JP3499104B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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お
よび処理方法に係り、特に半導体製造工程における微細
なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理は、半導体デバイスの高集
積化に伴ってますます微細加工性や処理速度の向上が要
求されて来ている。この要求に応えるためには、処理ガ
ス圧の低圧化，プラズマの高密度化が必要になって来て
いる。

【０００３】処理ガス圧の低圧化，高密度化を目指すも
のとして、(１）マイクロ波(２.４５ＧＨｚ)電磁界と静
磁場（８７５Ｇ）とのサイクロトロン共鳴現象（ＥＣＲ
と略す）を利用したもの、（２）ＲＦ周波数の電源によ
りコイルを励振し、誘導電磁界を発生させて、プラズマ
を発生させるもの（ＩＣＰと略す）などがある。

【０００４】ところで、フルオロカーボン系ガスを用い
て、酸化膜系の膜をエッチングする場合、上記（１)に
示したＥＣＲや（２）に示したＩＣＰ方式では、ガスの
解離が進みすぎ、酸化膜系膜の下地（ＳｉやＳｉＮ）に
対する選択比を高くすることが困難であるのが現状であ
る。

【０００５】一方、平行平板間にＲＦ周波数の電圧を印
加し、プラズマを発生させる従来の方法は、１０Ｐａ以
下の圧力で安定に放電させることは困難である。この対
策として、（３）特開平７−２９７１７５号公報や特開
平３−２０４９２５号公報に示されたような、数十ＭＨ
ｚ以上の高い周波数の電圧によりプラズマを生成させ数
ＭＨｚ以下の低い周波数で試料のバイアス制御を行う２
周波励起法や、（４）特開平２−３１２２３１号公報に
示されたような、試料表面に誘起された自己バイアス電
界（Ｅ）と交差する方向に磁界Ｂを加え、電子のローレ
ンツ力による電子の閉じ込め作用を利用したマグネトロ
ンＲＩＥ（Ｍ−ＲＩＥと略す）法がある。

【０００６】また、低ガス圧下においてプラズマ密度を
増加させる方法として、特開昭５６−１３４８０号公報
に記載されたものがある。これは、電磁波であるマイク
ロ波（２．４５ＧＨｚ）と静磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）
とによる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を活用し、
０．１〜１Ｐａの低ガス圧でも高いプラズマ密度が得ら
れるようにしたものである。

【０００７】一方、プラズマを用いて半導体のエッチン
グ処理や成膜処理等を行う技術分野において、被処理物
（例えば半導体ウェハ基板、以下試料と略する。）を配
置する試料台に対して、プラズマ中のイオンを加速する
ための高周波電源と、静電吸着力によって試料を試料台
に保持させる静電吸着膜とを備えた処理装置が採用され
ている。

【０００８】例えば、ＵＳＰ５，３２０，９８２号明細
書に記載された装置は、マイクロ波でプラズマを発生さ
せ、静電吸着力によって試料を試料台に保持させると共
に試料と試料台との間に伝熱ガスを介在させて試料の温
度制御を行いながら、正弦波出力の高周波電源をバイア
ス電源として、該電源を試料台に接続して試料に入射す
るイオンエネルギーを制御するものである。

【０００９】また、特開昭６２−２８０３７８号公報で
は、プラズマー電極間の電界強度を一定化するパルス状
のイオン制御バイアス波形を発生させ試料台に印加する
ことにより、試料に入射するイオンエネルギーの分布幅
を狭くでき、エッチングの加工寸法精度や被処理膜と下
地材とのエッチング速度比を数倍に上げることが可能と
なることが記載されている。

【００１０】また、特開平６−６１１８２号公報では、
電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生さ
せ、試料に、パルスデューティが０．１％程度以上の幅
のパルスバイアスを印加し、ノッチの発生を防止するこ
とが記載されている。

【００１１】なお、ＶＨＦ帯電磁波と静磁場とによりサ
イクロトロン共鳴を起こし、プラズマ密度を向上させる
例として、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ，Vol.28，
No.10, October，1989, PP. L 1860- L 1862に記載のも
のがある。しかし、本例で同軸形状の中心導体に１４４
MHzの高周波を印加し、中心導体に平行な５１Ｇの磁場
を加え、サイクロトロン共鳴を生じさせて、高密度のプ
ラズを発生させ、このプラズマ発生部の下流にアースさ
れた試料台を設置している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術中、特開
平７−２８８１９５号公報や特開平７−２９７１７５号
公報に記載のプラズマ発生方式は、１３．５６ＭＨｚや
数十ＭＨｚの高周波によりプラズマを発生させるもので
ある。数十〜５Ｐａ（パスカル）程度のガス圧では、酸
化膜のエッチングに良好なプラズマを発生させることが
できる。しかし、０．２μｍ程度以下のパターン寸法の
微細化にともない、処理形状の垂直化がより強く要求さ
れるようになってきており、このためには、ガス圧の低
下が必須になって来ている。

【００１３】しかし、上記した２周波励起法やＭ−ＲＩ
Ｅ法では、４Ｐａ以下（０．４〜４Ｐａ）で５×１０¹⁰
ｃｍ~³程度以上の所望の密度のプラズマを安定に生成さ
せることが困難である。例えば、上記２周波励起法で
は、プラズマ励起周波数を高くしていっても、５０ＭＨ
ｚ程度以上ではプラズマ密度があまり増加しないか、逆
に低下する減少が出てきて、０.４〜４Ｐａの低ガス圧
でプラズマ密度を５×１０¹⁰cm~³以上にすることは困難
である。

【００１４】また、Ｍ−ＲＩＥ法では、試料表面に生ず
る電子のローレンツ力による電子の閉じ込め作用により
生成されるプラズマ密度は、試料全面で均一でなければ
ならない。しかし、Ｅ×Ｂのドリフトにより、一般にプ
ラズマ密度に面内の片寄りが生じる欠点がある。試料表
面に直接、電子の閉じ込め作用で形成されるプラズマ密
度の片寄りは、電界強度の強い試料近傍のシース付近で
発生するため、拡散等の方法によって補正することはで
きない。

【００１５】この解決法として特開平７−２８８１９５
号公報に記載されている様に、Ｅ×Ｂによる電子のドリ
フト方向に磁界強度が弱くなる様に磁石を配置すること
により、試料に平行な磁場の最大値として２００ガウス
を加えても、偏りの無い均一なプラズマガ得られる。し
かし、磁界強度分布を一度固定すると、プラズマが均一
となる条件がある特定の狭い範囲に限定されるため、処
理条件の変化には容易に追随できない欠点がある。特
に、φ３００以上の大口径試料に対し、電極間の距離が
２０ｍｍ程度以下で狭い場合、試料端部上の圧力より試
料中央部上の圧力が１割以上高くなり、試料上の圧力差
を避けるため試料台と対向電極間の間隔を３０ｍｍ以上
に設定する場合、困難性が特に増す傾向にある。

【００１６】このように、上記した２周波励起法やＭ−
ＲＩＥ法では、０.４−４Ｐａの低圧で、５×１０¹⁰cm~
³のプラズマ密度をφ３００mmの試料面内で均一にする
ことは困難である。従って、２周波励起法やＭ−ＲＩＥ
法では、φ３００mm以上の大口径のウェハに対し、均一
でかつ高速加工性を有して０.２ミクロン径以下の加工
を、下地（ＳｉやＳｉＮ等）との選択比を高く加工する
ことは困難な状況である。

【００１７】一方、低ガス圧によるプラズマ密度を大幅
に増加させる方法として、上記従来技術中の特開昭５６
−１３４８０号公報に記載されたものがある。しかし、
この方式では、ガスの解離が進みすぎ、フッ素と炭素と
を含有するガスを用いてシリコン酸化膜や窒化膜等をエ
ッチングした場合、フッ素原子／分子やフッ素イオンが
多量に発生し、所望の下地（Ｓｉ等）との選択比が得ら
れないという欠点があった。ＲＦ電力の誘導電磁界を用
いるＩＣＰ法も上記ＥＣＲ法と同様に解離が進みすぎる
欠点があった。

【００１８】また、処理ガスを試料の周辺から排気する
構成が一般に取られており、この場合、試料中央部の密
度が高く、試料周辺部のプラズマ密度が低くなる傾向と
なり、試料全面での処理の均一性がそこなわれる欠点が
あった。この欠点を改善するため試料の周辺付近に環状
の土手（フォーカスリング）を設け、ガス流を澱ませる
ことが行われているが、この土手に反応生成物が付着
し、異物発生源となり歩留まりが低下する欠点を持って
いた。

【００１９】一方、試料に入射するイオンのエネルギー
制御するため、試料を載置する電極に正弦波のＲＦバイ
アスを加えることが行われている。その周波数として数
１００ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚが用いられているが、
この周波数帯では、シース内の電界の変化にイオンが追
随するため入射するイオンのエネルギー分布が、低いエ
ネルギー側と高いエネルギー側との２つでピークを持つ
ダブルピーク型となっていた。高いエネルギー側のイオ
ンは、処理速度は高いが、試料にダメージを与え、低い
エネルギー側のイオンは処理速度が低い欠点があり、ダ
メージをなくそうとすると処理速度が低下し、処理速度
を上げようとするとダメージが問題となる欠点があっ
た。一方、ＲＦバイアス周波数を例えば５０ＭＨｚ程度
以上の高い値とすると、入射するエネルギー分布はそろ
ってシングルピークに近づくが、プラズマ生成にそのエ
ネルギーの大半が使われ、シースに加わる電圧が大幅に
低下するため、入射イオンのエネルギーを単独に制御す
ることが困難になる欠点があった。

【００２０】また、上記従来技術中、特開昭６２−２８
０３７８号公報や特開平６−６１１８２号公報に記載の
パルスバイアス電源方式は、試料台電極と試料との間に
静電吸着用誘電体層を使用して試料にパルスバイアスを
印加する場合の検討がなされておらず、静電吸着方式に
そのまま適用するとイオン電流の流入に伴い静電吸着膜
の両端間に発生する電圧の増加によりプラズマと試料表
面間に印加されるイオン加速電圧が低下し、イオンエネ
ルギー分布が広がるため、試料に十分な温度制御を行い
ながら、必要とする微細パターンの処理に対処すること
ができない欠点があった。

【００２１】また、ＵＳＰ５，３２０，９８２号明細書
に記載された従来の正弦波出力バイアス電源方式では、
周波数が高くなると、シース部のインピーダンスがプラ
ズマ自身のインピーダンスに近づくか、それ以下になる
ため、バイアス電源により試料近傍のシース付近で不要
なプラズマが生じ、イオンの加速に有効に使われなくな
るとともにプラズマ分布も悪化し、バイアス電源による
イオンエネルギーの制御性が失われる欠点があった。

【００２２】さらにまた、プラズマ処理においては、イ
オン量、ラジカル量及びラジカル種を適正に制御するこ
とが、性能向上のために重要であるが、従来はイオン源
やラジカル源となるガスを処理室に流入させ、処理室内
でプラズマを発生させて、イオンとラジカルを同時に発
生させていたため、試料の処理が微細化するにつれ、そ
の制御の限度が明白となりつつある。

【００２３】また、先に述べたＪａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
ｐｈｙｓ，２８，１０のＶＨＦ帶のサイクロトロン共鳴
を利用した例では、試料台に印加するバイアス電源の設
置バイアス電圧を試料面全面にわたって均一に加えるた
めの手段等述べられていない。また、処理室の高さは２
００ｍｍ程度以上となっており、対向電極での表面反応
有効に活用する構成とはなっておらず、この構成で高い
選択比を得ることは困難である。

【００２４】本発明の目的は、過度にガスの解離を進め
ずφ３００mm以上の大口径で均一なプラズマを得ること
により、大口径の試料に対する微細パターンの精密な加
工が容易なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提
供することにある。

【００２５】本発明の他の目的は、大口径の試料の全面
にわたって均一かつ高速な処理、特に酸化膜処理を施す
ことができるプラズマ処理装置およびその処理方法を提
供することにある。

【００２６】本発明の他の目的は、試料中の絶縁膜（例
えばＳｉＯ2, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ
処理の選択比を向上させた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にある。

【００２７】本発明の他の目的は、狭いイオンエネルギ
ー分布を得て安定して低ダメージで制御性良くプラズマ
処理の選択比を向上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にある。

【００２８】本発明の他の目的は、試料の静電吸着によ
り温度制御性を改善し、必要とする微細パターンの処理
を精度良く安定して行う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にある。

【００２９】本発明の他の目的は、イオンとラジカルを
独立に制御することが可能な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にある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、真空処
理室と、一対の電極を含むプラズマ生成手段と、該真空
処理室内で処理される試料を載置する試料載置面を有す
る試料台と、前記真空処理室を減圧する減圧手段とを有
するプラズマ処理装置において、前記一対の電極間に、
３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚのＶＨＦ帶の高周波電力
を印加する高周波電源と、前記高周波電源により前記一
対の電極間もしくはその近辺に生ずる電界と交差する方
向に、静磁場もしくは低周波磁場を形成する磁場形成手
段とを備え、前記一対の電極間に、前記磁場と前記電界
との相互作用による電子のサイクロトロン共鳴領域を形
成することにある。

【００３１】本発明の他の特徴は、真空処理室と、一対
の電極を含むプラズマ生成手段と、前記電極の一方を兼
ねると共に該真空処理室内で処理される試料を載置する
試料台と、前記真空処理室を減圧する減圧手段とを有す
るプラズマ処理装置において、前記一対の電極間に、５
０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのＶＨＦ帯電力を印加する
高周波電源と、前記高周波電源により前記一対の電極間
もしくはその近辺に生ずる電界と交差する方向に、１７
ガウス以上７２ガウス以下の静磁場もしくは低周波磁場
の部分を形成する磁場形成手段とを備え、前記磁場の前
記試料台の面に沿う方向の成分の最大となる部分が、前
記一対の電極の中央よりも前記試料台と反対側になるよ
うに設定し、前記一対の電極間に前記磁場と前記電界と
の相互作用による電子のサイクロトロン共鳴領域を形成
することにある。

【００３２】本発明の他の特徴は、真空処理室と、一対
の電極を含むプラズマ生成手段と、前記電極の一方を兼
ねると共に該真空処理室内で処理される試料を配置する
ための試料台と、前記真空処理室を減圧する減圧手段と
を有するプラズマ処理装置による試料のプラズマ処理方
法において、減圧手段により前記真空処理室内を減圧す
るステップと、磁場形成手段により、前記一対の電極間
の電界と交差する方向に、１０ガウス以上１１０ガウス
以下の静磁場もしくは低周波磁場の部分を形成するステ
ップと、高周波電源により前記一対の電極間に、３０Ｍ
Ｈｚないし３００ＭＨｚのＶＨＦ帯電力を印加して、前
記一対の電極の間に、前記磁場と前記高周波電源による
電界との相互作用による電子のサイクロトロン共鳴領域
を形成するステップと、前記電子のサイクロトロン共鳴
によリ生成されるプラズマにより、前記試料を処理する
ステップとを有することにある。

【００３３】本発明によれば、過度にガスの解離を進め
ず、φ３００mm以上の大口径で飽和イオン電流分布が±
５％以下の均一なプラズマを得るために、プラズマ生成
用高周波電源として、３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ，
好ましくは５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用
いる。一方、前記高周波電源により一対の電極間に生ず
る電界と交差する方向に、静磁場もしくは低周波磁場を
形成する。これにより、一対の電極間には、試料台の試
料載置面に沿って該一対の電極の中央よりも試料台とは
反対側に、磁場と電界との相互作用による電子のサイク
ロトロン共鳴領域が形成される。この電子のサイクロト
ロン共鳴によリ生成されるプラズマにより試料を処理す
る。

【００３４】磁場は、１０ガウス以上１１０ガウス以
下、好ましくは１７ガウス以上７２ガウス以下の静磁場
もしくは低周波（１ＫＨｚ以下）磁場の部分を有し、ガ
スは、０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧とする。また、両
電極間の距離を３０ないし１００mm、好ましくは３０な
いし６０mmとする。なお、一対の電極は、それぞれ処理
される試料の面積以上の面積を有するものであることは
言うまでもない。

【００３５】高周波電源の周波数ｆとして、５０ＭＨｚ
≦ｆ≦２００ＭＨｚのＶＨＦを用いることによって、プ
ラズマ密度はマイクロ波ＥＣＲの場合に比べて１桁ない
し２桁程度低下する。また、ガスの解離も低下し、不要
なフッ素原子／分子や、イオンの発生も１桁程度以上低
下する。このＶＨＦ帯の周波数と、サイクロトロン共鳴
を用いることによって、プラズマ密度の絶対値として、
５×１０¹⁰cm~³以上の、適度に密度の高いプラズマが得
られ、０．４−４Ｐａの低圧で高レートの処理が可能と
なる。さらに、ガスの解離も過度に進まないために、Ｓ
ｉやＳｉＮ等の下地との選択比を大きく悪化させること
は無い。

【００３６】従来の１３．５６ＭＨｚの平行平板電極に
比べれば、ガスの解離が少し進むが、これによるフッ素
原子／分子や、イオンのわずかの増加は、電極表面やチ
ャンバ壁面にシリコンや炭素を含む物質を設置したり、
更には、これらにバイアスを加えることや、水素を含む
ガスを用いて水素とフッ素を結合して排出することによ
り改善することができる。

【００３７】また、本発明によれば、両電極の間で、試
料台に平行な磁場成分の最大となる部分を両電極の中央
よりも試料台と反対側に設定し、試料台の試料載置面で
の試料に平行な磁場強度を３０ガウス以下好ましくは１
５ガウス以下とすることによって、試料載置面付近で電
子に働くローレンツ力（Ｅ×Ｂ）を小さい値にし、試料
載置面でのローレンツ力による電子ドリフト効果による
プラズマ密度の不均一性の発生をなくすることができ
る。

【００３８】本発明の他の特徴によれば、試料の中央部
付近に比べ、試料の周辺部ないしはその外側付近でプラ
ズマの生成を高める様に、電子のサイクロトロン共鳴効
果を中央に比べ、周辺部ないしはその外側で大きくす
る。電子のサイクロトロン共鳴効果を下げる手段として
は、サイクロトロン共鳴領域と試料との距離を遠くした
り、サイクロトロン共鳴領域をなくしたり、磁場と電界
との直交度合を少なくすること等により達成できる。

【００３９】また、サイクロトロン共鳴磁場ＢC付近で
の磁場勾配を急にし、ＥＣＲ共鳴領域を狭くすると、サ
イクロトロン共鳴効果を弱めることができる。ＥＣＲ共
鳴領域は、Ｂｃ（１−ａ）≦Ｂ≦Ｂｃ（１＋ａ） 但
し、０．０５≦ａ≦０．１なる磁場強度Ｂの範囲とな
る。

【００４０】ＥＣＲ共鳴領域では解離が進むため、特に
イオンの生成が盛んになる。一方、ＥＣＲ共鳴領域以外
の領域は、ＥＣＲ共鳴領域に比べて解離が進まず、ラジ
カルの生成の方が盛んになる。ＥＣＲ共鳴領域の幅と上
部電極に加える高周波電力を調整することにより、試料
の処理に適切なイオンとラジカルの発生をより独立に制
御することができる。

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を説明する。
まず図１に、本発明を対向電極型のプラズマエッチング
装置へ適用した第一の実施例を示す。図１において、真
空容器としての処理室１０は、上部電極１２と下部電極
１５とから成る一対の対向する電極を備えている。下部
電極１５には試料４０が載置される。両電極１２，１５
の間隙は、φ３００ｍｍ以上の大口径の試料を処理する
時の試料面上の圧力差を１割以下にするために、３０ｍ
ｍ以上とするのが望ましい。また、フッ素原子や分子や
イオンを減じるために、上部／下部電極表面上での反応
を有効に活用する観点から、１００mm以下、好ましくは
６０mm以下とするのが望ましい。上部電極１２には、マ
ッチングボックス１６２を介して高周波エネルギーを供
給する高周波電源１６が接続されている。１６１は高周
波電源変調信号源である。上部電極１２とアース間に
は、バイアス電源１７の周波数成分に対しては低インピ
ーダンスとなり、高周波電源１６の周波数成分に対して
は高インピーダンスとなるフィルタ１６５が接続されて
いる。

【００５６】試料台にほぼ平行に設置された上部電極１
２の表面積は、処理される試料４０の面積よりも大きく
し、バイアス電源１７の印加により試料面上のシースに
効率良くかつ均一に電圧が加わるように構成している。

【００５７】上部電極１２の下側表面には、シリコン、
カーボンもしくはＳｉＣからなるフッ素の除去板として
の上部電極カバー３０が設けられている。また、上部電
極１２の上部には、ガスを所望の分布に拡散するガス拡
散板３２を備えたガス導入室３４が設けられている。処
理室１０には、ガス供給部３６からガス導入室３４のガ
ス拡散板３２、上部電極１２及び上部電極カバー３０に
設けられた孔３８を介して、試料のエッチング等の処理
に必要なガスが供給される。外室１１は、外室にバルブ
１４を介して接続された真空ポンプ１８により真空排気
され、処理室１０が試料の処理圧力に調整される。１３
は絶縁体である。処理室１０の周囲には、プラズマ密度
を高めると共に処理室中の反応の均質化を図るために、
放電止じ込め用リング３７が設けられている。放電止じ
込め用リング３７には、排気用の隔間を設けている。

【００５８】上部電極１２の上には、電極間に形成され
た電界Ｅに直交し、試料４０の面に平行な磁場を形成す
るための磁場形成手段２００が設けられている。磁場形
成手段２００は、コア２０１、電磁コイル２０２、絶縁
体２０３を具備している。上部電極１２の構成材料とし
ては、非磁性材導電体、例えばアルミニウムやアルミニ
ウム合金がある。処理室１０の構成材料としては、非磁
性材、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、アルミ
ナ、石英、ＳｉＣ等がある。コア２０１は、磁束が処理
室１０の中央上部から上部電極１２に向かい、上部電極
１２に沿って略平行に外周に伸びるような磁界Ｂを形成
すべく、コア部２０１Ａ、２０１Ｂを有する断面略Ｅ字
型の軸回転対称構造となっている。磁場形成手段２００
によって両電極間に形成される磁場は、１０ガウス（Ｇ
ａｕｓｓ）以上１１０ガウス以下、好ましくは１７ガウ
ス以上７２ガウス以下の静磁場、あるいは低周波磁場
（１ＫＨZ以下）の、サイクロトロン共鳴を生じる部分
を有する。

【００５９】サイクロトロン共鳴を生じる磁場強度Ｂc
(ガウス)は、公知の通り、プラズマ生成用高周波の周波
数ｆ（ＭＨｚ）に対しＢc＝０．３５７×ｆ（ＭＨｚ）
の関係にある。

【００６０】なお、本発明における２電極１２，１５
は、相対向する一対の電極が実質的に平行であれば良
く、プラズマ生成特性等の要求から電極１２，１５が若
干の凹面あるいは凸面を持つものであっても良い。この
様な２電極型では、電極間の電界分布を容易に均一化で
き、この電界に直交する磁場の均一性を向上することに
より、サイクロトロン共鳴によるプラズマの生成を均一
にすることが比較的容易である特徴を持つ。

【００６１】試料４０を載置保持する下部電極１５は、
２極式の静電チャック２０を備えた構成となっている。
すなわち、下部電極１５は、外側の第１下部電極１５Ａ
と、その内側上方に絶縁体２１を介して配置された第２
下部電極１５Ｂによって構成され、第１、第２両下部電
極の上表面に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と
略称する）２２が設けられている。第１、第２両下部電
極間には、高周波成分カット用のコイル２４Ａ，２４Ｂ
を介して直流電源２３が接続されており、第２下部電極
１５Ｂ側が正になるようにして両下部電極間に直流電圧
を印加する。これにより、静電吸着膜２２を介して試料
４０と両下部電極間に作用するクーロン力により、試料
４０が下部電極１５上に吸着、保持される。静電吸着膜
２２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化アルミ
ニウムにチタン酸化物を混合したものなどの誘電体を使
用することができる。また、電源２３としては、数１０
０Ｖの直流電源を用いる。

【００６２】また、下部電極１５（１５Ａ，１５Ｂ）に
は、２０Ｖ〜１０００Ｖの振幅のパルスバイアスを供給
するパルスバイアス電源１７が、ＤＣ成分をカットする
ブロッキングコンデンサ１９Ａ，１９Ｂを介してそれぞ
れ接続されている。

【００６３】これまで、静電チャックとして、２極式を
用いて説明したが、他の方式の静電チャック、例えば、
単極式やｎ極式（ｎ≧３）でもよい。

【００６４】エッチング処理を行う場合、処理の対象物
である試料４０は、処理室１０の下部電極１５の上に載
置され、静電チャック２０により吸着される。一方、ガ
ス供給部３６からガス導入室３４を介して、試料４０の
エッチング処理に必要なガスが処理室１０に供給され
る。外室１１は真空ポンプ１８により真空排気され、処
理室１０が試料の処理圧力、例えば０．４〜４．０Ｐａ
（パスカル）になるように減圧排気される。次に、高周
波電源１６より３０MHｚ〜３００MHｚ、望ましくは５０
MHｚ〜２００MHｚの高周波電力を出力して、処理室１０
の処理ガスをプラズマ化する。

【００６５】３０ないし３００ＭＨｚの高周波電力と磁
場形成手段２００により形成された１０ガウス以上１１
０ガウス以下の静磁場の部分とにより、上部電極１２と
下部電極１５との間に電子のサイクロトロン共鳴を生じ
させ、この場合、０．４〜４．０Ｐａの低ガス圧でかつ
高い密度のプラズマを生成させる。

【００６６】他方、下部電極１５に、パルスバイアス電
源１７から電圧２０Ｖ〜１０００Ｖで周期が０．１μs
〜１０μs、好ましくは、０．２μs〜５μsで正のパル
ス部分のデューティが０．０５〜０．４のバイアスを印
加し、プラズマ中の電子やイオンを制御して試料４０に
対するエッチング処理を行う。

【００６７】エッチングガスは、ガス拡散板３２で所望
の分布にされた後、上部電極１２及び上部電極カバー３
０に明けられた孔３８を通して処理室１０に注入され
る。

【００６８】また上部電極カバー３０には、カーボンや
シリコンあるいはこれらを含有するものを用い、フッ素
や酸素成分を除去してレジストやシリコン等の下地との
選択比を向上させる。

【００６９】大口径の試料の微細加工性を向上させるに
は、プラズマ発生用高周波電源１６としてより高い周波
数のものを用い、低ガス圧領域での放電の安定化を図る
のがよい。本発明では、０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧
ガスで５×１０¹⁰ないし５×１０¹¹cm~³のプラズマ密度
で、かつ、過度にガスの解離を進めず大口径で均一なプ
ラズマを得るために、上部電極１２に、プラズマ生成用
高周波電源１６を接続する。他方、試料を載置した下部
電極１５には、イオンエネルギー制御用のバイアス電源
１７を接続しこれら両電極間の距離を、３０ないし１０
０mmとする。

【００７０】また、プラズマ生成用高周波電源１６とし
て、３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ，好ましくは５０Ｍ
Ｈｚないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用い、１０ガウス以
上１１０ガウス以下、好ましくは１７ガウス以上７２ガ
ウス以下の静磁場もしくは低周波（１ＫＨｚ以下）磁場
の部分との相互作用により、上部電極１２と下部電極１
５の間に、電子のサイクロトロン共鳴を生じさせる。

【００７１】図２に、電子のサイクロトロン共鳴を生じ
る磁場を加えた状態で、プラズマを発生させる高周波電
源の周波数を変化させたときの、プラズマ密度の変化の
一例を示す。供試ガスはアルゴンにＣ₄Ｆ₈を２〜１０％
加えたもの、処理室の圧力は１Ｐａである。プラズマ密
度は、ｆ＝２４５０ＭＨｚのマイクロ波ＥＣＲの場合を
１として基準値化している。なお、破線は、磁場無しの
場合を示している。

【００７２】５０ＭＨｚ≦ｆ≦２００ＭＨｚにおいて
は、プラズマ密度は、マイクロ波ＥＣＲの場合に比べて
１桁程度ないし２桁程度低下する。また、ガスの解離も
低下し、不要なフッ素原子／分子や、イオンの発生も１
桁以上低下する。このＶＨＦ帯の周波数と、サイクロト
ロン共鳴を用いることによって、プラズマ密度の絶対値
として、５×１０¹⁰cm~³以上の、適度に密度の高いプラ
ズマが得られ、０．４−４Ｐａの低圧で高レートの処理
が可能となる。さらに、ガスの解離も過度に進まないた
めに、ＳｉＯ₂等の絶縁膜に対してＳｉやＳｉＮ等の下
地との選択比を大きく悪化させることは無い。

【００７３】５０ＭＨｚ≦ｆ≦２００ＭＨｚにおいて
は、従来の１３．５６ＭＨｚの平行平板電極に比べて、
ガスの解離が少し進むが、これによるフッ素原子／分子
や、イオンのわずかの増加は、電極表面やチャンバ壁面
にシリコンや炭素を含む物質を設置して改善することが
できる。あるいは更に、この電極表面やチャンバ壁面に
バイアスを加えることにより、フッ素を炭素やシリコン
と化合させて排出したり、水素を含むガスを用いて水素
とフッ素とを化合させて排出して改善することができ
る。

【００７４】高周波電源の周波数が２００ＭＨｚ以上、
特に３００ＭＨｚ以上になると、プラズマ密度が高くな
るが、ガスの解離が過度になりフッ素原子／分子やイオ
ンの増加が大きくなり過ぎ、ＳｉやＳｉＮ等の下地との
選択比を大きく悪化させるので好ましくない。

【００７５】図３に、サイクロトロン共鳴時と無共鳴時
とに電子が高周波電界から得るエネルギー利得ｋを示
す。無磁場時に高周波の１周期中に電子が得るエネルギ
ーをｅ0とし、サイクロトロン共鳴磁場 Ｂc＝２πｆ・
（ｍ／ｅ）を印加した時に高周波の１周期中に電子が得
るエネルギーを ｅ1としたとき、ｅ1,ｅ0は、数1のよう
になる。

【００７６】

【数１】

【００７７】これらの比（＝ｅ1／ｅ0）をｋとしたと
き、ｋは、次式で表される。但し、ｍ：電子の質量，
ｅ：電子の電荷，ｆ：印加周波数 Ｋ＝(１/２)(ν²＋ω²)｛１/(ν²＋(ω−ωｃ)²))＋(１
/(ν²＋(ω＋ωｃ)²))｝ 但し、ν：衝突周波数， ω：励起角周波数，ωｃ：サ
イクロトロン角周波数 一般に、ｋの値は、ガス圧が低い程、周波数が高い程大
きくなる。図３は、Ａｒ（アルゴン）ガスの場合であ
り、圧力Ｐ＝１Ｐａにおいては、ｆ≧５０ＭＨｚでｋ≧
１５０となり、磁場が無い時に比べて低ガス圧下におい
ても解離が促進される。サイクロトロン共鳴効果は、圧
力Ｐ＝１Ｐａにおいては、２０ＭＨｚ程度以下の周波数
では急速に小さくなる。図２に示した特性でも分かるよ
うに、３０ＭＨｚ以下の周波数では、磁場無しの場合と
差が少なく、サイクロトロン共鳴効果は小さい。

【００７８】なお、ガス圧を低くすればサイクロトロン
共鳴効果は高まるが、１Ｐａ以下ではプラズマの電子温
度が高まり、解離が進み過ぎるという逆効果が大きくな
る。ガスの過度の解離を抑えて、かつ、プラズマ密度を
５×１０¹⁰cm~³程度以上にするには、ガスの圧力として
０．４Ｐａから４Ｐａ、好ましくは１Ｐａ程度から４Ｐ
ａの間が良い。

【００７９】サイクロトロン共鳴効果を発揮させるため
には、ｋの値を数十以上とする必要がある。図２や図３
からも明らかなように、過度にガスの解離を進めずにサ
イクロトロン共鳴効果を有効に利用するには、ガス圧が
０．４Ｐａないし４Ｐａの圧力では、プラズマ生成用高
周波電源として、３０ないし３００ＭＨｚ，好ましくは
５０ないし２００ＭＨｚのＶＨＦを用いる必要がある。

【００８０】図４は、従来のマグネトロン方式チャンバ
で上部電極を接地し、下部電極上に均一な横方向の磁界
Ｂを与えると共に、６８ＭＨｚの高周波電力を印加した
時の、試料に誘起されるイオン加速電圧ＶDCと、試料内
の誘起電圧ＶDCのバラツキΔＶを示している。磁場Ｂの
強度を上げると電子に働くローレンツ力によりイオン加
速電圧ＶDCが小さくなり、プラズマ密度が増加する。し
かし、従来のマグネトロン放電型の場合、磁場Ｂの強度
が２００ガウス程度と大きいため、プラズマ密度の面内
の均一性が悪化し、誘起電圧のバラツキΔＶが大きくな
り、試料のダメージが増大する欠点がある。

【００８１】図４から、従来のマグネトロン放電型の２
００ガウスの場合に比べ、ΔＶを１／５〜１／１０以下
にするには、磁場Ｂの強度は、試料面付近において３０
ガウス以下、好ましくは１５ガウス以下の小さな値とす
るのが、ダメージを無くす上から望ましい。

【００８２】サイクロトロン共鳴領域は、上部電極１２
と下部電極１５の中間で、かつ両電極の中間位置よりも
やや上部電極側に形成される。図５は、横軸が試料面
（下部電極１５）から上部電極１２までの距離、縦軸が
磁場を示している。図５の例は、印加周波数ｆ1＝１０
０ＭＨｚ，Ｂｃ＝３７．５Ｇ、電極間隔＝５０mmの条件
で、ＥＣＲ領域が、試料面から３０ｍｍ付近に形成され
ている。

【００８３】このように本発明では、上部電極１２と下
部電極１５との間で、下部電極１５（試料載置面）に平
行な磁場成分の最大となる部分を、上部電極面、もしく
は両電極の真中より上部電極側に設定する。これによっ
て、下部電極面での試料に平行な磁場強度を３０ガウス
以下好ましくは１５ガウス以下として、下部電極面付近
で電子に働くローレンツカ（Ｅ×Ｂ）を小さい値とし、
下部電極面でのローレンツカによる電子ドリフト効果に
よるプラズマ密度の面内の不均一性の発生をなくすこと
ができる。

【００８４】図１の実施例の磁場形成手段２００によれ
ば、図６に示すように、ＥＣＲ領域が試料の中央部付近
を除き、下部電極１５（試料載置面）からほぼ同じ高さ
の位置に形成される。従って、大口径の試料に対して、
均一なプラズマ処理を行うことが出来る。ただし、試料
の中心付近では、ＥＣＲ領域が試料載置面から高い位置
に形成されている。ＥＣＲ領域と試料台間は、３０mm以
上の距離があるため、この間でイオンやラジカル試は拡
散し平均化されるので、通常のプラズマ処理には問題が
無い。ただし、試料の全面を均一にプラズマ処理するた
めには、ＥＣＲ領域が試料の全面に亘り試料面から同じ
高さの位置に、あるいは試料の外側のＥＣＲ領域が中心
付近のＥＣＲ領域よりも若干試料台側に近くなるように
形成されるのが望ましい。この対策については、後で詳
細に述べる。

【００８５】以上述べたように、図１に示す本発明の実
施例では、プラズマ発生用高周波電源１６として、３０
ないし３００ＭＨｚの高周波電力を用い、かつ電子サイ
クロトロン共鳴によりガスの解離を進めているため、処
理室１０内のガス圧力が０．４Ｐａないし４Ｐａの低圧
の下でも安定したプラズマが得られる。また、シース中
でのイオンの衝突が少なくなるので、試料４０の処理に
際して、イオンの方向性が増し垂直な微細加工性を向上
させることができる。

【００８６】処理室１０の周囲は、放電止じ込め用リン
グ３７によってプラズマを試料４０付近に極在化させる
ことにり、プラズマ密度の向上を図ると共に、放電止じ
込め用リング３７より外の部分への不要なデポジット物
の付着を最小とさせる。

【００８７】なお、放電止じ込め用リング３７として
は、カーボンやシリコンあるいはＳｉＣ等の半導体や導
電材を用いる。この放電止じ込め用リング３７を高周波
電源に接続しイオンによるスパッタを生じさせると、リ
ング３７へのデポ付着を低減すると共にフッ素の除去効
果も持たせることができる。

【００８８】なお、試料４０の周辺の絶縁体１３上に、
カーボンやシリコンあるいはこれらを含有するサセプタ
カバー３９を設けると、ＳｉＯ₂等の絶縁膜をフッ素を
含有するガスを用いてプラズマ処理を行う場合、フッ素
を除去出来るので、選択比の向上に役立つ。この場合、
バイアス電源１７の電力の一部がサセプタカバー３９に
印加されるように、サセプタカバー３９の下部分の絶縁
体１３の厚みを０．５mm〜５mm程度に薄くすると、イオ
ンによるスパッタ効果により上記効果が促進される。

【００８９】また、直流電源２３の電位により、誘電体
の静電吸着膜２２を挟んで下部電極１５（１５Ａ，１５
Ｂ）と試料４０を介して静電吸着回路が形成される。こ
の状態で試料４０は静電気力により下部電極１５に係
止、保持される。静電気力により係止された試料４０の
裏面には、ヘリウム、窒素、アルゴン等の熱伝導ガスが
供給される。熱伝導ガスは、下部電極１５の凹部に充填
されるが、その圧力は、数百パスカルから数千パスカル
程度とする。なお、静電吸着力は、ギャップが設けられ
た凹部の間では、ほとんどゼロであり、下部電極１５の
凸部においてのみ静電吸着力が発生しているとみなせ
る。しかし、後で述べるように、直流電源２３に電圧を
適切に設定して、熱伝導ガスの圧力に十分耐えることの
できる吸着力を設定することができるので、熱伝導ガス
により試料４０が動いたり飛ばされたりすることはな
い。

【００９０】ところで、静電吸着膜２２は、プラズマ中
のイオンに対するパルスバイアスのバイアス作用を減じ
る様に作用する。正弦波電源を用いてバイアスをしてい
る従来の方法でもこの作用は生じているが、顕在化して
いない。しかし、パルスバイアスではイオンエネギー幅
が狭いという特徴が犠牲になってしまうため、問題が大
きくなる。

【００９１】本発明では、パルスバイアスの印加に伴い
静電吸着膜２２の両端間に発生する電圧の上昇を抑制
し、パルスバイアスの効果を高めるために、電圧抑制手
段を設けたことに１つの特徴がある。

【００９２】電圧抑制手段の一例としては、パルスバイ
アスの印加に伴い静電吸着膜の両端間に生ずるバイアス
電圧の一周期中の電圧の変化（Ｖ_CM）が、パルスバイア
ス電圧の大きさ(Ｖ_p)の１／２以下となるように構成す
るのが良い。具体的には、下部電極１５の表面に設けら
れた誘電体からなる静電吸着膜の膜厚を薄くしたり、誘
電体を誘電率の大きい材料とすることにより、誘電体の
静電容量を増す方法がある。

【００９３】あるいはまた、他の電圧抑制手段として、
パルスバイアス電圧の周期を短くして電圧Ｖ_CMの上昇を
抑制する方法もある。さらに、静電吸着回路とパルスバ
イアス電圧印加回路を別な位置、例えば試料が配置保持
される電極とは別の対向する電極、あるいは別に設けた
第三の電極に、分離して設ける方法も考えられる。

【００９４】次に、図７〜図１３を用いて、本発明にお
ける電圧抑制手段によりもたらされるべき、パルスバイ
アス一周期中の静電吸着膜の両端間に生じる電圧の変化
（Ｖ_CM）とパルスバイアス電圧の関係について詳細に述
べる。

【００９５】まず、本発明のパルスバイアス電源１７に
おいて使用する望ましい出力波形の例を図７に示す。図
中、パルス振幅：ｖ_p ，パルス周期：Ｔ₀ ，正方向パル
ス幅：Ｔ₁ とする。

【００９６】図７（Ａ）の波形をブロッキングコンデン
サ，静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称す
る）を経由して試料に印加した時、別の電源によりプラ
ズマを発生させた状態での定常状態での試料表面の電位
波形を図７（Ｂ）に示す。 ただし、波形の直流成分電圧 ：Ｖ_DC プラズマのフローティングポテンシャル：Ｖ_f 静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電
圧：Ｖ_CM とする。

【００９７】図７（Ｂ）中、Ｖ_f より正電圧となってい
る（Ｉ）なる部分は、主に電子電流のみを引き込んでい
る部分であり、Ｖ_f より負の部分は、イオン電流を引き
込んでいる部分，Ｖ_f の部分は、電子とイオンとがつり
あっている部分（Ｖ_f は通常数Ｖ〜十数Ｖ）である。

【００９８】なお、図７（Ａ）および今後の説明では、
ブロッキングコンデンサの容量や試料表面近辺の絶縁体
による容量は静電吸着膜による容量（以下静電吸着容量
と略称する）に比べて十分大きいと仮定している。Ｖ_CM
の値は次の式（数２）で表わされる。

【００９９】

【数２】

【０１００】但し、ｑ：（Ｔ₀−Ｔ₁）期間に試料に流入
するイオン電流密度（平均値） ｃ：単位面積当りの静電吸着容量（平均値） ｉ_i ：イオン電流密度， ε_r ：静電吸着膜の比
誘電率 ｄ：静電吸着膜の膜厚 ε₀ ：真空中の誘電率
（定数） Ｋ：静電吸着膜の電極被覆率（≦１） 図８及び図９に、パルスデューティ比：（Ｔ₁／Ｔ₀）は
一定のままＴ₀ を変化させた時の試料表面の電位波形と
イオンエネルギーの確率分布を示す。但し、Ｔ₀₁，
Ｔ₀₂：Ｔ₀₃：Ｔ₀₄：Ｔ₀₅＝１６：８：４：２：１とす
る。

【０１０１】図８の（１）に示す様に、パルス周期Ｔ₀
が大きすぎると、試料表面の電位波形は矩形波から大き
くはずれ、三角波になり、イオンエネルギーは図９に示
すように、低い方から高い方まで一定の分布となり好ま
しくない。

【０１０２】図８の（２）〜（５）に示す様に、パルス
周期Ｔ₀ を小さくするにつれて、（Ｖ_CM／ｖ_p ）は１よ
りも小さな値となり、イオンエネルギー分布も狭くなっ
てゆく。

【０１０３】図８，図９においてＴ₀＝Ｔ₀₁，ＴＯ₀₂，
Ｔ₀₃，Ｔ₀₄，Ｔ₀₅は、（Ｖ_CM／ｖ_p ）＝１，０.６３，
０.３１，０.１６，０.０８に対応している。次に、パ
ルスのオフ（Ｔ₀−Ｔ₁）期間と、静電吸着膜の両端間に
生じる電圧の一周期中の最大電圧Ｖ_CMの関係を図１０に
示す。

【０１０４】静電吸着膜として、厚み０.３mmの酸化チ
タン含有アルミナ（ε_r＝１０）を用いて電極の約５０
％を被膜（Ｋ＝０.５ ）した場合、イオン電流密度ｉ_i
＝５ｍＡ／cm² の中密度プラズマ中でのＶ_CMの値の変化
を図１０の太線（標準条件の線）で示す。

【０１０５】図１０から明らかなように、パルスのオフ
（Ｔ₀−Ｔ₁）期間が大きくなるにつれ、静電吸着膜の両
端間に生じる電圧Ｖ_CMはそれに比例して大きな値とな
り、通常使用されるパルス電圧ｖ_p 以上になってしま
う。

【０１０６】例えば、プラズマエッチング装置において
は、ダメージ，下地やマスクとの選択性，形状等により
通常、 ゲートエッチングでは ２０volt ≦ ｖ_p ≦１００vo
lt メタルエッチングでは ５０volt ≦ ｖ_p ≦２００vo
lt 酸化膜エッチングでは ２５０volt ≦ ｖ_p ≦１０００
volt に制限される。

【０１０７】後述の（Ｖ_CM／ｖ_p ）≦０.５の条件を満
たそうとすると標準状態では、（Ｔ₀−Ｔ₁）の上限は次
のようになる。 ゲートエッチングでは （Ｔ₀−Ｔ₁）≦０.１５μｓ メタルエッチングでは （Ｔ₀−Ｔ₁）≦０.３５μｓ 酸化膜エッチングでは （Ｔ₀−Ｔ₁）≦１．２μｓ ところで、Ｔ₀が０.１μｓ に近くなると、イオンシー
スのインピーダンスがプラズマのインピーダンスに近づ
くかそれ以下となるため、不要なプラズマの発生を生じ
ると共に、バイアス電源がイオンの加速に有効に使われ
なくなってくる。このため、バイアス電源によるイオン
エネルギーの制御性が悪化するため、Ｔ₀は、０．１μ
ｓ以上、好ましくは０．２μｓ以上が良い。

【０１０８】従って、ｖ_p を低くおさえられるゲートエ
ッチャ等においては、静電吸着膜の材料を比誘電率が１
０〜１００と高いもの、（例えばＴａ₂Ｏ₃でε_r ＝２
５）に変えたり、絶縁耐圧を低下させず膜厚を薄く、例
えば１０μｍ〜４００μｍ、望ましくは１０μｍ〜１０
０μｍにしたりする必要がある。

【０１０９】図１０には、単位面積当りの静電容量ｃ
を、それぞれ２．５倍、５倍、１０倍に増加させた時の
Ｖ_CMの値も併記した。静電吸着膜の改善を行っても現状
では静電容量ｃを数倍にする改善が限度とみられ、Ｖ_CM
≦３００ volt、ｃ≦１０ｃ₀とすると、０.１μｓ≦
（Ｔ₀−Ｔ₁）≦１０μｓとなる。イオンの加速によりプ
ラズマ処理に有効な部分は（Ｔ₀−Ｔ₁）の部分であり、
パルスデューティ（Ｔ₁／Ｔ₀）としてはできるだけ小さ
い方が好ましい。

【０１１０】時間平均も加味した、プラズマ処理の効率
として（Ｖ_DC／ｖ_p)で見積ったのが、図１１である。
（Ｔ₁／Ｔ₀）を小さくし、（Ｖ_DC／ｖ_p）を大きくする
のが好ましい。

【０１１１】プラズマ処理の効率として０．５≦（Ｖ_DC
／ｖ_p）を仮定し、後述の条件、（Ｖ_CM／ｖ_p ）≦０.５
を入れると、パルスデューディは、（Ｔ₁／Ｔ₀）≦０.
４程度となる。

【０１１２】なお、パルスデューディ（Ｔ₁／Ｔ₀）は小
さいほどイオンエネルギーの制御に有効であるが、必要
以上に小さくするとパルス幅Ｔ₁が０．０５μｓ程度の
小さい値となり、数十MHzの周波数成分を多く含むよう
になり、後述するような、プラズマ発生用高周波成分と
の分離も難しくなる。図１１に示すように、０≦（Ｔ₁
／Ｔ₀）≦０．０５間での（Ｖ_DC／ｖ_p）の低下はわずか
であり、（Ｔ₁／Ｔ₀）として０．０５以上で特に問題は
生じない。

【０１１３】ここで図１２に、ゲートエッチングの例と
して、塩素ガス１．３Ｐａをプラズマ化した時のシリコ
ンと下地の酸化膜とのエッチングレートＥＳｉおよびＥ
ＳｉＯ₂のイオンエネルギー依存性を示す。シリコンの
エッチングレートＥＳｉは低イオンエネルギーでは一定
値になる。イオンエネルギーが１０Ｖ程度以上では、イ
オンエネルギーの増加に従って、ＥＳｉも増加する。一
方下地となる酸化膜のエッチングレートＥＳｉＯ₂は、
イオンエネルギーが２０Ｖ程度以下では０であり、２０
Ｖ程度を越えると、イオンエネルギーと共にＥＳｉＯ₂
は増加する。

【０１１４】その結果、イオンエネルギーが２０Ｖ程度
以下では下地との選択比ＥＳｉ／ＥＳｉＯ₂が∞となる
領域が存在する。イオンエネルギーが２０Ｖ程度以上で
は、下地との選択比ＥＳｉ／ＥＳｉＯ₂は、イオンエネ
ルギーの増加と共に急速に低下する。

【０１１５】図１３は、絶縁膜の一種である酸化膜（Ｓ
ｉＯ₂ ，ＢＰＳＧ，ＨＩＳＯ等）のエッチングの例とし
て、Ｃ４Ｆ８ガス１.０Ｐａをプラズマ化した時の、酸
化膜とシリコンとのエチングレートＥＳｉＯ₂および、
ＥＳｉのイオンエネルギー分布を示すものである。

【０１１６】酸化膜のエッチングレートＥＳｉＯ₂は、
低イオンエネルギーでは負の値となり、デポを生じる。
イオンエネルギーが４００Ｖ付近にてＥＳｉＯ₂が急速
に正に立ち上がり、その後は、徐々に増加する。一方下
地となるシリコンのエッチングレートＥＳｉは、ＥＳｉ
Ｏ₂よりイオンエネルギーの高い所で(−)（エッチン
グ）から(＋)（エッチング）となり徐々に増加する。

【０１１７】この結果、ＥＳｉＯ₂が(−)から(＋)に変
化する付近にて、下地との選択比ＥＳｉＯ₂／ＥＳｉが
∞ となり、それ以上でＥＳｉＯ₂／ＥＳｉはイオンエネ
ルギーの増加と共に急速に低下する。

【０１１８】図１２、図１３で、実際のプロセスへの適
用に対しては、ＥＳｉやＥＳｉＯ₂の値や、ＥＳｉ／Ｅ
ＳｉＯ₂や、ＥＳｉＯ₂／ＥＳｉの値の大きさを考慮し
て、バイアス電源を調整してイオンエネルギーを適正値
にする。

【０１１９】また、ジャストエッチング（下地膜が現わ
れるまでのエッチング）まではエッチングレートの大き
さを優先し、ジャストエッチ後は選択比の大きさを優先
してイオンエネルギーをジャストエッチの前後に変更す
れば、更に良い特性が得られる。

【０１２０】ところで図１２、図１３に示した特性は、
イオンのエネルギー分布が狭い部分に限定された時の特
性である。イオンのエネルギー分布が広い場合の各エッ
チングレートはその時間平均値となるため、最適値に設
定することが出来ず、選択比は大幅に低下してしまう。

【０１２１】実験によると、（Ｖ_DC／ｖ_p）は０．３以
下程度であれば、イオンエネルギーの広がりは±１５％
程度以下となり、図１２や図１３の特性でも３０以上の
高い選択比が得られた。また、（Ｖ_DC／ｖ_p）≦０．５
であれば、従来の正弦波バイアス法に比べて選択比等の
改善が図れた。

【０１２２】このように、静電吸着膜の両端間に生じる
パルス電圧の一周期中の電圧変化(Ｖ_CM)を抑える電圧抑
制手段として、Ｖ_CMが、パルスバイアス電圧の大きさｖ
_pの１／２以下となるように構成するのが良く、具体的
には、下部電極１５の表面に設けられた誘電体の静電チ
ャック膜２２の膜厚を薄くしたり、誘電体を誘電率の大
きい材料とすることにより、誘電体の容量を増すことが
できる。あるいは、パルスバイアス電圧の周期を、０．
１μｓ〜１０μｓ、好ましくは０．２μｓ〜５μｓ（繰
り返し周波数：０．２MHz〜５MHzに対応）と短くし、パ
ルスデューディ（Ｔ₁／Ｔ₀）を、０．０５≦（Ｔ₁／
Ｔ₀）≦＝０．４として静電吸着膜の両端の電圧変化を
抑制する。

【０１２３】あるいはまた、上記誘電体の静電吸着膜の
膜厚と、誘電体の比誘電率及びパルスバイアス電圧の周
期の幾つかを組み合わせて、静電吸着膜の両端間に生じ
る電圧Ｖ_CMの変化が上記した（Ｖ_CM／ｖ_p ）≦０.５の
条件を満たすようにしても良い。

【０１２４】次に、図１の真空処理室を、絶縁膜（例え
ばＳｉＯ2, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）のエッチングに用い
た実施例について述べる。

【０１２５】ガスとしては、Ｃ₄Ｆ８：１〜５％，Ａ
ｒ：９０〜９５％，Ｏ₂：０〜５％もしくは、Ｃ₄Ｆ８：
１〜５％，Ａｒ：７０〜９０％，Ｏ₂：０〜５％，Ｃ
Ｏ：１０〜２０％，の組成のものを用いる。プラズマ発
生用高周波電源１６としては、従来よりも高い周波数、
例えば４０ＭＨｚのものを用い、１〜３Ｐａの低ガス圧
領域での放電の安定化を計る。

【０１２６】なお、プラズマ源用高周波電源１６の高周
波化により必要以上の解離が進行する場合は、高周波電
源１６の出力を高周波電源変調信号源１６１により、オ
ンオフないしはレベル変調制御する。高レベルの時は、
ラジカルの生成に比べてイオンの生成が盛んとなり、低
レベルの時は、イオンの生成に比べてラジカルの生成が
盛んとなる。オン（またはレベル変調時の高レベル）時
間としては５〜５０μｓ程度、オフ時間（またはレベル
変調時の低レベル）としては１０〜１００μｓ、周期２
０μｓ〜１５０μｓ程度を用いる。これにより不必要な
解離を防ぐとともに、所望のイオン−ラジカル比を得る
ことができる。

【０１２７】また、プラズマ源用高周波電源の変調周期
は、通常、パルスバイアスの周期に比べ長くなる。そこ
で、プラズマ源用高周波電源の変調周期をパルスバイア
スの周期の整数倍にし、２つの間の位相を最適化するこ
とにより、選択比の改善ができた。

【０１２８】一方、パルスバイアス電圧の印加によっ
て、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射させる
ことにより、イオンエネルギーの制御を行う。パルスバ
イアス電源１７として、例えば、パルス周期：Ｔ＝０．
６５μｓ、パルス幅：Ｔ₁＝０．１５μｓ、パルス振
幅：Ｖｐ＝８００Ｖの電源を用いることにより、イオン
エネルギーの分布幅は±１５％以下になり、下地のＳｉ
やＳｉＮとの選択比として２０〜５０の特性の良いプラ
ズマ処理が可能になった。

【０１２９】次に、図１４により本発明の他の実施例に
なる２電極型のプラズマエッチング装置を説明する。こ
の実施例は、図１に示したと同様な構成であるが、試料
４０を保持する下部電極１５が、単極式の静電チャック
２０を備えた構成となっている点で異なる。下部電極１
５の上表面に静電吸着用誘電体層２２が設けられ、下部
電極１５には、高周波成分カット用のコイル２４を介し
て直流電源２３のプラス側が接続されている。また、２
０Ｖ〜１０００Ｖの正のパルスバイアスを供給するパル
スバイアス電源１７が、ブロッキングコンデンサ１９を
介して接続されている。

【０１３０】処理室１０の周囲には放電止じ込め用リン
グ３７Ａ，３７Ｂを設置し、プラズマ密度の向上を図る
と共に、放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂ外の部分
への不要なデポジット物の付着を最小とさせる。図１４
の放電止じ込め用リング３７Ａ，３７Ｂにおいて、下部
電極側の放電止じ込め用リング３７Ａの土手部の直径
は、上部電極側の放電止じ込め用リング３７Ｂの土手部
の直径より小さくし、試料周辺での反応生成物の分布を
一様にしている。

【０１３１】なお、放電止じ込め用リング３７Ａ，３７
Ｂの材料として、少なくとも処理室側に面する側に、カ
ーボン、シリコンあるいはＳｉＣ等の半導体や導電体を
用いる。また、下部電極側リング３７Ａにはコンデンサ
１９Ａを介して１００Ｋ〜１３．５６ＭＨｚの放電止じ
込めリング用バイアス電源１７Ａを接続し、上部電極側
リング３７Ｂには高周電源１６の電力の一部が印加され
る様に構成し、イオンのスパッタ効果によるリング３７
Ａ，３７Ｂへのデポ付着を低減すると共にフッ素の除去
効果も持たせる。

【０１３２】なお、図１４の１３Ａ，１３Ｃはアルミナ
等で構成される絶縁体であり、１３ＢはＳｉＣ，グラッ
シーカーボン、Ｓｉ等の導電性を有する絶縁体である。

【０１３３】リング３７Ａ，３７Ｂの導電性が低い場合
には、金属等の導体をリング３７Ａ，３７Ｂ中に内蔵さ
せリングの表面と内臓導体の距離を狭くすることによ
り、高周波電力がリング３７Ａ，３７Ｂの表面から放射
され易くして、スパッタ効果を高めることができる。

【０１３４】上部電極カバー３０は、通常その周辺のみ
がボルト２５０で上部電極１２に固定される。ガス供給
部３６からガス導入室３４、ガス拡散板３２、上部電極
１２を介して上部電極カバー３０にガスが供給される。
上部電極カバー３０に設けられた孔は、孔中の異常放電
を生成し難くするため、０．３〜１ｍｍ径の細孔になっ
ており、上部電極カバー３０上部のガス圧は１気圧の数
分の１から１／１０程度となる。例えば３００ｍｍ径の
上部電極カバー３０に対して、全体として１００Ｋｇ程
度以上の力が加わる。このため上部電極カバー３０が上
部電極１２に対して凸状になり中央部付近では数百ミク
ロン以上の隙間を生じる。

【０１３５】この場合、高周波源１６の周波数が３０Ｍ
Ｈｚ程度以上高くなると、上部電極カバー３０の横方向
抵抗が無視出来なくなり、特に中央部付近のプラズマ密
度が低下する現象が出る。これを改善するには、上部電
極カバー３０を周辺以外の中心寄りで上部電極１２に固
定すれば良い。図１４の例では、ＳｉＣやカーボン等の
半導体もしくはアルミナ等の絶縁体のボルト２５１で、
上部電極カバー３０の中心寄りの数ケ所を上部電極１２
に固定し、上部電極１２側から印加される高周波の分布
を一様にしている。

【０１３６】なお、上部電極カバー３０の少なくとも中
心寄り部分を上部電極１２に固定する方法は、何ら上記
ボルト２５１に限定されるものでなく、接着作用のある
物質で上部電極カバー３０と上部電極１２とを全面でも
しくは少なくとも中心寄りの部分で接着してもよい。

【０１３７】図１４の実施例において、処理の対象物で
ある試料４０は、下部電極１５の上に載置され、静電チ
ャック２０、すなわち直流電源２３による正電荷とプラ
ズマから供給される負電荷により静電吸着膜２２の両端
間に生じるクーロン力により吸着される。

【０１３８】この装置の作用は、図１に示した２電極型
のプラズマエッチング装置と同様であり、エッチング処
理を行う場合、処理を行なうべき試料４０を試料台１５
に載置し、静電力で保持し、ガス供給系３６から処理室
１０に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他方真空
ポンプ１８により真空排気することにより、処理室１０
の圧力を試料の処理圧力、０．５〜４．０Ｐａに減圧排
気する。次に、高周波電源１６をオンとし、両電極１
２，１５間に２０MHｚ〜５００MHｚ、好ましくは３０MH
ｚ〜１００MHｚの高周波電圧を印加してプラズマを発生
させる。他方、下部電極１５に、パルスバイアス電源１
７から２０Ｖ〜１０００Ｖ、周期が０．１μs〜１０μs
好ましくは０．２μs〜５μsの正のパルスバイアス電圧
を印加し、処理室１０内のプラズマを制御して試料４０
にエッチング処理を行う。

【０１３９】このようなパルスバイアス電圧の印加によ
って、プラズマ中のイオンもしくはイオン及び及び電子
を試料に加速、垂直入射させることにより、高精度の形
状制御あるいは選択比制御を行う。パルスバイアス電源
１７及び静電吸着膜２２に必要な特性は図１の実施例と
同様であり、詳細は省略する。

【０１４０】次に、図１５ないし図１７により本発明の
他の実施例を説明する。この実施例は、図１に示した２
電極型のプラズマエッチング装置と同様な構成である
が、磁場形成手段２００の構成が異なる。磁場形成手段
２００のコア２０１は、偏心しており、試料４０の中心
位置に相当する軸を中心にして、モータ２０４により駆
動されて毎分数ないし数十回転の速度で回転するように
構成されている。なお、コア２０１は接地されている。
試料の全面を高精度にプラズマ処理するためには、試料
の中央部付近に比べ、試料の周辺部ないしはその外側付
近のプラズマの生成が高まる様に、電子のサイクロトロ
ン共鳴効果を中央に比べ、周辺部ないしはその外側で大
きくするのがよい。しかし、図１の実施例の場合、図６
に示したように、試料の中心付近ではＥＣＲ領域が無
く、中心付近でプラズマ密度が低くなり過ぎる場合が出
てくる。

【０１４１】図１５の実施例では、磁場形成手段２００
の偏心したコア２０１が回転することによって磁場の分
布が変化し、試料の中心付近では時刻ｔ＝０，ｔ＝Ｔ₀
では、ＥＣＲ領域が試料面から低い位置に形成され、時
刻ｔ＝１／２Ｔ₀では試料面から高い位置に形成され
る。コア２０１が毎分数ないし数十回転の速度で回転す
る結果、図１７に示すように、両電極の中間部における
試料面に平行な方向の磁場強度の平均値が、回転による
時間平均化によりほぼ同じ値になる。すなわち、ＥＣＲ
領域が試料の周辺部を除き試料面からほぼ同じ高さの位
置に形成される。

【０１４２】なお、図１５のコア２０１部で一点鎖線で
示したように、偏心した中央部のコアに近い側の磁気回
路を構成するコアはその厚さを薄く、遠い側の磁気回路
を構成するコアはその厚さを厚くすれば、磁場強度の均
一性はさらに向上する。

【０１４３】次に、図１８ないし図１９により本発明の
他の実施例を説明する。この実施例は、図１５に示した
２電極型のプラズマエッチング装置と同様な構成である
が、磁場形成手段２００の構成が異なる。磁場形成手段
２００のコア２０１は、処理室の中央に対応する位置に
凹面のエッジ２０１Ａを有し、処理室の側方位置他のエ
ッジ２０１Ｂを有している。凹面のエッジ２０１Ａの作
用により、磁束Ｂは傾斜した方向成分を有する。その結
果、磁場の分布が変化し、図１９に示したように、試料
面に平行な成分の磁場強度が図１の実施例の場合に比べ
て、より均一化される。

【０１４４】次に、図２０により本発明の他の実施例を
説明する。この実施例は、図１５に示した２電極型のプ
ラズマエッチング装置と同様な構成であるが、磁場形成
手段２００の構成が異なる。磁場形成手段２００のコア
２０１は固定式であり、処理室の中央に対応する位置に
配置されたコア２０５と共に磁気回路を構成する。コア
２０５は、絶縁体２０３と共に、エッジ２０１Ａの中心
を通る軸の廻りを回転する。このような構成により、図
１５の実施例と同様にして、試料の中心付近におけるＥ
ＣＲ領域の平均的な位置が、試料面からほぼ同じ位置に
形成される。すなわち、ＥＣＲ領域が試料の全面に亘り
試料面からほぼ同じ高さの位置に形成される。

【０１４５】次に、図２１ないし図２２により本発明の
他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を
説明する。この実施例では、磁場形成手段２００が、処
理室１０の周囲に２対のコイル２１０，２２０を備えて
おり、各対のコイルに置ける磁界の向きを矢印１，２，
３，４のように順次切り替えることにより、回転磁界を
形成するように構成されている。コイル２１０，２２０
の中心位置Ｏ−Ｏは、両電極１２，１５の中間よりも上
部電極１２側に位置している。これによって、試料４０
上の磁場強度を３０ガウス以下、好ましくは１５ガウス
以下になるように構成している。コイル２１０，２２０
の位置、外径を適宜選定することによって、試料の周辺
部ないしはその外側付近のプラズマの生成がより高まる
様に、磁場の強度分布を調整することができる。

【０１４６】次に、図２３、図２４により、本発明の他
の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を説
明する。この実施例では、磁場形成手段２００として、
円形の処理室１０の周囲に沿って水平面内で円弧状に配
置された一対のコイル２１０’を備えている。この一対
のコイル２１０’に流れる電流を制御して、図２３に矢
印（１）、（２）で示したように、一定周期毎に磁場の
極性を変化させる。

【０１４７】図２４に破線で示すように、磁束Ｂは、垂
直面内では処理室中心部で拡がるため、処理室中心部の
磁場強度は低下する。しかし、一対のコイル２１０’
は、処理室に沿ってカーブしているため、水平面内で
は、処理室中心部に磁束Ｂが集まる様になっている。そ
のため、処理室中心部の磁場の強さを、図２２の実施例
に比べて、高めることができる。すなわち、図２３の実
施例では、図２２の実施例に比べて、処理室中心部にお
ける磁場強度の低下を抑制することができ、試料台の試
料載置面における磁場強度の均一性を向上させることが
できる。

【０１４８】また、一定周期毎に磁場の極性を変化させ
ることによって、Ｅ×Ｂのドリフト効果を少なくしてい
る。

【０１４９】なお、磁場形成手段２００として、図２２
の実施例と同様な、２対のコイルを採用しても良い。

【０１５０】また、磁場形成手段２００として、円弧状
コイル２１０’に代えて、図２５に示すように、円形の
処理室１０の周囲に沿って配置された複数の直線コイル
部分の組み合わせになる、凸型のコイル２１０’として
も良い。この場合も、水平面内では、処理室中心部に磁
束Ｂが集まる様になり、図２３の実施例と同じ効果が得
られる。

【０１５１】さらに、図２６の実施例のように、１対の
コイルの中心軸を、処理室中心部で試料面に近づくよう
に、垂直面内で傾斜させて配置しても良い。この実施例
によれば、処理室中心部の磁場強度を上げ、処理室周辺
部の磁場強度を下げることができるので、試料台の試料
載置面における磁場強度の均一性を向上させることがで
きる。なお磁場強度の均一化のためには、コイルの中心
軸の傾斜角度θを、５度乃至２５度の範囲とするのが良
い。

【０１５２】また、図２７に示すように、一対のコイル
２１０Ａの近傍に、コイル２１０Ｂを設置し、２組のコ
イルの電流を制御することにより、ＥＣＲ共鳴位置と共
に、ＥＣＲ共鳴位置付近での磁場の勾配を変化させ、Ｅ
ＣＲ共鳴領域の幅を変化させることもできる。ＥＣＲ共
鳴領域の幅をプロセス毎に最適化することにより、各プ
ロセスに適したイオン／ラジカル比を得ることが可能と
なる。

【０１５３】なお、以上述べた、図２３乃至図２７の実
施例を、必要に応じて適宜組み合わせることにより、磁
場強度分布の均一性と制御特性を更に向上させることが
出来る。

【０１５４】次に、図２８ないし図２９により本発明の
他の実施例になる２電極型のプラズマエッチング装置を
説明する。この実施例では、処理室壁の一部が導電体で
構成されると共に接地されている。一方、磁場形成手段
２００が、処理室１０の周囲及び上部にコイル２３０，
２４０を備えている。コイル２３０で形成される磁束Ｂ
の向きと、コイル２３０で形成される磁束Ｂ’の向き
は、矢印で示すように、処理室１０の中心部では互いに
打消合い、処理室１０の周辺およ外側では互いに重畳す
るように構成されている。その結果、試料面上の磁場の
強度分布は図２９のようになる。しかも、試料４０の載
置面部分では、上部電極１２と下部電極１５の間の電界
成分の向きと磁界成分の向きは平行である。一方、試料
４０の載置面の外側部分では、上部電極１２の周辺部な
いしは上部電極１２と処理室壁との部分で、横方向の電
界成分と直交する縦方向の磁界成分が生じる。

【０１５５】従って、図２８の実施例によれは、試料の
中心付近における電子のサイクロトロン共鳴効果を下
げ、試料の周辺部ないしはその外側付近のプラズマの生
成を高めることができる。このようにして、試料の周辺
部ないしはその外側付近のプラズマの生成をより高める
ことにより、プラズマ密度分布を均一化することができ
る。

【０１５６】次に、図３０により本発明の他の実施例を
説明する。この実施例は、図１に示した２電極型のプラ
ズマエッチング装置において、高周波電源１６から上部
電極１２に印加する高周波電力ｆ1では、充分なイオン
エネルギーが得られない場合に、低周波電源１６３から
上部電極１２に、例えば１ＭＨｚ程度以下の高周波ｆ３
をバイアスとして印加することによって、イオンエネル
ギーを１００〜２００Ｖ程度増大させるものである。な
お、１６４，１６５はフィルターである。

【０１５７】次に、図３１により、無磁場型の２電極型
のプラズマエッチング装置における、本発明の実施例を
説明する。

【０１５８】前にも述べたように、試料の微細加工性を
向上させるには、プラズマ発生用高周波電源１６として
より高い周波数のものを用い、低ガス圧領域での放電の
安定化を計るのがよい。本発明の実施例では、処理室１
０における試料の処理圧力を０．５〜４．０Ｐａとして
いる。処理室１０内のガス圧力を４０mTorr以下の低圧
にすることにより、シース中でのイオンの衝突が少なく
なるので、試料４０の処理に際して、イオンの方向性が
増し垂直な微細加工が可能になった。なお、５mTorr以
下では、同じ処理速度を得るには、排気装置や高周波電
源が大型化すると共に、電子温度の上昇による必要以上
の解離が生じ、特性が劣化する傾向がある。

【０１５９】一般に、一対の２電極を用いたプラズマ発
生用の電源の周波数と安定的に放電が行われる最低のガ
ス圧力との間には、図３２に示すように、電源の周波数
が高くなるほど、電極間距離が大きくなるほど、安定放
電最低ガス圧が低下するという関係がある。周囲の壁や
放電閉込めリング３７へのデポ等の悪影響を避け、上部
電極カバー３０やサセプタカバー３９や試料中のレジス
ト等によるフッ素や酸素を除去する効果を有効に機能さ
せるために、最高ガス圧４０mTorr時の平均自由工程の
２５倍以下に対応して、電極間距離を５０mm程度以下と
するのが望ましい。また、電極間距離として、最高ガス
圧（４０mTorr）時の平均自由工程の２〜４倍（４mm〜
８mm）程度以上でないと、安定な放電が困難となる。

【０１６０】図３１に示した実施例では、プラズマ発生
用高周波電源１６として、２０MHｚ〜５００MHｚ、望ま
しくは３０MHｚ〜２００MHｚの高周波電力を用いるた
め、処理室内のガス圧力を、０．５〜４．０Ｐａの低圧
にしても、安定したプラズマが得られ、微細加工性を向
上させることができる。また、このような高周波電力を
用いることによりガスプラズマの解離が良くなり、試料
加工時の選択比制御が良くなる。

【０１６１】以上述べた本発明の実施例において、パル
スバイアス電源の出力とプラズマ発生用電源の出力との
間に干渉が生ずる可能性も考えられる。そこで、以下、
この対策についてのべる。

【０１６２】まず、パルス幅：Ｔ₁，パルス周期：Ｔ₀で
無限大の立上り／立下り速度をもつ理想的な矩形パルス
においては、図３３に示す様に、ｆ≦３ｆ₀（ｆ₀＝（１
／Ｔ₁)）の周波数範囲に７０〜８０％程度の電力が含ま
れる。実際に印加される波形は、立上り／立下り速度が
有限となるため、電力の収束性は更に改善され、ｆ≦３
ｆ₀の周波数範囲に９０％程度以上の電力が含まれる様
にできる。

【０１６３】３ｆ₀ なる高い周波数成分をもつパルスバ
イアスを試料面内に均一に印加される様にするために
は、試料にほぼ平行な対向電極を設け、次式数３で求ま
る３ｆ₀に対して、ｆ≦３ｆ₀ なる範囲の周波数成分を
接地することが望ましい。

【０１６４】

【数３】

【０１６５】図３１に示した実施例は、上記パルスバイ
アス電源出力とプラズマ発生用電源出力との干渉の対策
を行っている。すなわち、このプラズマエッチング装置
において、試料４０と対向する上部電極１２には、プラ
ズマ発生用高周波電源１６が接続される。この上部電極
１２をパルスバイアスの接地レベルにするには、プラズ
マ発生用高周波電源１６の周波数ｆ₁ を上記の３ｆ₀ よ
り大きくし、かつ、ｆ＝ｆ₁ 付近でのインピーダンスが
大きく、他の周波数ではインピーダンスが低い、バンド
エリミネータ１４１を上部電極１２と接地レベルとの間
に接続する。

【０１６６】一方、ｆ＝ｆ₁ 付近でのインピーダンスが
低く、他の周波数はインピーダンスが高いバンドパスフ
ィルタ１４２を、試料台１５と接地レベル間に設置す
る。このような構成を用いれば、パルスバイアス電源１
７の出力とプラズマ発生用電源１６出力との間の干渉
を、問題のないレベルに抑え、試料４０に良好なバイア
スを加えることができる。

【０１６７】図３４は、本発明を外部エネルギー供給放
電方式のうち誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプ
のプラズマエッチング装置へ適用した例である。５２は
平面コイル、５４は平面コイルに１０MHｚ〜２５０MHｚ
の高周波電圧を印加する高周波電源である。誘導結合型
放電方式は図１０に示した方式に比べ、低い周波数でか
つ低圧での安定なプラズマ発生が可能になる。逆に、解
離が進みやすくなるため、図１で示したように、高周波
電源１の出力を高周波電源変調信号源１６１により変調
し、不必要な解離を防ぐことが出来る。真空容器として
の処理室１０は、静電吸着膜２２の上に試料４０が載置
される試料台１５を備えている。

【０１６８】エッチング処理を行う場合、処理を行なう
べき試料４０を試料台１５に載置し、静電力で保持し、
ガス供給系（図示せず）から処理室１０に処理ガスを所
定の流量で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排
気することにより、処理室１０の圧力を０．５〜４．０
Ｐａに減圧排気する。次に、高周波電源５４に１３．５
６MHｚの高周波電圧を加えて処理室１０にプラズマを発
生させる。このプラズマを用いて試料４０をエッチング
処理する。他方、エッチング時には、下部電極１５に、
周期が０．１μs〜１０μs好ましくは０．２μs〜５μs
のパルスバイアス電圧を印加する。パルスバイアス電圧
の振幅は、膜種により範囲が異なることは図１の実施例
で述べたとおりである。このパルスバイアス電圧の印加
によって、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射
させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制
御を行う。これにより、試料のレジストマスクパターン
が極微細なものであっても、高精度のエッチング処理を
行うことができる。

【０１６９】また、図３５に示すように、誘導結合型放
電方式無磁場タイプのプラズマエッチング装置におい
て、誘導電高周波出力の処理室１０側に、隙間を有する
ファラデーシールド板５３と、０．５mm〜５mmの薄いシ
ールド板保護用絶縁板５４を設置し、そのファラデーシ
ールド板を接地してもよい。ファラデーシールド板５３
の設置によって、コイルとプラズマ間の容量成分が少な
くなり、図３４におけるコイル５２下の石英板やシール
ド板保護用絶縁板５４を叩くイオンのエネルギーを低下
することが出来、石英板や絶縁板の損傷を少なくすると
共に、プラズマ中への異物の混入を防ぐことが出来る。

【０１７０】また、ファラデーシールド板５３は、パル
スバイアス電源１７の接地電極の役目も兼ねるため、試
料４０とファラデーシールド板５３との間に均一にパル
スバイアスを印加することが出来る。この場合、上部電
極や試料台１５に設置するフィルタは不要である。

【０１７１】図３６は、本発明をマイクロ波プラズマ処
理装置に適用した装置の一部を縦断面した正面図であ
る。静電吸着膜２２の上に試料４０が載置される試料台
１５としての下部電極１５には、パルスバイアス電源１
７及び直流電源１３が接続されている。４１はマイクロ
波の発振源としてのマグネトロン、４２はマイクロ波の
導波管であり、４３は、処理室１０を真空封止しマイク
ロ波を処理室１０に供給するための石英板である。４７
は磁場を供給する第一のソレノイドコイル、４８は磁場
を供給する第二のソレノイドコイルである。４９は処理
ガス供給系であり、処理室１０内にエッチング、成膜等
の処理を行なう処理ガスを供給する。また、処理室１０
は、真空ポンプ（図示せず）により真空排気される。パ
ルスバイアス電源１７及び静電チャック２０に必要な特
性は図１の実施例と同様であり、詳細は省略する。

【０１７２】エッチング処理を行う場合、処理を行なう
べき試料４０を試料台１５に載置し、静電力で保持し、
ガス供給系４９から処理室１０に処理ガスを所定の流量
で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排気するこ
とにより、処理室１０の圧力を０．５〜４．０Ｐａに減
圧排気する。次に、マグネトロン４１及び第一、第二の
ソレノイドコイル４７、４８をオンとし、マグネトロン
４１で発生したマイクロ波を導波管４２から処理室１０
に導びいて、プラズマを発生させる。このプラズマを用
いて試料４０にエッチング処理を行う。他方、エッチン
グ時には、下部電極１５に、周期が０．１μs〜１０μs
好ましくは０．２μs〜５μsのパルスバイアス電圧を印
加する。

【０１７３】このようなパルスバイアス電圧の印加によ
って、プラズマ中のイオンを試料に加速して、垂直に入
射させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比
制御を行う。これにより、試料のレジストマスクパター
ンが極微細なものであっても、垂直入射によりマスクパ
ターンに対応した高精度のエッチング処理が行える。

【０１７４】なお、図１以下に示した本発明のプラズマ
エッチング装置において、静電吸着回路の直流電圧とパ
ルスバイアス電源回路のパルス電圧を重畳して生成し、
回路を共通に構成することもできる。また、静電吸着回
路とパルスバイアス電源回路を別な電極に分離して設
け、パルスバイアスが静電吸着に影響を及ぼさないよう
にすることもできる。

【０１７５】図１に示したプラズマエッチング装置の実
施例における静電吸着回路に代えて、他の吸着手段、例
えば真空吸着手段を用いることもできる。

【０１７６】以上述べた本発明の静電吸着回路とパルス
バイアス電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エ
ッチングガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を
加えることにより、以上述べたエッチング処理に限らず
ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置にも適用できる。

【０１７７】次に、図３７に示した本発明の他の実施例
により、従来の欠点を改善し、イオンとラジカル生成の
量と質を制御し、極微細なプラズマ処理を可能とするプ
ラズマエッチング装置の他の実施例について述べる。

【０１７８】すなわち、試料を設置している真空処理室
の上流側で真空処理室とは別の場所に第一のプラズマ生
成を行う場所を設定し、そこで生成した準安定原子を真
空処理室に注入し、真空処理室にて第二のプラズマを生
成する構成としている。図１に示したプラズマエッチン
グ装置に加えて、イオン・ラジカル源用ガス供給部６０
と、準安定原子発生用プラズマ発生室６２を備えてい
る。また上部電極１２には、準安定原子を含むガスを真
空処理室に導入するル−トのほかに、イオン・ラジカル
源用ガス供給部に繋がっている導入ル−トを設けてい
る。

【０１７９】この実施例の特徴は、次の通りである。 準安定原子発生用ガス供給部３６から供給されたガス
を準安定原子発生用プラズマ発生室６２にて高周波電力
を印加してプラズマ化し、あらかじめ所望の準安定原子
を所望量発生させ処理室１０に流入させる。準安定原子
発生用プラズマ発生室６２は、効率良く準安定原子を発
生させるために、室内の圧力は、数百mTorr〜数十Torr
の高い圧力に設定する。

【０１８０】他方、イオン・ラジカル源用ガス供給部
６０からのガスを処理室１０に流入させる。

【０１８１】プラズマ発生用電源１６で比較的低電力
の高周波を出力し、処理室１０にプラズマを発生させ
る。準安定原子の注入により、５ｅＶ程度以下の低エネ
ルギ−の電子でもイオンを効率良く生成させることがで
きるため、低電子温度（６ｅＶ程度以下、好ましくは４
ｅＶ程度以下）で、かつ１５ｅＶ程度以上の高エネルギ
−電子が大幅に少ないプラズマが得られる。このため、
ラジカル源用ガスは過剰な解離を生じさせることなく必
要な量と質を確保出来る。一方イオンの量は、準安定原
子発生用プラズマ発生室６２にて発生する準安定原子の
量と、イオン・ラジカル源用ガス供給部６０からのイオ
ン源用ガスにて制御することができる。

【０１８２】このようにしてイオンとラジカル生成の質
や量を制御できる様になるため、極微細なプラズマ処理
においても良好な性能が得られる。ラジカル源用ガスと
しては、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８あるいはＣＦ
４などのフルオロカ−ボンガスに、必要に応じてＣ，Ｈ
を含むガス（Ｃ２Ｈ４，ＣＨ４，ＣＨ３ＯＨなど）を混
ぜてもちいる。準安定原子発生用ガスとしては、１種類
ないしは２種類の希ガスをべ−スにしたものを用いる。
イオン源用ガスとしては、下記の性質を持つ希ガス等を
用いることにより、効率良くイオンを生成できる。

【０１８３】前記準安定原子のエネルギ−凖位に対し、
イオン源用ガスの電離凖位が低いもの、もしくは、イオ
ン源用ガスの電離凖位の方が高いが、その差が小さい
（５ｅＶ程度以下）ものが用いられる。

【０１８４】尚、性能的には低下するがイオン源用ガス
として特に追加せず、上記準安定原子発生用ガスやラジ
カル源用ガスで代用することもできる。

【０１８５】次に、図３８にイオンとラジカル生成の質
や量を制御する本発明の他の実施例を示す。図３７と基
本的考えは、同じであるが、図３７において、準安定原
子発生用プラズマ室６２と真空処理室１０との間の距離
が長く、この間での準安定原子の減衰が大きい場合の対
策として実施する例である。４１はマイクロ波の発振源
としてのマグネトロン、４２はマイクロ波の導波管であ
り、４３は第一のプラズマ生成室４５を真空封じして、
マイクロ波を通過させるための石英板であり、４４はガ
ス分散用の石英板である。第一のプラズマ生成室４５で
は、数１００ｍＴｏｒｒから数１０Ｔｏｒｒのガス圧で
前記マイクロ波によりプラズマを発生させ、準安定原子
を発生させる。

【０１８６】図３８では、図３７に比較し準安定原子の
発生場所と真空処理室間の距離を短く出来るため、高い
密度で準安定原子を真空処理室に注入することができ、
真空処理室１０におけるイオンの量を増加できる。処理
室１０は５〜５０ｍＴorrの圧力に保ち、２０ＭＨｚ以
上の高周波電源１６により、５ｅＶ好ましくは３ｅＶ以
下で１０の１０乗から１１乗台／ｃｍ３の高密度低電子
温度プラズマを発生させ、解離エネルギ−として８ｅＶ
以上を必要とするＣＦ２の解離を避けつつ、イオン源用
ガスの電離を進行させる。この結果、試料４０の表面上
では、バイアス電源１７により数１００Ｖで加速された
イオンの入射でアシストされた下記反応が主に進行す
る。 ＳｉＯ２＋２ＣＦ２ → ＳｉＦ４ ↑＋２ＣＯ ↑ なお、下地材料となるＳｉやＳｉＮは、ＣＦ２ではエッ
チングされないため、高選択比の酸化膜エッチングが可
能となった。

【０１８７】また、ＣＦ２の一部解離によるＦの増加
は、シリコン、カ−ボンもしくはＳｉＣ等からなる上部
電極カバ−３０により減少させている。

【０１８８】上で述べたように、ラジカル源用ガスとイ
オン源用ガスとを調節することにより、処理室１０内で
のイオンとラジカルとの比率をほぼ独立に制御でき、試
料４０の表面での反応を所望のものにコントロ−ルする
ことが容易になった。

【０１８９】本発明の、静電吸着回路とパルスバイアス
電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチング
ガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を加えるこ
とにより、以上述べたエッチング処理に限らずＣＶＤ装
置等のプラズマ処理装置にも適用できる。

【０１９０】次に、図３９にイオンとラジカルとを独立
に制御する本発明の他の実施例を示す。図３９におい
て、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２，Ｃ４Ｆ８あるいはＣＦ４な
どのフルオロカ−ボンガスに、必要に応じてＣ，Ｈを含
むガス（Ｃ２Ｈ４，ＣＨ３ＯＨなど）を混ぜ、図３９の
Ａなる部分よりバルブ７０を経由してラジカル発生用プ
ラズマ発生室６２に入れる。

【０１９１】ラジカル発生用プラズマ発生室６２では、
数ＭＨｚないしは数１０ＭＨｚのＲＦ電源６３の出力を
コイル６５に印加し、数１００ｍＴｏｒｒから数１０Ｔ
ｏｒｒのガス圧でプラズマを発生させ、主にＣＦ２ラジ
カルを発生させる。同時に発生するＣＦ３やＦはＨ成分
により減少させる。

【０１９２】なお、ラジカル発生用プラズマ発生室６２
でＣＦやＯ等の成分を大幅に減少させることは困難なた
め、この後に不要成分除去室６５を設ける。ここでは、
カ−ボンやＳｉを含む材質（カ−ボン、Ｓｉ，ＳｉＣ
等）の内壁を設置し、不要な成分を減少、あるいは悪影
響の少ない別のガスに変換させる。不要成分除去室６５
の出口は、バルブ７１に接続し、ＣＦ２が主成分のガス
組成を供給する。

【０１９３】なお、バルブ７０とバルブ７１との間は、
デポ物等の堆積物が多く蓄積するため、比較的短期間で
清掃や交換が必要である。このため、大気開放と交換と
を容易にすると共に、再立ち上げ時の真空立ちあげ時間
の短縮のため、バルブ７２を経由して排気装置７４に接
続している。なお排気装置７４は、処理室１０用排気装
置等と兼用してもよい。

【０１９４】またイオン源用ガス（アルゴンガスやキセ
ノンガス等の希ガス）Ｂはバルブ７３を経由し、前記の
バルブ７１の出口と繋ぎ処理室に供給する。

【０１９５】処理室１０は５〜４０ｍＴの圧力に保ち、
変調を施した２０ＭＨｚ以上の高周波電源１６により、
５ｅＶ好ましくは３ｅＶ以下で１０の１０乗から１１乗
台／ｃｍ３の高密度低電子温度プラズマを発生させ、解
離エネルギ−として８ｅＶ以上を必要とするＣＦ２の解
離を避けつつ、イオン源用ガスの電離を進行させる。こ
の結果、試料４０の表面上では、バイアス電源１７によ
り数１００Ｖで加速されたイオンの入射でアシストされ
た下記反応が主に進行する。 ＳｉＯ２＋２ＣＦ２ → ＳｉＦ４ ↑＋２ＣＯ ↑ なお、下地材料となるＳｉやＳｉＮは、ＣＦ２ではエッ
チングされないため、高選択比の酸化膜エッチングが可
能となった。

【０１９６】また、ＣＦ２の一部解離によるＦの増加
は、シリコン、カ−ボンもしくはＳｉＣ等からなる上部
電極カバ−３０により減少させている。

【０１９７】上で述べたように、ラジカル源用ガスＡと
イオン源用ガスＢとを調節することにより、処理室１０
内でのイオンとラジカルとの比率をほぼ独立に制御で
き、試料４０の表面での反応を所望のものにコントロ−
ルすることが容易になった。また、不必要なデポ成分等
は、不要成分除去室６５で排除し、処理室１０には極力
持ち込まないようにしているため、処理室１０内のデポ
は大幅に低減され、処理室１０を大気に開放して行う清
掃の頻度も大幅に低減できた。

【０１９８】次に、図４０にイオンとラジカルとを独立
に制御する他の実施例を示す。酸化ヘキサフルオロプロ
ピレンガス（ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２，以下ＨＦＰＯと略
す）をＡより、バルブ７０を経由して加熱パイプ部６６
に通し、不要成分除去室６５とバルブ７１を経由し、イ
オン源ガスＢと混合し、処理室１０のほうに送る。加熱
パイプ部６６では、８００℃〜１０００℃にＨＦＰＯを
加熱し下記の熱分解によりＣＦ２を生成する。 ＣＦ３ＣＦＯＣＦ２ → ＣＦ２＋ＣＦ３ＣＦＯ ＣＦ３ＣＦＯは比較的安定な物質で分解しにくいが、一
部分解し不要なＯやＦを発生するため、加熱パイプ部６
６の後に不要成分除去室６５をもうけ不要成分を除去、
あるいは悪影響のでない物質に変換している。一部のＣ
Ｆ３ＣＦＯＣＦ２は分解しないで処理室１０に流入する
が、５ｅＶ以下の低電子温度のプラズマでは解離しない
ため問題とはならない。

【０１９９】なお、バルブ７２、排気装置７４の用い方
ならびに処理室１０内での反応は、図３９の場合と同じ
である。

【０２００】本発明の、静電吸着回路とパルスバイアス
電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチング
ガスに代えてＣＶＤガスを導入する等の変更を加えるこ
とにより、以上述べたエッチング処理に限らずＣＶＤ装
置等のプラズマ処理装置にも適用できる。

【０２０１】

【発明の効果】本発明によれば、φ３００ｍｍ以上の大
口径の試料について微細パターンの精密な加工が容易
で、また、微細加工時の選択比も向上させたプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
また、大口径の試料の全面にわたって均一かつ高速な処
理、特に酸化膜処理を施すことができるプラズマ処理装
置およびその処理方法を提供することができる。

【０２０２】本発明によれば、さらに、試料中の絶縁膜
（例えばＳｉＯ2, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラ
ズマ処理の選択性等を向上させた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ができる。

【０２０３】また、制御性が良くかつ狭いイオンエネル
ギー分布を得て、プラズマ処理の選択性等を向上させた
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
ができる。

【０２０４】また、静電吸着用誘電体層を有する試料台
を使用する場合において、制御性良く、狭いイオンエネ
ルギー分布を得て、プラズマ処理の選択性等を向上させ
たプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供するこ
とができる。

【０２０５】また、イオンとラジカルの量や質を独立に
制御することにより、プラズマ処理装置の処理室内の圧
力を低くして、微細パターンの精密な加工が容易で、ま
た、微細加工時の選択比も向上させたプラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法を提供することができる。

【０２０６】さらにまた、イオンとラジカルの量や質を
独立に制御することにより、試料中の絶縁膜（例えばＳ
ｉＯ2, ＳｉＮ，ＢＰＳＧ等）に対するプラズマ処理の
選択性等を向上させた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ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる、２電極型のプラズマ
エッチング装置の縦断面図である。

【図２】電子のサイクロトロン共鳴を生じる磁場を加え
た状態で、プラズマを発生させる高周波電源の周波数を
変化させたときの、プラズマ密度の変化の一例を示す図
である。

【図３】サイクロトロン共鳴時と無共鳴時とに電子が高
周波電界から得るエネルギー利得ｋの状況を示す図であ
る。

【図４】マグネトロン放電電極の上部電極を接地し、下
部電極に磁界Ｂを与えると共に高周波電力を印加した時
の、磁界強度と、試料に誘起されるイオン加速電圧ＶDC
及び試料内の誘起電圧のバラツキΔＶの関係を示す図で
ある。

【図５】図１のプラズマエッチング装置の磁界特性の説
明図である。

【図６】図１のプラズマエッチング装置のＥＣＲ領域の
説明図である。

【図７】本発明のパルスバイアス電源において使用する
望ましい出力波形の例を示す図である。

【図８】パルスデューティ比：（Ｔ₁／Ｔ₀）は一定のま
まＴ₀ を変化させた時の試料表面の電位波形とイオンエ
ネルギーの確率分布を示す図である。

【図９】パルスデューティ比を一定のまま、Ｔ₀ を変化
させた時の試料表面の電位波形とイオンエネルギーの確
率分布を示す図である。

【図１０】パルスのオフ（Ｔ₀−Ｔ₁）期間と、静電吸着
膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧Ｖ_CMの関
係を示す図である。

【図１１】パルスデューティ比と（Ｖ_DC／ｖ_p ）の関係
を示す図である。

【図１２】塩素ガスをプラズマ化した時のシリコンと酸
化膜とのエッチングレートＥＳｉおよびＥＳｉＯ₂のイ
オンエネルギー依存性を示す図である。

【図１３】酸化膜のエッチングの例としてＣ₄Ｆ₈ガスを
プラズマ化した時の、酸化膜とシリコンとのエチングレ
ートＥＳｉＯ₂および、ＥＳｉのイオンエネルギー分布
を示す図である。

【図１４】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズ
マエッチング装置の縦断面図である。

【図１５】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズ
マエッチング装置の縦断面図である。

【図１６】図１５プラズマエッチング装置の磁場分布特
性の説明図である。

【図１７】図１５のプラズマエッチング装置のＥＣＲ領
域の説明図である。

【図１８】本発明の他の実施例になるプラズマエッチン
グ装置の縦断面図である。

【図１９】図１８のプラズマエッチング装置の磁場分布
特性の説明図である。

【図２０】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラ
ズマエッチング装置の縦断面図である。

【図２１】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラ
ズマエッチング装置の縦断面図である。

【図２２】図２１のプラズマエッチング装置の磁場分布
特性の説明図である。

【図２３】本発明の他の実施例になる２電極型のプラズ
マエッチング装置の要部横断面図である。

【図２４】図２３のプラズマエッチング装置の縦断面図
である。

【図２５】磁場形成手段の他の実施例を示す図である。

【図２６】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラ
ズマエッチング装置の縦断面図である。

【図２７】本発明の他の実施例になる、２電極型のプラ
ズマエッチング装置の縦断面図である。

【図２８】本発明の他の実施例になる、２電極型プラズ
マエッチング装置の縦断面図である。

【図２９】図２８のプラズマエッチング装置の磁場分布
特性の説明図である。

【図３０】本発明の他の実施例になる、２電極型プラズ
マエッチング装置の縦断面図である。

【図３１】図１に示した２電極型プラズマエッチング装
置を改良した他の実施例の縦断面図である。

【図３２】プラズマ発生用電源の周波数と安定放電最低
ガス圧の関係を示す図である。

【図３３】パルスバイアス電源の周波数と累積電力の関
係を示した図である。

【図３４】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のう
ち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプのプラズ
マエッチング装置へ適用した例の縦断面図である。

【図３５】本発明の他の実施例になる、プラズマエッチ
ング装置の縦断面図である。

【図３６】本発明をマイクロ波プラズマ処理装置に適用
した装置の一部を縦断面した正面図である。

【図３７】本発明の他の実施例になる、プラズマエッチ
ング装置の縦断面図である。

【図３８】本発明の他の実施例になる、プラズマ処理装
置の一部を縦断面した正面図である。

【図３９】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカ
ルを独立して制御可能な、２電極プラズマエッチング装
置の縦断面図である。

【図４０】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカ
ルを独立して制御可能な、２電極プラズマエッチング装
置の部分詳細図である。

【符号の説明】

１０…処理室、１２…上部電極、１５…下部電極、１６
…高周波電源、１７…パルスバイアス電源、１８…真空
ポンプ、２０…静電チャック、２２…静電吸着膜、２３
…直流電源、３０…上部電極カバー、３２…ガス拡散板
３２、３６…ガス供給部３、４０…試料、１６１…高周
波電源変調信号源、２００…磁場形成手段２００、２０
１…コア、２０２…電磁コイル、２０３…絶縁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/68 Ｒ 21/68 21/302 Ｂ (72)発明者 大坪 徹 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 田中 潤一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平６−333850（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−252097（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13344（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163462（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−153743（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−114583（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−206072（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−224154（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2231197（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/68

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空処理室と、相対向し一方の電極が絶縁
   膜を含む試料を保持し得る試料台を兼ねる一対の平板電
   極と、前記真空処理室にフッ素を含むエッチングガスを
   導入し得るガス導入手段と、該導入されたガスをプラズ
   マ化するプラズマ生成手段と、前記一方の電極に接続さ
   れたイオンエネルギー制御用のバイアス電源を有するプ
   ラズマ処理装置であって、 前記一対の平板電極の他方の電極にＳｉまたはＣを含む
   材料からなる電極カバーを設け、 前記一対の平板電極間の雰囲気の圧力を０．５Ｐａない
   し４.０Ｐａとし、 前記他方の電極に３０ＭＨｚないしは２００ＭＨｚの高
   周波電力を印加し、 前記一対の平板電極の間隙を８ｍｍないし５０ｍｍとし
   たことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】真空処理室と、相対向し一方の電極が絶縁
   膜を有する試料を保持し得る試料台を兼ねる一対の平板
   電極と、前記真空処理室にフッ素を含むエッチングガス
   を導入し得るガス導入手段と、該導入されたガスをプラ
   ズマ化するプラズマ生成手段と、前記一方の電極に接続
   されたイオンエネルギー制御用のバイアス電源を有する
   プラズマ処理装置であって、 前記試料が３００mm以上の口径を有し、 前記一対の平板電極の他方の電極にＳｉまたはＣを含む
   材料からなる電極カバーを設け、 前記一対の平板電極間の雰囲気の圧力を０．５Ｐａない
   し４.０Ｐａとし、 前記他方の電極に３０ＭＨｚないしは２００ＭＨｚの高
   周波電力を印加し、 前記一対の平板電極の間隙を８ｍｍないし５０ｍｍとす
   ることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】請求項１または２おいて、前記ガス導入手
   段はガス拡散板を有し、該ガス拡散板の下流側に位置す
   る前記電極カバーは複数の細孔を有することを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記他方の電
   極に、前記高周波電力に加えさらにバイアスを加えるこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】請求項２において、前記一対の平板電極の
   間隙を３０ｍｍ以上とすることを特徴とするプラズマ処
   理装置。
6. 【請求項６】請求項１または２において、前記試料の近
   傍に位置するサセプタカバーを備えていることを特徴と
   するプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】請求項６において、前記サセプタカバーと
   前記試料台の間の絶縁体が、０．５ｍｍないし５ｍｍの
   厚さを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】真空処理室と、一方の電極が試料台を兼ね
   る相対向する一対の電極と、前記試料台に試料を保持し
   その雰囲気にエッチングガスを導入するガス導入手段
   と、該導入されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手
   段と、前記一方の電極にイオンエネルギー制御用のバイ
   アス電力を印加するバイアス電力印加手段とを有するプ
   ラズマ処理装置における試料の処理方法において、 前記一対の電極は、その間に８mmないし５０mmのギャッ
   プを有する一対の平板電極であり、前記試料台を兼ねる
   一方の電極に対向する他方の電極にＳｉまたはＣを含む
   材料からなる電極カバーを備えており、 前記試料台を兼ねる一方の電極に、絶縁膜を有する前記
   試料を保持するステップと、 前記試料が保持された雰囲気にフッ素を含むエッチング
   ガスを導入するステップと、 前記雰囲気を減圧排気し、０．５Ｐａないし４．０Ｐａ
   の圧力条件にするステップと、 前記一対の平板電極に３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚの
   高周波電力を印加するステップと、 前記プラズマ生成手段により、前記電極間隔、圧力およ
   び高周波電力で前記エッチングガスからプラズマを生成
   し、前記試料を処理するステップと、 を備えることを特徴とする試料処理方法。
9. 【請求項９】真空処理室と、一方の電極が試料台を兼ね
   る相対向する一対の電極と、前記試料台に試料を保持し
   その雰囲気にエッチングガスを導入し得るガス導入手段
   と、該導入されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手
   段と、前記一方の電極にイオンエネルギー制御用のバイ
   アス電力を印加するバイアス電力印加手段とを有するプ
   ラズマ処理装置における試料の処理方法において、 前記一対の電極は、その間に８mmないし５０mmのギャッ
   プを有する一対の平板電極であり、前記試料台を兼ねる
   一方の電極に対向する他方の電極にＳｉまたはＣを含む
   材料からなる電極カバーを備えており、 前記試料台を兼ねる一方の電極に、φ３００mm以上の口
   径の絶縁膜を含む試料を保持するステップと、 前記試料が保持された雰囲気にフッ素を含むエッチング
   ガスを導入するステップと、 前記雰囲気を減圧排気し、０．５Ｐａないし４．０Ｐａ
   の圧力条件にするステップと、 前記一対の平板電極に３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚの
   高周波電力を印加するステップと、 前記プラズマ生成手段により、前記電極間隔、圧力およ
   び高周波電力で前記エッチングガスからプラズマを生成
   し、前記試料を処理するステップとを備えることを特徴
   とする試料処理方法。
10. 【請求項１０】請求項８または９において、前記他方の
    電極に、前記高周波電力に加えさらにバイアスを加える
    ことを特徴とする試料処理方法。
11. 【請求項１１】請求項９において、前記一対の平板電極
    の間隙を３０ｍｍ以上とすることを特徴とする試料処理
    方法。