(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ又は／及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体に対して、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部と、
から構成されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体に対して、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されており、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部と、
から構成されていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記磁場の印加手段が、ダイポールリングマグネット（ＤＲＭ）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記補助電極を構成する局所電極は、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側にのみ設けた導電性材料からなる第１の局所電極であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記補助電極を構成する局所電極は、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けた導電性材料からなる第２の局所電極と、該上流側以外に設けた絶縁性材料からなる第３の局所電極と、の組合せからなることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記補助電極を構成する局所電極は、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側では幅が広く、該上流側以外では幅が狭い導電性材料からなる第４の局所電極と、前記基体側から見て、該第４の局所電極の幅が狭い領域の外側に設けた絶縁性材料からなる第５の局所電極と、の組合せからなることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けた補助電極を構成する局所電極が、前記基体の全ての位置から見て、該電子流の流れの上流側をカバーする大きさを有することを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けた凹凸形状であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記電極Ｉの前記局所電極と電気的接合する部分に設けた凹凸形状であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記局所電極と前記電極Ｉとの間に設けた、該局所電極及び該電極Ｉとは異なる誘電率の材料からなる単層膜あるいは積層膜であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記局所電極の内部に設けた空洞であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１３】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記局所電極と前記電極Ｉとの界面付近に設けた空洞であることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
前記空洞の内部は、真空、不活性気体、又は、前記局所電極及び前記電極Ｉとは異なる誘電率の材料、のいずれかであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１５】
前記接合インピーダンスを調整する手段が、前記局所電極と前記電極Ｉとの間に設けたコンデンサであることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１６】
前記局所電極を構成する材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、グラッシーカーボン、のいずれかであることを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１７】
プラズマに曝される前記局所電極の表面は、前記基体の表面と同じ高さか、あるいは該基体の表面よりイオンシースの幅以内で高いことを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１８】
前記局所電極と前記電極Ｉの基体を載置している部分との間隔は、電気的に短絡する距離よりは長く、かつ、該局所電極で生じた電子の運動が該基体まで届かなくなる距離よりは短いことを特徴とする請求項１又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１９】
前記電極Ｉの上に載置された基体の外周端は、前記電極ＩＩの外周端と同じか、あるいは内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２０】
前記電極Ｉと前記電極ＩＩの外周部との間隔は、該電極Ｉと該電極ＩＩの各表面で生ずる電子の移動が互いに影響を及ぼす距離とすることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２１】
前記電極ＩＩを構成する中心部と外周部との間隔は、電気的に短絡する距離よりは長くすることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２２】
前記電極Ｉの上に載置された基体の外周端は、前記電極ＩＩを構成する外周部の外周端から内周端の範囲内に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２３】
前記電極Ｉと前記電極ＩＩで挟まれた空間内にプロセスガスを導入する機構として、該電極ＩＩの電気的に接地された領域に複数個配置された導入管からなるシャワーヘッドを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２４】
前記電極Ｉと前記電極ＩＩに個別に高周波を印加して、該電極Ｉに載置した基体をプラズマエッチングする場合、該電極Ｉに印加する高周波の周波数をｆ１と、該電極ＩＩに印加する高周波の周波数をｆ２との関係が、ｆ１≦ｆ２であることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項２５】
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ又は／及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体の周辺部にリング体の補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されており、
かつ、前記リング体のインピーダンスは、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側に相当する部分が他の部分より低いことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２６】
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続されたリング体の外周部と、
から構成されており、
かつ、前記リング体のインピーダンスは、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側に相当する部分が他の部分より低いことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、プラズマエッチング装置に係る。より詳細には、基体表面に対する生成プラズマの密度、又は／及び、基体表面に対するセルフバイアス電位、を自由に制御可能なプラズマエッチング装置に関する。
背景技術
近年、ＤＲＡＭやＭＰＵなどのチップサイズの大型化に伴い、その基体として用いられるシリコン基板も大口径化される傾向にある。酸化膜やＰｏｌｙシリコンのエッチングは半導体生産において、最も重要な工程の１つであるが、以前使用されてきた通常の平行平板型のＲＩＥ装置では、１．０μｍ以下の微細なパターンの加工に対して要求されるプラズマ性能（例えば、５０ｍＴｏｒｒ以下のプロセス圧力、１ｍＡ／ｃｍ2以上のイオン電流密度（１×１０１0ｃｍ-3以上の電子密度））に答えられなかった。この問題を解決するため、磁場を導入したプラズマ源が開発され、このプラズマ源を搭載した装置の一例として、ダイポールリングマグネット（以下ＤＲＭ）を利用したマグネトロンプラズマエッチング装置が公開されている（特開平６−３７０５４号公報、図２４、図２５）。
しかしながら、上記ＤＲＭを利用したマグネトロンプラズマエッチング装置では低圧・高密度プラズマの生成は可能だが、基体上に生成するプラズマの高精度な制御がむずかしいという一面を持っている。すなわち、基体上に水平磁場を導入したことにより、基体に対するプラズマ密度の均一化及びセルフバイアス電圧の均一化を図ることが困難であった。現状では、磁場に勾配を持たせる工夫（特開昭６２−２１０６２号公報）や、プロセス空間中に導入した磁場を回転させること（特開昭６１−２０８２２３号公報）によりこれらの均一化を図る解決法が提案されていた。しかしながら、特開昭６２−２１０６２号公報の解決法には、プロセス圧力などを変えた場合に磁場勾配の最適値が変化してしまうという問題があった。一方、特開昭６１−２０８２２３号公報の解決法には、プロセス中にある基体に対して、見かけ上プラズマ密度の均一化が図られてはいるが、磁場を回転させる機構などが必須であり、装置の小型化が難しいという課題があった。
本発明は、基体表面に対する生成プラズマの密度の均一化又は／及びセルフバイアス電位の均一化を図ることにより、圧力に依存せず、磁場の印加手段を回転させることなく、基体に対して均一で、かつ（電位の偏りが原因で発生する）チャージアップダメージの無いエッチングが可能なプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の第１のプラズマエッチング装置は、
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ又は／及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体に対して、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されることを特徴とする。
本発明の第２のプラズマエッチング装置は、
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部と、
から構成されていることを特徴とする。
本発明の第３のプラズマエッチング装置は、
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体に対して、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されており、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続された外周部と、
から構成されていることを特徴とする。
本発明の第４のプラズマエッチング装置は、
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ又は／及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記基体の周辺部にリング体の補助電極を設け、
該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、
から構成されており、
かつ、前記リング体のインピーダンスは、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側に相当する部分が他の部分より低いことを特徴とする。
本発明の第５のプラズマエッチング装置は、
平行平板型の２つの電極Ｉ及び電極ＩＩと、該電極Ｉ及び電極ＩＩに接続された高周波電力の印加手段とを備え、
前記電極Ｉの前記電極ＩＩと対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング処理が行われる基体を載置しており、
前記基体のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段を設けたプラズマエッチング装置において、
前記電極ＩＩは、電気的に接地された中心部と、前記電極Ｉに接続された高周波電源とは独立して制御できる高周波電源に接続されたリング体の外周部と、
から構成されており、
かつ、前記リング体のインピーダンスは、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側に相当する部分が他の部分より低いことを特徴とする。
但し、上述した本発明の第１、第３及び第４のプラズマエッチング装置におけるインピーダンスとは、補助電極と電極Ｉとの接合インピーダンスを指す。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る補助電極を備えたプラズマエッチング装置の一例を示す模式的な面図である。
図２は、図１において電極ＩＩの側から見た電極Ｉの平面図である。
図３は、図２の電極Ｉの上に補助電極を備えた状態を示す平面図である。
図４は、図１において電極Ｉの側から見た電極ＩＩの平面図である。
図５は、図１における磁場の印加手段を示す平面図である。
図６は、電極Ｉ、補助電極及び基体の位置関係を示した模式的な断面図である。
図７は、本発明に係る電子の流れのモデル図であり、電極ＩＩを構成する外側の電極のみに高周波を印加した場合を示す。
図８は、従来例に係る電子の流れのモデル図であり、電極ＩＩを構成する内側の電極と外側の電極の両方に高周波を印加した場合を示す。
図９は、図４において電極ＩＩを構成する外側の電極のみを電極Ｉに近づけて設けた場合を示す模式的な断面図である。
図１０は、Ｅ極側の局所電極（１０３ｅ）のみカソード化した場合に観測されたプラズマ密度を示すグラフである。
図１１は、Ｗ極側の局所電極（１０３ｗ）のみカソード化した場合に観測されたプラズマ密度を示すグラフである。
図１２は、Ｎ極側の局所電極（１０３ｎ）のみカソード化した場合に観測されたプラズマ密度を示すグラフである。
図１３は、Ｓ極側の局所電極（１０３ｓ）のみカソード化した場合に観測されたプラズマ密度を示すグラフである。
図１４は、図１０〜図１３の各条件におけるセルフバイアス電位を纏めて示したグラフである。
図１５は、図１０〜図１３に示したプラズマ密度の結果を纏めて示したグラフである。
図１６は、Ｅ極側のインピーダンスを調整する手段として各種容量のコンデンサを用いた場合に観測されたセルフバイアス電位を示すグラフである。
図１７は、Ｅ極側のインピーダンスを調整する手段として各種容量のコンデンサを用いた場合に観測されたプラズマ密度を示すグラフである。
図１８は、電極ＩＩの全面（１０６と１０７）に高周波を印加した場合に観測されたＶdcの結果を示すグラフである。
図１９は電極ＩＩの中心部分（１０６）のみに高周波を印加した場合に観測されたＶdcの結果を示すグラフである。
図２０は、電極ＩＩのＥ極側の外周電極（１０７ｅ）のみに高周波を印加した場合に観測されたＶdcの結果を示すグラフである。
図２１は、電極ＩＩの全ての外周電極（１０７）に高周波を印加した場合に観測されたＶｄｃの結果を示すグラフである。
図２２は、電極ＩＩのＷ極側の外周電極（１０７ｗ）のみに高周波を印加しなかった場合に観測されたＶdcの結果を示すグラフである。
図２３は、電極ＩＩのＥ極側の外周電極（１０７ｅ）のみに高周波を印加した場合に観測されたＶdcの結果を示すグラフである。
図２４は、従来のダイポールリングマグネット（ＤＲＭ）を利用したマグネトロンプラズマエッチング装置を示す概略図である。
図２５は、図２４の装置においてダイポールリングマグネット（ＤＲＭ）によって形成された磁界分布を示す模式図である。
図２６は、図１に示した補助電極１０２の各種構成を示した模式的断面図である。
図２７は、図１に示した補助電極１０２を構成する局所電極１０３と基体１０８との相対的な位置関係を示す、電極ＩＩの側から見た電極Ｉ及び補助電極の模式的平面図である。
図２８は、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けた補助電極を構成する局所電極が、基体の全ての位置から見て、電子流の流れの上流側をカバーする大きさを有する場合を示す、局所電極と基体との配置を説明する模式的平面図である。
図２９は、局所電極１０３と基体１０８との相対的な４通りの配置を示す模式的平面図である。
図３０は、電極ＩＩの側から見た電極Ｉの模式的平面図であり、プローブの配置を説明する図面である。
図３１は、実施例４に係る、プラズマ密度Ｊｉの測定結果を示すグラフである。
図３２は、実施例５に係る、補助電極のない平行平板型プラズマエッチング装置の模式的断面図である。
図３３は、実施例５に係る、電極ＩＩ（１０５）と電極Ｉ（１０１）との相対的な６通りの配置を示す模式的断面図である。
図３４は、電極ＩＩの側から見た電極Ｉの模式的平面図であり、プローブの配置を説明する図面である。
図３５は、実施例５に係る、セルフバイアス電位：Ｖdcの測定結果を示すグラフである。
図３６は、電極Ｉの側から見た電極ＩＩの模式的平面図であり、電極ＩＩを構成する外周部１０７の各種構成を説明する図面である。
（符号の説明）
１００  チャンバ、  １０１  電極Ｉ、
１０１ａ  電極Ｉの基体を載置している部分（サセプタ）、
１０２  補助電極、１０２ｎ  Ｎ極側の局所電極、
１０２ｓ  Ｓ極側の局所電極、
１０２ｅ  電子流の流れの少なくとも上流側に設けた局所電極、すなわちＥ極側の局所電極、
１０２ｗ  Ｗ極側の局所電極、  １０３  局所電極、
１０４  接合インピーダンスを調整する手段、  １０５  電極ＩＩ、
１０６  電極ＩＩを構成する中心部（内側の電極）、
１０７  電極ＩＩを構成する外周部（外側の電極）、
１０７’、１０７”  部材、  １０８  基体、  １０９  磁場の印加手段、
１１０  高周波電源、  １１１  補助電極接合用ネジ穴、
１１２  補助電極接合用ネジ、１１３  プローブ、１１４  シャワーヘッド、
１１６  局所電極及び該電極Ｉとは異なる誘電率の材料からなる単層膜あるいは積層膜、
１１７ａ  局所電極１０３の内部に設けた空洞、
１１７ｂ  局所電極１０３と電極Ｉ１０１との界面付近に設けた空洞、
１１８  局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間に設けた絶縁性の材料からなる薄膜、
１１９  局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間に設けたコンデンサ、
５０９  ＤＲＭ（ダイポールリングマグネット）、  ５１５  磁場、
２４０１  真空容器、  ２４０２  第１の電極、  ２４０３  ウェハ、
２４０４  ガス導入口、  ２４０５  高周波電源、  ２４０６  排出口、
２４０７  第２の電極、  ２４１１  絶縁物、  ２４１２  ゲートバルブ、
２４１３  ダイポールリング、  ２４１４  マッチング回路、
２４１６  保護リング、  ２４１７  冷却管、  ２４２３  補助磁石、
２４５０  石英窓、  ２４５１  光検出器、  ２４５２  モニタ装置、
２５３２  ウェハ中央、  ２５３３  ウェハ周辺。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明に係る補助電極を備えたプラズマエッチング装置の一例を示す模式的な断面図である。
図１において、１００はチャンバ、１０１は電極Ｉ、１０１ａは電極Ｉの基体を載置している部分（サセプタ）、１０２は補助電極、１０３は局所電極、１０４は接合インピーダンスを調整する手段、１０５は電極ＩＩ、１０６は電気的に接地された中心部、１０７は不図示の高周波電源に接続された外周部、１０８は基体、１０９は磁場の印加手段、１１０は高周波電源、１１２は補助電極接合用ネジ、１１４は電極ＩＩに内蔵されたシャワーヘッドからなるプロセスガスを導入する機構である。
図２は、図１において電極ＩＩの側からみた電極Ｉの平面図である。図３は、図２の電極Ｉの外周付近の上に補助電極を備えた状態を示す平面図である。図４は、図１において電極Ｉの側からみた電極ＩＩの平面図である。図５は、図１における磁場の印加手段を示す平面図である。
本発明に係る補助電極１０２は、図１に示すような平行平板型の２つの電極Ｉ１０１及び電極ＩＩ１０５を備え、前記電極Ｉ１０１の前記電極ＩＩ１０５と対向する面の上にはプラズマを用いてエッチング等の処理が行われる基体１０８を載置しており、前記基体１０８のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場の印加手段１０９を設けたプラズマエッチング装置に付設して用いる。
図５は、電極ＩＩの側からみた基体１０８及び磁場の印加手段１０９として機能するＤＲＭ（ダイポールリングマグネット）５０９の平面図である。図１のプラズマエッチング装置では、磁場の印加手段１０９として、図５に示すような、前記基体１０８のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場５１５の印加手段としてここではＤＲＭ（ダイポールリングマグネット）５０９を用いた。
図１に示した補助電極１０２は、図２及び図３に示すように、基体に対して、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けられる。当該補助電極１０２は、電極ＩＩ１０５と対向する側に配置される局所電極１０３と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段１０３と、から構成される。ただし、図２及び図３は、インピーダンスを調整する手段（不図示）を、局所電極１０３の下に重なるように、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間に設けた一例を示している。
図２７は、図１に示した補助電極１０２を構成する局所電極１０３と基体１０８との相対的な位置関係を示す、電極ＩＩの側から見た模式的平面図である。図２７では、インピーダンスを調整する手段（不図示）は局所電極１０３の下に重なるように、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間に設けた一例を示しているが、その設け方は図２６に示すように他の形態であっても構わない。
以下では、図２７を用いて、本発明に係る局所電極１０３と基体１０８との相対的な位置関係について詳細に述べる。
図２７（ａ）は、補助電極を構成する局所電極が、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側（Ｅ極側）にのみ設けた導電性材料からなる第１の局所電極１０３ａである場合を示す。
図２７（ｂ）は、補助電極を構成する局所電極が、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側（Ｅ極側）に設けた導電性材料からなる第２の局所電極１０３ｂと、該上流側以外に設けた絶縁性材料からなる第３の局所電極１０３ｃと、の組合せからなる場合を示す。
図２７（ｃ）は、補助電極を構成する局所電極が、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側では幅が広く、該上流側以外では幅が狭い導電性材料からなる第４の局所電極１０３ｄと、前記基体側から見て、該第４の局所電極の幅が狭い領域の外側に設けた絶縁性材料からなる第５の局所電極１０３ｅと、の組合せからなる場合を示す。
図２７（ｄ）は、前記基体の周辺部にリング体の補助電極を設け、該補助電極は、前記電極ＩＩと対向する側に配置される局所電極と、該局所電極の前記電極Ｉと電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段と、から構成されており、かつ、リング体のインピーダンスは、前記磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側に相当する部分（局所電極１０３ｆの部分）が他の部分（局所電極１０３ｇの部分）より低い場合を示す。
また図２８（ａ）〜（ｄ）に示すように、上述したところの補助電極を構成する局所電極が、前記基体の全ての位置から見て、該電子流の流れの上流側（図２８のＥ極側）をカバーする大きさを有することがより好ましい。図２８（ａ）はほぼ基体の半周分を局所電極が取り囲む場合、図２８（ｂ）は電子流の上流側から見て、基体の幅と同程度まで、基体を局所電極が取り囲む場合、図２８（ｃ）は基体の半周分を越えて局所電極が取り囲む場合、図２８（ｄ）は基体の全周を局所電極が取り囲む場合である。このような大きさの局所電極を設けることによって、基体の全面を流れる電子流を一方向に揃った平行な流れとすることができるので、基体に対するプラズマ密度の面分布が均一となり、基体に対して均一なエッチング処理が可能となる。
図１のチャンバ１００は、減圧容器として機能する。チャンバ１００の壁面材料としては、Ａｌ合金などを用いるが、酸化膜などのエッチングの際に、チャンバ壁面などから放出される水分がレジストのエッチングレートを上げる要因となることを考慮して、窒化処理をした材料（ＡｌＮなど）を使用することが望ましい。これはチャンバ壁面のみにあらず、電極や他のチャンバ内材料なども、材料的には可能な限り水分など放出しない構成にすることが必要である。導電性の材料としてはグラッシーカーボンやＳｉＣなど、絶縁性のものではＡｌＮやＳｉＮなどが挙げられる。材料の選定は熱伝導率や表面での電界強度比などを考慮して決定する。
電極Ｉ１０１には、高周波電源１１０からプラズマ生成のための電力を供給する。電極Ｉ１０１は中心に基体（例えばＳｉウェハ）１０８を保持するところのサセプタ１０１ａを有し、サセプタ径はウェハーサイズとした。また電極Ｉ１０１の外側部分には、基体１０８と離間した位置に補助電極１０２を載置した。補助電極１０２は、前記基体１０８に対して、前記磁場の印加手段１０９によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けた局所電極１０３と、前記局所電極１０３の電極Ｉ１０１と電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段１０４と、から構成されている。
以下では、本発明に係るエッチング装置を構成する各部材に関して詳細に説明する。
（１）補助電極１０２
本発明に係る補助電極１０２は、電極Ｉ１０１との接合インピーダンスの大きさ、局所電極１０３の大きさ、局所電極１０３を設ける位置、及び、局所電極１０３の基体１０８に対する高さの差、が非常に重要である。以下では、これらの点に関して、従来技術と本発明との相違点を説明する。
（１−１）電極Ｉ１０１との接合インピーダンスの大きさ
従来のエッチング装置でも、本発明の電極Ｉ１０１に相当する電極の外周部に、すなわち本発明の補助電極１０２を設けた位置に電極Ｉ１０１とは別体をなすリング体や電極を設ける場合があった。しかし、従来のエッチング装置における電極Ｉ１０１とは別体をなす電極は、▲１▼その全てが導体材料から構成され、本発明の電極Ｉ１０１に相当する電極と電気的な導通を有しており、カソード面積を広げてプラズマの均一性を保つか、あるいは、▲２▼その全てが高周波を通さない材料（例えば石英など）から構成され、基体を載せるサセプタ周りを絶縁し、サセプタへの投入電力に対する実効パワーを高める、という使用法しか存在しなかった。
一方、本発明に係る補助電極１０２は、電極Ｉ１０１と同様の導電性材料からなる局所電極１０３と、局所電極１０３の電極Ｉ１０１と電気的接合する部分に設けたインピーダンスを調整する手段１０４とから構成されており、局所電極１０３の電極Ｉ１０１に対する接合インピーダンスを変化させることによって局所電極１０３の表面（すなわち補助電極１０２がプラズマに曝される面）への高周波の通過率を制御できる点で従来と大きく異なっている。例えば、本発明の補助電極１０２は、図２６（ｅ）に示すように、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間にコンデンサとして薄膜１１８とコンデンサ１１９を設け、この薄膜１１８とコンデンサ１１９がインピーダンスを調整する手段１０４となる構成によって実現できる。
導電性材料からなる局所電極１０３としては、例えば表面処理の無いＡｌ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｃｕ若しくはステンレススチール（以下ＳＵＳと呼称する）、及びこれらの表面にアルマイト処理、フッ化不動体処理あるいはＭｇＯコーティング等をしたものが好適に用いられる。また、絶縁性材料からなる局所電極１０３としては、例えばＳｉＯ2やテフロン等が挙げられる。
インピーダンスを調整する手段１０４としては、例えば、図２６に示すものが挙げられる。図２６は、図１に示した補助電極１０２の各種構成を示した模式的断面図である。
図２６（ａ）は、局所電極１０３が、電極Ｉ１０１と接触する狭い面積の領域を有し、この領域がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ａ）では、当該領域の面積を調整することによって、所定の接合インピーダンスが得られる。
図２６（ｆ）は、局所電極１０３が、電極Ｉ１０１と接触する凹凸形状の領域を有し、この領域がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｇ）は、電極Ｉ１０１が、局所電極１０３と接触する凹凸形状の領域を有し、この領域がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｈ）は、局所電極１０３が、２つの面において電極Ｉ１０１と接触する凹凸形状の領域を有し、これらの領域がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｉ）は、図２６（ｆ）の構成において、基体１０８が局所電極１０３の方向に突き出すように電極Ｉの基体を載置している部分（サセプタ）１０１ａに配置されいる場合を示す。図２６（ｆ）〜（ｈ）では、当該凹凸の形状や当該凹凸を設ける面積を調整することによって、所定の接合インピーダンスが得られる。特に、図２６（ｉ）では、局所電極１０３に対向する、電極Ｉの基体を載置している部分（サセプタ）１０１ａの側面がプラズマによりエッチングされにくいという特徴も併せ持つことができる。
図２６（ｂ）は、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間に、該局所電極及び該電極Ｉとは異なる誘電率の材料からなる単層膜あるいは積層膜１１６を有し、この膜１１６がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｂ）では、当該単層膜の誘電率や膜厚、あるいは積層膜を構成する各膜の誘電率、膜厚又は積層順序、等を調整することによって、所定の接合インピーダンスが得られる。
図２６（ｃ）は、局所電極１０３の内部に空洞１１７ａを設け、この空洞１１７ａがインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｄ）は、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との界面付近に空洞１１７ｂを設け、この空洞１１７ｂがインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｃ）〜（ｄ）では、当該空洞１１７の大きさを調整することによって、所定の接合インピーダンスが得られる。また、当該空洞１１７の内部は、真空、不活性気体、又は、前記局所電極及び前記電極Ｉとは異なる誘電率の材料、のいずれでも良く、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間のインピーダンスを所定の値に調整する機能を果たす。
図２６（ｅ）は、局所電極１０３と電極Ｉ１０１との間にコンデンサとして薄膜１１８とコンデンサ１１９を設け、この薄膜１１８とコンデンサ１１９がインピーダンスを調整する手段１０４となっている場合を示す。図２６（ｅ）では、コンデンサ１１９のキャパシタンスを調整することによって、所定の接合インピーダンスが得られる。また図２６（ｅ）において、補助電極１０２全体を絶縁材料（テフロン、ＳｉＯ2等）で構成し、そこにコンデンサからなる接合端子を挿入したもの（不図示）もその他の一例として挙げられる。この接合インピーダンスを調整する手段１０４を用いることにより、電極Ｉ１０１と補助電極１０２との間に所定のキャパシタンスを設けることができる。またこの手法によれば、その接合インピーダンスを適宜変更することも可能となる。
上記局所電極１０３を構成する材料としては、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、グラッシーカーボン、のいずれかが好適に用いられる。
（１−２）局所電極１０３の大きさ
局所電極１０３の幅（局所電極１０３とインピーダンスを調整する手段１０４とが同じ幅を有する場合は、補助電極１０２の幅を指す）は、従来の装置ではその機能を果たすためにはおよそ３０〜４０ｍｍ必要であるのに対して、本発明の装置では２０ｍｍ程度まで小さくすることができる。したがって、本発明では局所電極１０３の直径を、４０ｍｍ程度小さくすることが可能となっている。
また図１では、ウェハからなる基体１０８のサイズは２００ｍｍとなっているが、本発明に係る局所電極の必要サイズは基体１０８のサイズが３００ｍｍとなっても、プロセス条件が不変であれば大きくは変わらない。よってその分チャンバ内径を小さくすることが可能となり、将来基体の大口径化が進んでもチャンバサイズを極端に大きくすることなく対応できる。図２３に局所電極１０３の幅とプラズマ密度の基体面内分布の関係を示す。図２３から、例えば２０ｍＴｏｒｒの圧力では、局所電極１０３は２０ｍｍの幅があれば、Ｅ極側でのプラズマ密度の落ち込みを小さくできることが分かった。
（１−３）局所電極１０３を設ける位置
図１のプラズマエッチング装置では、磁場の印加手段１０９として、図５に示すような、前記基体５０８のプラズマエッチングが行われる面に対して水平でかつ一方向性を有する磁場５１５を印加できるＤＲＭ（ダイポールリングマグネット）を用いる。このようなＤＲＭでは、基体上のプラズマシース中を電子が磁力線に巻き付きながら運動するため、高密度プラズマの生成が可能である。この場合、図５におけるＥ極側が電子流の上流となるため、次に示す理由からＥ極側で補助電極１０２の存在が重要となる。
まず、注目するのが電子の運動方法である。電子は磁力線に巻き付きながららせん運動（サイクロイド運動）するのだが、このときの電子の旋回半径は、
0003956239.tif 000002
で表される。Ｖdcはセルフバイアス電位、Ｂは磁束密度である。この式から、Ｖdc＝２００Ｖ、磁束密度２００Ｇの場合、Ｒは約２ｍｍ程度であることが分かる。したがって、電子は散乱されないかぎりカソードの近傍空間で旋回運動をして、それはイオンシース中に収まる。イオンシースから電子が飛び出すと、電界（セルフバイアス）がなくなりサイクロイド運動が成立しなくなってしまうからである。
図６は、電極Ｉ１０１、補助電極１０２及び基体１０８の位置関係を示した模式的な断面図である。図６の補助電極１０２は、局所電極１０３とインピーダンスを調整する手段１０４とが同じ幅を有する場合を示している。この図に示されていない部分は、基本的に図１に準ずるものとする。図６（ａ）から分かるとおり、上述したような電子の運動を安定して実現するためには、電子流の上流となるＥ極側に、電極Ｉとの間に適当な接合インピーダンスを有する補助電極１０２ｅを設けることが大切である。補助電極１０２ｅの設置により、補助電極１０２ｅ側の基体１０８の外周領域においてもスムーズな電子の運動（すなわち、図６に点線及び矢印で示した方向に進む運動）が可能となる。その結果、補助電極１０２ｅ側の基体１０８の外周領域におけるエッチング速度を、基体中央部と同等にすることが可能となる。その際、可変コンデンサ等を用いてインピーダンスを微調整しても構わない。
図３において、補助電極１０２が４分割されているのは、後述する実験のためであり、一体としても構わない。
従来のＤＲＭを用いたエッチング装置では、基体に対するエッチング速度の均一化を図るため、印加する磁場を回転させる場合がある。しかし、磁場を回転させない状態で基体を処理できるならば、補助電極１０２を電子流の上流側に配置することによって投入電力効率をさらに上げ、生成するプラズマ密度を上げることが可能となる。図３は、電極ＩＩの側からみた補助電極１０２の配置を示す平面図である。外部磁場のＥ極側以外の局所電極は基体上のプラズマ密度の分布は局所電極の有無にかかわらないので、Ｅ極側に高周波を通し、他の部分は完全に絶縁した状態としても構わない。したがって、磁石を回転させないで基体を処理する際は、局所電極がＥ極側のみ独立した形状のものの使用が可能となる。また、局所電極１０３の分割形状は本例の限りではないことは言うまでもない。要するに、電子流の上流側での密度低下を補正できる形状であることが肝要である。尚、磁場を回転させない基体処理は、本発明によるところのプラズマの均一化があって初めて可能となる。
よって、本願発明の補助電極１０２は上述した構成を有するため、生成するプラズマ密度を低下させること無く、プラズマ密度の均一化を図ることが可能なプラズマエッチング装置が得られる。
（１−４）プラズマに曝される補助電極１０２を構成する局所電極１０３の表面と、基体１０８の表面との高さの差
以下では、局所電極１０３の表面の高さと基体１０８の表面の高さに差がある場合について考察する。局所電極の表面の方が基体の表面より高い場合（図６（ａ））には、イオンシースの幅を超えていないかぎり局所電極の表面で生じた電子の運動は基体の表面まで届くが、逆に局所電極の表面が基体の表面より低い場合（図６（ｂ））には０．５ｍｍ程度低くなってしまうだけで電子の運動が局所電極と基体の境界で遮断されてしまう。つまり電子の運動がサセプタ端面でスタートし直し、局所電極の意味がなくなってしまうのである。これは、電子がサセプタに衝突して、運動が一旦ストップすることに起因する。
従って、プラズマに曝される前記局所電極の表面は、前記基体の表面と同じ高さか、あるいは該基体の表面よりイオンシースの幅以内で高く（若干高い（０．１〜１ｍｍ程度））設定するのが好ましい。特に、後者の条件で設定をした局所電極は、スパッタされていっても基体より低くなることはないので、長時間その性能を維持することが可能となる利点も有する。
また、局所電極と電極Ｉの基体を載置している部分（サセプタ）１０１ａとの間隔は、電気的に短絡する距離よりは長く、かつ、該局所電極で生じた電子の運動が該基体まで届かなくなる距離よりは短くすることにより、該局所電極上で発生した電子が局所電極から基体へスムーズに流すことができるので好ましい。
本発明のうち、前述の補助電極１０２による効果として均一水平磁場中での基体上のプラズマ密度の均一化を挙げたが、基体近傍のプラズマが均一でも基板上にかかるセルフバイアス電圧は不均一という実験結果が出ている。これはＤＲＭの水平磁場によって電子がＥ極よりＷ極方向へ移動する現象から生じる問題と考えられているが、後述するように、この問題は電極ＩＩの中心部１０６をグランド電位にした状態で電極ＩＩの外周部１０７に高周波を印加することによって解決可能となる。
（２）電極ＩＩ１０５
図４は、図１において電極Ｉの側からみた電極ＩＩの平面図である。本発明に係る電極ＩＩ１０５は、電気的に接地された中心部１０６と不図示の高周波電源に接続された外周部１０７とから構成されており、電極Ｉ１０１に対向する位置に配設してある。本発明に係る電極ＩＩの特徴は、従来は一体形状で構成されていた電極を、同心円状に分割し、外周の電極に対して電極Ｉに印加する高周波電力とは独立した高周波電力を投入できる構成とした点である。
特に、同心円状に分割した電極ＩＩを用いる場合は、電極ＩＩを構成する中心部と外周部との間隔を、電気的に短絡する距離よりは長くすることにより、安定したプラズマを生成・保持することができるので好ましい。
また、前記電極Ｉと前記電極ＩＩの外周部との間隔、あるいは前記局所電極及び前記電極Ｉと前記電極ＩＩとの間隔は、該電極Ｉと該電極ＩＩで挟まれた空間内で発生する局所的なプラズマ密度の最小値を最大値で割った比率が０．１以上となる距離とすることによって、安定したプラズマが得られるので望ましい。
さらに、電極Ｉの上に載置された基体の外周端を、前記電極ＩＩを構成する外周部の外周端から内周端の範囲内に配置することによって、基体に対するセルフバイアス電位の高い均一性が確保できるので好適である。
図４及び図７（ａ）において、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７が４分割されているのは、後述する実験のためであり、一体としても構わない。すなわち、図３６（ａ）に示すように、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７が、同一のインピーダンスからなる一体物１０７ａとしてもの良い。
また、図３６（ｂ）に示すように、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７がリング体であり、該リング体のインピーダンスは、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側（Ｅ極側）に相当する部分１０７ｂが他の部分１０７ｃ」より低くなるように、異なるインピーダンスの領域を設けても構わない。
上述した通り、本発明に係る補助電極１０２（すなわち局所電極１０３）は、均一水平磁場中での基体上のプラズマ密度の均一化を図れるために有効であるが、基体近傍のプラズマが均一でも基体上にかかるセルフバイアス電圧は不均一であるという課題があった。
しかしながら、本発明に係る電極ＩＩ１０５では、図４に示す内側の電極１０６はグランド電位とし、外側の電極１０７に高周波を印加しており、また印加する高周波は電極Ｉよりも高い周波数とすることにより、基体近傍のプラズマ密度が均一でも基体上にかかるセルフバイアス電位（Ｖdc）が不均一という問題を解決することができる。
何故、内側の電極１０６と外側の電極１０７の両方に高周波を印加するのではなく、外側の電極１０７のみに印加するのかを説明する。図７及び図８は、それぞれの印加方式でプラズマを生成した時の電子の流れのモデル図である。図７が外側の電極１０７のみに高周波を印加した本発明の場合、図８が内側の電極１０６と外側の電極１０７の両方に高周波を印加した従来の場合を示す。
図８の従来方式では、電子流の方向は電極ＩＩ１０５全体に電極Ｉ１０１とは逆方向の運動が起る。しかし、図７の本発明方式（外周部分のみ高周波を印加）では電極ＩＩの外周部分１０７で電極Ｉ１０１と逆の流れがおこるが、Ｅ側端までいくと電子は電極Ｉ側の流れに乗り、再びＷ側に移動すると考えられる。このように電極ＩＩ表面における電子の流れと、電極Ｉ表面における電子の流れとが、一つの閉じた系となっていることが重要であり、本発明の特徴の一つである。
図７の本発明方式を用いることによって、１２０Ｇａｕｓｓの略略均一水平磁場を用いたプラズマで、従来技術では通常２０〜３０Ｖの範囲であったセルフバイアス電位Ｖdcのバラツキ（max−min）を、本発明では数Ｖレベルにまで小さくすることが可能となる。これにより、エッチング時に問題となるウェハのチャージアップダメージをほぼ完全になくすことが可能となる。これは従来技術では磁場に勾配を持たせることで解消していたものを、均一な水平磁場で解決できるところに本発明の意義がある。
つまり、従来の装置では勾配磁場の勾配状況の決定は、一つのプロセスに対し最適な磁場分布を計算し、磁場の構成を行っている。これはプロセス条件（圧力、原料ガス種、ＲＦ電力など）によって最適値が変わってしまうために、非常にコストが大きく、汎用性に欠けるという欠点があった。これに対して、本発明に係るプラズマエッチング装置では、水平な均一磁場で上述したようなプロセス条件に影響されることなく安定したエッチングプロセスを構築することができる。
ここで、内側の電極１０６の直径および外側の電極１０７の外径は処理する基体サイズが２００ｍｍの時それぞれ１６０ｍｍ、２６０ｍｍとなっているが、当然内側の電極１０６の直径などのサイズを多少変更したところで本発明の効果がなくなることはない。
また、本発明では電極Ｉ１０１に投入する高周波を１３．５６ＭＨｚ、電極ＩＩの外周部１０７に投入する高周波を１００ＭＨｚとしたが、電極ＩＩの外周部１０７に投入する高周波は、電極Ｉ１０１より高い周波数であれば如何なる周波数でも構わない。
さらに、本発明では、電極ＩＩの外周部１０７に印加する高周波電力を、電極Ｉの周波数（主として１３．５６あるいは２７．１２ＭＨｚが用いられる、当然この２種に限定されるものではない）に対して高い周波数で設定してため、電極Ｉの電力に対して比較的低電力で効果を得ることができる。すなわち電極Ｉに１３．５６ＭＨｚ、４００Ｗ印加したとき、Ｖdc補正効果が出る電極ＩＩの外周部１０７への１００ＭＨｚの印加電力は、７５〜１００Ｗという結果が出ている。この電力は、プラズマの条件により多少変化するが、電極ＩＩの外周部１０７への印加必要電力は電極Ｉ電力のおよそ０．２５倍程度といえる。
（３）プロセスガスの導入する機構
チャンバ１００の中へプロセスガスを導入する機構としては、図４に示すところのシャワーヘッド４１４を用いた。シャワーヘッド４１４は、電極ＩＩ１０５の電気的に接地された中心部１０６に複数個配置されたプロセスガスの導入管であり、プロセスガスをプラズマ装置１００の外部から、電極Ｉの上に載置された基体１０８に対して面内均一となるように噴射させることにより、基体付近でのガスフローおよび反応生成物と原料ガスの比を均一に保つことができる。このシャワーヘッドは、酸化膜のエッチングにおいて重要な働きをするものである。
（４）２つの電極Ｉ及びＩＩから電力を供給する方式（２周波励起方式）への対応
２周波励起方式では、電極Ｉと電極ＩＩの間隔が重要である。本発明ではこの間隔を１０〜２０ｍｍに設定しており、この条件下では本発明の電極ＩＩ（電極ＩＩの外周部）に対する電力印加の効果は顕著に現れる。しかしながら、将来３００ｍｍ以上の基体大口径化をにらんだ際に、プロセスガスの大流量化が進み、ガスの高速排気が不可欠となり電極間隔を３０ｍｍ以上にする必要が出てくると思われる。その際は、図４における内側の電極１０６と外側の電極１０７の構造を図９のように変更し、外側の電極１０７のみを電極Ｉ１０１に近づけた構造となるように部材１０７’、１０７”を設けることで、要求されるガスの排気スピードを満たしつつプラズマ補正を行うことが可能となることが分かっている。
上述した２つの電極Ｉ及びＩＩを有するプラズマエッチング装置とすることにより、均一水平磁場を使用し且つ磁場の回転なしで基体処理を行えるレベルの均一なプラズマを生成可能となり、装置全体の小型化、低コスト化および汎用化が可能となる。また、補助電極の小型化も、装置小型化に同様の効果がある。
実施例
以下、図面を参照して本発明に係る、補助電極及びプラズマエッチング装置を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本例では、図１に示した補助電極を備えた平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、補助電極の設置方法を変えて、電極Ｉに高周波電力（１３．５６［ＭＨｚ］）を印加した際に生成したプラズマ密度の分布を調べた。
補助電極１０２は、磁場の印加手段１０９によって生じた４極（Ｎ極、Ｓ極、Ｅ極、Ｗ極）の方向を中心として４分割したものを用いた。そして、一方向の補助電極（例えば１０２ｅ）を単独でカソード化（すなわち、電極Ｉ１０１とショートさせた状態）し、残りの３方向の補助電極（例えば１０２ｗ、１０２ｎ、１０２ｓ）をフローティング状態とすることにより、本発明の補助電極の効果を検討した。
補助電極１０２は、導電性の材質（Ａｌ）からなる局所電極１０３と、接合インピーダンスを調整する手段１０４から構成した。接合インピーダンスを調整する手段１０４としては、局所電極１０３と電極Ｉ１０１をショートさせる場合には銅スペーサを、局所電極１０３と電極Ｉ１０１を絶縁させる場合にはテフロンスペーサを用いた。局所電極１０３は、これらのスペーサを介してネジ１１２で電極Ｉ１０１と接合する構造とした。
チャンバ１００の内部は減圧可能な構造となっており、不図示のターボ分子ポンプで到達真空度１０-5Ｐａレベルにまで減圧した。プラズマを発生させる原料ガスは、電極ＩＩの中心部に設けたシャワーヘッドから２つの電極間に導入した。本発明では、原料ガスとしてはアルゴンガスを用い、イオン電流密度：Ｊion［ｍＡ／ｃｍ2］とセルフバイアス電位：Ｖdc［ｖｏｌｔ］を調べた。イオン電流密度はプラズマ密度として考えられるので、以後プラズマ密度と表記する。ガス圧は、ガスの流量で１０〜２００ｍＴｏｒｒの範囲で調整した。
電極ＩＩ１０５は、図４のような構成となっている。すなわち従来の装置では１枚板で構成されるのに対して、本例の装置では、中心部の電極１０６と外周４ヶ所の電極１０７に分離されている。本例では、補助電極を評価することが目的のため、従来の装置と同様に電極ＩＩを全てグランドとした。
図３に示すように、導電性の材質（ＳＵＳ）からなる電極Ｉ１０１にはプラズマを観測するためのプローブ１１３が埋め込まれており、２００mmφの電極（８inchφの基体に相当する直径）面内に、１７ポイント設けた。この埋め込まれた各プローブ１１３のプラズマ中でのフローティング電位を測定することでＶdcを、また得られたＶdcより十分に負にバイアスしたとき得られる電流値からプラズマ密度：Ｊionを得た。
図１０〜図１３は、プラズマ密度：Ｊion［ｍＡ／ｃｍ2］を調べた結果である。図１０はＥ極側の局所電極（１０３ｅ）のみカソード化した場合、図１１はＷ極側の局所電極（１０３ｗ）のみカソード化した場合、図１２はＮ極側の局所電極（１０３ｎ）のみカソード化した場合、図１３はＳ極側の局所電極（１０３ｓ）のみカソード化した場合、をそれぞれ示している。ここで、局所電極のカソード化とは、所定の極側の局所電極を、その他の極側の局所電極よりインピーダンスの低い状態とすることを指す。図１０〜図１３において、横軸は基体の中心からの距離、縦軸はプラズマ密度（Ｊion）である。
また、表１には、図１０〜図１３において用いた各記号の意味を示した。
0003956239.tif 000003
この４つのグラフから、Ｅ極側をショートさせたとき（図１０）のみ、従来Ｅ極側でプラズマ密度が下がっていた状態が補正できることが分かった。
図１４は、ウェハにおけるセルフバイアス電位：Ｖdc［ｖｏｌｔ］を調べた結果である。また図１５は、図１０〜図１３に示したプラズマ密度：Ｊion［ｍＡ／ｃｍ2］の結果を纏めて示したグラフである。
図１４から、全ての局所電極をショートさせた場合（従来の装置に相当する条件）にはＶdcが小さくなり、エッチングレートが低くなことが分かった。一方、図１４及び図１５から、Ｅ極側の局所電極（３０２ｅ）のみカソード化した場合には、ある程度大きなＶdcが得られるとともに、従来Ｅ極側で下がっていたプラズマ密度も補正できるという効果が得られることが明らかとなった。すなわち、基体に対して、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側（Ｅ極側）に、局所電極とインピーダンスを調整する手段から構成される補助電極を設けることによって、上記効果が達成されることが分かった。
（実施例２）
本例では、Ｅ極側の接合インピーダンスを調整する手段１０４ｅとして各種容量のコンデンサを用い、プラズマ密度：Ｊion［ｍＡ／ｃｍ2］とセルフバイアス電位：Ｖdc［ｖｏｌｔ］を調べた点が実施例１と異なる。コンデンサの容量を、１、７、１１、２１［ｐＦ］とした場合と、ショートさせた場合（実施例１の場合）とを比較した。
このとき、他の３つの接合インピーダンスを調整する手段（１０４ｗ、１０４ｎ、１０４ｓ）は電気的にフローティングさせた。
他の点は、実施例１と同様とした。
図１６はウェハにおけるセルフバイアス電位：Ｖdc［ｖｏｌｔ］を、図１７はプラズマ密度：Ｊion［ｍＡ／ｃｍ2］を調べた結果である。
この２つのグラフから、Ｅ極側の接合インピーダンスを最適値（２１［ｐＦ］）とすることによって、ショートさせた場合より高いＶdcをとりつつ、従来Ｅ極側で下がっていたプラズマ密度も補正できることが分かった。
（実施例３）
本例では、電極ＩＩにおいて高周波電力（１００［ＭＨｚ］）を印加する部分を変えたとき、観測されるＶｄｃを調べた。
他の点は、実施例１の図１０の条件（Ｅ極側のみカソード化）と同様とした。
図１８は電極ＩＩの全面（１０６と１０７）に印加した場合、図１９は電極ＩＩの中心部分（１０６）のみに印加した場合、図２０はＥ極側の外周電極（１０７ｅ）のみに印加した場合、図２１は全ての外周電極（１０７）に印加した場合、の結果を示すグラフである。各図面の右上部に示した電極ＩＩの概略図において、黒い部分が高周波を印加した電極を示す。
図１８及び図１９では、印加電力の値に依存せず、Ｖdcのバラツキが大きく、高周波電力を印加した効果が見られなかった。図２０では、図１８及び図１９に比べてＶdcのバラツキが小さくなる傾向があった。図２１の場合、図１８〜図２０に比べてＶdcのバラツキが著しく低減できることが分かった。すなわち、全ての外周電極（１０７）に高周波電力を印加することで、Ｖdcのバラツキを抑制できることが判明した。
また、図２１から、電極ＩＩに高周波を印加をしない場合（図２１、０Ｗ）のＶdcは２０Ｖ以上のバラツキがあり、基体の端面にチャージアップダメージの懸念があるのに対して、電極ＩＩの全ての外周電極（１０７）に高周波を印加した場合（図２１、７５Ｗ）にはＶdcのバラツキを３Ｖ程度に抑えられるので、チャージアップダメージを著しく低減できる。
図２２は、Ｗ極側の外周電極（１０７ｗ）のみに印加しなかった場合を示す結果である。この結果は、図２０に示したＥ極側の外周電極（１０７ｅ）のみに印加した場合と同レベルであることから、Ｖdcのバラツキを抑制するためには全ての外周電極（１０７）に印加することが必須であると考えた。
本例では、電極Ｉに１３．５６［ＭＨｚ］高周波電力を、電極ＩＩの外周部には１００［ＭＨｚ］の高周波電力をそれぞれ印加したが、電極ＩＩは生成したプラズマの調整的な役割（ウェハにおけるセルフバイアス電位Ｖdcの調整手段としてとしての役割）をもっているので、電極ＩＩに印加する高周波の周波数（ｆ２）としては、電極Ｉに印加する高周波の周波数（ｆ１）より高い周波数を用いた。その結果、小さな投入電力で、Ｖdc補正効果が得られる。ｆ２をｆ１より高い周波数とした場合、電極ＩＩにかかるＶｄｃが小さくなるため、電極ＩＩがスパッタされにくくなる効果もある。また、同周波数（ｆ２＝ｆ１）とした場合には電極Ｉと電極ＩＩが干渉するため、プラズマが不安定となり好ましくない。しかしながら、ｆ１とｆ２の位相をずらす等の工夫によって、ｆ２＝ｆ１とした場合でも、プラズマを安定させることが可能である。
（実施例４）
本例では、図１の装置において、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側に設けた補助電極（１０２）を構成する導電性材料からなる局所電極（１０３）の形状と、円盤状の基体（１０８）との相対的な配置を変えて、電極Ｉ（１０１）に載置される基体上のプラズマ密度：Ｊｉの分布を調べ、その均一性について検討した。その際、局所電極（１０３）の形状は該基体に対して円弧状とした。ここで、補助電極（１０２）を構成する局所電極（１０３）の該基体（１０８）側の両端部の直線距離をＬ、該基体（１０８）の直径をＤと定義する。但し、本例では、基体として直径Ｄが２００ｍｍのウェハを用いた。
上記局所電極（１０３）と基体（１０８）との相対的な配置の変更は、局所電極の基体に対する円弧状の長さＬを変更することによって、次の４通りの配置（図２９（ａ）〜（ｄ））を検証した。
配置4-1：局所電極の基体に対する円弧状の長さＬが、基体の直径をＤより短い場合（図２９（ａ））。
配置4-2：局所電極の基体に対する円弧状の長さＬが、基体の直径をＤとほぼ等しい場合（図２９（ｂ））。
配置4-3：局所電極の基体に対する円弧状の長さＬが、基体の直径をＤより長い場合（図２９（ｃ））。
配置4-4：従来の装置と同様に、補助電極を設けない場合（図２９（ｄ））。
上記Ｊｉの測定には、図３０（電極ＩＩの側から見た電極Ｉの模式的平面図）に示すように、電極Ｉの基体を載置する部分（サセプタ：１０１ａ）に設けたプローブ（図中○印の位置）を用いた。すなわち、プローブは、磁場の印加手段１０９によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側（Ｅ極側）から下流側（Ｗ極側）に直線状に、２０ｍｍ間隔で３段配置した。３段の間隔は６０ｍｍであり、中段の測定ラインが基体の中心を通るように配置した。配置したプローブの数は、中段に９個、上段（Ｎ極側）及び下段（Ｓ極側）にそれぞれ５個である。
その際、局所電極（１０３）と電極Ｉの基体を載置している部分（１０１ａ）との間隔は、電気的に短絡する距離よりは長く、かつ、該局所電極で生じた電子の運動が該基体まで届かなくなる距離よりは短くする必要があり、本例では１ｍｍとした。
また、電極Ｉ（１０１）と前記電極ＩＩ（１０５）との間隔は、該電極Ｉと該電極ＩＩで挟まれた空間内で発生する局所的なプラズマ密度の最小値を最大値で割った比率が０．１以上となる距離が好ましが、本例では３０ｍｍとした。これによって、極端にプラズマ密度の低い空間が生じないようにした。
他の点は、実施例１の図１０の条件（Ｅ極側のみカソード化）と同様とした。
図３１（ａ）〜（ｄ）は、上記４つの配置におけるプラズマ密度：Ｊｉの測定結果を示すグラフである。図３１（ａ）〜（ｄ）は、配置4-1〜4-4の結果を示す。図３１において、横軸はプローブを配置した位置であり、縦軸はセルフバイアス電位：Ｖｄｃである。また、グラフに示した３つの印は、△印が上段の測定ラインの結果を、□印が中段の測定ラインの結果を、▽印が下段の測定ラインの結果を表す。
図３１（ａ）〜（ｄ）より、以下の点が明らかとなった。
▲１▼配置4-4（局所電極を設けない場合（図２９（ｄ））に比べて、少なくとも上流側に局所電極（１０３）を設けた配置4-1〜4-3（図２９（ａ）〜（ｃ））は、中段の測定ラインにおいてプラズマ密度の均一化が図れる。但し、局所電極の基体に対する円弧状の長さＬを基体の直径Ｄより短くした配置4-1（図２９（ａ））の場合には、☆印の位置においてプラズマ密度の低下が確認された。
▲２▼局所電極の基体に対する円弧状の長さＬを基体の直径Ｄと同等かそれ以上とした配置4-2又は4-3（図２９（ｂ）、（ｃ））では、上下段の測定ラインにおいてもプラズマ密度が均一となるので、基体全面に対して均一で安定したプラズマの形成が可能となることが分かった。
（実施例５）
本例では、図１の装置に代えて図３２に示した補助電極のない平行平板型プラズマエッチング装置を用い、中心部（１０６）と外周部（１０７）に分離された電極ＩＩ（１０５）と、電極Ｉ（１０１）との相対的な配置を変えて、電極Ｉ（１０１）に載置される基体上のセルフバイアス電位：Ｖdcの分布を調べ、その均一性について検討した。図３２において、１００はチャンバ、１０１は電極Ｉ、１０１ａは電極Ｉの基体を載置する部分（サセプタ）、１０５は電極ＩＩ、１０６は中心電極、１０７は外周電極、１０８は基体、１０９は磁場の印加手段、１１０は電極Ｉに高周波を印加する電源、１１５は電極ＩＩを構成する外周電極に高周波を印加する電源である。
ここで、電極ＩＩを構成する外周電極としては、図３６（ａ）に示すように、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７が、同一のインピーダンスからなる一体物１０７ａを用いた。
その際、電極Ｉ（１０１）には１３．５６ＭＨｚの高周波を、電極ＩＩの外周電極（１０７）には１００ＭＨｚの高周波をそれぞれ印加し、電極ＩＩの中心電極（１０６）はアース電位としたとき生成したプラズマの、基体上のＶdcの分布を調べた。
上記電極ＩＩ（１０５）と電極Ｉ（１０１）との相対的な配置の変更は、中心電極（１０６）の直径や、外周電極（１０７）の幅を変更することによって、次の６通りの配置（図３３（ａ）〜（ｅ））を検証した。
配置5-1：電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する外周電極（１０７）の中間付近にある場合（図３３（ａ））。
配置5-2：電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する外周電極（１０７）の内周端付近にある場合（図３３（ｂ））。
配置5-3：電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する外周電極（１０７）の外周端付近にある場合（図３３（ｃ））。
配置5-4：電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する中心電極（１０６）の外周端より内側にある場合（図３３（ｄ））。
配置5-5：電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する外周電極（１０７）の外周端より外側にある場合（図３３（ｅ））。
配置5-6：従来の装置と同様に、電極ＩＩ（１０５）は中心電極（１０６）のみから構成されており、電極Ｉ（１０１）の外周端が、電極ＩＩ（１０５）を構成する中心電極（１０６）の外周端付近にある場合（図３３（ｆ））。
上記Ｖdcの測定には、図３４（電極ＩＩの側から見た電極Ｉの模式的平面図）に示すように、電極Ｉの基体を載置する部分（サセプタ：１０１ａ）に設けたプローブ（図中○印の位置）を用いた。すなわち、プローブは、磁場の印加手段１０９によって生じた電子流の流れの少なくとも上流側（Ｅ極側）から下流側（Ｗ極側）に直線状に、２０ｍｍ間隔で９個配置した。
その際、電極ＩＩ（１０５）を構成する中心電極（１０６）と外周電極（１０７）との間隔は、電気的に短絡する距離よりは長くする必要があり、本例では１ｍｍとした。
また、電極Ｉ（１０１）と前記電極ＩＩの外周部（１０７）との間隔は、該電極Ｉと該電極ＩＩで挟まれた空間内で発生する局所的なプラズマ密度の最小値を最大値で割った比率が０．１以上となる距離が好ましく、本例では３０ｍｍとした。これによって、極端にプラズマ密度の低い空間が生じないようにした。
図３５は、上記６つの配置におけるセルフバイアス電位：Ｖdcの測定結果を示すグラフである。図３５における記号は、△印が配置5-1を、■印が配置5-2を、○印が配置5-3を、▽印が配置5-4を、◇印が配置5-5を、×印が配置5-6を、それぞれ示す。
図３５より、以下の点が明らかとなった。
▲１▼配置5-6（外周電極を設けず、電極ＩＩが中心電極のみから構成されている場合：×印）のＶdc分布（最大値と最小値の間隔）は約２０Voltあるのに対して、高周波を印加する外周電極を設けた配置5-1〜5-5とすることにより、Ｅ極側からＷ極側に向かってＶdcの均一化か図れ、そのＶdc分布は約１０Volt以内となる。
▲２▼電極Ｉ（１０１）の外周端を、電極ＩＩ（１０５）を構成する外周電極（１０７）の幅範囲内に設けた配置5-1〜5-3では、Ｅ極側からＷ極側へのＶdcのバラツキを約５Volt以内に抑制できることが分かった。その結果、基体に対するチャージアップダメージが著しく低減できる。
また、本例では電極ＩＩの中心電極（１０６）をアース電位とした場合を例示したが、電極ＩＩの中心電極（１０６）をフローティングとした場合も本例と同様な結果が得られることが確認された。従って、電極ＩＩの中心電極（１０６）は、アース電位またはフローティングのいずれであっても構わない。
さらに、本例では電極ＩＩを構成する外周電極として、図３６（ａ）に示すように、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７が、同一のインピーダンスからなる一体物１０７ａを用いたが、図３６（ｂ）に示すように、電極ＩＩ１０５を構成する外周部１０７がリング体であり、該リング体のインピーダンスは、磁場の印加手段によって生じた電子流の流れの上流側（Ｅ極側）に相当する部分１０７ｂが他の部分１０７ｃ」より低くなるように、異なるインピーダンスの領域を設けたても、上述した図３５とほぼ同じ結果が得られることが確認された。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、基体表面に対する生成プラズマの密度の均一化を図ることが可能な補助電極がえられる。
また、本発明の補助電極を、基体が載置された電極Ｉの外周に備えることにより、基体全面に対して均一なエッチングあるいはスパッタリングが可能なプラズマエッチング装置が構築できる。
さらに、電極Ｉと対向した位置にある電極ＩＩの外周部のみに高周波電力を印加することで、基体に対するセルフバイアス電位の均一化が図れるプラズマエッチング装置の提供が可能となる。
【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（ａ）】
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【図３１（ｂ）】
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【図３１（ｃ）】
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【図３１（ｄ）】
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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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