JP4541557B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

【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１３．５６ＭＨｚ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（１０¹⁰〜１０¹²ｃｍ^-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４０ｃｍ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１０００〜３０００Ｖ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ＩＣＰ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ＤＥ１９７３４２７８．７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ＩＣＰ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１０〜３０ｃｍ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，ＩＣＰ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３０００Ｖ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ＩＣＰ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、１３．５６ＭＨｚ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Ｃ₄２６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ＩＣＰ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（６００Ｗ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。

Claims (14)

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’）と第２のコイル端部（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’、２１’）に印加される高周波交流電圧は相互に逆相である、
   ことを特徴とするプラズマ加工装置。
2. ２つのコイル端部（２０’、２１’）に印加される２つの交流電圧は同じ振幅を有する、請求項１記載のプラズマ加工装置。
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. ＩＣＰコイル（６）はリアクタ（２）の少なくとも一部を取り囲む、請求項１記載のプラズマ加工装置。
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. 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. 高周波交流電圧が第１のコイル端部（２０’）と第２のコイル端部（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. ＩＣＰコイル（６）およびリアクタ（２）の周囲、またはＩＣＰコイル（６）の周囲、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. ２つの給電点（３１，３２）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. 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. 容量性電源網は対称であり、かつ調整可能である、請求項１０記載のプラズマ加工装置。
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. 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、コイル端部（２０’、２１’）が該リアクタ（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. 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。

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