JP2002222801A

JP2002222801A - プラズマ処理装置および方法

Info

Publication number: JP2002222801A
Application number: JP2001286051A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kadoya; 誠浩角屋; Hisateru Yasui; 尚輝安井; Hitoshi Tamura; 仁田村; Seiichi Watanabe; 成一渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2002-08-09
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP3563054B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク又は／及び下地材料との選択比を充分に
確保し高精度な表面処理を行う。【解決手段】プラズマの生成と被処理材へのバイアス電
圧制御とがそれぞれ独立に行われ、かつ、バイアス電圧
としての高周波電圧波形が任意の電圧で平坦化され、そ
れが被処理材１１６を載置する基板電極１１５に印加さ
れ被処理材に入射するイオンエネルギー分布を所望の分
布に制御する。

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方法及
び装置に係り、特にプラズマを用いて半導体素子等の試
料の表面処理を行うのに好適なプラズマ処理方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いてエッチング処理を行う
場合、処理ガスを電離し活性化することで処理の高速化
を図り、また被処理材に高周波バイアス電力を供給しプ
ラズマ中のイオンを被処理材に垂直に入射させること
で、異方性形状などの高精度エッチング処理を実現して
いる。

【０００３】このような処理を行うプラズマ処理装置と
しては、例えば、特開平９−321031号公報（ＵＳＰ
５，８９１，２５２）に記載のように、真空容器外側の
外周部に空心コイルを設け、真空容器内に設けた試料台
に対向させて円形導体板を設け、円形導体板にＵＨＦ帯
電源と第１の高周波電源を接続し、試料台に第２の高周
波電源を接続し、円形導体板にＵＨＦ帯の周波数の電界
とそのＵＨＦ帯の周波数とは異なる周波数の電界を重畳
して供給し、ＵＨＦ帯電源による電磁波と空心コイルに
よる磁場との相互作用による電子サイクロトロン共鳴現
象を用いてプラズマを形成し、重畳した第１の高周波電
源による高周波電圧によって円形導体板にかかるバイア
スを大きくして、円形導体板とプラズマとを反応させ、
エッチングに寄与する活性種をより多く生成できるよう
にし、試料台に接続した第２の高周波電源によりプラズ
マ中のイオンの試料への入射エネルギーを制御するもの
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の装置
では、被処理材に入射するイオンエネルギーは、被処理
材に供給するバイアス電力によって発生するセルフバイ
アス電位により決定されるが、ウエハサイズの大口径化
に伴って基板電極に対するアース面積の比率が減少する
ので、プラズマ中から基板電極への充分な電子の供給が
行われなくなる。このため、Ｖｄｃ／Ｖｐｐの比率が小
さくなるとともに、プラズマ電位が上昇する。これによ
り、ＲＦバイアスの印加効率が低下したり、アース電極
および側壁部材がプラズマ中のイオンによりスパッタさ
れて金属汚染を発生させたり、処理室下部の空間へプラ
ズマが拡散して異物を増加させたりするという問題があ
る。

【０００５】また、試料台、すなわち、基板電極には正
弦波の高周波電界が印加されており、周波数が固定され
た高周波バイアスでは、イオンエネルギー分布が固定さ
れてしまい、半導体素子の微細化に伴いＳＡＣ（Self A
ligned Contact）に代表されるような被処理材の場合、
エッチング速度を保ったまま処理しようとするとマスク
及び下地材料との選択比が小さくなり、高精度な加工を
行うのが難しかった。

【０００６】本発明の第一の目的は、マスク又は／及び
下地材料との選択比を充分に確保し高精度な表面処理を
行うことのできるプラズマ処理方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００７】本発明の第二の目的は、プラズマ電位の上
昇を抑制し、金属汚染や異物の増加を抑制することので
きるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマ生
成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記試料
をプラズマ処理する方法において、前記試料に印加する
バイアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電
圧波形を任意の電圧で平坦化することにより、達成され
る。

【０００９】さらに、前記基板電極に印加する高周波電
圧の負電圧側の電圧波形を平坦化する。

【００１０】また、前記基板電極に印加する高周波電圧
の正電圧側の電圧波形を平坦化する。

【００１１】また、前記基板電極に印加する高周波電圧
の正負両電圧側の電圧波形を平坦化する。

【００１２】また、前記基板電極に対向する電極を設
け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、該
高周波電圧の位相を制御する。

【００１３】また、上記目的を達成するため、本発明の
１つの態様に従えばプラズマ処理装置は、真空排気装置
が接続され内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へガ
スを供給するガス供給装置と、前記処理室内に設けられ
被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極へ整合器
を介して接続された高周波電源と、前記処理室にプラズ
マを発生させるプラズマ発生手段と、前記整合器内また
は前記基板電極と前記整合器との間に設けられた電圧波
形を平坦化する電圧波形制御回路を含む。

【００１４】さらに、前記電圧波形制御回路は前記基板
電極に印加する高周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧
で平坦化する回路である。

【００１５】また、前記電圧波形制御回路は前記基板電
極に印加する高周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で
平坦化する回路である。

【００１６】また、前記電圧波形制御回路は前記基板電
極に印加する高周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電
圧で平坦化する回路である。

【００１７】また、前記電圧波形制御回路は半導体素子
と直流電源から成る。

【００１８】また、前記基板電極と対向する電極を設
け、該電極に高周波電源を接続した。

【００１９】さらに、前記２つの電極に印加される高周
波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相差を制
御する位相制御器を設けた。

【００２０】また、本発明の他の態様に従えば、プラズ
マ生成と試料へのバイアス電圧印加を独立制御し、前記
試料をプラズマ処理する方法は、前記試料に印加するバ
イアス電圧を高周波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧
波形を正電圧側および負電圧側で任意の電圧に平坦化す
るステップを含む。

【００２１】さらに、上記方法は、前記基板電極に対向
する電極を設け、前記両電極に同一周波数の高周波電圧
を印加し、該高周波電圧の位相を制御する。

【００２２】さらに、前記高周波電圧の位相は、位相差
を１８０°±３０°の範囲内にする。

【００２３】本発明の他の態様に従えば、プラズマ処理
装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理
室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前
記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極
と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源
と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生手
段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器と
の間に設けられ高周波電圧波形を正電圧側および負電圧
側の任意の電圧に平坦化する電圧波形制御回路を含む。

【００２４】上記装置において、前記電圧波形制御回路
はダイオードと直流電源から成る。

【００２５】また、前記基板電極と対向する電極を設
け、該電極に高周波電源を接続した。

【００２６】さらに、前記２つの電極に印加される高周
波電圧の周波数を同一とし、該高周波電圧の位相を制御
する位相制御器を設けた。

【００２７】さらに、前記位相制御器は位相差を１８０
°±３０°の範囲内で制御可能である。

【００２８】また、本発明の別の態様に従うプラズマが
生成される処理室内で試料をプラズマ処理する方法は、
前記試料が配置される試料台に高周波電圧を印加し、前
記高周波電圧の電圧波形を任意の電圧で平坦化するステ
ップを含む。

【００２９】上記方法において、前記基板電極に印加す
る高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形
を平坦化する。

【００３０】本発明の別の態様に従うプラズマ処理装置
は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室
と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、前記
処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板電極と、
該基板電極へ整合器を介して接続された高周波電源と、
前記整合器内または前記基板電極と前記整合器との間に
設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回路を含
む。

【００３１】上記装置において、前記電圧波形制御回路
は前記基板電極に印加される高周波電圧の正負両電圧の
少なくとも一方の電圧波形を平坦化可能である。

【００３２】上述のように、基板電極に印加する高周波
電圧波形を制御することにより、試料へ入射されるイオ
ンエネルギーの分布を制御でき、主として被エッチング
材のエッチングに寄与するイオンエネルギーであって、
マスクや下地材に対してのエッチングには寄与しないイ
オンエネルギーの分布にすることができるので、速度を
大きく変えることなく、マスク及び下地材料との選択比
を充分に確保し高精度な表面処理を行うことができる。

【００３３】また、基板電極に印加する高周波電圧の負
側の電圧を平坦化することにより、高低に広がったイオ
ンエネルギー分布の幅を狭めることができ、処理に有用
なイオンエネルギーの量を多く分布させることができ、
プラズマ処理の効率を向上させることができる。

【００３４】また、負電圧側の電圧の平坦化に合わせ、
正電圧側の電圧を平坦化することにより、安定したプラ
ズマ電位を得ることができ、プラズマ処理の安定化を図
ることができるとともに、プラズマ特性の面内分布に起
因するプラズマシース特性の面内分布の影響が低減され
るためチャージングダメージを抑制することができ、低
ダメージで高精度なエッチング処理をすることができ
る。

【００３５】さらに、基板電極と対向して電極を設け、
両電極に同一周波数の高周波電圧を印加し、高周波電圧
の位相差を１８０°±３０°の範囲内にすることによ
り、高周波電圧の正電圧側の電位上昇を抑制することが
できるので、安定したプラズマ電位を得ることができ、
プラズマ処理の安定化を図ることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図５を用いて説明する。図１は、本発明を適用するプ
ラズマ処理装置の一例であるエッチング装置の縦断面図
である。真空容器１０１の上部開口部には、円筒状の処
理容器１０２，導電体でなる平板状のアンテナ電極１０
３，電磁波を透過可能な誘電体窓１０４を気密に設け、
内部に処理室を形成している。処理容器１０２の外周部
には処理室を囲んで磁場発生用コイル１０５が設けてあ
る。アンテナ電極１０３はエッチングガスを流すための
多孔構造となっており、ガス供給装置１０７が接続され
ている。また、真空容器１０１の下部には真空排気口１
０６を介して真空排気装置（図示省略）が接続されてい
る。

【００３７】アンテナ電極１０３上部には同軸線路１０
８が設けられ、同軸線路１０８，フィルター１０９，整
合器１１０を介してプラズマ生成用の高周波電源１１１
（例えば、周波数４５０ＭＨｚ）が接続されている。ま
た、アンテナ電極１０３には同軸線路１０８，フィルタ
ー１１２，整合器１１３を介してアンテナバイアス電源
１１４(例えば、周波数１３.５６ｋＨｚ）が接続されて
いる。ここで、フィルター１０９は高周波電源１１１か
らの高周波電力を通過させ、アンテナバイアス電源１１
４からのバイアス電力を効果的にカットする。フィルタ
ー１１２はアンテナバイアス電源１１４からのバイアス
電力を通過させ、高周波電源１１１からの高周波電力を
効果的にカットする。

【００３８】真空容器１０１内の下部には被処理材１１
６を配置可能な基板電極１１５が設けられている。基板
電極１１５にはフィルター１１７，整合器１１８を介し
て基板バイアス電源１１９（例えば、周波数８００ｋＨ
ｚ）が接続されている。整合器１１８は、この場合、電
源側の整合部２００と負荷側のクリップ回路２０１とか
ら構成される。なお、クリップ回路２０１は整合器１１
８の内部から出して別に設けても良い。クリップ回路２
０１は、基板バイアス電源１１９からの高周波の電圧波
形を任意の電圧値で平坦化する。クリップ回路２０１は
後述する実施例の機能を有する。また、基板電極１１５
にはフィルター１２０を介して被処理材１１６を静電吸
着させるための静電チャック電源１２１が接続されてい
る。

【００３９】ここで、フィルター１１７は基板バイアス
電源１１９からのバイアス電力を通過させ、高周波電源
１１１からの高周波電力およびアンテナバイアス電源１
１４からのバイアス電力を効果的にカットする。なお、
通常、高周波電力はプラズマ中で吸収されるため基板電
極１１５側へ流れることはないが、安全のため高周波電
力もカットするフィルター１１７としてある。フィルタ
ー１２０は静電チャック電源１２１からのＤＣ電力を通
過させ、高周波電源１１１，アンテナバイアス電源１１
４，基板バイアス電源１１９からの電力を効果的にカッ
トする。

【００４０】図２に整合器１１８の回路構成例を示す。
インダクター（Ｌ１，Ｌ２）およびコンデンサ（Ｃ１）
で構成される整合部２００よりも負荷側のアクティブラ
イン２０２とグランド線２０３との間にダイオード（Ｄ
１）と直流電源（Ｖｂ１）とを直列に接続したクリップ
回路（平坦化回路）２０１ａを接続する。この場合、ダ
イオード（Ｄ１）は高周波電圧の負側をカットし、直流
電源（Ｖｂ１）によって負電位を与える。これによっ
て、直流電源（Ｖｂ１）の設定値によりダイオード（Ｄ
１）の動作電圧を設定する。この回路構成により任意の
電圧値で電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）す
ることが可能となり、図３に示すような高周波電圧の電
圧波形３０１を得ることができる。

【００４１】上記のように構成された装置において処理
室内部を真空排気装置（図示省略）により減圧した後、
ガス供給装置１０７によりプロセスガス、この場合、エ
ッチングガスを処理室内に導入し所望の圧力に調整す
る。高周波電源１１１より発振された、例えば、周波数
４５０ＭＨｚの高周波電力は同軸線路１０８を伝播し、
上部電極１０３および誘電体窓１０４を介して処理室内
に導入される。処理室内に導入された高周波電力による
電界は、磁場発生用コイル１０５、例えば、ソレノイド
コイルにより処理室内に形成された磁場との相互作用に
より、処理室内に高密度プラズマを生成する。特に電子
サイクロトロン共鳴を起こす磁場強度（例えば１６０
Ｇ）を処理室内に形成した場合、効率良く高密度プラズ
マを生成することができる。

【００４２】また、アンテナバイアス電源１１４より高
周波電力(例えば周波数１３.５６ＭＨｚ）が同軸線路１
０８を介してアンテナ電極１０３に供給される。アンテ
ナバイアス電源１１４によってアンテナ電極１０３に高
周波電圧を印加することにより、アンテナ電極に所望の
材料を用いた場合、該材料とプラズマ中のラジカルとが
反応し、生成されるプラズマの組成を制御できる。例え
ば、酸化膜エッチングの場合、アンテナ電極１０３の材
料にＳｉを用いることによって、酸化膜のエッチング特
性、特にＳＡＣ構造のものでは、ＳｉＯ₂／ＳｉＮ選択
比等に影響するプラズマ中のＦラジカル量を減少させる
ことが可能となる。

【００４３】また、基板電極１１５に載置された被処理
材１１６は、基板バイアス電源119より高周波電力（例
えば周波数８００ｋＨｚ）が供給され、基板電極１１５
上の被処理材１１６が表面処理され、この場合、エッチ
ング処理される。

【００４４】本構成の装置では、４５０ＭＨｚの高周波
電源１１１によって主としてプラズマを生成し、アンテ
ナバイアス電源１１４によってプラズマ組成あるいはプ
ラズマ分布を制御し、基板バイアス電源１１９によって
プラズマ中のイオンの被処理材１１６への入射エネルギ
ーを制御している。このような装置では、プラズマ生成
（イオン量）とプラズマ組成（ラジカル濃度比）を独立
に制御できるというメリットがある。

【００４５】本装置のクリップ回路２０１ａにおける直
流電源（Ｖｂ）を任意に設定することにより、図３に示
す電圧波形３０１のＶｂが任意に設定でき、例えば、周
波数８００ｋＨｚの正弦波の電圧波形の負側を任意の電
圧でクリップすることができる。

【００４６】図４（ａ）に基板バイアス電源１１９の出
力を一定にし、直流電源（Ｖｂ１）を変化させて電圧波
形３０１のクリップ電圧（Ｖｂ）を制御した場合の、被
処理材１１６に入射するイオンのエネルギー分布を示
す。図４（ｂ）に直流電源（Ｖｂ１）によって電圧波形
３０１のクリップ電圧（Ｖｂ）の値を一定にし、基板バ
イアス電源１１９の出力を変化させた場合の、被処理材
１１６に入射するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸
はイオン量で横軸はイオンエネルギーである。一般に、
ウエハに高周波電力を印加した場合のイオンエネルギー
分布は、M.J.Kushner, J. Appl. Phys. 58, 4024(1985)
に示されているように、高エネルギー側と低エネルギー
側の２個所にピークを持った分布となることが知られて
いる。図４（ａ）には、基板電極１１５に正弦波電圧波
形を印加した場合のイオンエネルギー分布波形４０１
と、クリップ電圧（Ｖｂ）を−５００Ｖに設定した場合
のイオンエネルギー分布波形４０２と、クリップ電圧
（Ｖｂ）を−２５０Ｖに設定した場合のイオンエネルギ
ー分布波形４０３とを三次元的に示してある。図示され
たように、基板バイアス電源１１９の出力を一定にし、
クリップ電圧（Ｖｂ）を−５００Ｖ，−２５０Ｖと変化
させることによって、高エネルギー側に多く分布してい
るイオンエネルギーの電位値を徐々に低い電位値にシフ
トさせることができる。また、これとともに、高エネル
ギー側に分布するイオンの量を徐々に多くすることがで
きる。

【００４７】また、図４(ｂ）には、基板電極１１５の
クリップ電圧(Ｖｂ）を−５００Ｖに設定し、基板バイ
アス電源１１９の出力を５００Ｗとした場合のイオンエ
ネルギー分布波形４０４と、基板バイアス電源１１９の
出力を１０００Ｗとした場合のイオンエネルギー分布波
形４０５と、基板バイアス電源１１９の出力を１５００
Ｗとした場合のイオンエネルギー分布波形４０６とを三
次元的に示してある。図示されたように、クリップ電圧
(Ｖｂ)の値を一定にし、基板バイアス電源１１９の出力
を段々に大きくすることによって、高エネルギー側に分
布しているイオンエネルギーのイオンの量を段々に多く
することができる。

【００４８】このように、基板電極１１５に印加するバ
イアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギ
ー分布を制御することが可能であり、また、基板バイア
ス電源の出力と合わせて制御することにより、さらに細
かいイオンエネルギー分布の制御が可能となる。これに
より、任意のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に
被処理材１１６に入射させることが可能となるので、高
イオンエネルギーのイオン量が多い分布を用いることに
より、例えば、図５に示すような深穴（直径０.１μｍ
，深さ２μｍのアスペクト比２０のような深穴）であ
るＳｉＯ₂ に形成されるＨＡＲＣ(High Aspect Ratio C
ontact）やＳｉに形成されるｄｅｅｐトレンチの加工が
容易となる。

【００４９】また、被処理材に対しては効果的なイオン
エネルギーであって、マスクや下地材に対しては効果的
でないイオンエネルギーを選択・制御することができる
ので、対マスクや対下地材に対する選択比を向上させた
エッチング処理を行うことができる。これにより、高品
質なエッチング処理が可能となるという効果がある。

【００５０】また、酸化膜エッチングの場合には、高エ
ネルギーのイオンが入射するので、下地膜等に格子欠陥
を生じダメージを与える可能性があるが、本実施例のイ
オンエネルギー制御によれば、エッチレートを確保し、
かつダメージを与えないエッチング処理が可能となり、
高品質でスループットおよび歩留まりの高い表面処理が
可能である。

【００５１】〔第二実施例〕次に、本発明の第二の実施
例を図６ないし図９により説明する。図６に整合器１１
８の回路構成例を示す。本図が図２と異なる点は、図２
のクリップ回路201aにおけるダイオード（Ｄ１）と直流
電源（Ｖｂ１）の向きを逆向きに接続し、ダイオード
（Ｄ２）と直流電源（Ｖｂ２）としたクリップ回路（平
坦化回路）201bとしてある点である。この場合、ダイオ
ード（Ｄ２）は高周波電圧の正側をカットし、直流電源
（Ｖｂ２）によって正電位を与える。これによって、直
流電源（Ｖｂ２）の設定値によりダイオード（Ｄ２）の
動作電圧を設定する。この回路構成により任意の電圧値
で電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）すること
が可能となり、図７に示すような高周波電圧の電圧波形
３０２を得ることができる。

【００５２】本装置のクリップ回路２０１ｂにおける直
流電源（Ｖｂ２）を任意のクリップ電圧に設定すること
により、図７に示す電圧波形３０２の電圧Ｖｂが任意に
設定でき、例えば、周波数８００ｋＨｚの正弦波の電圧
波形の正側を任意の電圧でクリップすることができる。

【００５３】図８に直流電源（Ｖｂ２）を変化させて電
圧波形３０２を制御した場合の、被処理材１１６に入射
するイオンのエネルギー分布を示す。縦軸はイオン量で
横軸はイオンエネルギーである。図８には、基板電極１
１５に正弦波電圧波形を印加した場合のイオンエネルギ
ー分布波形４０１と、正電圧側のクリップ電圧(Ｖｂ)を
５０Ｖに設定した場合のイオンエネルギー分布波形４０
７と、負電圧側のクリップ電圧(Ｖｂ)を−６００Ｖに設
定した場合のイオンエネルギー分布波形４０８とを示し
てある。図示されたように、クリップ電圧（Ｖｂ）を５
０Ｖとし、プラズマ電位を低く抑えることによって、高
エネルギー側に多く分布しているイオンエネルギーの電
位値を下げるとともに、低エネルギー側に分布するイオ
ンの量を増加させることができる。また、図８から分か
るように電圧波形の負電圧側をクリップすれば高イオン
エネルギーのイオン量が多い分布とすることができ、電
圧波形の正電圧側をクリップすれば低イオンエネルギー
のイオン量が多い分布とすることができる。

【００５４】したがって、基板電極１１５に印加するバ
イアス電圧波形を調整することにより、イオンエネルギ
ー分布を制御することが可能である。これにより、任意
のイオンエネルギーを持つイオンを効率的に被処理材１
１６に入射させることが可能となるので、低イオンエネ
ルギーのイオン量が多い分布を用いることにより、例え
ば、図９に示すような下地材料との選択比を必要とする
ＳＡＣのエッチング処理に有効となる。

【００５５】〔第三実施例〕次に、本発明の第三の実施
例を図１０ないし図１２により説明する。図１０に整合
器１１８の他に実施例の回路構成例を示す。インダクタ
ー（Ｌ１，Ｌ２）およびコンデンサ（Ｃ１）で構成され
る整合部２００よりも負荷側のアクティブライン２０２
とグランド線２０３との間にダイオード（Ｄ１，Ｄ２）
と直流電源（Ｖｂ１，Ｖｂ２）とを直列に接続したクリ
ップ回路（平坦化回路）２０１ｃを接続する。ダイオー
ド（Ｄ１）は高周波電圧の負電圧側をカットし、直流電
源（Ｖｂ１）によって負電位を与えるようにして、直流
電源（Ｖｂ１）の設定値によりダイオード（Ｄ１）の動
作電圧を設定する。ダイオード（Ｄ２）は高周波電圧の
正電圧側をカットし、直流電源（Ｖｂ２）によって正電
位を与えるようにして、直流電源（Ｖｂ２）の設定値に
よりダイオード（Ｄ２）の動作電圧を設定する。この回
路構成により正電圧側および負電圧側の任意の電圧値で
電圧波形をクリップ（平坦化または切取り）することが
可能となり、図１２に示すような高周波電圧の電圧波形
３０３を得ることができる。図１２は整合器１１８のク
リップ回路２０１ｃを用いて出力させた基板電極１１５
に印加する電圧波形３０３を示す。縦軸は電圧で横軸は
時間である。

【００５６】また、図１１は整合器１１８の他の例を示
す。本整合器には、整合部２００よりも負荷側のアクテ
ィブライン２０２にスイッチング素子、例えば、トラン
ジスタＴｒ１，Ｔｒ２を設置し、トランジスタＴｒ１，
Ｔｒ２のベース電極に直流電源Ｖｂ１，Ｖｂ２を接続し
たクリップ回路２０１ｄが設けてある。本クリップ回路
２０１ｄは、直流電源Ｖｂ１，Ｖｂ２の設定値によりト
ランジスタをスイッチング動作させることにより、前述
の図１０に示す整合器と同様に、電圧波形の正電圧側お
よび負電圧側を任意の電圧値でクリップすることが可能
にしてある。

【００５７】図１０に示したクリップ回路２０１ｃで
は、ダイオードを介して通過する直流電流の電流量が大
きい場合、直流電源の内部抵抗により電圧降下が発生す
るためダイオードの動作電圧が変動してしまう場合があ
る。しかしながら、図１１に示したトランジスタを用い
た場合には、直流電源の内部抵抗による電圧変動を無視
できるため、クリッピング動作を精度良く実施すること
が可能となる。

【００５８】図１０および図１１のクリップ回路２０１
ｃおよび２０１ｄにおける直流電源（Ｖｂ１，Ｖｂ２）
を任意に設定することにより、例えば、周波数８００ｋ
Ｈｚの正弦波の電圧波形を任意の電圧でクリップするこ
とができる。これにより、直流電源(Ｖｂ)を変化させ電
圧波形３０３を制御することにより、被処理材１１６に
入射するイオンのエネルギー分布を前述の図４および図
８に示すようなエネルギー分布にすることができる。

【００５９】このような電圧波形の正電圧側および負電
圧側を任意の電圧値でクリップできるクリップ回路を用
いることにより、前述の第１および第２の実施例と同様
の作用・効果をそれぞれに得ることができるとともに、
両方の特性を持たせることも可能となるので、さらにプ
ロセスウィンドウを広げることができるという効果があ
る。

【００６０】以上、これらの実施例によれば、基板電極
に印加する高周波電圧の電圧波形を平坦化できるので、
種々のプロセスにおいてプロセス毎に最適なイオンエネ
ルギー分布となるバイアス電圧を基板電極に印加するこ
とができ、高精度の表面処理を行うことができるという
効果がある。

【００６１】また、基板電極に印加する高周波電圧の電
圧波形の正電圧側を平坦化することにより、プラズマ電
位の上昇を抑制することができるので、プラズマ中のイ
オンが処理室内壁をスパッタすることがなく金属汚染を
低減でき、また処理室下部の空間へのプラズマ拡散を防
ぐことができるので異物の増加を抑制することのできる
という効果がある。

【００６２】なお、これら第一ないし第三の実施例に示
したクリップ回路は、前述記載の構成に限定されるもの
ではなく、電子回路において一般に用いられるクリップ
回路の構成を利用し得る。

【００６３】なお、これらの実施例は、真空容器内にア
ンテナ電極を有する有磁場ＵＨＦプラズマ処理装置を例
に述べたが、図１３に示すような真空容器外にアンテナ
電極を設けた有磁場ＵＨＦプラズマ処理装置にも適用で
きる。本図の装置が図１の装置と異なる点は、処理容器
１０２と誘電体窓１２３によって処理室を気密に構成
し、アンテナ電極１０３が誘電体窓１２３上部に設けら
れ処理室の外側、すなわち、真空容器外に配置されてい
る点と、アンテナ電極１０３にはプラズマ生成用の高周
波電源１１１の回路のみが設けてある点である。

【００６４】また、ＵＨＦプラズマ装置以外の装置、例
えば、ＣＣＰ（capacitivelycoupled plasma），二周波
励起（Dual-frequency plasma），ＳＷＰ（surfacewave
excited plasma），マグネトロン装置，ＶＨＦプラズ
マ，ＴＣＰ,ＩＣＰ等のタイプの装置についても同様に
適用できる。なお、図１４ないし図１６にこれら装置の
一部を示す。図１４に示す装置は、上部が開放された処
理容器１０２の上部に誘電体窓６０３を設置・密封し処
理室を形成する。誘電体窓６０３上部には導波管６０２
を介し、マグネトロン６０１が接続されている。マグネ
トロン６０１より発振された、例えば、２.４５ＧＨｚ
のマイクロ波は導波管６０２を伝播し、誘電体窓６０３
を介して、処理室内に導入され、磁場発生用コイル105
により生成された、例えば、８７５Ｇの磁場との相互作
用により、効率良くガスを電離しプラズマを発生させる
装置となっている。なお、本図において図１と同符号は
同一部材を示し説明を省略する。

【００６５】図１５に示す装置は、上部が開放された処
理容器１０２の上部に誘電体窓603を設置・密封し処理
室を形成する。誘電体窓６０３上部にはループアンテナ
701が設置されている。また、ループアンテナ７０１
は、例えば、１３.５６ＭＨｚのアンテナ電源７０２に
接続されている。ループアンテナ７０１より誘電体窓６
０３を介して高周波電力が処理室内に供給されプラズマ
を生成する装置となっている。なお、本図において図１
と同符号は同一部材を示し説明を省略する。

【００６６】図１６に示す装置は、上部が密閉された処
理容器１０２の上部に誘電体窓104（例えば、石英製）
および上部電極１０３を設置・密封する。上部電極１０
３は、例えば、２７ＭＨｚ又は６０ＭＨｚの高周波電源
８０１に接続されている。上部電極１０３より処理室内
に供給される高周波電力によりプラズマが生成される装
置となっている。なお、本図において図１と同符号は同
一部材を示し説明を省略する。

【００６７】〔第四実施例〕本発明の第４の実施例を図
１７を用いて説明する。本図において図１と同符号は同
一部材を示し説明を省略する。本図が図１と異なる点を
以下に説明する。アンテナバイアス電源１１４と基板バ
イアス電源１１９は位相制御器１２２に接続されてお
り、アンテナバイアス電源１１４および基板バイアス電
源１１９から出力する高周波の位相を制御可能となって
いる。この場合、アンテナバイアス電源１１４と基板バ
イアス電源１１９の周波数は、例えば、８００ｋＨｚと
してあり同一周波数としてある。

【００６８】位相制御器１２２は、アンテナバイアス電
源１１４側のフィルター１１２と整合器１１３との間お
よび基板バイアス電源１１９側のフィルター１１７と整
合器１１８との間からそれぞれ電力信号を取り込み、位
相制御器１２２内でそれぞれの電力の位相が逆相、この
場合、１８０°±４５°以内の所望の位相差になるよう
に、アンテナバイアス電源１１４と基板バイアス電源１
１９とに位相をずらした小振幅の信号を出力する。この
場合のアンテナバイアス電源１１４および基板バイアス
電源１１９はアンプ機能を有するのみで良い。

【００６９】また、位相制御器１２２が、アンテナバイ
アス電源１１４側のフィルター112と整合器１１３との
間および基板バイアス電源１１９側のフィルター１１７
と整合器１１８との間からそれぞれ電力信号を取り込
み、電力の出力タイミングを指示するトリガー信号のみ
を出力するものである場合には、アンテナバイアス電源
１１４および基板バイアス電源１１９はオシレータ機能
を有するものとする。

【００７０】アンテナ電極１０３と基板電極１１５に印
加される高周波電圧が逆相（好ましくは１８０°±３０
°の範囲以内）の場合、例えば、基板電極１１５に正の
電圧が印加されているとき、アンテナ電極１０３には負
の電圧が印加されるので、アンテナ電極１０３にはイオ
ンが入射するが電子は入射せず、アンテナ電極１０３近
傍は電子リッチな状態になり、対向する電極が効率よく
アースとしての機能を有することからプラズマ電位が高
周波電力によらず、高周波電圧のピーク電圧値からすれ
ば、ほぼ０Ｖに近い２０〜３０Ｖ程度の電圧値に固定さ
れるため、前述の実施例１で示した整合器１１８によっ
て基板電極１１５側のイオンエネルギー制御効果を、よ
り精度良く実現することが可能になる。またこれによ
り、チャージングダメージの低減も行うことができると
いう効果がある。

【００７１】また、基板電極１１５側に設けた整合器１
１８のクリップ回路２０１と同様のクリップ回路を、ア
ンテナ電極１０３側に設けた整合器１１３にも設けるこ
とにより、さらにアンテナ電極１０３のバイアス電圧の
電圧波形も制御できるので、さらなるプロセス処理のウ
ィンドウを広げることができる。

【００７２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、基板電極に印加
する高周波電圧波形を調整することにより、イオンエネ
ルギー分布におけるイオンのエネルギー電位や量を制御
でき、高精度なプラズマ処理やチャージングダメージの
少ないプラズマ処理が可能になるという効果がある。

【００７３】なお、上述のこれら実施例ではエッチング
装置について述べたが、アッシング装置，プラズマＣＶ
Ｄ装置など、基板電極へ高周波電力を供給する他のプラ
ズマ処理装置にも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるプラズマ処理装置
を示す縦断面図である。

【図２】図１の装置の整合器の一例を示す回路図であ
る。

【図３】図２の整合器を用いて制御した電圧波形例を示
す図である。

【図４】図３の直流電圧（Ｖｂ）の値とイオンエネルギ
ー分布との関係を示す図である。

【図５】図１の装置を用いてエッチング処理する被処理
材の一例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第二の実施例であり、図１の装置の整
合器の一例を示す回路図である。

【図７】図６の整合器を用いて制御した電圧波形例を示
す図である。

【図８】図７の直流電圧（Ｖｂ）の値とイオンエネルギ
ー分布との関係を示す図である。

【図９】図６の整合器を用いた装置によりエッチング処
理する被処理材の一例を示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施例であり、図１の装置の
整合器の一例を示す回路図である。

【図１１】図１０の整合器の他の例を示す回路図であ
る。

【図１２】図１０および図１１の整合器を用いて制御し
た電圧波形例を示す図である。

【図１３】本発明の第４の実施例であるプラズマ処理装
置を示す縦断面図である。

【図１４】本発明の第５の実施例であるプラズマ処理装
置を示す縦断面図である。

【図１５】本発明の第６の実施例であるプラズマ処理装
置を示す縦断面図である。

【図１６】本発明の第７の実施例であるプラズマ処理装
置を示す縦断面図である。

【図１７】本発明の第８の実施例であるプラズマ処理装
置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０１…真空容器、１０２…処理容器、１０３…アンテ
ナ電極、１０４…誘電体窓、１０５…磁場発生用コイ
ル、１０６…真空排気口、１０７…ガス供給装置、１０
８…同軸線路、１０９，１１２，１１７，１２０…フィ
ルター、１１０，１１３，１１８…整合器、１１１…高
周波電源、１１４…アンテナバイアス電源、１１５…基
板電極、１１６…被処理材、１１９…基板バイアス電
源、１２１…静電チャック電源、１２２…位相制御器、
２００…整合部、２０１，２０１ａ，２０１ｂ，２０１
ｃ，２０１ｄ…クリップ回路、２０２…アクティブライ
ン、２０３…グランド線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村仁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)発明者渡辺成一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） 4G075 AA24 AA30 BC04 BC06 CA25 CA26 CA42 CA65 DA01 DA02 DA03 DA05 EB01 EB42 EC21 EC30 5F004 AA05 AA15 BA14 BB11 BB13 BD01 BD04 CA03 DB03 DB07 5F045 AA08 BB01 BB16 DP03 EH02 EH03 EH17 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印加
をそれぞれ独立制御し、前記試料をプラズマ処理する方
法において、前記試料に印加するバイアス電圧を高周波
電圧で与え、かつ前記高周波電圧の電圧波形を任意の電
圧で平坦化することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記基板電極に印加する高周波電圧の負電圧側の電
圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記基板電極に印加する高周波電圧の正電圧側の電
圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧側
の電圧波形を平坦化するプラズマ処理方法。
【請求項５】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極に
同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位相
を制御するプラズマ処理方法。
【請求項６】真空排気装置が接続され内部を減圧可能な
処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置
と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板
電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波
電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発
生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合
器との間に設けた電圧波形を平坦化する電圧波形制御回
路とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高
周波電圧波形の負電圧側を任意の電圧で平坦化する回路
を含むプラズマ処理装置。
【請求項８】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高
周波電圧波形の正電圧側を任意の電圧で平坦化する回路
を含むプラズマ処理装置。
【請求項９】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加する高
周波電圧波形の正負両電圧側を任意の電圧で平坦化する
回路を含むプラズマ処理装置。
【請求項１０】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記電圧波形制御回路は半導体素子と直流電源から
成るプラズマ処理装置。
【請求項１１】請求項６記載のプラズマ処理装置におい
て、前記基板電極と対向する電極が設けられ、該電極に
高周波電源が接続されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】請求項１１記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記２つの電極は同一周波数の高周波電圧が印加
され、さらに、該高周波電圧の位相差を制御する位相制
御器が設けられたプラズマ処理装置。
【請求項１３】プラズマ生成と試料へのバイアス電圧印
加をそれぞれ独立制御し、前記試料をプラズマ処理する
方法において、前記試料に印加するバイアス電圧を高周
波電圧で与え、前記高周波電圧の電圧波形を正電圧側お
よび負電圧側で任意の電圧に平坦化することを特徴とす
るプラズマ処理方法。
【請求項１４】請求項１３記載のプラズマ処理方法にお
いて、前記基板電極に対向する電極を設け、前記両電極
に同一周波数の高周波電圧を印加し、該高周波電圧の位
相を制御するプラズマ処理方法。
【請求項１５】請求項１４記載のプラズマ処理方法にお
いて、前記高周波電圧の位相は、位相差を１８０°±３
０°の範囲内で設定されるプラズマ処理方法。
【請求項１６】真空排気装置が接続され内部を減圧可能
な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置
と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板
電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波
電源と、前記処理室にプラズマを発生させるプラズマ発
生手段と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合
器との間に設けられ高周波電圧波形を正電圧側および負
電圧側の任意の電圧に平坦化する電圧波形制御回路とを
含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】請求項１６記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記電圧波形制御回路はダイオードと直流電源を
含むプラズマ処理装置。
【請求項１８】請求項１６記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記基板電極と対向する電極であって、高周波電
源が接続された電極を含むプラズマ処理装置。
【請求項１９】請求項１８記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記２つの電極は同一周波数の高周波電圧が印加
され、さらに、該高周波電圧の位相を制御する位相制御
器が設けられたプラズマ処理装置。
【請求項２０】請求項１９記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記位相制御器は位相差を１８０°±３０°の範
囲内で制御可能であるプラズマ処理装置。
【請求項２１】プラズマが生成される処理室内で試料を
プラズマ処理する方法において、前記試料が配置される
試料台に高周波電圧を印加し、かつ、前記高周波電圧の
電圧波形を任意の電圧で平坦化することを特徴とするプ
ラズマ処理方法。
【請求項２２】請求項２１記載のプラズマ処理方法にお
いて、前記基板電極に印加する高周波電圧の正負両電圧
の少なくとも一方の電圧波形を平坦化するプラズマ処理
方法。
【請求項２３】真空排気装置が接続され内部を減圧可能
な処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置
と、前記処理室内に設けられ被処理材を載置可能な基板
電極と、該基板電極へ整合器を介して接続された高周波
電源と、前記整合器内または前記基板電極と前記整合器
との間に設けられた電圧波形を平坦化する電圧波形制御
回路とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２４】請求項２３記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記電圧波形制御回路は前記基板電極に印加され
る高周波電圧の正負両電圧の少なくとも一方の電圧波形
を平坦化可能であるプラズマ処理装置。