JPH03171623A - 半導体ウェーハ製造用プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般に半導体ウェーハ製造用の処理装置にか
かり、特にウェーハクリーニング、ウェーハ蒸着、およ
びウェーハエッチングに対するプラズマ装置の利用に関
するものである。

（従来の技術） 例えば、ウェーハのプラズマエッチングは、これが異方
性にできること、化学的に選択できること、熱力学的平
衡・から遠く離れた条件でエッチングができること、湿
式のエッチング処理に比してエッチング剤の使用量が少
いこと、不良品の製造量が著しく低減することなどの理
由から、魅力的なものである。エッチング剤や不良品の
低減は、コストの節約を生ずる．異方性のエッチングは
ほぼ垂直側壁の製造を可能とする。これはエッチングの
深さ、形状サイズ、およびスペースをすべて同程度とし
、現在のプロセスで重要となっている。

また、エッチング剤やプロセスパラメータを選択してエ
ッチングの化学的選択性を得る能力によって、所望の材
料を、製造される集積回路の他の部分をほとんどエッチ
ングすることなく、エッチングできるように選択するこ
とが可能となる。熱力学的平衡から海かに遠いプロセス
条件をつくるプロセスパラメータの選択を用いることに
よってプロセス温度を下げ、これによって、製造中の集
積回路に有害に作用する高温度を避けることができる。

第１図はプラズマリアクタ１０を示したものである。こ
のリアクタは、アル稟ニウム壁１ｌを有し、これがプラ
ズマリアクタチェインバ１２を囲んでいる。壁ｌ１は接
地され、一方のプラズマ電極として作用する。チェイン
バｌ２へはガス源１３からガスが供給されると共に排気
システム１４によって排気され、これによってリアクタ
からガスが排出されて、プラズマプロセスに適した低い
圧力が保持される。またｒｆ電源１５が第２の（パワー
）電極ｌ６に電力を供給し、チェインバ１２内にプラズ
マを発生させる。ウェーハ１７は、例えばスリソトバル
プ１８のような場所を通過してリアクタチェインバ１２
に出し入れされる。

プラズマは性質の異る２つの領域から構威されており、
それは本質的に中性の導電性プラズマ本体ｌ９とプラズ
マシースと呼ばれる境界層１１０である。プラズマ本体
は、実質上同じ密度の正および負の荷電粒子と、ラジカ
ルおよび安定な中性粒子とから構成されている。プラズ
マシースは、プラズマ本体と全ての対向面、例えば壁、
プラズマリアクタチェインバの電極、およびｒｆ電極と
の間に形威される。

半導体製造プロセス用のプラズマは、ラジオ周波数（ｒ
ｆ）　　１　３．　５　６ＭｆｌｚＯ場によって作られ
、これがチェインバ内の自由電子にエネルギを伝え、こ
れら多数の電子に十分なエネルギを与え、これらの電子
がガス分子と衝突することによってイオンが発生できる
ようにしている。典型的には、リアクタチェインバの壁
は金属（但し多くの場合、薄い絶縁層をコーチングして
いる）であり、従ってｒｆ電極の片方として機能できる
。壁が片方の電極として機能しないときでも、壁はプラ
ズマを集中さセたり、プラズマリアクタと容量結合した
りすることによってプロセスに影響を与える。

１　３．　５　６ＭＨｚの周波数はプラズマリアクタに
対してほぼ共通に使用されており、これはこの周波数が
ｒｓＭ（工業用、科学用、医療用）標準周波数であり、
これに対する政府指令の放出限界が、非ＩＳＭ周波数、
特に通信帯内の周波数に比して厳しくないからである。

このほぼ共通な１　３．　５　６Ｍｌｌｚの使用は、Ｉ
ＳＭ標準であることによってこの周波数の装置が多く人
手できるので、ますます有利になってきている。他のＩ
ＳＭ標準周波数は、２７．１２および４　０．　６　８
ＭＨｚであり、これは１３．５６ＭｌｌｚのＩＳＭ標準
周波数の一次および二次の高調波に相当する。１　３．
　５　６ＭＨｚ周波数のさらに有利な点は、この周波数
の最低次数の２つの高調波もＩＳＭ標準周波数であり、
従って１　３．　５　６ＭＨｚを用いた装置は、その装
置の基本周波数の高調波で許容限界を超えるということ
が少くなることである。

電力の供給されるｒｆパワー電極がｒｆ電源に容量的に
結合されていると、この電極に直流セルフバイアスＶｄ
Ｃが生ずる。この直流バイアスＶ４ｃの値は、プラズマ
内のイオン密度および電子温度の関数である。パワー電
極の負のセルフバイアス直流電圧■。としては通常数百
ボルトの電圧が発生する．（例えばＪ．Ｃｏｂｕｒｎ　
ａｎｄ　Ｅ．Ｋａｙ　＋　Ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｉｏｎｂ
ｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ　ｒｆ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　
ｉｎ　ｎｆ　ｄｉｏｄｅ　ｇｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅ
　ｓｐｕｔｔｅｒｉＢ　＋　Ｊ．Ａｐｐｌ．　ｐｈｙｓ
．　　４３ρ．４９６５　（１９７２）参照）．このセ
ルフバイアス直流電圧ＶｄＣは、パワー電極に対する高
エネルギの正イオン束を発生するのに利用できる。従っ
て、プラズマエッチングプロセスでは、エッチングすべ
きウェーハｌ７はパワー電極１６の上面、または少し離
れた上方に置かれ、この正イオン束がウェーハの上面に
ほぼ垂直に投射するようにしてウェーハの無保護領域を
ほぼ垂直にエッチングする．これらの高い電圧によって
、エッチングプロセスに必要なエッチング速度が、商業
的に魅力のあるものとなる。今日入手できる微細寸法（
嵩クロン以下）の素子は少しの微粒子でも傷つくので、
集積回路（ＩＣ）プロセスシステムとしては、複数のＩ
Ｃプロセスステソプを、ウェーハを外気に戻す前に実行
できるものが出ている（例えば１９８８年１１月２２日
、Ｍａｓａｔｏ　Ｔｏｓｈｉｍａに付与されたＶａｃｕ
ｕｍ　Ｃｈａｍｂｅｒ　Ｓｌｉｔ　Ｖａｌｖｅという名
称の米国特許４，７８５．９６２の中に示されているマ
ルチチェインバシステム参照）。この微細寸法はまた、
単一ウェーハブロセスステソプ（比較的大きな寸法の素
子に共通なマルチウェーハプロセスステソプと異なり）
へ移行する傾向を生じているが、この場合は、ウェーハ
全体として十分に均一な処理が行われ、微細な幾何学パ
ターンがウェーハ全体にわたって作製できる。

システムにおけるウェーハのスループソトは、システム
内の一連のプロセスステップの中の最も遅いステソプで
制限されるので、これらの連続するステソプの中に、プ
ロセス内の他のステソプよりも著しく時間のかかるもの
が無いことが重要であり、そうでないと、このような遅
いステソブがシステムのスループットに対するネットと
なる。

現在、典型的なシステムのスループソトは１時間当り６
０ウエー八のオーダーである。例えば、金属２の蒸着の
前の基礎エッチングは２酸化シリコンのエッチング速度
２５０オングストローム／分に等価なレートで行われる
。これによってアルξニウム金属ｌに接触している約７
０オングスクロームのアルミニウム酸化物を、非選択式
アルゴン単独プロセスを用いて、約４０秒で除去するこ
とができる。これらのエッチング条件は、ウェーハ製造
でルーチン的に使用され、１５００〜１６００ボルトの
セルフバイアスをパワー電極に発生する．トランジスタ
の速度仕様や最近のＭＯＳ集積回路の高い素子密度によ
って、浅いジャンクションと薄いゲート酸化物の使用が
必要になっている．都合の悪いことに、このようなＩＣ
構造は、例えば従来の１　３．　５　６ＭＨｚのプラズ
マエッチング装置に用いられている高エネルギイオンに
よるイオン衝撃に対して敏感である。従ってこのような
ＩＣ処理においては、非選択式アルゴン単独プロセスを
用いてパワー電極のセルフバイアス電圧ヲ５００ボルト
未満の負セルフバイアスに低減させるのが有利である。

セルフバイアス電圧の低下と共にウ工一ハの傷害も低減
するので、３００ｖに近いセルフバイアス電圧で動作さ
せるのが、さらに有利である。しかしながら１　３．　
５　６ＭＨｚでは、セルフバイアスを低減させると、エ
ッチング速度が非常に遅くなり、これによってプロセス
のスループソトの著しい低下を招く。

（発明が解決しようとする課題） 上記に対する１つの解決法は、ウェーハ付近のイオンを
トラップして、ウェーハ面のイオン密度を増大させる拘
束磁場を発生するマグネソトを用いてエッチング速度を
向上する方法である。この磁場はエネルギーをもったイ
オンと電子を、磁場ラインの回りのヘリカル軌道に沿っ
てスパイラル状の旋回させることによって閉じ込める。

このようにウェーハ面のイオン密度を増大させると、セ
ルフバイアス電圧を増大させることなく、エッチング速
度をこれに伴って向上させ、これによってウェーハを傷
めることなく、スループソトを１時間当り６０ウェーハ
のオーダーにすることができる。実際には、電流レベル
を、ウェーハのプラズマシースの電圧降下の低減に対抗
して増大させることによって、エッチング速度を維持し
ている。

しかし残念ながら、このような“磁気的に強化した”プ
ラズマエッチングシステムでは、磁場の不均一性によっ
てウェーハの全表面でのエッチング速度の均一性が低下
するという問題がある。

ウェーハの全表面での均一性を向上するのに、あるシス
テムでは、ウェーハを、パワー電極の面に垂直で、かつ
この面上に中心のある軸の周りに回転させている。これ
によって、ウェーハ面に円筒対称で、ウェーハ全体で均
一性の向上した時間的に平均化された磁場が発生し、従
ってウェーハ面全体についてエッチングの均一性を向上
できる。

しかしながらこのような回転は、プラズマチェインハ内
に好ましくない機械的なモーションを発生し、微粒子の
発生や汚染の増大を招く恐れがある。

他の方法として、回転磁場の発生に、位相が９０゜ずれ
た電流で駆動される２つの電磁コイルを用いることも可
能である。しかしながら、この方式では制御装置や電源
装置がかなり高価になると共に、エッチングの均一性が
、このようなマグネソトを含まないプラズマエッチング
装置の場合の良好さに達しない。

ウェーハのプラズマ処理の速度を向させるもうｉつの解
決方法は、最近開発された、電子サイクロトロン共振の
技法である。この技法は、ウェーハクリーニング、エッ
チング、および蒸着プロセスに適用できる。この技法で
は、プラズマはマイクロ波電源と磁気閉じ込め構造を用
いて発生される。しかしながらこの技法は、エッチング
や化学的薫着に用いたとき、半径方向の均一性が悪くな
ると共にスループソトが低下する。さらにこの技法は、
（１１複雑な真空ボンブシステム、（２）マイクロ波電
力を極めて正確な周波数と電力レベルで発生するマイク
ロ波電源、（３）大きな電磁マグネソ！・を含む大きな
磁気閉し込め構造、および（４）ウェーハ電極に接続さ
れるｒｆまたは直流電源、などを含む高価なハードウエ
アを必要とする、という問題がある。

（課題を解決するための手段と作用〉 従来のプラズマリアクタでは、イグナイタ電極が低圧ガ
スの内部で、十分なエネルギーを有する高工不ルギー電
子を発生させ、この高エネルギー雷子で衝撃することに
よってリアクタチェインバ内の原子および分子をイオン
化している。この結果として生ずる電子の瀧によって、
電子、イオン、ラジカル、および安定な中性粒子から戒
るプラズマが発生する。次でプラズマはイグナイタ電極
よりも低い重圧のパワー電極によって保持される。

プラズマには十分なｒｆ電力が供給され、所望のイオン
密度、典型的には１０”〜ＩＱ”ｃａ＋−”のオーダー
のイオン密度が保持される。典型的には、ｒｆ電力の周
波数はｌＱｋ）Ｌｚから３ＱＭＨｚまでの範囲にあるが
、最も普通の周波数は１　３．　５　６Ｍ｝ｌｚであり
、これは適当なイオン密度を得られるだけの高い周波数
であると共に、通信に妨害を与えないＩＳＭ（工業、科
学、医療用）標準周波数になっているからである。

電子はプラズマイオンよりも、数千倍ないし数十万倍の
オーダーで軽いので、電子はイオンよりもそれだけ速く
加速され、従ってイオンが得る運動エネルギーよりも遥
かに大きな運動エネルギーを獲得する。この結果として
、ｒｆ電場からのエネルギーはほとんどが電子の運動エ
ネルギーとなり、ごく一部だけがイオンの運動エネルギ
ーとなる。

このような高エネルギー電子はまた高温電子と呼ばれる
ことがある。このような電子とイオンとの大きな質量差
によるもう１うの結果として、高エネルギー電子とイオ
ンとの間に衝突が発生しても、電子のエネルギーはあま
りイオンに移されない。

この結果として、プラズマ内の他の粒子はプラズマリア
クタチェインバの壁の温度（０．０３ｅｖのオーダー）
とほぼ同じになっているのにかかわらず、電子は典型的
に１．５ｅｖのオーダーの温度を獲得し、従って数百度
（摂氏）だけ高温となる。

電子はイオンに比べて遥かによく運動できるので、雷子
はリアクタチェインバの壁を、イオンよりも速い速度で
最初に衝撃する。この結果として、プラズマ本体は少し
電子不足となるが、境界層のシースは実質的に電子不足
となる。これはまた、正荷電層を、プラズマ本体とプラ
ズマシースとの間に対向面に発生させる。プラズマ本体
および境界層におけるこの正味で正の電荷によって、プ
ラズマ本体の電位Ｖｐ　（通常“プラズマ電位”と呼ば
れる）が、電子の平均運動エネルギーを電子の電荷で割
った値の数倍のオーダーで発生する。プラズマ本体の電
位はほとんど一定であり、電位変動の大部分がシース部
に発生する。ｒｆプラズマでは、このシース部の電位変
動はまた、リアクタチェインバ壁の面積、パワー電極の
面積、リアクタチェインバ内の圧力、およびｒｆ電力入
力を含む種々のパラメータに関係している。

以下に述べる好ましい実施例では、従来のプラズマ装置
に用いられている周波数１　３．　５　６　Ｍｌｌｚよ
り高い周波数で動作するプラズマ装置が示されている。

プラズマプロセスに有利な周波数は３０〜２００ＭＨｚ
の範囲にあることが分った。このプロセスとしては、ウ
ェーハクリーニング、化学的蒸着、およびプラズマエッ
チングを含んでいる。選択される周波数は、どのプロセ
スに用いるかに依存しており、さらにこれによって、プ
ラズマ密度およびイオン衝撃エネルギーの所要の選択が
決定される。

非反応式エッチングプロセスでは、周波数の下限は、製
造中の集積回路を傷めることなく使用できる最大セルフ
バイアス電圧で制御される。また周波数の上限は、ウェ
ーハをエッチングするのに十分なエネルギーを発生する
最小セルフバイアス電圧（非反応式エッチングプロセス
では約１５０ポルｌ−、反応式イオンエッチングプロセ
スでは約５０ボルト）によって制御される。実際上は、
このエノチングプロセスを連続ウェーハ製造システムに
用いるときは、この周波数上限はさらに、このエッチン
グが、エッチングステップによって製造スループットに
ネックが生じないような十分に短い時間で行えること、
という制約によって低減される。この周波数範囲がある
ため、整合ネットワークを変更して、ｒｆ伝送ラインの
５０オームの特性インピーダンスから、遥かに低いプラ
ズマリアクタチェインバのインピーダンスへの転移時の
ｒｆ電力の反射を防止する必要が生ずる。プラズマは、
整合ネットワークの同調を外し、パワー電極をイグナイ
タとして作用させることによっ゜ζ発生させ、次に整合
ネットワークを同調させてセルフバイアス電圧を，ウェ
ーハを傷めることなくウ工−ハをエッチングするのに適
当な電圧レベルまで低減させる。

ウェーハのプラズマクリーニングの場合は、周波数は、
ウェーハをエッチングしない、或いはウェーハにイオン
を注入しない電圧で大きな電流密度を発生するように選
択される。プラズマ強化の化学的蒸着の場合は、衝撃用
電圧および電流は、蒸着の良好な均一性、高いフイルム
純度、および適当なレベルのフイルムストレスに対して
両立する必要がある。

（実施例） 金属２の蒸着の前の基礎的な非反応エッチングは典型的
には、２５０オングストローム／分のオーダのエッチン
グ速度（２酸化シリコンのエッチング速度と同じ）で行
われ、このエッチングステップが約４０秒以内で完了す
るようにしている。

この速度では、このエッチングステップの所要時間とウ
ヱーハをリアクタに出し入れするためのシステム間接時
間との和が、６０ウェーハ／時間というシステムスルー
ブットの要求を満足するものとなる。今日の多くのＩＣ
回路設計は、高エネルギイオンの衝撃によって傷害を受
ける層を持っている。エッチング時間を４０秒オーダー
に保ちながらこのような傷害を防止するために、プラズ
マは、通常用いられている１　３．　５　６　Ｍｌｌｚ
のＩＳＭ（工業、科学、医療用〉周波数より高い周波数
のｒｆ電場によって発生させている。

システムのスループソトを保持することが重要なので、
テストで周波数を種々に変化させたとき、電力を調整し
て、２酸化シリコンのエッチング速度に相当する２５０
オングストローム／分が得られるようにした。このよう
なエッチング速度に対して負のセルフバイアス電圧を測
定し、４０ＭＩｌｚの周波数では５００ボルトより少し
高＜、６０ＭＨｚの周波数では約３１０ボルトになった
。これは、適当なスノレーフ゜ソトをもったソフトエッ
チング（すなわちセルフバイアスが５００ボルト台また
はこれ以下のエッチング）が、これらの周波数で行える
ことを示している。同程度の電力に対する１３７ＭＨｚ
でのセルフバイアス電圧は−１２５ボルトである。従っ
て、ウェーハをその薄い層を傷めることなくエッチング
するソフトエッチングが得られる有効な周波数範囲は３
０ＭＨｚから２００Ｍｌｌｚまでにまたがっている。１
３７ＭＨｚを超える周波数は特に、ウェーハクリーニン
グおよびプラズマ強化の化学的蒸着に対して有効である
。特に好ましい周波数範囲は５０〜７０Ｍ｝ｌｚであり
、これは所要のエッチング速度が非常にソフトな条件（
セルフバイアスが約−３　０　０　Ｖ）で得られるから
である。周波数ｆの範囲が１　３．５　６ＭＨｚ　＜　
ｆ　＜２００Ｍｔｌｚで、ｒｆ電力が、２酸化シリコン
のエッチング速度に相当する２５０オングストローム／
分が得られる電力であると、エッチングの均一性は、通
常の１　３．　５　６ＭＨｚの非磁化プロセスで得られ
る均一性と同程度である。非反応性のエッチングでは、
ガス圧は１〜２０ミリトールの範囲に選択される。

高い周波数のｒｆ電力を用いるソフトエッチングプロセ
スは、非反応、非選択のエッチングプロセスおよび反応
性のイオンエッチングプロセスの両方に利用できる。非
反応のイオンプロセスに対しては、電力は一般に高く、
圧力は一般に低くなる。

例えば、アルゴンイオンを用いたエッチングでは、電力
は３００ワットのオーダーに、圧力は４ｍトールのオー
ダーになる。反応性のイオンエッチングは通常、フッ素
含有または塩素含有のガスを用いる。例えば、１０モル
％のＮＦ：＋　、または５モル％のＢ（１３を含む反応
性イオンエッチングでは、電力は１０〜５０ワットのオ
ーダーに、圧力は１０〜４０ｍトールのオーダーにする
。

クリーニングプロセスでは、圧力は典型的には１〜４０
呉リトールの範囲に選定され、セルフハイアス電圧は５
〜３００ボルトの範囲に選定される。好ましくは、圧力
は５ｍ｝−ルのオーダーに、なり、セルフバイアス電圧
は１５ボルトのオーダーになる。これらのパラメータ値
を得るためには、周波数は、１００〜２００ＭＨｚの範
囲で選定される。ウェーハクリーニングに特に有効なガ
スは、純アルゴン、水素、およびフッ素含有ガスを含む
ガス冫昆合物である。

周波数はまた、種々のプラズマ強化の化学的蒸着プロセ
スを最適化するように選択することもできる。例えば、
２酸化シリコンの蒸着では、全体のプロセス圧力は０．
５〜２０ｍ｝−ルの範囲にある。最適な圧力は５ｍトー
ルのオーダーである。

またセルフバイアス電圧は典型的には１０〜４００ボル
トの範囲にあり、好ましくは１５０ボルトのオーダーに
選定される。これらのパラメータ値を得るには周波数は
１００〜２００ＭＨｚの範囲で選択される。プラズマ強
化の化学的蒸着に特に有効なガスは、アルゴン、シラン
およびＴＥＯＳである。

１対の電磁コイル１１４および１１５、および対応する
電源１１６が設けられ、これによってプラズマイオンを
プラズマリアクタの内壁から偏向させる弱い磁場をつく
る。これは、処理中にウ工−ハが汚染されるのを防止す
るのに重要である。

従来の技術の場合と異り、これらの磁場はウェーハ面で
均一である必要はなく、これはプロセスの均一性に顕著
な影響を及ぼすほどでない弱い磁場（ウェーハ面でｌ〜
２０ガウスのオーダー）であるからである。しかしなが
ら、この範囲の磁場でも、プラズマイオンが壁から汚染
物を放出させるだけのエネルギーで壁に衝撃をあたえる
、のを防止するのに十分である。

整合ネットワークは、電力をインピーダンス５０オーム
のｒｆ電カラインから、はるかに低いインピーダンスの
プラズマへ、この整合ネットワークで著るしい電力反射
を生ずることなく伝達するのに用いられる。１　３．　
５　６ＭＨｚより著るしく高い周波数（すなわち、４０
ＭＨｚを超えるオーダー）に対しては、従来の整合ネッ
トワークの設計は使用できない。

ｒｆ周波数では信号の波長は十分に短かくなり、ケーブ
ル全長にわたる信号の位相変化によって、著るしい妨害
作用が発生する。この周波数範囲では、ケーブルは実質
的に、４分の１波長の整数倍にする必要がある。特に、
ｒｆ電源１１５から整合ネットワーク１１２へのケーブ
ル１１ｌ、および整合ネットワーク１１２からパワー電
極ｌ６へのケーブル１１３はそれぞれ、実質的に４分の
ｌ波長の整数倍と同じにする必要がある。ここで“実質
的に同し”ということは、ケーブルの長さが４分の１波
長の整数倍プラスマイナス０．０５倍に等しいという意
味である。この要求は、４分のｌ波長が１５フィートの
オーダーとなる。１　３．　５　６Ｍｌｌｚについては
容易に達威でき、ケーブルの切断長に少しの誤差があっ
ても著るしい影響を生じない。しかしながら５９ＭＨｚ
では４分の１波長は約３フィードであり、従ってケーブ
ル長の誤差の影響は５倍になる。特別なコネクタや回路
エレメントを追加するだけで、このケーブル長の規準を
犯す恐れがある。

さらにこのような周波数では、従来１　３．　５　６Ｍ
ｌｌｚのプラズマ装置用の整合ネットワークに用いられ
ている。ブレードを組合せたコンデンサや多重コイルの
インダクタのような個別のコンポーネントは、高い周波
数に対して不適当である。このような個別コンポーネン
トのインダクタンスは４０Ｍｔｌｚのオーダーまたはこ
れを超えた周波数では大きくなり過ぎる。選択された周
波数範囲では、インダクタは導体の単一のストリップと
することができる。同時に、１　３．　５　６ＭＨｚ系
統の多重ブレード形のコンデンサを、テフロンシ一トの
ような非導体で間隔を置いて配置した１対の平行な導体
技で置き換えることも可能である。

第２図は、４０ＭＨｚを超える周波数で使用できる整合
ネットワークの設計の一例を示したものである。接地２
０が整合ネフトワーク１１２の壁２２に設けた第ｌのｒ
ｆコネクタ２１の外部導体に接続されている。また導体
２３がコネクタ２１の内部導体を入力コンデンサ２７の
第１のプレート２４に接続している。このコンデンサは
また、第２のプレート２６および誘電体スペーサ２５を
もっている。プレート２６は、同様に誘電体スペーサ２
９および第２のプレート２１０を有するシャントコンデ
ンサ２１１の第１のプレート２８に電気的に接続されて
いる。プレート２８もまた同時に誘電体スペーサ２１３
および第２のプレート２１４を有する第３のコンデンサ
２１５の第１のプレート２１２に接続されている。プレ
ート２１４は、インダクタ２１６を介してｒｆ電極１６
に接続されている。

この整合ネットワークを４０＝１００ＭＨｚの範囲の所
定の周波数に同調させるために、コンデンサ２７および
２１１は可変コンデンサになっている。この実施例では
、これらのキャパシタ・ンスは、プレート２４と２６と
の間隔、およびプレート２８と２１０との間隔を変える
ことによって変化させている。これらの間隔の調整は、
回転直線変換形力ソプリング２２２を介して結合された
モータ２２１、および回転直線変換形カップリング２２
４を介して結合されたモータ２２３を用いて行われる。

また自動制御回路２２５がこれら２つのコンデンサを、
カプラ２１から反射される電力量が最小になるように調
整している。この調整を可能とするために、ｒｆ電源１
５とｒｆコネクタ２１との間にセンサ２２６を設け、ｒ
ｆ電力入力の電流戒分と電圧成分との位相差に関する情
報を制御回路２２５に送っており、かつ電流或分と電圧
戒分との大きさの比をｒｆ電力入力信号としている。制
御回路２２５は通常のフィードバック制御回路であり、
コンデンサ２７および２１１のプレート間隔を、ｒｆ電
流および電圧信号間の位相差および大きさの比が、ｒｆ
電源への電力の反射がほとんどゼロになるように選択し
た所定のプリセット値に到達するまで調整する。典型的
には、整合ネットワークが同調されていると、このシス
テムは３００ワットの入力信号から反射される電力は１
０ワット未満になる。

ｒｆ周波数４０〜１００ＭＨｚの範囲にわたって運転す
るためには、各コンポーネント２７、２１１、２１５、
および２１６はそれぞれ、１０〜１００ｐｆ、５０〜４
００ｐｆ、１００ｐｆ、および０．　５μＨの値にする
必要がある。

コンデンサを可変制御することによって、電極１６はプ
ラズマを発生するイグナイタ電極として動作できると共
に、プラズマを保持するパワー電極としても動作できる
。イグナイタ電極として使用するときは、コンデンサ２
７および２１１のフィードバソク制御は不動作にされ、
これらのコンデンサはそれぞれ、１００ｐｆおよび４０
０ｐｆに固定される。これによって電極１６における電
場の強さが十分に大きくなって、プラズマを点弧する電
子なだれを発生させる。点弧および同調の後にはパワー
電極のセルフバイアス電圧は、６０ＭＨｚ３００ワソト
に対して−３００ボルトのオーダーになる。

このプラズマ装置は一定の周波数範囲で運転できるので
、選択された周波数は一般的にはＩＳＭ（工業、科学、
医療用）周波数になっていない。

従ってリアクタ１０の真空フランジにはすべてｒｆガス
ケソトが用いられ、チェインバ１２への窓を設けること
ができず、またチェインバの長い開口は除去するかシー
ルドするかして、リアクタ１０からのｒｆ放出を、ｒｆ
放射が米国政府から許可されている装置からの距離３０
０ｍで１５μＶ　／　ｍのレベルより低くなる程度まで
減らしている。これによって、リアクタに近い所にある
テレビや他のｒｆ通信に対する妨害を防いでいる。テス
トの結果では、４０ＭＨｚよ．りも６０ＭＨｚの方が、
ウェーハに著るしい傷害を与えることなく、より遅いエ
ッチングができることが分ったが、それでも４０．６８
ＭＨｚという周波数は、これが放射制約の少いＩＳＭ標
準周波数であることによって魅力のある選択である。な
お、この周波数の高調波も問題であるが、これら高調波
における電力は、一般的に基本波に比して実質的に小さ
なものである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、一般的なプラズマリアクタの構成を示す図、
第２図は、１　３．　５　６ＭＨｚよりも著しく高い周
波数のｒｆ電力をプラズマリアクタに供給するのに適し
た整合ネットワークの一例を示す図、第３図は、それぞ
れ第１図および第２図に示すプラズマリアクタと整合ネ
ットワークを用いたプロセスの一例を示すフローダイヤ
グラムである。 １０−プラズマリアクタ １１−　リアクタ壁 １２−　リアクタチェインバ １３−ガス源 １４・一排気システム １　５−−ｒｆ電源 １６−パワー電極 １７・一ウェーハ ｌ８−スリットバルブ ｌ９・・・プラズマ本体 ２０−接地 ２　１　−−ｒｆコネクタ ２２一壁 ２３・・一導体 ２４、２６、２８、２１０、２１２、２１４プレート ２５、２９、２１３−・一誘電体スペーサ２７、２１１
、２　１　５−　コンデンサ１　１　０−一一プラズマ
境界層 １１１、１　１　３−ケーブル １　１　２−整合ネットワーク １１４、１　１　５一電磁コイル １　１　６一電源 ２２１２２３−モータ ２２２、２　２　４　−　カンプリング２２５一自動制
御回路 ２　２　６−一−センサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）プラズマリアクタのリアクタチェインバ内に
   プラズマを点弧する、 （ｂ）上記リアクタチェインバ内に０．５〜３０ミリト
   ールのガス圧を保持する、および （ｃ）リアクタチェインバ内の処理すべきウェーハに置
   かれているパワー電極に、リアクタチェインバ内にプラ
   ズマを保持するのに十分なパワーレベルＰで、かつウェ
   ーハを最適に処理するように選択された周波数ｆ＞１３
   ．５６ＭＨｚのｒｆ電力を供給する、 というステップを備えたことを特徴とする、半導体ウェ
   ーハ製造用プラズマ処理方法。 ２．上記周波数ｆが３０〜２００ＭＨｚの範囲にある、
   請求項１記載の方法。 ３．上記周波数ｆが５０〜７０ＭＨｚの範囲にあり、特
   にソフトプラズマエッチング処理に適する、請求項１記
   載の方法。 ４．上記周波数ｆが１３７ＭＨｚよりも高く、特にプラ
   ズマクリーニングおよびプラズマ強化の化学蒸着に適す
   る、請求項１記載の方法。 ５．上記ステップ（ｂ）において、パワーレベルＰおよ
   び周波数ｆを、３５０ボルトより小さい負のセルフバイ
   アスがパワー電極に発生するように選択し、特にソフト
   プラズマエッチング処理に適するようにした、請求項１
   記載の方法。 ６．パワーレベルおよび周波数を、パワー電極に１５０
   ボルトより高い負のセルフバイアス電圧が発生するよう
   に選択し、特に非反応のソフトエッチング処理に適する
   ようにした、請求項５記載の方法。 ７．パワーレベルおよび周波数を、パワー電極に５０ボ
   ルトより大きい負のセルフバイアス電圧が発生するよう
   に選択し、特にソフト反応イオンエッチング処理に適す
   るようにした、請求項５記載の方法。 ８．上記ステップ（ａ）において、ｒｆ電力を同調をず
   らした整合ネットワークを介して上記パワー電極に供給
   し、パワー電極に十分に強いセルフバイアス場を発生さ
   せ、これによって上記プラズマを点弧する電子なだれを
   発生させると共に、さらに上記整合ネットワークを同調
   させて、反射される電力を実質的に無くすステップ（ａ
   １）を設けた、請求項１記載の方法。 ９．（ａ１）整合ネットワークを、ウェーハのエッチン
   グ中に用いられる選択された周波数ｆで上記ｒｆ電源に
   対する電力の反射が実質的に生じないように調整する、 というステップを更に備えた、請求項１記載の方法。 １０．上記周波数ｆが４０．６８ＭＨｚであり、これに
   よって放射パワーレベルに対する制約が非ＩＳＭ周波数
   の場合より少くなるようにした、請求項１記載の方法。 １１．上記プラズマが、純アルゴン、純水素、フッ素含
   有ガスを含むガス混合物、および塩素含有ガスを含むガ
   ス混合物から選択されたガスの中で発生され、これによ
   って特にウェーハのクリーニングに適している請求項１
   記載の方法。 １２．上記プラズマが、純アルゴン、フッ素含有ガスを
   含むガス混合物、および塩素含有ガスを含むガス混合物
   から成るセットから選択されたガスの中で発生され、特
   にエッチング処理に適している請求項１記載の方法。 １３．上記プラズマが、純アルゴン、シラン、およびＴ
   ＥＯＳから選択されたガスの中で発生され、特に化学蒸
   着に適している請求項１記載の方法。 １４．処理すべきウェーハが載せられるパワー電極を有
   するプラズマリアクタ、および １３．５６ＭＨｚ＜ｆ＜２００ＭＨｚの範囲にあって、
   上記リアクタ内で行われるウェーハ処理を最適にする周
   波数ｆの電力を発生するｒｆ電源、を備えたことを特徴
   とする、半導体ウェーハ製造用プラズマ処理装置。 １５．さらに、パワー電極のｒｆ電力入力に、ｒｆ信号
   の反射を１３．５６〜２００ＭＨｚの周波数範囲で実質
   的に無くすことのできる整合ネットワークを備えた、請
   求項１４記載のプラズマ処理装置。 １６．整合ネットワークは、或る周波数範囲で同調でき
   、これによってプラズマ処理条件を多種類の処理プロセ
   スに対して最適化するように周波数が調整できるように
   した請求項１５記載のプラズマ処理装置。 １７．電源は或る周波数範囲で同調でき、これによって
   プラズマ処理条件を多種類の処理プロセスに対して最適
   化するように周波数が調整できるようにした、請求項１
   ４記載のプラズマ処理装置。 １８．上記リアクタがｒｆシールドされている、請求項
   １４記載のプラズマ処理装置。 １９．周波数が３０〜２００ＭＨｚの範囲にある、請求
   項１４記載のプラズマ処理装置。 ２０．周波数が５０〜７０ＭＨｚの範囲にあり、これに
   よって特にプラズマエッチング処理に適した、請求項１
   ４記載のプラズマ処理装置。 ２１．周波数が１３７ＭＨｚよりも高く、これによって
   特にウェーハクリーニングおよびプラズマ強化の化学蒸
   着処理に適した、請求項１４記載のプラズマ処理装置。 ２２．周波数がＩＳＭ標準周波数４０．６８ＭＨｚであ
   る、請求項１４記載のプラズマ処理装置。 ２３．さらに、処理装置内に壁面に平行な磁場を発生す
   る手段を備えると共に、この磁場は、処理速度や均一性
   に目立った影響を与えないように十分に弱く、かつ処理
   装置の内壁からの脱着を実質的に無くすように十分に強
   い磁場になっている、請求項１４記載のプラズマ処理装
   置。 ２４．上記の磁場は上記の内壁において、１〜２０ガウ
   スの範囲にある、請求項２２記載のプラズマ処理装置。