JP2002141340A

JP2002141340A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2002141340A
Application number: JP2001075244A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Omoto; 大本　　豊; Takeshi Yoshioka; 健吉岡; Saburo Kanai; 三郎金井; Hironori Kawahara; 博宣川原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】高速の半導体回路を高歩留まりで加工できるプ
ラズマ処理装置を提供する。【解決手段】排気装置と、原料ガス供給装置と、被加工
試料基板（ウエハ）の設置電極装置と、ウエハへの高周
波電力の印加装置を有する真空容器を有し、真空容器内
で原料ガスをプラズマ化し、ウエハ表面をプラズマ処理
するプラズマ処理装置において、ウエハを設置する電極
とウエハとの間に絶縁膜を設け、絶縁膜はその一部に導
電性材料を有し、導電性材料がインピーダンス調整回路
を介して電気的に接地あるいは電極に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路等の
ドライエッチング加工に用いられるプラズマエッチング
装置のようなプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路は高機能，高速化のため
ますます微細化，複雑化している。こうした半導体集積
回路を加工するプラズマ処理装置において、従来の技術
では、ウエハ外周部に電気電導性を有するリングを設置
し静電的ダメージを防止していた。例えば、特開平２−
６５１３１号公報が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、よ
り薄膜化するゲート酸化膜や１２インチ以上の大口径化
するウエハでの静電的なダメージを防止するには十分で
なく、また、大きく異なるプロセス条件に伴って変化す
る静電的なダメージを全て低減することは困難であっ
た。

【０００４】さらに、従来の半導体集積回路の加工に用
いられるプラズマ処理技術では、プロセスパラメータに
よってダメージがなく、かつ、形状加工性がよいという
両立条件を見つけ出し、ドライエッチング処理を行って
いた。

【０００５】上記従来技術では微細化，高アスペクト比
化するデバイス、並びに、大口径化する被処理ウエハに
対しては、形状加工性の良いプロセスウインドウが小さ
く、ダメージのないプロセスウインドウとをトレードオ
フなく両立させることは困難であった。

【０００６】Barnes et al U.S. Patent ５,５３５,５
０７明細書は、ワークピースと載置電極との間の静電引
力によりワークピースを支持する静電チャック装置を設
け、ワークピースのエッチング不均一を補償する技術を
開示している。しかし、ワークピースのチャージングダ
メージによる不良部分を防止することを企図も示唆もし
ていない。

【０００７】特開平８−３１６２１２号公報は、ウエハ
載置部の電極面を電気的に絶縁された複数の領域に分割
し、その各々の領域のインピーダンスを制御するよう
に、各々の領域にインピーダンス整合用素子を接続した
り、又はウエハ載置部の電極面に凹部を設け電極中央部
と外周部とで、ウエハと電極間のインピーダンスが異な
るように構成し、ウエハに入射するイオンのエネルギー
をウエハ面内で均一にして、プラズマ処理を均一にする
ことを開示している。しかし、本発明で意図するワーク
ピースのチャージングダメージ補償法には言及していな
い。

【０００８】また、特開平８−１８１１０７号公報は、
下部電極の周辺にセラミック等からなる周辺リングを設
置して、ウエハを周辺リング上に設置してウエハと下部
電極との間に空間を設けて静電容量を持たせ、プラズマ
中で発生する直流電圧を該空間とブロッキングコンデン
サとウエハに分散させて、ウエハへのチャージングダメ
ージの発生を防止することを開示している。しかし、本
発明で意図するワークピースのチャージングダメージ補
償法には言及していない。

【０００９】本発明の目的は、チャージアップによるダ
メージに敏感な高速デバイスを、大口径のウエハで高歩
留まりで加工することができる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である。

【００１０】本発明の他の目的は、高速の半導体回路を
高歩留まりで加工できるプラズマ処理装置とその処理方
法に用いるウエハのような被処理基板を載置する電極構
造体及び回路の組合わせを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の１つの態様においては、処理ウエハ裏面に
対向する電極表面全体に亘る絶縁材の一部を他の部分よ
り厚くし、その絶縁材内部に別途電極を設ける。その電
極にはバイパスされたバイアス電流を給電し、そのバイ
アス電流量を調整する。

【００１２】即ち、本発明の一態様は被処理基板にバイ
アス電力を印加可能に構成されたプラズマ処理装置であ
って、被処理基板内の複数の位置に対するバイアス電力
の給電インピーダンス差が可変できるよう構成したプラ
ズマ処理装置を提供する。

【００１３】本発明の他の態様は、被処理基板を設置す
る電極と被処理基板間に絶縁性の膜を設け、該絶縁性の
膜が２種以上の厚みを持ち、そのうちの一種以上の絶縁
膜中に導電性材料を有し、該導電性材料は電極と絶縁さ
れたバイアス電力の給電線が接続されているプラズマ処
理装置を提供する。

【００１４】本発明のさらに他の態様は、被処理基板を
設置する電極を有し、該電極と被処理基板間に絶縁性の
膜を設け、該絶縁性の膜が２種以上の材料からなり、そ
のうちの一種以上の絶縁膜中に導電性の材料を有し、該
導電性材料には電極と絶縁されたバイアス電力の給電線
が接続されているプラズマ処理装置を提供する。

【００１５】さらに本発明の別の態様は、前記バイアス
電力の給電線のインピーダンスを可変とした、あるい
は、前記バイアス電力の給電線に静電吸着用の電源回路
を接続した前記プラズマ処理装置を提供する。

【００１６】本発明の別の態様に従えば、排気手段と、
原料ガス供給手段と、ウエハのような被加工試料基板の
設置手段と、被加工試料基板への高周波電力の印加手段
を有する真空容器と、該真空容器内で原料ガスをプラズ
マ化し、被加工試料基板表面をプラズマ処理するプラズ
マ処理装置において、被加工試料基板を設置する電極と
被加工試料基板との間に絶縁膜を設け、該絶縁膜はその
一部に導電性材料を有し、該導電性材料が電気的に接地
されるように構成したプラズマ処理装置のバイアス回路
を含む電極構造体が提供される。

【００１７】本発明の別の態様では上記基板と上記電極
との間に設けた絶縁膜中の導電性材料は、インピーダン
ス可変回路を介して電気的に接地されている上記プラズ
マ処理装置の電極構造体が提供される。

【００１８】本発明の別の態様では、前記絶縁膜中の導
電性材料は、インピーダンス可変装置を介して被加工試
料基板を設置する電極と電気的に接続されている上記の
プラズマ処理装置が提供される。

【００１９】本発明の別の態様に従えば、上記インピー
ダンス可変装置の設定値を、ウエハ基板に発生する絶縁
破壊パターンに応じて調節することにより前記基板をプ
ラズマ処理するプラズマ処理方法が提供される。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
本発明の理解を容易にするため図を用いて従来の技術を
詳細に説明する。

【００２１】高速デバイスは、ゲート酸化膜が非常に薄
いため、それに伴なって図１に示すようにゲート耐電圧
が低くなっており、荷電粒子を用いてプラズマ処理を行
うドライエッチング等では、荷電粒子の精密なバランス
をとりながら処理を進めて行かないと、ゲート酸化膜間
に生じた電位差で静電的なダメージが発生する。

【００２２】これはウエハ母材（シリコン）の電位が、
ウエハ上のプラズマから流入する電荷量の平均値に支配
されるのに対し、ゲート酸化膜上の電位は、その直上の
局部のプラズマからの電荷の流入量に支配されるため、
ウエハ全面にわたっての電荷の流入量の僅かな差が、ゲ
ート酸化膜上とゲート酸化膜下(つまり母材シリコン)の
電位差となって現れるからである。この現象はチャージ
アップによるダメージと呼ばれている。

【００２３】これに対し、従来は、ウエハ外周部に導電
性のリングを用いてチャージアップによるダメージを防
止する方法がとられていた。

【００２４】しかし、この方法は外周部のプラズマ密度
を局所的に変える方法であるため、今日の１２インチ以
上の大口径ウエハを処理するには制御範囲が狭く、特
に、ますます薄膜化するゲート酸化膜に対しては、ダメ
ージを十分に抑制できない。

【００２５】本発明者らは、ゲート酸化膜の薄膜化およ
び処理ウエハの大口径化にも対応可能で、制御範囲が大
きく、かつ、制御性能の高い方法を見出し、本発明に到
達した。以下実施例に基づき本発明を説明する。

【００２６】〔実施例１〕図２は、本実施例のマイクロ
波ドライエッチング装置（プラズマ処理装置）の模式断
面図である。

【００２７】気密に設けられ真空処理室１内に、マイク
ロ波を導入する石英窓２と、該石英窓２に対向して半導
体集積回路を有するウエハ９を設置するウエハ設置電極
３が配置され、そしてウエハ設置電極３にバイアス電圧
を生じさせるための高周波電源４と直流電源５が設けら
れ、石英窓２にマイクロ波を導くための導波管６が連結
され、真空処理室１内に磁場を形成するソレノイドコイ
ル７が設けられている。

【００２８】ガス導入口８は、エッチングレシピに基づ
き、混合ガスを真空処理室１に導入するものである。

【００２９】図２に示すエッチング装置において、従来
の電極を用いた場合は、ウエハ外周部はアース電極に近
く、一方、ウエハ中心部はアース電極から遠いためウエ
ハ外周部の方がバイアス電流が流れ易い構造となってい
る。即ち、インピーダンスが低い。

【００３０】このためウエハ外周部ではバイアスによる
荷電粒子の引き込み量が多く、特に、電子電流が多く引
き込まれるためにウエハ母材の電位は負方向にシフト
し、ウエハ中央部のゲート酸化膜に正の電位差を生じ
て、ダメージ発生の原因となっていた。また、この電位
差はプラズマの状態および磁場条件によっても大きく異
なる。

【００３１】このダメージを抑制するためには、上記バ
イアス電流の流れ易さの不均一を相殺させる必要があ
り、その上、さまざまなプロセス条件に対応させるため
には、その相殺量を調整できる手段が必要である。

【００３２】そこで本発明においては、図３に示す構造
のウエハ設置電極を前記図２の装置に組み込んで実験を
行った。

【００３３】図３に示すウエハ設置電極は、母材がアル
ミニウムで、その表面にアルミナ膜が溶射によりコーテ
ィングされている。このアルミナ膜のコーティング厚さ
は、電極径の２／３から最外周までのリング状部分が、
内周部に比べて約３倍の厚さになっている。

【００３４】またこのリング状部分の表面から約１／３
の深さ位置にタングステン材料で構成した電極１１が埋
め込んであり、ウエハ設置電極の母材と絶縁された給電
線１２が接続されている。

【００３５】この給電線１２は、可変容量コンデンサ１
３とそれに並列に接続されたフィルタコイル１４とを介
して、電極母材と共にバイアス高周波電源１７によるバ
イアス電源回路に接続されている。

【００３６】可変容量コンデンサ１３は、短絡または開
放にすることができ、かつ、無限大から０までの範囲で
容量を変化させることができる。なお、可変容量コンデ
ンサ１３と並列に接続されたフィルタコイル１４は、直
流電流を通せるようにするためのもので、ウエハを静電
吸着させて処理する場合にも、電極の外周側アルミナ表
面に対し、タングステンの電極１１を介し直流電源１５
から直流電荷を供給することにより、従来の電極と同様
にウエハを静電吸着させることができる。なお、符号１
６は直流パスフィルタである。

【００３７】従来電極の場合、ウエハ面内の各位置に対
してバイアス電流は均一に供給されている。そのため上
記のウエハ面内の各位置からアースまでのインピーダン
スの差で、チャージアップしダメージが発生していた。

【００３８】これに対し、本発明の電極を用いた場合
は、ウエハの外周部に対するバイアス電源から見たイン
ピーダンスを、ウエハ中心部のそれに比べてある範囲で
大きく設定することができる。このことによりバイアス
電流の一部が、ウエハ中心部からウエハのバルク抵抗中
を通ってウエハ外周部へ供給されることになり、分岐電
流量を可変容量コンデンサ１３の値を調整することによ
って、ウエハからアースまでのインピーダンスと相殺さ
せることができる。

【００３９】ダメージをテストするウエハを、高速エッ
チングができるプロセス条件のプラズマに曝すテストを
行った。この時、従来電極では図４に示すようにテスト
ウエハ中心部にチャージアップによるダメージが発生し
た。

【００４０】これを本発明による電極を用い、可変容量
コンデンサ１３の値を５００ｐＦとし、同様にテストウ
エハによる実験を行うと、図５に示すようにダメージ発
生率を０％に低減することができた。

【００４１】しかしながら、可変コンデンサの容量を５
００ｐＦとし、低速エッチング条件でダメージテストウ
エハで実験を行うと、図６に示すように、再び中心部に
ダメージが発生するようになった。

【００４２】これはウエハからプラズマを介してアース
までのインピーダンス差に比較して、バイアス電源から
ウエハまでのインピーダンス差が、大きくなりすぎたこ
とによるものである。この場合は、可変容量コンデンサ
１３の容量を２０００ｐＦとすると、インピーダンス差
が相殺され、ダメージ発生率を０％にすることができ
た。

【００４３】本実施例においては、外周部のアルミナ膜
の厚さを変えたが、外周部の絶縁膜をアルミナよりも誘
電率の低い樹脂等の材料に変えた場合でも、上記と同様
の効果が得られた。

【００４４】また、本実施例では電極外周部に設けた電
極１１によってインピーダンスの調整を行ったが、ウエ
ハ設置電極でインピーダンス調整を行うようにしても良
い。この場合は、電極１１の上部の絶縁膜厚さを電極中
央部の絶縁膜の厚さより厚くし、さらに電極１１の下部
の絶縁膜厚さを上部の絶縁膜厚さより厚くして、電極１
１を高周波電源１７に接続し、ウエハ設置電極に可変容
量コンデンサ１３とフィルタコイル１４とから成るイン
ピーダンス調整器を介して高周波電源１７に接続して構
成する。このように構成された回路では、ウエハ周囲に
対応する電極１１部のインピーダンスを予め大きくして
おき、ウエハ中央部に対応するインピーダンスを調整し
て、ウエハ面内のインピーダンスを適切に調整すること
ができる。

【００４５】〔実施例２〕図７に示す３つの電極を持つ
プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）について
説明する。ここで２１は上部電極でプラズマ発生用の電
源２２に接続されており、高周波電力を印加することに
よって上部電極２１と下部電極２３の間にプラズマを発
生する。発生したプラズマはチャンバ側壁に設けられた
アース２５によって中心電位をアース電位に保ってい
る。

【００４６】下部電極２３に接続されたバイアス電源２
４はウエハ２６に対して高周波電圧を発生させプラズマ
中のイオンを加速し、ウエハ２６に対して処理を行って
いる。

【００４７】加工形状が、ウエハ面内で均一になるよう
プロセス条件出しを行ったところ、プラズマの密度分布
は必ずしも均一ではなく、ウエハ中心部上の空間で、他
より密度の低い分布となっていた。この時、ゲート酸化
膜の特性を測定したところ、図８に示すようにダメージ
による不良が発生していた。

【００４８】そこで実施例１と同様に、図３の構造の電
極を用い可変容量コンデンサ１３の容量を調整して、同
じプロセス条件下でエッチングを行ったところ、不良率
を０％に抑制することができた。

【００４９】〔実施例３〕次に、図９は、高密度プラズ
マエッチング装置、すなわち、プラズマ処理装置を用い
てウエハのエッチングを行った例を示す。

【００５０】３１は導入窓でその上にはコイル３３が設
置してあり、コイル３３に高周波電源３２から電力を供
給することにより、導入窓３１とウエハ設置電極３４の
間にプラズマを発生させる。

【００５１】ウエハ設置電極３４に接続されたウエハ３
７にバイアス電源３５によって電圧を印加することによ
り、実施例２と同様、プラズマからイオンを加速してウ
エハ３７に照射することによりエッチング加工を行う。
なお、アース３６はプラズマ電位を固定しバイアスを印
加できるようにしたものである。

【００５２】ここで従来の電極を用いてこのエッチング
装置で所望の加工形状が得られるようにプロセス条件を
調整し、エッチングを行った後で、ゲート酸化膜の特性
を測定したところ、図１０に示すように不良の発生が見
られた。

【００５３】これはウエハの各点からアースまでの距離
が異なることによって生ずるインピーダンス差が影響し
たと考えられる。そこで実施例２と同様に図３の構造の
電極を用い可変コンデンサの容量を調整して、同じプロ
セス条件下でエッチングを行ったところ、不良率を０％
に抑制することができた。

【００５４】〔実施例４〕図１１は、バイアスＣＶＤ装
置としてのプラズマ処理装置の模式断面図である。本実
施例はこれを用いて行った。

【００５５】バイアスＣＶＤ装置は、石英チャンバ４２
上に設置されたコイル４１に高周波電源４３から電力を
供給し、成膜ガス雰囲気下でプラズマを発生させ、ウエ
ハ４７が設置された電極４５にバイアス電源４６から電
圧を供給することにより、プラズマ中のイオンを加速し
て膜の被覆性を高めながらウエハ４７上に形成された配
線上に絶縁膜を付けて行くものである。アース４４でプ
ラズマ電位を固定し、バイアスを印加できるようにした
ものである。

【００５６】成膜開始時には、配線が直接プラズマに曝
されているため、この配線に接続されているゲート酸化
膜は、チャージアップダメージを受ける可能性を持つ。

【００５７】従来の電極を用いて均質、かつ、被覆性よ
く成膜が行えるようにプロセス条件を調整して成膜を行
った後、ゲート酸化膜の電気特性を測定したところ、図
１２に示すようにウエハ内で不良が発生した。

【００５８】そこで実施例３と同様に、図３の構造の電
極を用い可変コンデンサの容量を調整して、同じプロセ
ス条件下でエッチングを行ったところ、不良率を０％に
抑制することができた。

【００５９】本発明者の検討によると、チャージングダ
メージは、特にウエハバイアスを印加した場合、ウエハ
面内位置からアースまでのインピーダンス差で、印加バ
イアス電圧に僅かな差を生じ、荷電粒子の引き込み量が
異なることによって起こることが多い。

【００６０】これに対して、従来はプロセス条件として
静電的なダメージが発生しない条件を探し出し行ってい
たが、最近のウエハの大口径化，ゲート酸化膜の薄膜化
により、インピーダンス差をさらに小さくする必要が生
じ、その上、微細加工性能に対する要求からプロセスウ
インドウが益々狭くなり、例えば、レートなどの性能と
のトレードオフなしには成立しなくなってきた。

【００６１】このためインピーダンス差を電極で補償
し、かつ、その補償量を可変することで膜種や加工形状
に応じた最適なプロセス条件を変更することなく、チャ
ージングダメージを抑制することを検討した。

【００６２】図１６は、従来の装置に用いられていた静
電吸着機能を有する電極膜の模式断面図と高周波バイア
ス，静電吸着用直流電源の接続方法を示したものであ
る。

【００６３】図１６において、８１は絶縁膜、８２は電
極母材、８３はバイアス高周波電源、８４は直流パスフ
ィルタ、８５は直流電源を表す。

【００６４】従来の電極では、ウエハへのバイアス高周
波電源のインピーダンスが面内で均一であるため、プラ
ズマ中で発生したウエハ面内のインピーダンス差が、そ
のまま全体としてのインピーダンス差となって、チャー
ジングダメージが発生していた。

【００６５】これに対抗する解決法を実施例５〜７によ
って示す。

【００６６】〔実施例５〕図１３は本実施例の電極の模
式断面図と電気接続の一例を示す。

【００６７】電極は、電極母材５４上に第１層絶縁膜
（アルミナ）５１を３００μｍ形成し、次に電極の中心
部および外周部２ケ所に分けてタングステンから成る中
間電極５２を３０μｍ形成した後、さらに３００μｍの
第２層絶縁膜（アルミナ）５３を形成している。

【００６８】中心部および外周部の中間電極５２に対し
ては、それぞれバイアス高周波電源５７および静電吸着
用の直流電源５９が直流パスフィルタ５８を介して接続
され、さらに外周の中間電極５２には給電線５５を介し
て接地された補償量調整回路５６が接続されている。補
償量調整回路５６は基本的にコンデンサと可変コイルを
用いた並列共振回路で構成することができる。

【００６９】外周部の中間電極５２を接地することによ
って、バイアス高周波電流の一部は中間電極５２に流れ
ずアースに流れるため、ウエハに流れるバイアス電流が
減る。

【００７０】これは、実効的にはウエハ外周部に対する
インピーダンスを、中心に比べて高くしたことに相当
し、プラズマ中に発生したインピーダンス差を補償でき
る（インピーダンス可変装置に相当）。

【００７１】高アスペクトの酸化膜穴加工において、加
工形状が最適化されたプロセス条件で通常電極を用いた
場合は、ウエハ上の全チップのうち２３％に耐電圧不良
が見られたのに対し、本第１の実施形態の電極を適用
し、外周部中間電極に接続された補償量調整回路の値を
調整することにより、プロセス条件、並びに、加工結果
になんら影響を与えることなく、耐電圧不良を０％に抑
制することができた。

【００７２】次に、通常電極では１５％の耐電圧不良が
発生したＳＡＣ（Ｓelf ＡlignedＣontact）穴加工プロ
セスに対しては、調整回路を高アスペクト穴加工の場合
に対して、アースに流れる電流を減らす定数値に設定す
ることにより、耐電圧不良を０％にすることができた。

【００７３】なお、ウエハの静電吸着に必要な直流電流
は、高周波フィルタ回路を通して中心部および外周部の
中間電極を通じて、均等にウエハに供給されるので、従
来の電極と同様の吸着性能を得ることができる。

【００７４】また、ウエハに入ってきた熱は、表面の第
１層絶縁膜５１，中間電極５２，下層の第２層絶縁膜５
３を通って電極に流れて行くが、熱抵抗に対して支配的
な絶縁膜は、その厚さがウエハ面方向で均一であるので
熱抵抗も均一で、従って、ウエハ面内の温度も均一であ
る。

【００７５】〔実施例６〕図４は本実施例の電極の模式
断面図および電気接続を示す。

【００７６】電極は前記実施例５と同様で、電極母材６
４上に第１層絶縁膜（アルミナ）６１を３００μｍ形成
し、次に、電極の中心部および外周部２ケ所に分けてタ
ングステンの中間電極６２を３０μｍ形成後、さらに３
００μｍの絶縁膜（アルミナ）を形成している。

【００７７】中心部の中間電極６２に対しては、バイア
ス高周波電源６７および静電吸着用の直流電源６９が接
続され、外周の中間電極には補償量調整回路６６を経て
バイアス高周波電源６７および静電吸着用の直流電源６
９が接続されている。同図において６３は第２層絶縁
膜、６４は電極母材、６５は給電線、６８は直流パスフ
ィルタを表す。

【００７８】この補償量調整回路６６は、中間電極６２
に対してインダクタンス（コイル）成分を与え、外周部
中間電極の第１層絶縁膜６１によるキャパシタンス（コ
ンデンサ）成分と並列共振回路を構成し、外周部中間電
極に供給される高周波バイアス電流の一部を閉じ込める
ことによりウエハへの電流を減らし、実効的にインピー
ダンスを高くする。これにより実施例５と同様にプラズ
マ中に発生したインピーダンス差を補償できる。

【００７９】実施例５と同じ高アスペクトの酸化膜穴加
工およびＳＡＣ穴加工条件にて、実施例６の電極を適用
し、外周部中間電極に接続された調整回路の値をそれぞ
れに対して調整することにより、プロセス条件、並び
に、加工結果その他になんら影響を与えることなく、耐
電圧不良を０％に抑制できた。

【００８０】また、本電極の膜構造においても実施例５
の電極同様、静電吸着性能およびウエハ温度の面内均一
性は、通常電極に対しても同様である。

【００８１】〔実施例７〕次に、図１５は本実施例７の
電極の模式断面図および電気接続を示す。

【００８２】電極は実施例５及び実施例６とは同様な構
造であるが、中間電極７２は中心部のみに形成し、その
中間電極７２に対し、補償量調整回路７６を経てバイア
ス高周波電源７７および静電吸着用の直流電源７９が接
続されている。補償量調整回路７６は基本的に可変容量
コンデンサを用いることにより構成することができる。
図１５において、７１は第１層絶縁膜、７３は第２層絶
縁膜、７４は電極母材、７５は給電線、７６は補償量調
整回路、７８は直流パスフィルタを表す。

【００８３】この中心部の中間電極７２は、第１層を通
過してきた高周波バイアス電流に加えて、バイパスして
きた電流を加算する働きをする。これにより中間電極が
無く、電流が加算されない外周部に対して、中心部のイ
ンピーダンスを実効的に低くすることができる。これに
よって実施例５と実施例６と同様にプラズマ中に発生し
たインピーダンス差を補償できる。

【００８４】実施例５と同様の高アスペクトの酸化膜穴
加工およびＳＡＣ穴加工条件にて、本実施例７の電極を
適用し、外周部中間電極に接続された調整回路の値をそ
れぞれに対して調整することにより、プロセス条件、並
びに、加工結果その他になんら影響を与えることなく、
耐電圧不良を０％に抑制できた。

【００８５】また本電極の膜構造においても実施例５の
電極同様、静電吸着性能およびウエハ温度の面内均一性
は通常電極に対して同様である。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、チャージアップによる
ダメージに敏感な高速デバイスを、大口径のウエハで高
歩留まりで加工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゲート酸化膜厚さとゲート耐電圧との関係を示
すグラフである。

【図２】マイクロ波ドライエッチング装置の模式断面図
である。

【図３】実施例１のウエハ設置電極の模式断面図であ
る。

【図４】プラズマに曝す従来のテストウエハ中心部のダ
メージ発生状況の模式図である。

【図５】プラズマに曝す本発明適用のテストウエハ中心
部のダメージ発生状況の模式図である。

【図６】低速エッチング条件でのテストウエハ中心部の
ダメージ発生状況の模式図である。

【図７】実施例２のプラズマエッチング装置の模式断面
図である。

【図８】実施例２におけるテストウエハ中心部のダメー
ジ発生状況の模式図である。

【図９】実施例３の高密度プラズマエッチング装置の模
式断面図である。

【図１０】実施例３におけるテストウエハ中心部のダメ
ージ発生状況の模式図である。

【図１１】実施例４のバイアスＣＶＤ装置の模式断面図
である。

【図１２】実施例４におけるテストウエハ中心部のダメ
ージ発生状況の模式図である。

【図１３】本発明の実施例５によるウエハを設置する電
極膜の模式断面図と電気回路の説明図である。

【図１４】本発明の実施例６によるウエハを設置する電
極膜の模式断面図と電気回路の説明図である。

【図１５】本発明の実施例７によるウエハを設置する電
極膜の模式断面図と電気回路の説明図である。

【図１６】従来のウエハを設置する電極膜の模式断面図
と電気回路の説明図である。

【符号の説明】

１…真空処理室、２…石英窓、３，３４…ウエハ設置電
極、４，３２，４３…高周波電源、５，１５，５９，６
９，７９，８５…直流電源、６…導波管、７…ソレノイ
ドコイル、８…ガス導入口、１１，４５…電極、１２，
５５，６５，７５…給電線、１３…可変容量コンデン
サ、１４…フィルタコイル、２１…上部電極、２２…電
源、２３…下部電極、２４，３５，４６…バイアス電
源、２５，３６，４４…アース、２６，３７，４７…ウ
エハ、３１…導入窓、３３，４１…コイル、４２…石英
チャンバ、５１，６１，７１…第１層絶縁膜、５２，６
２，７２…中間電極、５３，６３，７３…第２層絶縁
膜、５４，６４，７４，８２…電極母材、５６，６６，
７６…補償量調整回路、５７，６７，７７，８３…バイ
アス高周波電源、５８，６８，７８，８４…直流パスフ
ィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金井三郎山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者川原博宣山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸事業所内Ｆターム(参考） 5F004 AA06 BA14 BA20 BB11 BD04 CA03 CA06 DB03 EB01 5F045 AA08 AB32 BB16 CB05 EH04 EH11 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板にバイアス電力を印加可能に構
成したプラズマ処理装置において、前記被処理基板内の
複数の位置に対するバイアス電力の給電インピーダンス
差を可変可能としたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２】被処理基板を設置する電極と被処理基板間
に絶縁性の膜を設け、該絶縁性の膜が２種以上の厚みを
持ち、そのうちの一種以上の絶縁膜中に導電性材料を有
し、該導電性材料は電極と絶縁されたバイアス電力の給
電線が接続されていることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項３】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
て、バイアス電力の供給線のインピーダンスを可変する
回路手段を含むプラズマ処理装置。
【請求項４】被処理基板を設置する電極を有し、該電極
と被処理基板間に絶縁性の膜を設け、該絶縁性の膜が２
種以上の材料からなり、そのうちの一種以上の絶縁膜中
に導電性の材料を有し、該導電性材料には電極と絶縁さ
れたバイアス電力の給電線が接続されていることを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項５】請求項４記載のプラズマ処理装置におい
て、バイアス電力の給電線のインピーダンスを可変にす
る回路手段を含むプラズマ処理装置。
【請求項６】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
て、前記バイアス電力の給電線に接続された静電吸着用
の電源回路を含むプラズマ処理装置。
【請求項７】排気手段と、原料ガス供給手段と、被加工
試料基板の設置手段と、被加工試料基板への高周波電力
の印加手段を有する真空容器と、該真空容器内で原料ガ
スをプラズマ化し、被加工試料基板表面をプラズマ処理
するプラズマ処理装置において、被加工試料基板を設置する電極と被加工試料基板との間
に設けられた絶縁膜（５１，５３）と、該絶縁膜の一部
に設けられた導電性材料（５２）と、該導電性材料を電
気的に調整可能に接地する回路手段を具備したことを特
徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】請求項７記載のプラズマ処理装置におい
て、前記調整可能な設置回路手段は、インピーダンス可
変装置を含むプラズマ処理装置。
【請求項９】請求項８記載のプラズマ処理装置におい
て、前記絶縁膜中の導電性材料は、インピーダンス可変
装置を介して被加工試料基板を設置する電極と電気的に
接続されているプラズマ処理装置。
【請求項１０】排気手段と、原料ガス供給手段と、被加
工試料基板設置手段と、被加工試料基板への高周波電力
印加手段を有する真空容器と、該真空容器内で原料ガス
をプラズマ化し、被加工試料基板表面の処理を行うプラ
ズマ処理方法において、前記被加工試料基板を設置する電極と前記被加工試料基
板との間に絶縁膜を設け、該絶縁膜はその一部に導電性
材料を設け、該導電性材料をインピーダンス可変装置を介して電気的
に接地し、該インピーダンス可変装置の設定値を、前記被加工試料
基板に発生する絶縁破壊パターンに応じて調節すること
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】処理室と、該処理室に高周波を印加する
手段と、処理用ガス供給手段と、前記処理室内に置かれ
被処理基板を載置する電極とを有するプラズマ処理装置
に用いられる前記電極を含む電極サブシステムにおい
て、前記電極と前記被処理基板間に設けた絶縁層と、該絶縁層の予め選択された部分に設けた導電性材料と、該導電性材料を接地するためのインピーダンス可変回路
と、前記電極と前記導電性材料にバイアス電力と静電吸着電
力を供給するための各端子とを有することを特徴とする
電極サブシステム。
【請求項１２】ウエハにプラズマ中のイオンを引き込み
ながら処理を行うプラズマ処理装置において、前記ウエ
ハが配置される試料台のウエハ配置面を電気的に分離
し、該分離された面に接続し前記分離された面へのバイ
アス電力の供給による前記ウエハ面上の各点で前記ウエ
ハおよび前記プラズマを経てアースに流れる回路のイン
ピーダンスを等しく調整可能な調節手段を設けたことを
特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】接地された真空容器に対し電気的に絶縁
された試料台電極を設け、前記試料台電極を、母体とな
る第１電極と、前記第１電極上に設けられ電極中央部に
比べ電極外周部で膜厚を厚くした絶縁膜と、前記絶縁膜
の外周部の中に設けられ前記絶縁膜の中央部の膜厚と同
じ厚さの位置に配置された第２電極とで構成し、前記第
１電極に高周波電源を接続し、インピーダンス調整器を
介して前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続し
たことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】請求項１３記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記絶縁膜は前記第２電極と前記第１電極との間
に設けられる第１絶縁膜と試料配置面側の第２絶縁膜と
からなるプラズマ処理装置。
【請求項１５】ウエハにプラズマ中のイオンを引き込み
ながら処理を行うプラズマ処理方法において、前記プラ
ズマ処理時に前記ウエハが配置される試料台のウエハ配
置面内の複数の位置で、前記ウエハに印加されるバイア
ス電圧によるウエハ面内のプラズマを介したバイアス電
圧の差を前記ウエハに形成されるトランジスタの耐圧以
下に低減するように各位置のインピーダンスを変え、前
記試料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処
理方法。
【請求項１６】基板のプラズマ処理方法において、（ウ
エハ面内の各点のＶｄｃ）−（ウエハ面内のＶｄｃ平均
値）の値がマイナスとなり、該マイナス値の大きい箇所
のインピーダンスを大きくすることを特徴とするプラズ
マ処理方法。