JP2001308080A

JP2001308080A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2001308080A
Application number: JP2001077749A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Imafuku; 光祐今福; Norisuke Endo; 昇佐遠藤; Kazuhiro Tawara; 一弘田原; Hiroshi Tsuchiya; 浩土屋; Masayuki Tomoyasu; 昌幸友安; Yukio Naito; 幸男内藤; Kazuya Nagaseki; 一也永関; Tatsu Nonaka; 龍野中; Keizo Hirose; 圭三広瀬; Yoshio Fukazawa; 義男深澤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP3438003B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマを処理室内に拡散させず，電極間空
間内に閉じこめて高いプラズマ密度を実現させる。【解決手段】処理室内に高周波電力によってプラズマ
を発生させ，処理室内のサセプタ上の被処理体に対して
処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置において，
前記サセプタの近傍周囲に当該サセプタと同心円状に配
置された環状の第１の磁場形成手段を設けると共に，前
記第１の磁場形成手段と空隙を介して第２の磁場形成手
段として永久磁石７２を対向配置し，永久磁石７２に磁
性体７５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，プラズマ処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばプラズマ処理装置についていえ
ば，従来から例えば半導体製造プロセスにおいては，半
導体ウエハ（以下，「ウエハ」という）などの表面処理
を行うためにおいて多く使用されているが，その中でも
とりわけ所謂平行平板型のプラズマ処理装置は，均一性
に優れ，大口径ウエハの処理が可能である等の長所を有
し，また装置構成も比較的簡易であるから，数多く使用
されている。

【０００３】前記従来の一般的な平行平板型のプラズマ
処理装置は，処理室内の上下に電極が対向して平行に設
けられており，被処理体であるウエハは，例えば下側の
電極に載置され，例えばエッチング処理の場合には，こ
の処理室内にエッチングガスを導入すると共に，高周波
電力を前記電極に印加して電極間にプラズマを発生さ
せ，エッチングガスの解離によって生じたエッチャント
イオンによって，前記ウエハをエッチングするように構
成されている。かかる場合のエッチングガスは，上部電
極におけるウエハとの対向面に設けられた吐出部を構成
するガス拡散板の多数の孔からウエハに向けてそのまま
吐出されるようになっている。

【０００４】ところでプラズマ処理による処理加工は，
半導体デバイスの高集積化に伴ってますます微細な加工
や，処理速度の向上，処理の均一性が要求されている。
そのため電極間に発生させるプラズマの密度も，より高
密度化することが必要となってきている。さらに例えば
エッチング処理によってウエハ上のシリコン酸化膜（Ｓ
ｉＯ_２）にコンタクトホールを形成する場合には，極め
て高い選択性が要求される。

【０００５】以上の点に関し，例えば特開昭５７−１５
９０２６号「ドライエッチング方法」の公報には，新し
いプラズマ発生方法としてマグネトロンを用いたマグネ
トロン方式のプラズマ処理装置が開示され，また特公昭
５８−１２３４６「プラズマエッチング装置」の公報に
おいては，通常の電極以外に上下電極中間にグリッド状
等の共通アノード電極を採用した構成が開示されてい
る。なお従来のこの種の装置における電極は，一般的に
下部電極がアルミニウムで構成され，他方上部電極はカ
ーボンによって構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前記し
たマグネトロン方式のプラズマ処理装置では，比較的高
真空で高密度のプラズマを得ることができるが，高周波
電界の周波数に比べて磁界の変化がかなり遅いので，磁
界の変動に伴ってプラズマ状態が変化し，この変化がイ
オンのエネルギーや方向性に変動を与えるため，素子ダ
メージあるいは加工形状の劣化が起こるおそれがある。
また共通アノード構成では，イオンエネルギーと電流密
度を独立に制御できるメリットはあるが，グリッドを介
してプラズマが拡散してしまい，ウエハに入射するイオ
ン電流密度は低くなり，処理レートが低下してしまった
り，あるいは処理が均一化されなくなるおそれがあっ
た。そして高い微細加工に伴って，高周波，高真空度雰
囲気となってくると，電極と処理容器内壁とのインピー
ダンスが低下し，プラズマがより拡散しやすい環境とな
ってくる。

【０００７】叙上のようにプラズマが処理室内で拡散し
てしまうと，プラズマ密度の低下だけではなく，処理室
内壁にメタル・コンタミネーションなどが発生して被処
理体であるウエハを汚染してしまう。かかる傾向は，今
後益々要求される高微細加工に必要な高減圧度における
プラズマ処理においてより一層顕著になる。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり，前記したようにより高微細なプラズマ処理加工を
良好に実施するために，比較的簡素な平行平板形式の装
置構成を採りつつ，プラズマを処理室内に拡散させず，
電極間空間内に閉じこめて高いプラズマ密度を実現させ
ると共に，処理室内壁にコンタミネーションを発生させ
ないことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め，請求項１によれば，処理室内に高周波電力によって
プラズマを発生させ，処理室内のサセプタ上の被処理体
に対して処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置に
おいて，前記サセプタの近傍周囲に当該サセプタと同心
円状に配置された環状の第１の磁場形成手段を設けると
共に，前記第１の磁場形成手段と空隙を介して第２の磁
場形成手段を対向配置し，前記磁場形成手段に磁性体を
設けたことを特徴とする，プラズマ処理装置が提供され
る。

【００１０】この場合，前記第１の磁場形成手段及び第
２の磁場形成手段は，各々複数の磁石を環状に配置して
なり，かつ対向する各磁石の磁極が相互に異なったもの
としてもよい。また前記第１の磁場形成手段及び第２の
磁場形成手段は，各々複数の磁石を環状に配置してな
り，対向する各磁石の対向部側の磁極を相互に異なった
ものとすると共に，隣合う各磁石の対向部側の磁極も相
互に異なったものとしてもよい。

【００１１】そして磁石を略環状に配置する場合，前記
磁石によって発生する被処理体周縁部の磁場強度が，１
０Ｇａｕｓｓ以下となるようにすることが好ましい。ま
た以上のように構成された各プラズマ処理装置におい
て，プラズマを発生させる高周波電力を，第１の電極と
第２の電極に対して，各々高周波電力を印加するように
構成してもよい。

【００１２】また以上の各プラズマ処理装置において，
高周波電力の出力を周期的に変調するように構成しても
よく，かかる場合の出力変調幅は，最小時の出力が，最
大時の出力の１／２〜１／５の範囲となるように設定す
ることがより好ましい結果が得られる。

【００１３】また前述のプラズマ処理装置において，第
１の電極が上部電極，第２の電極が下部電極を構成する
ようにし，前記上部電極には相対的高周波電力を印加
し，前記下部電極には相対的低周波電力を印加し，さら
に前記上部電極と下部電極との間の間隔（ギャップ）長
を，１０〜４０mmに設定してもよい。

【００１４】相対的高周波電力とは，周波数が１０〜４
０ＭＨｚの電力をいい，また相対的低周波電力とは，周
波数が３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚのものをいう。

【００１５】また上下双方に印加する場合においては，
上部電極の方を，下部電極よりも先に印加される如く構
成したり，電力印加の停止に関しては，下部電極の方
を，上部電極よりも先に停止するように構成すればより
好ましい結果が得られる。

【００１６】そして以上の各プラズマ処理装置において
は，処理室内圧が５ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒに設
定自在なように構成してもよい。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置によれば，第１
の電極の周縁部と第２の電極の周縁部との間に局所的な
磁場を発生させるために，第１の電極の周縁部と第２の
電極の周縁部に各々磁場発生手段を設けたので，第１，
第２の各電極間の空間周辺部に，局所的な磁場が形成さ
れ，これによってプラズマ中の荷電粒子をトラップさせ
て，プラズマの拡散を防止することが可能になる。また
第１，第２の各電極周囲近傍に，夫々複数の磁石を略環
状に配置し，さらに第１の電極側に配された磁石と，第
２の電極側に配された磁石とを対向させ，かつ対向する
各磁石の磁極を相互に異なったものとすることで，第
１，第２の各電極周間の空間周辺部に，局所的な磁場が
形成され，これによってプラズマ中の荷電粒子をトラッ
プさせて，プラズマの拡散を防止することが可能にな
る。

【００１８】さらに前記した磁石の配置に関し，第１の
電極側に配された磁石と，第２の電極側に配された磁石
との対向部分側だけではなく，隣接する磁石相互間の磁
極をも相互に異なったものにしてあるので，磁場による
荷電粒子のトラップ体制が密になり，さらに高いプラズ
マ拡散防止効果が得られる。

【００１９】以上のように夫々配置された磁石によって
発生する被処理体周縁部の磁場強度を，１０Ｇａｕｓｓ
以下となるように設定した場合には，ウエハなどの被処
理体のプラズマ処理領域におけるプラズマに影響を与え
ることなく，所期のプラズマ処理を施すことが可能であ
る。

【００２０】前記各プラズマ処理装置において第１の電
極と第２の電極に対して，各々高周波電力を印加するよ
うに構成すれば，各高周波電力の電圧を夫々独立可変と
することが容易である。

【００２１】また以上の各プラズマ処理装置において高
周波電力の出力を周期的に変調するように構成すれば，
プラズマ密度の高低を繰り返すことが可能であり，プラ
ズマ中のガス成分の解離コントロールを実施することが
でき，例えばコンタクトホールのエッチング処理におい
ては，高出力時にエッチングを進行させ，他方低出力時
にはホール内のエッチング反応生成物を排出させるプロ
セスを採ることが可能になる。従ってエッチングレート
を高くするとともに，ホール底部とホール入口との大き
さの差を小さく抑える垂直異方性にすぐれたエッチング
を実施することができる。

【００２２】かかる出力変調において，最小時の出力
が，最大時の出力の１／２〜１／５の範囲となるように
設定すれば，プラズマ状態を維持しつつかつそのように
エッチング反応生成物の排出にとって好ましい状態とす
ることができる。

【００２３】上部電極と下部電極との間のギャップ長
を，１０〜４０mmに設定して上下対向の電極に夫々相対
的高周波電力，相対的低周波電力を印加してプラズマを
発生させれば，エッチングレート，均一性，並びにプラ
ズマの安定度に関しバランスのとれた処理を実行するこ
とが可能である。また前記ギャップ長を１５〜３０mm，
とりわけ２５mm前後に設定すれば，なお好ましい結果が
得られる。

【００２４】上部電極と下部電極との双方に印加する場
合には，上部電極の方を先に印加し，下部電極の方をそ
れより遅れて印加させてプラズマを発生させるようにす
れば，下部電極上に載置される被処理体に対して過大な
電圧がかからず，プラズマを発生させやすく，かつ当該
被処理体に対してダメージを与える危険が少ない。

【００２５】またプラズマを消滅させる際にも，先に下
部電極側の印加電力を停止させ，次いで遅れて上部電極
側の印加電力を停止させるようにすれば，デポが進行せ
ず被処理体に対するダメージを防止することが可能にな
る。要するにこのような印加，停止順序を採れば，被処
理体が載置される下部電極だけに電圧を印加する状態を
避けているため，被処理体に対して過大電圧からの保護
が図られるのである。なお遅らせるタイミングは，例え
ば１秒以下に設定すれば所期の効果を得ることができ
る。

【００２６】インピーダンスと位相とを夫々独立して制
御するように整合手段を構成すれば，外乱に対して影響
をうけずらく，かつ負荷変動に対しても整合をとりやす
いものとなる。

【００２７】そして処理室内圧を５ｍＴｏｒｒ〜１００
ｍＴｏｒｒに設定自在に構成することにより，高い真空
度下での高微細加工が可能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態を添付
図面に基づき説明すると，実施の形態の前提となるエッ
チング処理装置１の断面を模式的に示しており，このエ
ッチング処理装置１は，電極板が平行に対向した所謂平
行平板型エッチング装置として構成されている。

【００２９】このエッチング処理装置１は，例えば表面
が酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどからなる
円筒形状に成形された処理容器２を有しており，この処
理容器２は接地されている。前記処理容器２内に形成さ
れる処理室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，「ウエ
ハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支
持台４が収容され，さらにこのサセプタ支持台４の上部
には，下部電極を構成するサセプタ５が設けられてい
る。

【００３０】前記サセプタ支持台４の内部には，冷媒室
６が設けられており，この冷媒室６には例えばパーフル
オロポリエーテルなどの温度調節用の冷媒が冷媒導入管
７を介して導入可能であり，導入された冷媒はこの冷媒
室６内を循環し，その間生ずる冷熱は冷媒室６から前記
サセプタ５を介して前記ウエハＷに対して伝熱され，こ
のウエハＷの処理面を所望する温度まで冷却することが
可能である。

【００３１】前記サセプタ５は，その上面中央部が凸状
の円板状に成形され，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。この静電チャック１１
は，２枚の高分子ポリイミド・フィルムによって導電層
１２が挟持された構成を有しており，この導電層１２に
対して，処理容器２外部に設置されている直流高圧電源
１３から，例えば１．５ｋＶの直流高電圧を印加するこ
とによって，この静電チャック１１上面に載置されたウ
エハＷは，クーロン力よってその位置で吸着保持される
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は反応性イオンを引き寄せない絶縁性の
材質からなり，プラズマによって発生した反応性イオン
を，その内側のウエハＷにだけ効果的に入射せしめるよ
うに構成されている。

【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，これより約１５〜２０ｍｍ程度離
間させた位置に，上部電極２１が，絶縁材２２を介し
て，処理容器２の上部に支持されている。この上部電極
２１は，前記サセプタ５との対向面に，多数の拡散孔２
３を有する，例えばＳｉＣ又はアモルファスカーボンか
らなる電極板２４と，この電極板２４を支持する導電性
材質，例えば表面が酸化アルマイト処理されたアルミニ
ウムからなる，電極支持体２５とによって構成されてい
る。

【００３４】そしてこの電極支持体２５の外周には，環
状の絶縁材２６を介して，図２に示したような第３の電
極となる接地電極２７が設けられている。この接地電極
２７は，図１に示される如く，その下端部が前出フォー
カスリング１５の上端部との間にウエハＷが通過し得る
空隙を保持して設置され，さらにその内周は，図１，図
２に示したように，内側に突出した形態を有している。
そしてこの接地電極２７は，前記サセプタ５と電極板２
４との間の空間領域を，側部から囲むようにして配され
ている。

【００３５】前記上部電極２１における支持板２５の中
央にはガス導入口２８が設けられ，さらにこのガス導入
口２８には，ガス導入管２９が接続されている。このガ
ス導入管２９には，ガス供給管３０が接続されており，
さらにこのガス供給管３０は３つに分岐されて，各々バ
ルブ３１，３２，３３，並びにマスフローコントロー
ラ３４，３５，３６を介して，それぞれ対応する処理ガ
ス供給源３７，３８，３９に通じている。

【００３６】本実施の形態においては，処理ガス供給源
３７からはＣＦ_４ガス，処理ガス供給源３８からはＣｌ
ガス，処理ガス供給源３９からは不活性のパージガスで
あるＮ_２ガスが供給されるように設定されている。

【００３７】前記処理容器２の下部には排気管４１が接
続されており，この処理容器２とゲートバルブ４２を介
して隣接しているロードロック室４３の排気管４４共
々，ターボ分子ポンプなどの真空引き手段４５に通じて
おり，所定の減圧雰囲気まで真空引きできるように構成
されている。そして前記ロードロック室４３内に設けら
れた搬送アームなどの搬送手段４６によって，被処理体
であるウエハＷは，前記処理容器２とこのロードロック
室４３との間で搬送されるように構成されている。

【００３８】また前記エッチング処理装置１の処理容器
２内にプラズマを発生させるための高周波電力は，例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波を発振させる２台の高周波
電源５１，５２によって供給される。即ち高周波電源５
１は，整合器５３を介して，上部電極２１に高周波電力
を印加するように構成され，また高周波電源５２は，整
合器５４を介して，サセプタ５に高周波電力を印加する
ように構成されている。なおそのように上部電極２１，
サセプタ５へは，夫々独立した高周波電源によって高周
波電力が印加されるようになっているので，これら上部
電極２１，サセプタ５に印加する電圧は，夫々独立して
可変である。

【００３９】また前記整合器５３と上部電極２１との
間，並びに前記整合器５４とサセプタ５との間には，各
々印加される高周波電力の電流の位相信号を検出する位
相検出手段５５，５６が夫々設けられている。そしてこ
れら各位相検出手段５５，５６によって検出された位相
信号は，夫々位相コントローラ５７へと入力され，この
位相コントローラ５７は，この検出された位相信号に基
づいて前出各高周波電源５１，５２に対し，各々位相が
１８０゜異なった高周波を発振させるように，夫々制御
するように構成されている。

【００４０】エッチング処理装置１は以上のように構成
されており，例えば，このエッチング処理装置１を用い
て，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ついて説明
すると，まず被処理体であるウエハＷは，ゲートバルブ
４２が開放された後，搬送手段４６によってロードロッ
ク室４３から処理容器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の印加に
よって前記ウエハＷは，この静電チャック１１上に吸着
保持される。その後搬送手段４６がロードロック室４３
内へ後退したのち，処理容器２内は排気手段４５によっ
て真空引きされていく。

【００４１】他方バルブ３１が開放されて，マスフロー
コントローラ３４によってその流量が調整されつつ，処
理ガス供給源３７からＣＦ_４ガスが，ガス供給管３０，
ガス導入管２９，ガス導入口２８を通じて上部電極２１
へと導入され，さらに電極板２４の拡散孔２３を通じ
て，図１中の矢印に示される如く，前記ウエハＷに対し
て均一に吐出される。

【００４２】そして処理容器２内の圧力は例えば１Ｐａ
に設定，維持された後，高周波電源５１，５２が作動し
て，その電流位相が相互に１８０゜異なった高周波電力
が夫々上部電極２１と，サセプタ５に印加され，これら
上部電極２１とサセプタ５との間にプラズマが発生し，
前記処理容器２内に導入されたＣＦ_４ガスを解離させて
生じたラジカル成分によって，ウエハＷに対して所定の
エッチングが施される。

【００４３】かかるエッチング処理におけるプラズマ
は，既述の如く上部電極２１とサセプタ５との間に発生
するが，前記したように，接地電極２７は，前記上部電
極２１とサセプタ５と間の空間領域を，側部から囲むよ
うにして配されているので，当該空間領域から拡散しよ
うとするイオンは，この接地電極によって引きつけら
れ，当該空間領域外部，例えば処理容器２内壁へ拡散す
ることはない。従って，前記空間領域，即ちウエハＷに
対する処理領域内のプラズマ密度は高く維持でき，これ
によってウエハＷに対して高微細加工が可能となってい
る。

【００４４】しかもイオンが処理容器２内壁へと拡散す
ることが抑制されいるので，処理中に，この処理容器２
内壁がエッチングされたり，反応生成物が付着するなど
して，当該内壁にコンタミネーションが発生することは
なく，処理容器２内を汚染することはない。したがっ
て，この点から歩留まりが低下することはない。

【００４５】そしてプラズマを発生させるために上部電
極２１とサセプタ５とに夫々印加された高周波電力は，
その電流位相が１８０゜異なっているため，処理ガスの
種類，減圧度とは無関係に高周波電力をプラズマに投入
することができ，ウエハＷに入射するイオン電流密度を
増大させることができる。

【００４６】すなわち，対向する電極間にかかる高周波
電力の周波数の位相差を変化させた場合，プラズマの状
態は変化する（例えば，特開平２−２２４２３９）。例
えば２つの高周波電力の電圧位相がほぼ同相である場
合，プラズマは広がり，密度も低くなって処理速度が低
下する。他方，電圧位相差が１８０゜ずれている場合に
は，プラズマ密度は高くなる。しかし，例えば周波数が
３８０ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚの場合では，プラズマ
密度が最も高くなる電圧位相差は，異なっている。これ
はプラズマのインピーダンスが変化するためと考えられ
る。

【００４７】同様に，処理ガスの組成を変化させると，
ガスの電離断面積の特性，あるいは解離の特性差によっ
ても，プラズマのインピーダンスが変化し，最適の電圧
位相差は変化してしまう。従って，従来のように電圧位
相を制御して高周波電力を印加する方式では，そのよう
にプラズマインピーダンスの変化により，一方の電極か
ら流れ込んだ電流が，位相差により対向電極に流れ込む
電圧関係になっていない場合，対向電極以外の，例えば
処理容器内壁へと拡散してしまうため，最もプラズマ密
度の高い状態を実現するのは難しかったのである。

【００４８】この点，前記のように電流位相を１８０゜
異なったものにして制御することによりプラズマインピ
ーダンスの変化と関係なく，一方の電極，例えば上部電
極２１から他方の対向電極であるサセプタ５に流れ込も
うとしたときには，サセプタ５の位相はその電流を流す
ことができる関係にあるため，電流は効率よく流れ込
み，その結果プラズマはこれら上部電極２１とサセプタ
５間に閉じこめられてその密度が高くなるものである。

【００４９】しかも前記エッチング装置１では，既述の
如く，接地電極２７によってもプラズマが閉じこめられ
る構成であるから，両者が相俟って極めて高いプラズマ
密度を実現させることができ，高い微細加工を可能とし
ている。

【００５０】なお前記エッチング装置１で使用した接地
電極２７は，内側に凸に成形された形態を有していた
が，これに代えて例えば図３に示したように，単なる筒
状の接地電極６１として，これを絶縁材６２を介して，
電極支持体２５の外周に配置し，接地されている処理容
器２とこの接地電極６１とを固着する構成としてもよ
い。

【００５１】また対向電極間空間をより閉鎖された空間
とするため，さらに接地電極の高さを大きくした筒状の
形態としてもよい。なおかかる場合には，当該対向電極
間空間内に導入される処理ガスの排気を十分に確保する
ため，図４に示したように，この接地電極６３の周囲
に，複数の透孔６４を形成しておくことが好ましい。

【００５２】さらにプラズマを対向電極間に閉じこめて
周囲に拡散させない接地電極の他の例としては，例えば
図５に示したような接地電極６５，６６としてもよい。
この接地電極６５，６６は，同図からわかるように，夫
々略リング形状をなしており，接地電極６５は，上部電
極２１の外周に配置し，接地電極６６はサセプタ５の上
端部近傍外周に配置させる（この場合，所謂排気リング
の上部にかかる構成を持たせてもよい）。これによって
上部電極２１から拡散しようとする荷電粒子は，接地電
極６６へと寄せられ，サセプタ５から拡散しようとする
荷電粒子は接地電極６５へと寄せられて，その結果，上
部電極２１とサセプタ５間に発生したプラズマは，処理
容器２の内壁へと拡散することはないものである。

【００５３】また図６に示した接地電極６７，６８は，
前記電極の形態を代えてリング状でかつ内側面が斜面を
形成するように断面を略三角形としたものである。かか
る構成の接地電極６７，６８によれば，例えば上側の接
地電極６７は，その内側の斜面部がサセプタ５の方向に
向けられているので，前記図５に示した接地電極６５よ
りも，より効率よく荷電粒子を引き寄せることができ，
さらにプラズマ拡散防止効果が向上している。

【００５４】なお前記図５，図６に示した接地電極は，
いずれも上下対向構成としていたが，必ずしもそのよう
に対向する構成としなくても，プラズマ拡散防止効果は
得られるものである。

【００５５】前記した例では，プラズマ拡散の防止を図
る手段として，上部電極２１，サセプタ５以外の第３の
電極を設けた構成を採ったが，これに代えて例えば図７
に示したように，磁石を上部電極２１とサセプタ５の近
傍周囲に対向配置させてもよい。即ち上部電極２１に
は，電極支持体２５の下端部外周に，環状の絶縁部材７
１を設け，この絶縁部材７１の内部に図８に示した略円
柱状の永久磁石７２を，環状に等間隔で設ける。本実施
の形態では，図７に示したように，下面側，即ちサセプ
タ５側に全ての永久磁石７２のＮ極が位置するように
し，かつ環状に配置するにあたっての間隔は，図９に示
したように，隣合う他の永久磁石とのおりなす中心角θ
が１０゜となるように，設定してある。

【００５６】他方図７に示したように，サセプタ５の上
端部外周にも，環状の絶縁部材７３を設け，この絶縁部
材７３の内部に，前記永久磁石７２と同形，同大，同一
磁力を有する永久磁石７４を，前記各永久磁石７２と対
向するように，同一個数，同一間隔で配設する。そして
このサセプタ５側に配設されるこれら永久磁石７４の磁
極は，前記永久磁石７２の対向部分の磁極とは異なった
磁極，即ちＳ極を上部電極２１側に位置するようにして
ある。従って，各永久磁石７２，７４の磁極の関係は，
図１０に示したようになっている。

【００５７】かかるようにして磁石を配置すれば，上部
電極２１周縁部と，サセプタ５周辺部との間に局所的な
磁場が発生し，この磁場によって上部電極５とサセプタ
５間空間内の荷電粒子が，外部に飛び出すことをトラッ
プすることができ，プラズマを当該電極間空間内に閉じ
こめることができる。なお磁場の強さは，余りに過大に
なるとプラズマ自体に偏りを生じさせてプラズマ処理自
体に影響を与えるおそれがあるので，被処理体であるウ
エハＷ周辺部の磁場強度が１０Ｇａｕｓｓ以下になるよ
うに設定することが望ましい。

【００５８】また前記した局所的な磁場の形態を，さら
に好ましいものとするために，図１１に示したように，
例えば永久磁石７２の上端部に，磁性体７５を設けて永
久磁石７２と併用するようにしてもよい。

【００５９】さらに図７，１０に示した例は，上部電極
２１側に配設された永久磁石７２と，サセプタ５側に配
設された永久磁石７４とは，上下間では，相互に異なっ
た磁極構成としたものの，隣合う磁石相互間では，同一
の磁極構成となっていたが，これに代えて，図１２に示
したように，隣合う磁石相互間でも，磁極が異なったよ
うに配置すれば，なお好ましい作用効果が得られる。即
ち，図１２に示したように配置することにより，上下対
向部分にのみならず，隣合う対向部分にも磁束が生じ，
これによって荷電粒子のトラップ体制がより密になる。
従って，図１０，の場合よりもさらにプラズマ閉じこめ
作用が向上する。

【００６０】ところで，既述したように今日では半導体
デバイスの高集積化に伴って，その製造プロセスにおい
ても，より微細な加工が要求されている。例えばエッチ
ング処理によってコンタクトホールを形成する場合に
も，ホール径が０．３μｍ，ホール深さが１〜２μｍと
なるような微細加工が必要とされている。

【００６１】しかしながら従来の平行平板型プラズマ装
置においては，常に一定出力の高周波電力を印加するよ
うにしているため，そのようにホール径が小さくなる
と，図１３に示したように，エッチング反応生成物Ｚが
排出されづらくなり，ホール８１底部や底部近傍に堆積
して，エッチングガスとの入れ替えがスムーズに行われ
なくなり，その結果図１３に示したように，ホール８１
の形状が逆円錐台形となったり，エッチングレートが低
下して，高集積化に対応した微細加工ができないという
問題が生じていた。

【００６２】かかる問題に対処するために，例えば前記
プラズマ処理装置１における高周波電源５１，５２の出
力を制御して，例えば図１４のグラフに示したように，
１０ｍｓの周期毎に，出力の大小を繰り返すようにして
上部電極２１，サセプタ５に印加するようにしてもよ
い。図１４では，最大時の出力が１０００ｗ，最小時の
出力がその１／５の２００ｗとなるように制御してい
る。このように制御することにより，大きい電力時には
プラズマ密度を高くしてエッチングを進行させ，小さい
電力時にはプラズマ密度を低くして，図１５に示したホ
ール８２内に発生するエッチング反応生成物の排出を促
進させて，エッチングガスとの入れ替えを円滑にし，同
図に示したようにホール８２の入口と底部の径が同一の
ホールを形成させることができる。なお前記したパワー
の最大，最小，並びにその周期は，目的とするホールの
大きさ，材質，処理ガス等の種類に応じて，適宜選択す
ればよい。

【００６３】叙上のエッチング処理装置１は，プラズマ
を発生させる高周波電源を２つ使用して，上部電極２１
とサセプタ５に高周波を印加するように構成していた
が，切換によっていずれか一方の電極を常に接地し，他
の電極にのみ印加することが自在なように構成しておけ
ば，１つの装置構成によって２つの異なったモードのエ
ッチング処理を実施することが可能になる。

【００６４】また１つの高周波電源を用いてかかる切換
を行うことも可能である。図１６に示した例は，１つの
高周波電源９１を用いてそのような２つの異なったモー
ドのエッチング処理を実施可能なエッチング処理装置９
２を示しており，減圧自在な接地された処理容器９３内
には，上下に対向して，上部電極９４と下部電極９５が
設けられている。そしてこの処理容器９３の上部には，
第１真空リレー９６がシールドボックス９７内に納めら
れており，上部電極９４の前記高周波電源９１又は処理
容器９３との接続切換を担っている。

【００６５】またマッチングボックス９８内には，第２
真空リレー９９が納められており，下部電極９５の高周
波電源９１又は接地側への切換と，前記第１真空リレー
９６に通ずる高周波電源９１の経路のＯＮ−ＯＦＦの切
換を担っている。

【００６６】かかる構成を有するエッチング処理装置９
２によれば，図１６の状態ではＤＣバイアスの大きいＲ
ＩＥ（リアクティブイオンエッチング）モードとなって
おり，上部電極９４が接地され，下部電極９５に高周波
電源９１からの高周波電力が印加されて，電極間に存在
するウエハなどの被処理体に対して，高真空領域での微
細加工，及び垂直形状に制御性の高いエッチング処理を
実施することが可能である。

【００６７】そして前記第１真空リレー９６，第２真空
リレー９９を夫々切り替えて図１７のＤＣバイアスの小
さいＰＥ（プラズマエッチング）モードにすれば，下部
電極９５が接地され，上部電極９４に高周波電源９１か
らの高周波電力が印加されて，電極間に存在するウエハ
などの被処理体に対して損傷が少なく，寸法制御の高い
エッチング処理を実施することができる。従って，第１
真空リレー９６，第２真空リレー９９の切換だけで，同
一の被処理体に対して２つの異なったエッチング処理
を，同一処理室内で連続して実施することが可能であ
り，プロセスのアプリケーションの拡大が図れる。

【００６８】なお前記した実施の形態は，被処理体が半
導体ウエハの場合について説明したが，それに限らず本
発明は，例えばＬＣＤ基板を処理対象とする装置構成と
することも可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば，処理室内における前記
電極間空間から，プラズマが周囲に拡散することを防止
することができ，処理領域でのプラズマ密度が高くな
り，他方処理室内壁にコンタミネーションが発生するこ
ともない。第１，第２の電極間の空間周辺部に局所的な
磁場が形成され，これによってプラズマ中の荷電粒子を
トラップさせて，プラズマの拡散を防止することができ
る。しかも当該磁場を形成する第１，第２の磁場形成手
段には，磁性体を設けたので，磁場の形態をさらに好ま
しいものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の前提となるエッチング処
理装置の断面説明図である。

【図２】図１のエッチング処理装置に使用した接地電極
の一部破断斜視図である。

【図３】他の構造を有する接地電極を使用した処理容器
の断面説明図である。

【図４】透孔を有する接地電極の斜視図である。

【図５】対向型の接地電極を使用した処理容器の断面説
明図である。

【図６】内側に斜面部を有する対向型の接地電極を使用
した処理容器の断面説明図である。

【図７】プラズマ拡散防止手段として永久磁石を用いた
場合の上部電極，サセプタ近傍の要部拡大断面図であ
る。

【図８】図７における永久磁石の斜視図である。

【図９】図７の永久磁石の配置の様子を示す絶縁部材の
底面図である。

【図１０】図７の永久磁石の磁極配置の様子を示す説明
図である。

【図１１】図７の永久磁石に磁性体を取り付けた様子を
示す断面説明図である。

【図１２】永久磁石の他の磁極配置の様子を示す説明図
である。

【図１３】従来技術にかかるエッチングによって形成さ
れたコンタクトホールの断面説明図である。

【図１４】他の実施の形態において印加する高周波電力
の出力変調の様子を示すグラフである。

【図１５】本発明の実施の形態によって形成されたコン
タクトホールの断面説明図である。

【図１６】ＲＩＥモードにある本発明の他の実施の形態
の説明図である。

【図１７】ＰＥモードにある本発明の他の実施の形態の
説明図である。

【符号の説明】

１エッチング処理装置２処理容器５サセプタ１５フォーカスリング２１上部電極２７接地電極５１，５２高周波電源５５，５６位相検出手段５７位相コントローラ７２永久磁石７５磁性体Ｗウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平6−252963 (32)優先日平成６年９月20日(1994．9．20) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号特願平7−29940 (32)優先日平成７年１月25日(1995．1．25) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者田原一弘山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者土屋浩山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者友安昌幸山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者内藤幸男山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者永関一也山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者野中龍山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者広瀬圭三山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者深澤義男山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者輿石公山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者小林功山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に高周波電力によってプラズマ
を発生させ，処理室内のサセプタ上の被処理体に対して
処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置において，
前記サセプタの近傍周囲に当該サセプタと同心円状に配
置された環状の第１の磁場形成手段を設けると共に，前
記第１の磁場形成手段と空隙を介して第２の磁場形成手
段を対向配置し，前記磁場形成手段に磁性体を設けたこ
とを特徴とする，プラズマ処理装置。
【請求項２】前記第１の磁場形成手段及び第２の磁場
形成手段は，各々複数の磁石を環状に配置してなり，か
つ対向する各磁石の磁極が相互に異なったものであるこ
とを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記第１の磁場形成手段及び第２の磁場
形成手段は，各々複数の磁石を環状に配置してなり，対
向する各磁石の対向部側の磁極を相互に異なったものと
すると共に，隣合う各磁石の対向部側の磁極も相互に異
なったものとしたことを特徴とする，請求項１に記載の
プラズマ処理装置。