JP2000223480A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適切なプラズマ状態を得ることができ、微細
化に対応可能であり、シェーディングダメージが生じ難
いプラズマエッチング装置を提供すること。 【解決手段】 半導体ウエハＷが収容されるチャンバー
2と、チャンバー2内に設けられた上部電極21および下部
電極（サセプタ）5と、上部電極21に５０ＭＨｚ以上の
周波数の高周波電力を印加する第１の高周波印加機構10
0と、上部電極21および下部電極５5、周波数が２ＭＨｚ
以上でかつ第１の高周波印加機構100の印加周波数より
も低く、互いに実質的に逆位相で同周波数の高周波を印
加する第２の高周波印加機構200と、チャンバー2内を所
定の減圧状態に維持する排気装置35と、チャンバー2内
に処理ガスを導入する処理ガス供給機構30とを具備す
る。第２の高周波印加機構200から上部電極21に印加さ
れる高周波電力により、上部電極21に形成されるプラズ
マシースの厚さが厚くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の基
板にプラズマ処理を施すプラズマエッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、被処理基板である半導体ウエハに対して、プラズマ
によりエッチングを施すプラズマエッチングが多用され
ている。プラズマエッチング装置としては、種々のもの
が用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プ
ラズマ処理装置が主流である。

【０００３】容量結合型平行平板プラズマエッチング装
置は、チャンバー内に一対の平行平板電極（上部および
下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバー内に導入す
るとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高
周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプ
ラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマ処理を
施す。

【０００４】このような容量結合型平行平板プラズマエ
ッチング装置により半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜
をエッチングする場合には、チャンバー内を中圧にし
て、中密度プラズマを形成することにより、最適ラジカ
ル制御が可能であり、それによって適切なプラズマ状態
を得ることができ、高い選択比で、安定性および再現性
の高いエッチングを実現している。

【０００５】具体的には、上部電極にプラズマ形成用の
２７．１２ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを形成
し、下部電極に８００ｋＨｚの高周波を印加してイオン
を引き込み、２０〜１００mTorrの圧力にて良好なエッ
チングが実現可能なことが1997DRY PROCESS SYMPOSIU
M P385〜390に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
ＵＳＬＩにおけるデザインルールの微細化がますます進
み、ホール形状のアスペクト比もより高いものが要求さ
れており、従来の条件では必ずしも十分とはいえなくな
りつつある。

【０００７】また、エッチングの際には、図７に示すよ
うに、プラズマシースＳ近傍のレジスト層１１１の部分
はマイナスに帯電しているため、プラズマＰからの電子
は横方向の運動量のほうが大きくなり、アスペクト比が
大きいコンタクトホールが形成されている部分では電子
はコンタクトホール１０１内に到達しにくくなるが、イ
オンはプラズマシースによって加速されてコンタクトホ
ールに到達するため、コンタクトホール１０１内の底部
１０３がプラスに帯電するようになる。一方、コンタク
トホールが形成されていないスペース部分１０５には、
困難性を伴うことなく電子とイオンとが到達する。この
結果、ゲート電極１１６の下方の薄い絶縁膜１１７に強
い電界がかかり、いわゆるシェーディングダメージと称
される絶縁破壊が生じてしまう。なお、図７中符号１１
２，１１４は絶縁膜（ＳｉＯ_２）であり、１１３はアル
ミニウム配線、１１５はゲート配線である。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、適切なプラズマ状態を得ることができ、かつ
微細化に対応可能であり、しかもシェーディングダメー
ジが生じ難いプラズマエッチング装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、要求されて
いる微細化に対応可能なプラズマエッチングについて検
討を重ねた結果、上部電極および下部電極にに印加する
高周波の周波数を上昇させ、例えば上部電極に６０ＭＨ
ｚ、下部電極に２ＭＨｚの周波数の高周波を印加するこ
とにより、より低圧の条件でプラズマを形成することが
でき、従来の容量結合型平行平板プラズマ処理装置と同
等のラジカル解離制御性を維持しつつ、より高密度のプ
ラズマを形成することができ、より微細化に対応可能な
ことを見出した。

【００１０】しかしながら、このように上部電極に印加
する高周波の周波数を上昇させると、エッチングの均一
性が劣るという新たな問題が生じることが判明した。す
なわち、図１の（ａ）に示すように、上部電極のプラズ
マシースが電極中央部で極めて薄くなり、下部電極のプ
ラズマシースが電極中央部で厚くなってプラズマの不均
一が生じる。

【００１１】これは、高周波を印加した際に必ず生じる
高調波が上部電極の面内に定在波を形成することに起因
する。つまり、定在波は電極の中央で振幅が大きくなる
から、定在波が上部電極近傍のプラズマに寄与すること
により、上部電極中央部のシースが端部に比較して薄く
なる。しかし、上部電極に印加する周波数が従来のよう
に比較的低い場合、例えば５０ＭＨｚ未満の場合には、
プラズマ密度が高くなく、したがってプラズマシースが
厚いので、定在波がプラズマの均一性に与える影響は小
さい。また、５０ＭＨｚ未満では、高調波の波長が上部
電極の径に比べて大きいので、定在波の影響は小さくな
る。

【００１２】ところが、上部電極に印加する高周波の周
波数が高くなってプラズマ密度が上昇すると、プラズマ
シースの厚さが全体的に薄くなるから、電極の中央部の
プラズマシースが定在波の影響を受けると、極端な場合
には図示するように電極中央部のプラズマシースが極め
て薄くなり、プラズマの均一性が悪くなる。

【００１３】一方、下部電極のプラズマシースに関して
は、上部電極の中央部においてプラズマシースが薄くな
ることから、その部分のキャパシタンスが大きくなって
集中して電流が２ＭＨｚフィルターに流れ、結果として
プラズマシースが厚くなる。このため、中央部のプラズ
マ中のイオンが一層加速され、ウエハ中央部でのエッチ
ングレートがウエハ周辺部より高くなり、エッチングの
均一性が低下する。

【００１４】そこで、このような新たな欠点を解決する
ためにさらに検討した結果、両電極に特定の高周波を印
加することによりプラズマシース厚を厚くすることがで
き、プラズマシース厚の変動を小さくすることが可能な
ことを見出した。そして、このようにプラズマシース厚
を厚くしてその変動を小さくするためには、両電極に特
定の周波数でかつ同周波数の高周波電力を実質的に逆位
相で、あるいはその近傍の位相で印加すればよいことを
見出した。

【００１５】また、このように両電極に特定の周波数で
かつ同周波数の高周波電力を実質的に逆位相で、あるい
はその近傍の位相で印加すればシェーディングダメージ
も生じ難くなることを見出した。

【００１６】本発明は、これらの知見に基づいてなされ
たものであって、本発明の第１の観点によれば、被処理
基板が収容されるチャンバーと、チャンバー内に相対向
するように設けられた第１および第２の電極と、前記第
１の電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する第１
の高周波印加手段と、前記第２の電極に高周波電力を印
加する第２の高周波印加手段と、前記チャンバー内を所
定の減圧状態に維持する排気手段と、前記チャンバー内
に処理ガスを導入する処理ガス導入手段とを具備し、前
記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記第
１および第２の電極間に高周波電界を形成することによ
り処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより被
処理基板にエッチング処理を施すことを特徴とするプラ
ズマエッチング装置であって、前記第２の高周波印加手
段は、前記第１の電極に形成されるプラズマシースの厚
さが厚くなるように前記第１の電極にも高周波電力を印
加することを特徴とするプラズマエッチング装置が提供
される。

【００１７】本発明の第２の観点によれば、被処理基板
が収容されるチャンバーと、チャンバー内に相対向する
ように設けられた第１および第２の電極と、前記第１の
電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する第１の高
周波印加手段と、前記第１の電極および第２の電極に、
周波数が２ＭＨｚ以上でかつ前記第１の高周波印加手段
よりも低く、互いに実質的に逆位相で同周波数の高周波
電力を印加する第２の高周波印加手段と、前記チャンバ
ー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、前記チャ
ンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段とを具
備し、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態
で、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成す
ることにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラズ
マにより被処理基板にエッチング処理を施し、前記第２
の高周波印加手段から前記第１の電極に印加される高周
波電力により、前記第１の電極に形成されるプラズマシ
ースの厚さが厚くなることを特徴とするプラズマエッチ
ング装置が提供される。

【００１８】本発明の第３の観点によれば、被処理基板
が収容されるチャンバーと、チャンバー内に相対向する
ように設けられた第１および第２の電極と、前記第１の
電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する第１の高
周波印加手段と、前記第１の電極および第２の電極に、
周波数が２ＭＨｚ以上でかつ前記第１の高周波印加手段
よりも低い同周波数の高周波電力を１８０±４５°の位
相差で印加する第２の高周波印加手段と、前記チャンバ
ー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、前記チャ
ンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段とを具
備し、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態
で、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成す
ることにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラズ
マにより被処理基板にエッチング処理を施し、前記第２
の高周波印加手段から前記第１の電極に印加される高周
波電力により、前記第１の電極に形成されるプラズマシ
ースの厚さが厚くなることを特徴とするプラズマエッチ
ング装置が提供される。

【００１９】本発明においては、第１の電極に５０ＭＨ
ｚ以上の周波数の高周波を印加する第１の高周波印加手
段と、第１の電極に形成されるプラズマシースの厚さが
厚くなるように、第２の電極のみならず第１の電極にも
高周波電力を印加する第２の高周波印加手段を備えてい
るので、プラズマシースが定在波の影響を受けても、そ
の厚さの変動割合が相対的に小さくなり、プラズマをよ
り均一にすることができる。具体的には、第２の高周波
印加手段は、第１の電極および第２の電極に、周波数が
２ＭＨｚ以上でかつ第１の高周波印加手段よりも低く、
互いに実質的に逆位相で同周波数の高周波を印加するの
で、第１の電極には、第１の高周波印加手段による高周
波の他、第２の高周波印加手段による比較的周波数が低
い高周波も印加される。したがって、図１の（ｂ）に示
すように、上部電極のプラズマシースは、第１の高周波
印加手段の周波数（例えば６０ＭＨｚ）に対応するプラ
ズマシースに、より周波数が低い第２の高周波印加手段
の周波数（例えば２ＭＨｚ）に対応するプラズマシース
が重畳されて厚くなり、また、２ＭＨｚに対応するプラ
ズマシースの方が６０ＭＨｚに対応するプラズマシース
よりも厚いので、プラズマシースが定在波の影響を受け
てもその厚さの変動の割合は小さく、プラズマの均一性
が低下する度合が小さくなる。また、このように上部電
極のプラズマシースが厚くなることから、定在波の影響
によるキャパシタンスの変化は小さく、下部電極に流れ
る電流が均一になり、図示するように下部電極のプラズ
マシースはほぼ均一になる。したがって、本発明によれ
ば、高密度のプラズマにより微細化に対応可能であると
ともに、均一なプラズマによりエッチングの均一性を確
保することが可能となる。なお、図１の（ｂ）は第２の
高周波印加手段としてパワースプリッターを用いて上部
電極および下部電極に互いに逆位相の高周波（周波数２
ＭＨｚ）を印加した状態を示すものである。

【００２０】また、しかも、第２の高周波印加手段から
第１および第２電極に印加される高周波電力は実質的に
逆位相であるから、シース部分の電界強度が常に一定値
以上の高い値となるためプラズマの空間電位を高くする
ことができ、かつ電離レートが上昇してプラズマ密度が
高くなり、イオンおよび電子が高エネルギー化される。
また、電極近傍における電離レートを増加させることが
でき、高速電子フラックスが増加する。したがって、プ
ラズマ中の電子がコンタクトホールの底部に容易に到達
しやすくなり、ホール内のプラスの電荷を中和すること
ができるので、シェーディングダメージを生じ難くする
ことが可能となる。

【００２１】ここで、上述したように第１および第２の
電極に互いに実質的に逆位相の高周波電力を印加するこ
とにより、上述のような効果が著しいものとなるが、こ
れらの効果は互いに逆位相でなくてもそれに近いもので
あれば奏することが可能である。具体的には、両者の位
相差が１８０±４５°であれば、所期の効果を得ること
が可能である。

【００２２】第１の高周波印加手段の周波数を５０ＭＨ
ｚ以上としたのは、これより低いと、所望の高密度プラ
ズマを得ることが困難であり、要求されている微細化に
対応することができなくなり、また、５０ＭＨｚ未満で
は本発明が解決しようとする課題自体が発生しないから
である。

【００２３】上記本発明の第２の観点において、前記第
２の高周波印加手段は、周波数が２ＭＨｚ以上でかつ前
記第１の高周波印加手段よりも低い高周波電源と、該高
周波電源の電力を前記第１および第２の電極に分配する
トランスとを有する構成とすることができる。

【００２４】上記本発明の第２の観点および第３の観点
において、第２の高周波印加手段の周波数を２ＭＨｚ以
上としたのは、周波数が２ＭＨｚ以上になるとイオンが
追従しにくくなるので被処理基板にイオンが引き込まれ
た際のダメージを小さくすることができるからである。

【００２５】上記本発明の第２の観点および第３の観点
において、前記第２の高周波印加手段は、周波数が２Ｍ
Ｈｚ以上でかつ前記第１の高周波印加手段よりも低い高
周波発振器と、この高周波を増幅して所定の高周波電力
をそれぞれ前記第１および第２の電極に印加する増幅手
段と、前記第１の電極または第２の電極に印加される高
周波の位相をシフトさせる位相シフト手段とを有する構
成とすることができる。

【００２６】また、第２の観点および第３の観点におい
て、第２の高周波印加手段の周波数は、２〜２７ＭＨｚ
以下であることが好ましい。また、第１および第２の高
周波印加手段の周波数の好ましい例として、第１の高周
波印加手段の周波数が約６０ＭＨｚ、第２の高周波印加
手段の周波数が約２ＭＨｚが挙げられる。さらに、前記
第２の高周波印加手段は、前記第１の電極へ供給する電
力と、前記第２の電極へ供給する電力との比が６：４〜
４：６であることが好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図２は本発明の実施の
形態に係るエッチング装置を模式的に示す断面図であ
る。このエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向
し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量型平行
平板エッチング装置として構成されている。

【００２８】このエッチング装置１は、例えば表面がア
ルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムから
なる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、
このチャンバー２は保安接地されている。前記チャンバ
ー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、
被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、単にウエハと記
す）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が
設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上に
は、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。
このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が
接続されている。

【００２９】前記サセプタ支持台４の内部には、冷媒室
７が設けられており、この冷媒室７には、液体窒素など
の冷媒が冷媒導入管８を介して導入され冷媒排出管９か
ら排出されて循環し、その冷熱が前記サセプタ５を介し
て前記ウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷ
の処理面が所望の温度に制御される。

【００３０】前記サセプタ５は円板状をなしており、そ
の上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられ
ている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が
介在されており、電極１２に接続された直流電源１３か
ら例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることによ
り、クーロン力またはジョンセン・ラーベック力によっ
てウエハＷを静電吸着する。

【００３１】前記絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプ
タ５、さらには前記静電チャック１１には、被処理体で
あるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなど
を供給するためのガス通路１４が形成されており、この
伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱がウエハＷに伝達さ
れウエハＷが所定の温度に維持されるようになってい
る。

【００３２】前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チ
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１５が配置されている。このフォー
カスリング１５はシリコンなどの導電性材料からなって
おり、エッチングの均一性を向上させる機能を有する。

【００３３】前記サセプタ５の上方には、このサセプタ
５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。こ
の上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２
の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成
し、多数の吐出孔２３を有する電極板２４と、この電極
板２４を支持する電極支持体２５とによって構成されて
いる。電極板２４を構成する材料としては、シリコンま
たはアモルファスカーボンが例示される。また、電極支
持体２５は導電性材料によって構成されており、その材
料としては表面がアルマイト処理されたアルミニウムが
例示される。なお、サセプタ５と上部電極２１とは、１
０〜６０ｍｍ程度離間している。

【００３４】前記上部電極２１における電極支持体２５
の中央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス
導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さ
らにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマス
フローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０
が接続されている。処理ガス供給源３０から、エッチン
グのための処理ガスが供給される。このような処理ガス
としてはＣＦ_４ガスが例示される。

【００３５】前記チャンバー２の底部には排気管３１が
接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接
続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの
真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を
１mTorr（０．１３３Ｐａ）程度の減圧雰囲気まで真空
引き可能なように構成されている。また、チャンバー２
の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲ
ートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロ
ードロック室（図示せず）との間で搬送されるようにな
っている。

【００３６】次に、プラズマを形成するための機構につ
いて説明する。本実施形態では相対的に高い周波数の高
周波を上部電極に印加する第１の高周波印加機構１００
と、下部電極としてのサセプタ５と上部電極２１の両方
に対して互いに実質的に逆位相の相対的に低い周波数の
高周波を印加する第２の高周波印加機構２００を備えて
いる。そして、第２の高周波印加機構２００は、サセプ
タ５と上部電極２１とに同周波数の高周波を印加するよ
うになっている。

【００３７】第１の高周波印加機構１００は、第１の高
周波電源５０を有しており、この第１の高周波電源５０
は整合器５１およびハイパスフィルター（ＨＰＦ）５２
を介して上部電極２１に接続されている。この第１の高
周波電源５０は、５０ＭＨｚ以上の周波数を有してお
り、このように高い周波数を印加することによりチャン
バー２内に低圧条件下で高密度のプラズマを形成するこ
とができる。なお、事実上の上限周波数は２００ＭＨｚ
程度である。この第１の高周波電源５０の周波数および
出力の好ましい例としては６０ＭＨｚ、２０００Ｗを挙
げることができる。

【００３８】第２の高周波印加機構２００は、第２の高
周波電源４０を有しており、この高周波電源４０は整合
器４１を介してパワースプリッターを構成するトランス
４２の一次側に接続されており、このトランス４２の二
次側には、接地端子４３が設けられている。このトラン
ス４２の二次側は、それぞれローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）４４，４５を介してサセプタ５と上部電極２１にそ
れぞれ接続されている。したがって、接地端子４３を移
動させることにより、高周波電源４０のパワーは、例え
ば１０００Ｗの出力のうちサセプタ５へは６００Ｗ、上
部電極２１には４００Ｗというように、任意の比率で分
配させることが可能になっている。またサセプタ５と上
部電極２１には、互いに実質的に逆位相の（位相が１８
０°異なった）高周波電力が印加される。第２の高周波
電源４０は第１の高周波電源５０よりも低く、かつ２Ｍ
Ｈｚ以上の周波数を有している。このように、２ＭＨｚ
以上の周波数を有していれば、サセプタ５に引き込まれ
るイオンがウエハＷに与えるダメージが小さい。第２の
高周波電源４０の周波数は２７ＭＨｚ以下であることが
好ましく、２〜１３．５６ＭＨｚの範囲が特に好まし
い。この第２の高周波電源４０の周波数の好ましい例と
しては２ＭＨｚを挙げることができる。後述するよう
に、シェーディングダメージを有効に防止する観点から
は、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５との分配
比は４：６〜６：４が好ましい。

【００３９】このように構成されるエッチング装置１に
おいて、例えば、シリコン基板を有するウエハＷ上のシ
リコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のエッチングを実施する場合
には、まず被処理体であるウエハＷは、ゲートバルブ３
２が開放された後、図示しないロードロック室からチャ
ンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置さ
れる。そして、高圧直流電源１３から直流電圧が印加さ
れることによって、ウエハＷが静電チャック１１上に静
電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、
排気機構３５によって、チャンバー２内が所定の真空度
まで真空引きされる。

【００４０】その後、バルブ２８が開放されて、処理ガ
ス供給源３０から例えばＣＦ_４ガスが、マスフローコン
トローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガ
ス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の
中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を
通って、図２の矢印に示すように、ウエハＷに対して均
一に吐出される。

【００４１】そして、チャンバー２内の圧力が、例えば
２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）に維持された後、第１
の高周波印加機構１００の高周波電源５０から例えば６
０ＭＨｚの高周波を上部電極２１に印加する。これによ
り、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間
に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化す
る。他方、第２の高周波印加機構２００の高周波電源４
０からは、トランス４２を介してサセプタ５と上部電極
２１とに、互いに実質的に逆位相の（位相が１８０°異
なった）例えば２ＭＨｚの高周波電力が印加される。

【００４２】この第２の高周波印加機構２００から上部
電極２１に印加された成分は、第１の高周波印加機構１
００から上部電極に供給された例えば６０ＭＨｚの高周
波が上部電極２１側に形成するプラズマシースを厚くす
る機能を有しており、これにより、定在波を構成する高
調波による上部電極２１表面でのプラズマシースの不均
一の影響を緩和して、均一なプラズマを形成することが
できる。

【００４３】一方、第２の高周波印加機構２００から下
部電極であるサセプタ５に印加された成分は、プラズマ
化したガス分子中の主にイオンをサセプタ５側へと積極
的に引き込む作用を有し、このイオンアシストによっ
て、ウエハＷの酸化膜に対して、より異方性の高いエッ
チングを施すことが可能となる。この場合に、その周波
数が２ＭＨｚ以上であることから、ウエハＷにダメージ
を与えるおそれは小さい。

【００４４】このように、上部電極２１に例えば６０Ｍ
Ｈｚという比較的高い周波数の高周波を印加することに
より、低圧で高密度のプラズマを形成することができ、
しかもサセプタ５に例えば２ＭＨｚを印加することによ
りエッチングの選択性および異方性をより高めることが
できるので、微細加工が可能であり、それに加え、上部
電極２１に例えば６０ＭＨｚという比較的高い周波数の
高周波を印加した場合に生じるプラズマの不均一を解消
することができるので、プラズマ処理の均一性を確保す
ることが可能となる。

【００４５】また、第２の高周波印加機構２００から、
上部電極２１および下部電極であるサセプタ５に、２Ｍ
Ｈｚの高周波電力を互いに実質的に逆位相となるように
印加することによりシース幅の変動が小さくなる結果、
シース部分の電界強度が常に一定値以上の高い値となる
ためプラズマの空間電位を高くすることができ、かつ電
離レートが上昇してプラズマ密度が高くなり、イオンお
よび電子が高エネルギー化される。また、電極近傍にお
ける電離レートを増加させることができ、高速電子フラ
ックスが増加する。したがって、プラズマ中の電子がコ
ンタクトホールの底部に容易に到達しやすくなり、ホー
ル内のプラスの電荷を中和することができるので、シェ
ーディングダメージを生じ難くすることが可能となる。

【００４６】さらに、第２の高周波電源４０のトランス
４２の二次側と、サセプタ５および上部電極２１との間
の印加経路には、それぞれローパスフィルター（ＬＰ
Ｆ）４４，４５が介在しているので、この印加経路に第
１の高周波電源５０からの高い周波数、例えば６０ＭＨ
ｚの高周波が侵入するおそれがない。また、第１の高周
波電源５０の印加経路にはハイパスフィルター（ＨＰ
Ｆ）５２が介在しているので、この印加経路に第２の高
周波電源４０からの低い周波数、例えば２ＭＨｚの高周
波が侵入するおそれがない。したがって、安定したプロ
セスを実現することができる。なお、このようなブロッ
キング機能に鑑みれば、ローパスフィルター（ＬＰＦ）
４４，４５およびハイパスフィルター（ＨＰＦ）５２に
限らず、他のブロッキング手段を用いてもよい。

【００４７】次に、本発明に係るプラズマ処理装置によ
って形成されるプラズマをシミュレーションした結果に
ついて説明する。図３は、上部電極に６０ＭＨｚの高周
波電力を印加し上部電極と下部電極に４：６の分配比で
２ＭＨｚの高周波電力を印加した本発明に対応する場合
と、上部電極に６０ＭＨｚの高周波電力を印加し下部電
極に２ＭＨｚの高周波電力を印加した比較の場合とにお
けるウエハ中心の上方における空間の電位分布を示す図
である。なお、この図において横軸は電極に垂直な方向
の距離を示し、縦軸は２ＭＨｚ高周波の１周期分の時刻
を示す。この図に示すように、本発明の場合には、比較
の場合よりもシース幅が安定しており、シース部分の電
位の勾配で示される電界の強度が一定以上の値を示して
いることがわかる。また、この際のプラズマ電位は図４
に示すように、本発明のほうが高く、かつ変動量が少な
くなっている。さらに、この際の電離レートは、図５の
（ａ），（ｂ）に示すように、バルクにおいても電極近
傍においても本発明のほうが高くなっている。すなわ
ち、本発明のほうがプラズマ密度が高くなっていること
がわかる。また、これにともなってイオンおよび電子が
高エネルギー化され、高速電子フラックスが増加するこ
ともシミュレーションで示された。さらに、電子がプラ
ズマシースからウエハに到達する時間をシミュレーショ
ンした結果、比較の場合が３．３ｎｓｅｃであったのに
対し、本発明の場合には３．２ｎｓｅｃであった。すな
わち、本発明のほうがプラズマシースからウエハに到達
する時間が短く、電子が高速化されていることがわか
る。したがって、図７に示すコンタクトホール１０１内
の底部１０３に到達する電子が増加し、その部分におけ
るプラスの帯電が緩和され、シェーディングダメージが
生じにくくなる。

【００４８】以上のことから、本発明により、プラズマ
シースの厚さが変動しにくく、かつシェーディングダメ
ージが生じにくくなることが確認された。

【００４９】また、実際にシェーディングダメージの加
速実験を行った結果、比較の場合には歩留りが５９％で
あったのに対し、本発明では９８％であった。さらに、
上部電極と下部電極の高周波電力の分配比が４：６〜
６：４の場合に、特にシェーディングダメージ防止効果
が高いことが確認された。さらにまた、上部電極と下部
電極の高周波電力の分配比を６：４にした場合には、比
較の場合および分配比を４：６にした場合よりもエッチ
ング選択比が高くなった。これは、上部電極への印加電
力を高くすることによりラジカル分布がウエハ近傍で高
くなるためと考えられる。

【００５０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では第２の高周波印加機構２００にいわゆるパワー
スプリッターを用いたが、これに限らず、両方の電極に
互いに逆位相の高周波を印加することができるものであ
ればよい。例えば、図６に示すように、例えば２ＭＨｚ
の高周波を発振する高周波発振機６０を設け、これを上
部電極２１には増幅器６１、整合器６２、および前述の
ローパスフィルター４４を介して接続し、サセプタ５に
は位相シフト回路６３、増幅器６４、整合器６５、およ
び上述のローパスフィルター４５を介して接続するよう
にし、位相シフト回路６３により位相を１８０°シフト
させて逆位相としてもよい。周波数が高くなるとトラン
スが機能しなくなるので、図６の構成は高い周波数で特
に有効である。

【００５１】また、上記実施形態では上部電極と下部電
極とで互いに逆位相の高周波電力を印加したが、必ずし
も逆位相でなくてもその近傍の位相であればよい。具体
的には、１８０±４５°の位相シフトであれば、所期の
効果を得ることができる。このような構成は、上記図６
の位相シフト回路６３のシフト量を調整することにより
実現することができる。

【００５２】さらに、上記実施の形態では、被処理基板
として半導体ウエハを用い、これにエッチングを施す場
合について説明したが、これに限らず、処理対象として
は液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の他の基板であっても
よい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する第
１の高周波印加手段と、第２の電極に高周波電力を印加
する第２の高周波印加手段とを備え、第２の高周波印加
手段は、第１の電極に形成されるプラズマシースの厚さ
が大きくなるように第１の電極にも高周波電力を印加す
るので、プラズマシースが定在波の影響を受けても、そ
の厚さの変動割合が相対的に小さくなり、プラズマをよ
り均一にすることができる。具体的には、第１の電極に
５０ＭＨｚ以上の周波数の高周波を印加する第１の高周
波印加手段と、第１の電極および第２の電極に、周波数
が２ＭＨｚ以上でかつ第１の高周波印加手段よりも低
く、それぞれ互いに逆位相で同周波数の高周波を印加す
る第２の高周波印加手段とを備えているので、第１の電
極には、第１の高周波印加手段による高周波の他、第２
の高周波印加手段による比較的周波数が低い高周波も印
加される。したがって、上部電極のプラズマシースは、
第１の高周波印加手段の周波数に対応する部分に、より
周波数が低い第２の高周波印加手段の周波数に対応する
部分が重畳されて厚くなり、プラズマシースが定在波の
影響を受けても、プラズマの均一性がほとんど悪化せ
ず、またこれによって下部電極のプラズマシースはほぼ
均一になる。したがって、高密度のプラズマにより微細
化に対応可能であるとともに、均一なプラズマによりプ
ラズマ処理の均一性を確保することが可能となる。

【００５４】また、このように第１および第２の電極
に、上述のような高周波電力を印加することによってプ
ラズマシース厚の変動が小さくなることから、シース部
分の電界強度が常に一定値以上の高い値となるためプラ
ズマの空間電位を高くすることができ、かつ電離レート
が上昇してプラズマ密度が高くなり、イオンおよび電子
が高エネルギー化される。また、電極近傍における電離
レートを増加させることができ、高速電子フラックスが
増加する。したがって、プラズマ中の電子がコンタクト
ホールの底部に容易に到達しやすくなり、ホール内のプ
ラスの電荷を中和することができるので、シェーディン
グダメージを生じ難くすることが可能となる。

【００５５】なお、上述したように第１および第２の電
極に互いに実質的に逆位相の高周波電力を印加すること
により、上述のような効果が著しいものとなるが、両者
の位相差が１８０±４５°であれば、所期の効果を得る
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための模式図。

【図２】本発明の一実施形態に係るエッチング装置を示
す断面図。

【図３】プラズマの電位分布をシミュレーションした結
果を示す図。

【図４】プラズマの空間電位を示すグラフ。

【図５】プラズマの電極近傍およびバルクでの電離レー
トを示すグラフ。

【図６】第２の高周波印加機構の他の例を示す図。

【図７】シェーディングダメージの概念を示す図。

【符号の説明】

１；エッチング装置 ２；チャンバー ５；サセプタ（第２の電極） ６，５２；ハイパスフィルター ２１；上部電極（第１の電極） ３０；処理ガス供給源 ３５；排気装置 ４０；第２の高周波電源 ４１，５１；整合器 ４２；トランス ４４，４５；ローパスフィルター ５０；第１の高周波電源 １００；第１の高周波印加機構 ２００；第２の高周波印加機構

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板が収容されるチャンバーと、 チャンバー内に相対向するように設けられた第１および
   第２の電極と、 前記第１の電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加す
   る第１の高周波印加手段と、 前記第２の電極に高周波電力を印加する第２の高周波印
   加手段と、 前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段
   と、 前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手
   段とを具備し、 前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記
   第１および第２の電極間に高周波電界を形成することに
   より処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより
   被処理基板にエッチング処理を施すことを特徴とするプ
   ラズマエッチング装置であって、 前記第２の高周波印加手段は、前記第１の電極に形成さ
   れるプラズマシースの厚さが厚くなるように前記第１の
   電極にも高周波電力を印加することを特徴とするプラズ
   マエッチング装置。
2. 【請求項２】 被処理基板が収容されるチャンバーと、 チャンバー内に相対向するように設けられた第１および
   第２の電極と、 前記第１の電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加す
   る第１の高周波印加手段と、 前記第１の電極および第２の電極に、周波数が２ＭＨｚ
   以上でかつ前記第１の高周波印加手段よりも低く、互い
   に実質的に逆位相で同周波数の高周波電力を印加する第
   ２の高周波印加手段と、 前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段
   と、 前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手
   段とを具備し、 前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記
   第１および第２の電極間に高周波電界を形成することに
   より処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより
   被処理基板にエッチング処理を施し、 前記第２の高周波印加手段から前記第１の電極に印加さ
   れる高周波電力により、前記第１の電極に形成されるプ
   ラズマシースの厚さが厚くなることを特徴とするプラズ
   マエッチング装置。
3. 【請求項３】 前記第２の高周波印加手段は、周波数が
   ２ＭＨｚ以上でかつ前記第１の高周波印加手段よりも低
   い高周波電源と、該高周波電源の電力を前記第１および
   第２の電極に分配するトランスとを有することを特徴と
   する請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
4. 【請求項４】 被処理基板が収容されるチャンバーと、 チャンバー内に相対向するように設けられた第１および
   第２の電極と、 前記第１の電極に５０ＭＨｚ以上の高周波電力を印加す
   る第１の高周波印加手段と、 前記第１の電極および第２の電極に、周波数が２ＭＨｚ
   以上でかつ前記第１の高周波印加手段よりも低い同周波
   数の高周波電力を１８０±４５°の位相差で印加する第
   ２の高周波印加手段と、 前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段
   と、 前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手
   段とを具備し、 前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記
   第１および第２の電極間に高周波電界を形成することに
   より処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより
   被処理基板にエッチング処理を施し、 前記第２の高周波印加手段から前記第１の電極に印加さ
   れる高周波電力により、前記第１の電極に形成されるプ
   ラズマシースの厚さが厚くなることを特徴とするプラズ
   マエッチング装置。
5. 【請求項５】 前記第２の高周波印加手段は、周波数が
   ２ＭＨｚ以上でかつ前記第１の高周波印加手段よりも低
   い高周波発振器と、この高周波を増幅して所定の高周波
   電力をそれぞれ前記第１および第２の電極に印加する増
   幅手段と、前記第１の電極または第２の電極に印加され
   る高周波の位相をシフトさせる位相シフト手段とを有す
   ることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のプ
   ラズマエッチング装置。
6. 【請求項６】 前記第２の高周波印加手段の周波数が２
   〜２７ＭＨｚであることを特徴とする請求項２から請求
   項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
7. 【請求項７】 前記第１の高周波印加手段の周波数が約
   ６０ＭＨｚであり、前記第２の高周波印加手段の周波数
   が約２ＭＨｚであることを特徴とする請求項２から請求
   項６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
8. 【請求項８】 前記第２の高周波印加手段は、前記第１
   の電極へ供給する電力と、前記第２の電極へ供給する電
   力との比が６：４〜４：６であることを特徴とする請求
   項２から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマエッ
   チング装置。