JP2002534795A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 基板（９）を高密度プラズマ（８）を用いてリアクタ（２）内でエッチングするためのプラズマ加工装置が提案される。ここでＩＣＰコイル（６）は第１のコイル端部（２０，２０’）と第２のコイル端部（２１，２１’）を有し、リアクタ（２）内に高周波交番磁界を発生する。交番磁界は反応ガスに作用し、誘導性に結合されたプラズマ源（１８）として高密プラズマ（８）を反応粒子およびイオンから形成する。２つのコイル端部（２０，２０’、２１，２１’）はそれぞれ給電点（３１，３２）を介して高周波給電部（２３）と接続されており、高周波給電部は第１のコイル端部（２０，２０’）と第２のコイル端部（２１，２１’）にそれぞれ周波数の等しい高周波交流電圧を印加する。２つのコイル端部（２０，２０’、２１，２１’）に印加される２つの高周波交流電圧は、第１の給電点（３２）と第２の給電点（３１）を接続するλ／２遅延線路（３０）によって対称容量性電源網と接続されており、少なくともほぼ相互に逆相であり、少なくともほぼ等しい振幅を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念によるプラズマ加工装置に関する。

【０００２】 誘導結合されたプラズマ源を使用するこの種のプラズマ加工装置はとりわけ、
ＤＥ４２４１０４５に開示された方法を使用する高速エッチングによるシリコン
ディープエッチングに適し、多種多様に公知である。前記装置は簡単にはＩＣＰ
コイル（ICP = inductively coupled plasma）を有し、このコイルはプラズマ容
積の周囲に巻回されており、高周波の交流電圧が給電される。ＩＣＰコイルを流
れる高周波電流はプラズマ容積へ高周波の交番磁界を誘導し、その電気的渦野は
誘導の法則（ｒｏｔＥ＝−ｄＢ／ｄｔ）に従いさらにプラズマを励起する。使用
される高周波は６００ｋＨｚから２７ＭＨｚの間の値を有し、通常は１３．５６
ＭＨｚの周波数が使用される。

【０００３】 ＤＥ４２４１０４５から公知の方法では、有利には誘導性高周波励起のプラズ
マ源が使用され、フッ素を放出するエッチングガスからフッ素基と、テフロン化
合物モノマーから送出されるパッシブガス（ＣＦ₂）_x基を放出させる。ここでプ
ラズマ源は、イオンエネルギーは低いが比較的イオン濃度の高い（１０¹⁰〜１０ ¹² ｃｍ^-3）高密度プラズマを発生し、エッチングガスおよびパッシブガスに交互
に曝される。このイオンのエネルギーは比較的低い。形成されたイオンを基板表
面に加速するイオンエネルギーも同じように比較的低く、１〜５０ｅＶ、有利に
は５〜３０ｅＶである。図２は、従来技術から公知の通常使用される、このよう
なプラズマ源のＩＣＰコイルの非対称給電を示す。このようなＩＣＰコイルは最
も簡単な場合、リアクタ周囲のただ１つの巻線からなり、これは例えば直径４０
ｃｍのセラミック材料からなるケットルの形状である。一方のコイル端部は接地
されており、他方のコイル端部には高周波の交流電圧が給電され、“ホット”と
称される。なぜならこのコイル端部では非常に高い電圧、例えば１０００〜３０
００Ｖが形成されるからである。このような高電圧は、給電される高周波高電圧
の振幅に対しては通例のものである。

【０００４】 図２に同様に図示されたキャパシタンスＣ２とＣ３は、使用される高周波給電
部の非対称５０Ω同軸ケーブル出力側のインピーダンスを非対称駆動されるＩＣ
Ｐコイルのインピーダンスにマッチングするため使用される（いわゆるマッチボ
ックス、またはマッチングキャパシタンス）。コンデンサＣ４はＩＣＰコイルに
対して並列に接続されており、マッチングキャパシタンスと共に共振条件を形成
する。

【０００５】 プラズマ源の公知の非対称誘導性給電により、非対称性が形成されるプラズマ
の中にも生じる。このプラズマは平均的に、発生する容量性結合の大きさに応じ
て、アース電位より数Ｖから数１０Ｖ上にある。したがってＩＣＰコイルの一方
のコイル端部はアース電位（０Ｖ）であり、対向する“ホット”コイル端部は数
千Ｖまでの高周波電圧である。このことによりとりわけ“ホット”コイル端部で
は強電界がリアクタのセラミックケットル壁を通ってプラズマに誘導される。こ
のこともまたセラミックケットル壁を通ってプラズマへの変位電流を引き起こす
。ここで既に述べた“容量性結合”を取り扱う。一方、本来のプラズマ形成は誘
導性である。すなわち時間が可変の磁界に基づくメカニズムである。

【０００６】 実質的に、給電側のコイル端部、すなわち“ホット”コイル端部から容量性結
合によって電流がリアクタのセラミックケットル壁を通ってプラズマへ流れる。
この電流は、平均プラズマ電位がアース電位（アース電位には“コールド”コイ
ル端部も設定されている）の近傍で変動するため、プラズマと“コールド”コイ
ル端部との間の電位差は、変位電流がセラミックケットル壁を通ってコイルに流
れるようにし、接地されたコイル端部には流れないようにするには小さすぎる。
したがって変位電流は“ホット”コイル端部の領域からプラズマへ流れ込み、そ
してプラズマと直接接触しているアースを介してプラズマから再び流れ出なけれ
ばならない。例えば基板としてウェハを支持し、固有の高周波給電を介して、プ
ラズマに対して１〜５０Ｖの低い負のＤＣバイアス電位に駆動されるものは従来
の技術ではこれまで実質的に基板電極である。したがって基板電極は前記の変位
電流を直接受け取ることがある。しかしこのことにより基板表面上へのそれぞれ
のプラズマ処理法が非均質的になり、ひいては部分的にエッチングの際に個々の
領域でのプロフィール偏差が非常に大きくなる。

【０００７】 さらに、非対称性給電を介して片側で発生する強電界は形成されるプラズマの
位置と密度分布を歪ませる。プラズマはリアクタの中央からシフトされ、例えば
“ホット”コイル端部の方向へ移動する。ここではいわゆる“バルズアイシフト
（Bull's eye shift）”が生じる。なぜならプラズマの非均質性が基板として使
用されるウェハに眼球状に形成され、この“眼”がウェハ中央からウェハ縁部へ
シフトされる。

【０００８】 プロセス均質性を改善し、“バルズアイシフト”を回避するための第１の手段
は、ＤＥ４２４１０４５から公知のプロセスに対して、未公開の特許願ＤＥ１９
７３４２７８．７に記載されている。この特許願では、引き延ばされたイオン再
結合ゾーンを介して、アパーチャに取り付けされた金属シリンダの内壁で、基板
へのイオン流をそれぞれの基板表面上で均質にするアパーチャ構造が提案されて
いる。この均質化は、基板に達したプラズマの外側領域にイオン損失機構を組み
込み、プラズマを再びセンタリングし、電界をプラズマ源領域から基板への途中
で部分的にシールドすることにより行われる。

【０００９】 エッチングされた構造が基板またはウェハ上でプロフィール偏差する（このこ
とは部分的に障害電界により発生する）のを低減する別の手段は、未公開の特許
願ＤＥ１９７３６３７０．９に提案されている。ここではいわゆる“パラメータ
ランピング（Parameter-Ramping）”が使用される。

【００１０】 “ホット”コイル端部と同じように“コールド”コイル端部、すなわち従来技
術では接地されたコイル端部も問題となるゾーンである。なぜならこの端部は、
形成されるプラズマへの容量性結合による最小変位電流の入力結合ないし出力結
合の箇所だからである。さらにＩＣＰコイルの所属の“コールド”給電点（これ
は“コールド”コイル端部と接続されている）の接地をこれまでは注意深く行わ
なければならない。なぜならとりわけ垂直方向に流れる電流、すなわちＩＣＰコ
イルからの電流が下方へ、接地されたケーシングまで、プラズマリアクタの作用
周辺に流れることを絶対に回避しなければならないからである。このような垂直
の電流、すなわちＩＣＰコイルにより定義されるコイル面を流れる電流に対して
平行でない電流は９０゜傾いた時間可変の磁界を生じさせ、この磁界は電気的渦
野を越えた相応の電気誘導作用を備えている。そのため、プラズマの局所的障害
が甚だしくなり、この障害もまたプロフィール偏差（ポケット形成、負のエッチ
ングエッジ、マスク後縁部切断）につながる。

【００１１】 従来技術からの方法で“ホット”コイル端部での高電圧により発生する既知の
障害作用は、リアクタ側壁の内側にイオン打ち込みによりスパッタリングされる
ことである。すなわち室壁への強電界により加速された正の荷電イオンがスパッ
タリングされてしまう。ここではスパッタリングされた壁材料もウェハないしは
基板に到達することができ、そこで微細マスクとして作用する。このことは公知
のように、シリコンニードル、微細な粗、またはシリコン粒子を形成する原因と
なる。リアクタ側壁のスパッタ崩壊は印加される高周波電圧の電位関数によりス
ケーリングされるから、ＩＣＰコイルに印加される高周波電圧をプラズマに向か
ってはできるだけ小さく維持することが最小のスパッタ率の点から所望される。

【００１２】 従来技術から既に公知の、ＩＣＰコイルを対称給電するための解決手段ではト
ランスを使用し、このトランスの一次側に高周波交流電圧を、高周波給電部を介
して供給し、このトランスは接地された中間タップを備えた二次コイルを有する
。これによりトランスは、プラズマ加工装置のＩＣＰコイルの両端部に少なくと
もほぼ同じ振幅の高周波逆相高電圧を供給することができる。このようなトラン
スは通常、フェライトコア材料に巻回されたリッツワイヤからなるコイル巻線に
よって構成される。ここでフェライトコアとして鉢形コアまたはリングコアが使
用される。しかしこの種のトランスは大きな欠点を有している。すなわち、コア
材料の磁化損失が例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で発生し、この損失は１０〜
２０％の大きさとなるのである。このことにより、ＩＣＰプラズマ加工装置では
通常である５００Ｗから３０００Ｗまでの高周波電力が使用されると、甚だしい
熱的問題が生じる。さらにコア材料による周波数依存性のエネルギー吸収の結果
、トランスには位相エラーも発生する。この位相エラーは、逆相入力結合に対し
て必要な、入力結合すべき２つの高電圧の１８０゜位相に、対称性出力側におい
て部分的に大きな障害を与える。さらにこの種のトランスは、プラズマに入力結
合される使用可能な高周波電力を不所望に制限する。

【００１３】 発明の利点 請求項１の構成を有する本発明のプラズマ加工装置は従来技術に対して、２つ
のコイル端部に対称性コイル給電部を介して、同じ周波数の高周波電圧を供給す
ることができるという利点を有する。ここでＩＣＰコイルの対称給電は、相互に
逆相の２つの高周波交流電圧により第１のコイル端部と第２のコイル端部でλ／
２遅延線路（いわゆるケーブルＢＡＬＵＭ）を用いて行われる。この遅延線路は
第１の給電点と第２の給電点との間に設けられており、これらを接続する。λ／
２遅延線路は、電圧および電力に依存しないで、第１の給電点に入力結合される
電圧Ｕ（ｔ）を１８０゜位相シフトさせ、ひいては−Ｕ（ｔ）を第２の給電点に
入力結合する。したがって大きな技術的コストなしに、また付加的にコストの掛
かる構成部材なしで、高周波給電により準備される１つの電圧から、周波数が等
しく、振幅も少なくともほぼ等しい相互に逆相の２つの高周波交流電圧が発生さ
れる。これによりとりわけ誘導性プラズマ源に対して、特に簡単で損失が少なく
、高周波電力（数ｋＷ）に適したプラズマ加工方法ないしプラズマエッチング方
法が可能となる。

【００１４】 さらに本発明のＩＣＰコイルの対称給電では、２つのコイル端部が“ホット”
となる。すなわち、２つのコイル端部が理想的には等しい振幅を有する交流電圧
を導き、この交流電圧は両方のコイル端部で正確に逆相に発生する。第１のコイ
ル端部に電圧Ｕ（ｔ）が印加されれば、第２のコイル端部には相応して電圧−Ｕ
（ｔ）が印加され、それらの振幅は従来技術の非対称給電に対して半分の大きさ
である。なぜならアースに対するの元の交流電圧２＊Ｕ（ｔ）が、アースに対し
てＵ（ｔ）と−Ｕ（ｔ）とに分割されるからである。両方のコイル端部における
この電圧振幅の半分化によって、障害となるリアクタ内壁の壁スパッタ率が有利
には格段に低減する。

【００１５】 その他に非常に有利には、不所望の高エネルギーイオンの割合も減少する。こ
のイオンは通常、強電界によりリアクタ壁に向かって加速され、そこで反射され
、形成されるプラズマに再び戻り、そこで処理される基板上で多数の障害作用の
原因となる。これは例えばエッチングされるウェハ上の酸化層のプロフィール障
害また損傷である。同時に有利には、形成されるプラズマ中の高エネルギー電子
の割合も減少する。なぜなら、形成されるプラズマへの容量性電流結合が対称コ
イル給電により格段に（少なくとも係数２だけ）低減され、これにより電子ガス
が無視できない程度に加熱されることがなくなるからである。したがって形成さ
れるプラズマは有利には比較的に冷たくなる。高エネルギーの電子はプラズマプ
ロセスに対しては一般的に不所望のものである。なぜならこれが不必要に高周波
電力を吸収するからである。

【００１６】 コイル領域からの漂遊電界は対称性コイル給電では逆相で等しいから、これら
は有利には均等化され、このことによりいわゆる“ブルズアイシフト”が発生し
なくなる。

【００１７】 さらに形成されたプラズマへ容量性に入力結合される電流が既に述べたように
格段に小さくなり、同じように逆相で等しいので、すなわちコイル端部間で均等
化されるので、非常に有利にはこの電流が、プラズマと直接接触するアース、例
えば基板電極および加工される基板を介して流れなくなる。

【００１８】 本発明のプラズマ加工装置では、ＩＣＰコイルの２つのコイル端部のいずれか
には、いずれかの時点でそれぞれ他方のコイル端部の負の電圧値が印加されるか
ら、一方のコイル端部から誘電体としてのセラミックリアクタ壁を介して、形成
されるプラズマに誘導される変位電流を、他方のコイル端部により同じように誘
電体としてのセラミックリアクタ壁を介して吸収することができる。これにより
アース電位を介した電荷調整、すなわち例えば基板表面を介した電荷調整を行う
必要がない。これにより基板表面上でのエッチング速度およびプロフィールの均
質性が改善され、プロフィール偏差の発生が減少する。

【００１９】 さらにプラズマ電位は有利にはアース電位に接近する。なぜなら、プラズマへ
の電気的入力結合が格段に減少し、残りの入力結合もその対称性のため均等化さ
れるからである。さらにプラズマ対称性も有利に増大する。なぜなら、プラズマ
を歪ませる容量性入力結合が減少することにより、ないしはそれらの均等化によ
り、比較的に冷たい、理想的には回転対称のプラズマが、プラズマ中の個々の点
での目立った電位差なしで得られるからである。

【００２０】 本発明の有利な改善形態は従属請求項に記載されている。

【００２１】 さらにＩＣＰコイルの対称給電では、電流を導く全ての導体をリアクタまたは
ＩＣＰコイルの作用周囲で、ＩＣＰコイルにより定義されるコイル面に対して平
行に案内すると有利である。ここで周囲とは、リアクタおよびＩＣＰコイルの周
りの領域と理解されたい。この領域では、導体を流れる電流と形成されるプラズ
マとの間の電磁的交互作用を介して重大な障害的影響が発生する。したがって有
利には平行に導かれた集中的電流だけが、形成されるプラズマの近傍で流れるよ
うにする。この電流はプラズマへ障害的磁界を誘導せず、したがって障害程度が
比較的小さく、比較的冷えている。その結果、高エネルギーのイオンまたは電子
により生じ得る基板損傷も格段に減少する。同時にプラズマ電位も低下し、アー
ス電位に接近する。

【００２２】 λ／２遅延線路を、２つの給電点と２つのコイル端部との間に設けられた有利
には対称の容量性電源と組み合わせ、形成される誘導性プラズマへのインピーダ
ンスマッチングに使用することによって、非常に有利にはＩＣＰコイルをほとん
ど損失なしで対称給電することができるようになる。両方のコイル端部において
給電電圧の振幅を低減することと組み合わせることにより本発明のＩＣＰコイル
の対称給電は、誘導性プラズマ源として形成されるプラズマへの非常に大きな給
電電力を達成することができ、この電力は数ｋＷの領域まで達する。さらにプラ
ズマ加工装置の電力パラメータのハイスケーリングが達成され、このことは最終
的にエッチング速度の上昇につながる。

【００２３】 本発明の対称コイル給電では、たとえ低レベルであっても２つのコイル端部が
“ホット”であるから、２つの“ホット”コイル端部を、セラミックケットルへ
の間隔を拡大して配置すると有利である。このセラミックケットルは、形成され
る高密度のプラズマをリアクタの形態で取り囲む。このことは最も簡単には、プ
ラズマを形成するＩＣＰコイルがリアクタケットルを外側で領域的に少なくとも
ほぼ取り囲み、このＩＣＰコイルがリアクタ外径よりやや大きな直径を有し、さ
らに、２つのコイル端部に対向する側のＩＣＰコイルがリアクタケットルのセラ
ミックにちょうど接触するようにＩＣＰコイルをリアクタの周囲に位置決めする
ことにより達成される。したがってリアクタケットル円は、これを取り囲む比較
的大きなコイル円に、コイル端部の反対側のコイル側で接触する。このようにし
て有利にはＩＣＰコイルと、リアクタの内側に形成されるプラズマとの間隔が電
位の上昇と共に増大する。ここで２つのコイル端部は電位の最も高い箇所として
リアクタへの最大間隔部を有する。これは約１〜２ｃｍで十分である。この場合
も、電流を導く全ての導体がリアクタの周囲で、ＩＣＰコイルにより定義される
コイル面で平行に延在し、これにより障害となる高周波磁界をプラズマから遠ざ
けることが重要である。

【００２４】 さらに、前記の対称コイル給電を、未公開の特許願ＤＥ１９７３４２７８．７
に提案されたアパーチャ構造と組合せると有利である。このアパーチャ構造はＩ
ＣＰコイルの高周波磁界を基板の箇所でさらに低減し、プラズマ密度分布を均一
化する。

【００２５】 とりわけ本発明のプラズマ加工装置で有利には、周回する金属製の間隔部材を
リアクタ側壁に嵌め込み、この間隔部材によりプラズマ源と基板電極との間で高
周波磁界の影響を低減することができる。この影響は、形成される高密度プラズ
マの領域またはＩＣＰコイルの領域から基板、またはそこに配置されたシリコン
ウェハへ及ぼされるものである。この間隔部材は、前記のアパーチャ構造に付加
的にまたは択一的に使用することができる。間隔部材は有利には約１０〜３０ｃ
ｍの高さを有し、有利にはアルミニウムまたはプラズマプロセスに対して耐久性
のある他の金属からなる。間隔部材を使用することにより、プラズマ源、すなわ
ち高密度のプラズマが誘導性結合により形成される箇所と、基板を支持する基板
電極との間隔が増大し、ひいては磁界および電界の影響が間隔ｒの関数として少
なくとも１／ｒに減少する。

【００２６】 本発明のプラズマ加工装置の要素は基本的に電力制限を受けないから、有利に
はｋＷ領域の非常に大きなソース電力をほぼ無損失で駆動することができる。エ
ネルギー吸収性の要素がないから、コイル端子間の所要の位相関係は供給される
電力に依存しないで完全に維持され、要素を冷却するための特別手段も必要ない
。これにより本発明のプラズマ加工装置の優れた再現性と信頼性が得られる。と
りわけ高電圧振幅を両方のコイル端部で半分にすることにより、出力パラメータ
のハイスケーリングによるさらに高いプラズマ出力に対するさらなる自由空間が
創り出される。これによりシリコンでの最高のエッチング速度が達成される。

【００２７】 同時に本発明のプラズマ加工装置によって、多数の障害的作用、例えば壁スパ
ッタリング、スパッタリングされた粒子による微細マスク、高エネルギーイオン
の形成、またはプラズマ中の高温電子、不所望のエネルギー消失、変位電流の容
量性入力結合、電界によるプラズマの歪み、プラズマ分布の変位、プラズマ電位
の上昇と歪み、形成されるプラズマ内の不均質、および基板と基板電極を介して
アースへ流れる平衡電流が格段に低減する。

【００２８】 図面 本発明の実施例を、図面に基づき以下に詳細に説明する。

【００２９】 図１は、プラズマ加工装置の基本断面図、 図２は、従来技術から公知の、ＩＣＰコイルに給電するための非対称回路、 図３は、第１の対称回路、 図４は、第２の対称回路、 図５は、ＩＣＰコイルに給電するための第３の対称回路を示す。

【００３０】 実施例 図１は、ＤＥ１９７３４２７８．７からすでに公知のプラズマ加工装置１の基
本図であり、このプラズマ加工装置はリアクタ２，例えば反応ガスまたはエッチ
ングガスを供給するための供給パイプ３，制御弁５を備えた排気パイプ４，ＩＣ
Ｐコイル６を有している。制御弁５を介してリアクタ２には所望のプロセス圧を
調整することができる。ＩＣＰコイルは巻線を備えたコイルとして構成されてお
り、リアクタ２を上部で部分的に少なくともほぼ取り囲む。リアクタ２はＩＣＰ
コイル６の領域ではほぼセラミック材料からなり、典型的には直径４０ｃｍ、高
さ２０ｃｍに構成されており、さらにリアクタ側壁７を有する。リアクタ側壁に
は、セラミックケットルの下方で金属間隔部材１１が周回するリングの形態で嵌
め込まれている。間隔部材１１は約１０ｃｍ〜３０ｃｍの高さを有し、例えばア
ルミニウムからなる。リアクタ２内には上部にＩＣＰコイル６によって、それ自
体公知のように誘導性に結合された高密度のプラズマ８が形成される。このプラ
ズマ形成は、リアクタ２にＩＣＰコイル６を介して高周波の交番磁界を発生し、
この交番磁界が反応ガスに作用し、リアクタ２内に誘導性に結合されたプラズマ
源１８として高密度のプラズマ８を反応性粒子とイオンから形成することにより
行われる。

【００３１】 リアクタ２の下部領域には基板９が存在し、基板は相応のマスキングを備えた
例えばプラズマエッチングにより処理すべきシリコンウェハである。基板９は基
板電極１０の上に配置されており、側方からそれ自体公知の吸収部材１７によ取
り囲まれている。吸収部材は熱的に良好に基板電極に結合され、プラズマ８から
発生した過剰の反応性粒子を消費する。エッチングガス構成成分としてのフッ素
粒子に対する吸収材料として、例えばシリコンまたはグラファイトが適する。し
かし吸収部材１７は択一的実施例では省略することができる。または水晶カバー
またはセラミックカバーにより置換することができる。基板電極１０はさらにそ
れ自体公知のように高周波電圧源１２と接続されている。プラズマ密度とイオン
流密度を均質化するために、高密度プラズマ８と基板９との間にアパーチャ１３
が嵌め込まれる。このアパーチャはホール絞り１４を有し、例えば１５ｍｍ厚の
アルミニウムから作製される。ホール絞り１４の開口部１５の直径は、基板電極
１０上にある加工すべきウェハの直径よりも大きい。さらにホール絞り１４の上
方には円筒状のシールド１６が配置されており、このシールドはホール絞り１４
の縁部に固定されている。シールドはアルミニウムからなり、１０ｍｍの壁厚と
２５〜４９ｍｍの高さを有する。

【００３２】 図２は、従来技術から公知の、ＩＣＰコイル６に高周波交流電圧を給電するた
めの電気回路、図１の断面ラインＩＩに沿ったＩＣＰコイル６の断面、およびリ
アクタ側壁を取り除いた高密度プラズマ８を示す。ここでは高周波給電部２３を
介して高周波の給電高電圧が、それ自体公知で市販されている同軸ケーブルを介
してＩＣＰコイル６の“ホット”コイル端部２０に供給される。同軸ケーブルの
インピーダンスは５０Ωである。これによりそこには例えばアースに対して３０
００Ｖの高周波高電圧Ｖ（ｔ）が印加される。第２の“クール”コイル端部はア
ース２２と接続されている。ＩＣＰコイル６はコイル面４１を定める。高周波電
圧の“ホット”コイル端部２０への供給と、“クール”コイル端部２１の接地は
電気導体４０を介して行われる。さらにインピーダンスマッチングのために、調
整可能な２つのコンデンサＣ₃２５とＣ₂２４が設けられている。別のコンデンサ
Ｃ₄２６は、ＩＣＰコイル６と共に形成される共振回路の共振条件を定める。

【００３３】 図３は、図２の公知例を発展させた本発明の第１の実施例を示す。ここではＩ
ＣＰコイル２１’の対称給電が第１のコイル端部２０’と第２のコイル端部２１
’を介して行われる。これらのコイル端部は“ホット”コイル端部として作用す
る。高周波交流高電圧の給電は高周波給電部２３を介して、第１の給電点３２と
これと接続された第２の給電点３１で行われる。交流高電圧は高周波給電部２３
に、インピーダンスが５０Ωの通常の同軸ケーブルを介して供給される。

【００３４】 高周波給電部２３はまず第１のコイル端部２０’に電気導体４０を介して高周
波交流高電圧を供給する。第１の給電点３２と第２の給電点３１とをλ／２遅延
線路３０が接続しており、この遅延線路は選択された高周波に依存し、１３．５
６ＭＨｚの場合は長さ７．２ｍを有する。遅延線路は有利には同じようにインピ
ーダンスが５０Ωの通常の同軸ケーブルからなる。この場合にケーブルでの損失
が最小となり、λ／２遅延線路３０での定在波による放射が発生しない。λ／２
遅延線路の長さはλ／２＊Ｖの選定されており、ここでＶはケーブルに依存する
短縮係数であり、通常の同軸ケーブルに対しては０．６５である。λは真空中を
伝播する高周波電圧の波長である。λ／２遅延線路３０によって、２つの給電点
３１，３２にはそれぞれ周波数は同じで、振幅の絶対値もほぼ等しい高周波交流
高電圧が印加されるが、これらの交流高電圧は相互に１８０゜位相がずれており
、したがって逆相である。全体としてλ／２遅延線路３０は、第１の給電点３２
に印加される高周波高電圧の鏡像を形成し、これを第２の給電点３１に供給する
。同時に遅延線路は供給される高周波電力を対称にする。高周波給電部２３と給
電点３１，３２を介してＩＣＰコイル６の２つの端部２０’、２１’に供給され
る高周波の逆相高電圧Ｕ（ｔ）と−Ｕ（ｔ）は、例えばアースに対してそれぞれ
１５００Ｖの振幅を有する。この振幅は、図２でのＩＣＰコイルの“ホット”端
部に印加される電圧Ｖ（ｔ）の半分の大きさである。

【００３５】 このようにしてアース対称の給電が２つのケーブル芯線で得られる。すなわち
第１の給電点３２の高周波給電ケーブルでの電圧経過は＋Ｕ（ｔ）であり、第２
の給電点３１での遅延線路の出力側では電圧経過が−Ｕ（ｔ）である。ここで電
圧点３１，３２は相互に２００Ωのインピーダンスを有している（非対称の入力
インピーダンス５０Ωに対してインピーダンスは４倍になる）。これにより第１
のコイル端部２０’には電圧Ｕ（ｔ）が、第２のコイル端部には電圧−Ｕ（ｔ）
が供給される。

【００３６】 給電点３１，３２と、ＩＣＰコイル６および共振回路コンデンサＣ₄２６によ
り形成される誘導性プラズマ８との間のインピーダンスマッチングのために、さ
らに３つのコンデンサＣ₂２４，Ｃ₃２５およびＣ₁２７が設けられている。これ
らのキャパシタンスはＣ₂２４とＣ₁２７の場合、調整可能であり、これらはいわ
ゆる“マッチボックス”を形成する。ここでＩＣＰコイル６に正確に対称給電を
行うためには、コンデンサＣ₁２７とコンデンサＣ₃２５のキャパシタンスが等し
いと有利である。しかしこの対称性の僅かな偏差は有害なプロセス影響もなく、
許容できる。２つのコンデンサの一方、例えばＣ₁２７をいわゆる負荷キャパシ
タＣ₂と同じように可変回転コンデンサとして構成して、インピーダンスマッチ
ングのために調整し、他方のコンデンサ、例えばＣ₃２５を固定値に維持し、こ
の固定値が近似的に、適合された位置での前者のキャパシタンスとなるようにす
ることができる。

【００３７】 表１には例としてコンデンサＣ₂２４，Ｃ₃２５、Ｃ₄２６およびＣ₁２７の有利
な値、および達成される対称性ないし非対称性が示されている。対称性ないし非
対称性は、Ｃ₁のＣ₃に対するキャパシタンスの比により与えられる。所要の最適
キャパシタンスを検出するために有利には反復的に実行し、まず例えばコンデン
サＣ₃２５のキャパシタンスに対して妥当な固定値を選択する。これに基づきイ
ンピーダンスマッチング手続きを、“マッチボックス”内のコンデンサＣ₁２７
とＣ₂２４を用いて実行する。これにより給電点３２と３１との間の入力インピ
ーダンス２００Ωが形成される誘導性プラズマ８に最適にマッチングされる。

【００３８】 Ｃ₃２５のキャパシタンス固定値とＣ₁２７のキャパシタンス調整値とから、イ
ンピーダンスマッチングに対して重要な全体容量が２つのコンデンサの直列回路
から得られるＣ’＝（Ｃ₁ ^-1＋Ｃ₃ ^-1）^-1。次に、固定コンデンサＣ₃のキャパシ
タンスをキャパシタンスＣ₃’に次式に従い新たに選択する。

【００３９】 Ｃ₃’＝（２＊Ｃ’）＝２＊（Ｃ₁ ^-1＋Ｃ₃ ^-1）^-1 そしてマッチボックスは、コンデンサＣ₃２５に対するこの新たな値により、可
変コンデンサＣ₁２７を正確に同じ値に調整する。すなわちＣ₁＝Ｃ₃＝Ｃ’とす
る。このことを直列回路の同じ全体容量で、ひいては同じインピーダンス変換で
前と同じように実行し、とりわけ２つのコンデンサＣ₁とＣ₃の対称配置構成、お
よびひいては２つのコイル端部２１’と２０’での２つコイル電圧の対称配置構
成で実行する。ただ１回の反復によって、誘導性ソース構成の対称的適合動作に
対するコンデンサＣ₃２５の最適固定値が見出される。コンデンサＣ₂２４とＣ₄
２６はここでは重要でない。なぜならこれらは対称性に影響を及ぼさないからで
ある。

【００４０】 表１ Ｃ₁＝ ３２３ｐＦ ３９０ｐＦ Ｃ₂＝ ２４５ｐＦ ２４５ｐＦ Ｃ₃＝ ４５０ｐＦ ３７５ｐＦ Ｃ₄＝ １５０ｐＦ １５０ｐＦ 対称性： １．２０：１ ０．９８：１ 図４は別の実施例を示す。この実施例では、図１と図３を用いて説明した実施
例と同じように構成されているが、２つのコンデンサＣ₁２７とＣ₃２５に対して
２連回転コンデンサが使用されている。これにより両方の容量値は同時に変化す
る。この２連構成は例えば、２つの回転コンデンサＣ₁２７とＣ₃２５を電気的に
絶縁した機械的クラッチにより相互に連結し、これにより同時に変化させるか、
または並置して、チェーンまたはベルト駆動により同時に運動することにより実
現される。

【００４１】 回転コンデンサを並置した別の実施例では、電気的に絶縁した歯車を使用し、
２つの回転コンデンサ軸を機械的に相互に結合することができる。さらに２つの
自立型回転コンデンサＣ₁２７とＣ₃２５を使用し、これらをサーボモータを介し
て同時に制御することもできる。必要ならば、とりわけ小型で付加的なトリマコ
ンデンサを使用し、これらを固定値コンデンサとして回転コンデンサＣ₁２７と
Ｃ₃２５に並列に接続し、完全な対称調整を達成することもできる。このように
していずれの場合でも、常に対称性のコイル給電がＩＣＰコイル６で行われ、こ
れにより多種多様なプロセスに対し、常に最適の対称関係がＩＣＰコイル６と形
成されるプラズマ８とで得られる。このようにして、多数の構造化プロセスを１
つの同じ装置構成によって最適にカバーすることができる。

【００４２】 表２には付加的に、図４で説明した実施例と、図５による以下の実施例に適す
る理想的なキャパシタンス組合せ集合が示されている。

【００４３】 表２ Ｃ₁＝ ３８２ｐＦ Ｃ₂＝ ２４５ｐＦ Ｃ₃＝ Ｃ1 Ｃ₄＝ １５０ｐＦ 対称性 １：１ 図４で説明した実施例による正確な対称コイル給電には大きな利点がある。す
なわちコイル中央部４２に常に０Ｖの電圧がかかるのである。したがってコイル
中央部４２を明示的にコイルアース３３によって接地することができる。このこ
とを図５を用いて、図４の発展実施例として説明する。コイル中央部４２の明示
的アースは、アース電位と固定的に接続されたないＩＣＰコイル６に発生する問
題、すなわちＩＣＰコイル６に発生するいわゆる高周波同相電圧の問題を解決す
る。この高周波同相電圧はＩＣＰコイル６内を駆動される高周波逆相電圧の電流
に重畳され、ＩＣＰコイル６の各点において等しく、コイル回路内に電流が流れ
ないように作用する。

【００４４】 この同相電圧の発生の原因として、２つのコイル端部２０’、２１’に印加さ
れる高周波高電圧間に位相差が僅かに存在すること、高密度プラズマ８からＩＣ
Ｐコイル６への逆作用、並びに僅かな対称性エラーが挙げられる。同相電圧の減
衰は、高密度プラズマ８への容量性結合と、誘電性リアクトル側壁による誘導性
の変位電流によってのみ行われる。したがってＩＣＰコイル８は部分的に、容量
性結合されるサイドプラズマを駆動する電極のように作用し、ちょうどアノード
とプラズマとの間に誘電体を有する公知の三極管装置のように作用する。プラズ
マ８中の前記の誘導性変位電流は、誘導性の高密度プラズマ８を駆動するコイル
電流に対して比較的に小さい。相応してこのことにより付加的にプラズマ８に入
力結合されるエネルギー量は差し当たり小さい。それにもかかわらず、この同相
電圧はプラズマ特性を、とりわけＩＣＰコイル６に非常に大きな高周波電力（６
００Ｗ以上）が存在する場合、有意に悪化させる。コイルアース３３をコイル中
央部４２に設けることによって、ＩＣＰコイル６でのいわゆる同相電圧が効果的
に抑圧され、とりわけ大きな高周波電力でのプラズマエッチングプロセスにおい
てプロフィール精度およびエッチング速度均一性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、プラズマ加工装置の基本断面図、

【図２】 図２は、従来技術から公知の、ＩＣＰコイルに給電するための非対称回路、

【図３】 図３は、第１の対称回路、

【図４】 図４は、第２の対称回路、

【図５】 図５は、ＩＣＰコイルに給電するための第３の対称回路を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレア シルプ ドイツ連邦共和国 シュヴェービッシュ グミュント ゼーレンバッハヴェーク 15 (72)発明者 トーマス ベック ドイツ連邦共和国 キルヒベルク／ムル レーマーヴェーク 27 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC06 CA25 CA43 DA02 EA01 EB01 EB41 EC10 EC21 EC30 FB02 5C030 DD01 DE04 DE09 5F004 AA01 AA05 AA06 AA16 BA04 BA07 BA20 BB07 BB13

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（９）を高密度プラズマ（８）を用いてリアクタ（２）
   内でＩＣＰコイル（６）を使用してエッチングするプラズマ加工装置であって、 前記ＩＣＰコイル（６）は第１のコイル端部（２０，２０’）と第２のコイル
   端部（２１，２１’）とを有し、 当該コイル端部はそれぞれ所属の第１の給電点（３２）と、所属の第２の給電
   点（３１）を介して高周波給電部（２３）と接続されており、 該高周波給電部（２３）には給電点（３１，３２）を介してそれぞれ周波数の
   等しい高周波交流電圧が印加される形式のプラズマ加工装置において、 第１の給電点（３２）と第２の給電点（３１）はλ／２遅延線路（３０）によ
   り相互に接続されており、 これにより両方のコイル端部（２０，２０’、２１，２１’）に印加される高
   周波交流電圧は少なくともほぼ相互に逆相である、 ことを特徴とするプラズマ加工装置。
2. 【請求項２】 ２つのコイル端部（２０，２０’、２１，２１’）に印加さ
   れる２つの交流電圧は少なくともほぼ同じ振幅を有する、請求項１記載のプラズ
   マ加工装置。
3. 【請求項３】 ＩＣＰコイル（６）はただ１つの巻線だけを有する、請求項
   １記載のプラズマ加工装置。
4. 【請求項４】 ＩＣＰコイル（６）はリアクタ（２）を領域的に少なくとも
   ほぼ取り囲む、請求項１記載のプラズマ加工装置。
5. 【請求項５】 リアクタ（２）内には、高密度プラズマ（８）の形成箇所と
   してのプラズマ源（１８）と基板（９）との間にアパーチャ（１３）が設けられ
   ている、請求項１記載のプラズマ加工装置。
6. 【請求項６】 基板（９）は基板電極（１０）上に配置されており、 該基板電極は高周波電圧源（１２）と接続されている、請求項１記載のプラズ
   マ加工装置。
7. 【請求項７】 高周波交流電圧が第１のコイル端部（２０，２０’）と第２
   のコイル端部（２１，２１’）に電気導体（４０）を介して印加され、 該電気導体は、ＩＣＰコイル（６）により形成されるコイル面（４１）に対し
   て平行に案内されている、請求項１記載のプラズマ加工装置。
8. 【請求項８】 ＩＣＰコイル（６）および／またはリアクタ（２）の周囲に
   発生する電流は、これがＩＣＰコイル（６）により形成されるコイル面（４１）
   に対して平行に延在するように案内される、請求項１記載のプラズマ加工装置。
9. 【請求項９】 ２つの給電点（３０，３１）と、これらに接続された２つの
   コイル端部（２０’、２１’）との間に、インピーダンスマッチングのための電
   気回路が設けられている、請求項１記載のプラズマ加工装置。
10. 【請求項１０】 前記電気回路は、コンデンサ（２４，２５，２６，２７）
    を有する容量性電源網である、請求項９記載のプラズマ加工装置。
11. 【請求項１１】 容量性電源網は少なくともほぼ対称であり、とりわけ調整
    可能である、請求項１０記載のプラズマ加工装置。
12. 【請求項１２】 ＩＣＰコイル（６）のコイル中央部（４２）は接地されて
    いる、請求項１記載のプラズマ加工装置。
13. 【請求項１３】 ＩＣＰコイル（６）は、とりわけ円形のセラミックケット
    ルとして構成されたリアクタ（２）を次のように取り囲む、すなわちコイル端部
    （２０，２０’、２１，２１’）がリアクタ（２）に対して最大間隔を有するよ
    うに取り囲む、請求項１または４記載のプラズマ加工装置。
14. 【請求項１４】 基板（９）および／またはＩＣＰコイル（６）は、基板（
    ９）とＩＣＰコイル（６）との間隔がコイル面（４１）に対して垂直で最大であ
    るように配置されている、請求項１記載のプラズマ加工装置。
15. 【請求項１５】 リアクタ（２）に形成される、プラズマ源（１８）として
    の高密度プラズマ（８）と基板（９）との間で、リアクタ側壁（７）には周回す
    る金属間隔部材（１１）が嵌め込まれている、請求項１記載のプラズマ加工装置
    。