足する磁場強度を用いる場合よりプラズマ密度が０.８〜０.３倍と低くなり、反応範囲が減る。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の具体的実施の形態１を示す図である。
【図２】本発明の具体的実施の形態２を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における効果の説明図１。
【図４】本発明の実施の形態における効果の説明図２。
【図５】図２におけるシリコン表面に形成した複数の微細孔部分の詳細図。
【図６】円環状の部材への電磁波供給方法の例。
【符号の説明】
【００９３】
１…ガス導入手段、２…真空容器、３…電磁石、４…同軸ケーブル、５…平面板、６…被加工試料、７…４５０ＭＨｚ電源、８…フィルタ、９…１３．５６ＭＨｚ電源、１０…シリコン、１１…被加工試料台、１２…円環状の部材、１３…シリコン、１４…容量、１５…冷却機能、１６…温度制御機構、１７…石英リング、１８…８００ｋＨｚ電源、１９…直流電源、２０…容量、２１…整合器、２２…整合器、２３…整合器、２４…８００ｋＨｚ通過フィルタ、２５…誘電体、２６…真空容器壁温度制御手段、２７…平面板、２８…誘電体、２９…石英、３０…石英シャワープレート、３１…ガス導入手段、３２…誘電体、３３…被加工試料台の電磁波供給部。
【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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