JPH07263413A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、大面積の被処理体を処理する場合で
も被処理体に損傷を与えることなく処理速度を速くして
プラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提
供することを目的とする。 【構成】被処理体１２を収容する処理容器１１内を真空
排気する排気手段１７と、処理容器１１に取り付けられ
ており、処理容器１１内に処理ガスを導入するガス導入
手段１８と、処理容器１１内に磁場を印加する磁場印加
手段１９ａ，ｂと、処理容器１１に取り付けられてお
り、処理容器１１内の少なくとも２つの特定部位の電位
を測定する電位測定手段２１ａ，ｂと、処理容器１１内
に電界を印加する電界印加手段と、少なくとも２つの特
定部位の電位に基づいて処理容器１１内に印加される磁
場を調整させる磁場調整手段２２，２３，２４とを具備
し、処理容器１１内に電界を印加することによりプラズ
マを発生させ、プラズマを用いて被処理体１２を処理す
ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダ
ム・アクセスメモリ）を始め、半導体装置の高密度化は
著しく、それに伴い半導体装置内のトランジスタ、キャ
パシタ等が微細化されてきている。これにより、半導体
装置における配線、バイアホ―ル（層間絶縁膜を挟持す
る上層の配線と下層の配線との間を接続させるための
孔）、あるいはコンタクトホ―ル（配線と半導体装置の
基体となるウエハとの間を接続させるための孔）等の寸
法も縮小化している。特に、次世代の２５６ＭビットＤ
ＲＡＭでは、これら配線等をサブハーフミクロンの寸法
に精度良く、しかも異方性を有するような形状に加工す
ることが要求されている。

【０００３】このような加工には、プラズマ処理方法の
一つであるＲＩＥ（反応性エッチング）法やマグネトロ
ンＲＩＥ法が使用されている。マグネトロンＲＩＥ法と
は、処理容器内に磁場を印加してＲＩＥを行う方法であ
る。処理容器内に磁場を印加することによって、処理容
器内に設置されている高周波印加用の電極上に載置した
被処理体のカソードシース中の電子のドリフト距離が増
加する。これにより、プラズマ中において電子とイオン
の衝突確率が増大して、被処理体に入射するイオン密度
が増加する。したがって、プラズマ処理の速度が速くな
り、結果として半導体装置の製造効率が飛躍的に増大す
る。なお、電子はカソードシース中を螺旋状に運動し、
その螺旋状に運動する中心軸（案内中心）の向きはＥ×
Ｂ方向を示す。ここで、Ｅは電界ベクトル、Ｂは磁界ベ
クトルであり、Ｅ×Ｂはこれらの外積である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のマグネトロンＲ
ＩＥ装置は、例えば、図１３に示すような構成を有して
いる。図１３中１０１は処理室を示す。処理室１０１の
底部には、被処理体１０２を載置するサセプターを兼ね
た電極１０３が設置されている。電極１０３には、ブロ
ッキングコンデンサ１０４を介して高周波電源１０５が
電気的に接続されている。また、処理室１０１の側部に
は、バルブ１０６を介してターボ分子ポンプ１０７が接
続されており、処理室１０１内の排気が可能となってい
る。また、処理室１０１の頂部には、ガス導入管１０８
が取り付けられており、処理ガスが処理室１０１内に供
給されるようになっている。さらに、処理室１０１の外
側には、処理室１０１内に磁場を発生させるために永久
磁石１０９ａ，１０９ｂが設置されている。なお、処理
室１０１は接地されている。また、図中１１０は圧力ゲ
ージを示す。

【０００５】このような構成のマグネトロンＲＩＥ装置
において、プラズマ処理におけるシース中の電子は、案
内中心の向き（Ｅ×Ｂ方向）であるＥ（東）からＷ
（西）方向にドリフトする。ここで、ＥおよびＷの位置
は、磁界の方向を基準にして定められる。すなわち、磁
界の方向はＮ（北）からＳ（南）へ向かう方向であり、
これを基準として東西南北の関係から決められる。この
ため、プラズマ処理、すなわちエッチングされる被処理
体（ウエハ）上でＥ−Ｗ方向で電子密度の分布が発生す
る。さらに、この電子密度の分布は、処理室１０１内の
プラズマ電位の分布や、被処理体上の自己バイアス電位
の分布を招く。

【０００６】図１３に示すマグネトロンＲＩＥ装置を用
いて、ウエハにエッチング処理を施す際のウエハ上の自
己バイアス電位の分布を測定し、その結果を図１４に示
した。図１４から分かるように、電子密度の分布に基づ
く自己バイアス電位の分布が生じている。この自己バイ
アス電位の分布がある状態で、例えばＭＯＳ形トランジ
スタのゲート電極を形成すると、ゲート電極の下に形成
されているゲート絶縁膜に印加される電位にも分布が生
じ、これによりゲート絶縁膜が絶縁破壊等を起こして損
傷することが分かっている。

【０００７】一般に、マグネトロンＲＩＥ法において磁
場を強くする、すなわち磁束密度を増加させるとエッチ
ング速度は上昇する。したがって、エッチング速度を増
大させ、製造効率を向上させるためには、処理室１０１
内の磁束密度を高くすればよい。しかしながら、一般
に、磁束密度を高くすると、自己バイアス電位の分布が
大きくなる傾向を示すため、磁束密度を高くすることに
は限界がある。

【０００８】また、近年、被処理体であるウエハについ
ては、微細化に伴う製造工程数の増加に対するコストの
上昇を防ぐために大面積化の傾向がある。そのため、８
インチ等の大面積のウエハが用いられつつある。このよ
うな大面積のウエハには、全面にわたって均一に磁場を
印加することが難しいので、ウエハ面内での自己バイア
ス電位の分布を抑制し、ウエハへの損傷を低減すること
が困難である。

【０００９】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、大面積の被処理体を処理する場合でも被処理体に
損傷を与えることなく処理速度を速くしてプラズマ処理
を行うことができるプラズマ処理装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体を収
容する処理容器内を真空排気する排気手段と、前記処理
容器に取り付けられており、前記処理容器内に処理ガス
を導入するガス導入手段と、前記処理容器内に磁場を印
加する磁場印加手段と、前記処理容器に取り付けられて
おり、前記処理容器内の少なくとも２つの特定部位の電
位を測定する電位測定手段と、前記処理容器内に電界を
印加する電界印加手段と、前記少なくとも２つの特定部
位の電位に基づいて前記処理容器内に印加される磁場を
調整させる磁場調整手段とを具備し、前記処理容器内に
電界を印加することによりプラズマを発生させ、プラズ
マを用いて前記被処理体を処理することを特徴とするプ
ラズマ処理装置を提供する。

【００１１】また、本発明は、被処理体を収容する処理
容器内を真空排気する排気手段と、前記処理容器に取り
付けられており、前記処理容器内に処理ガスを導入する
ガス導入手段と、前記処理容器内に磁場を印加する磁場
印加手段と、前記処理容器に取り付けられており、前記
処理容器内の少なくとも２つの特定部位の電位を測定す
る電位測定手段と、前記処理容器内に交流電界を印加す
る交流電界印加手段と、前記少なくとも２つの特定部位
の電位に基づいて前記処理容器内に印加される交流電界
の周波数または位相を調整する交流電界調整手段とを具
備し、前記処理容器内に交流電界を印加することによっ
てプラズマを発生させて被処理体を処理することを特徴
とするプラズマ処理装置を提供する。

【００１２】また、本発明は、被処理体を収容する処理
容器内を真空排気する排気手段と、前記処理容器に取り
付けられており、前記処理容器内に処理ガスを導入する
ガス導入手段と、前記処理容器内に磁場を印加する磁場
印加手段と、前記処理容器内にマイクロ波を入射させる
マイクロ波入射手段と、前記処理容器内を透過したマイ
クロ波を受信するマイクロ波受信手段と、前記処理容器
内に電界を印加する電界印加手段と、前記マイクロ波受
信手段により受信されたマイクロ波の特性に基づいて前
記処理容器内に印加される磁場を調整させる磁場調整手
段とを具備し、前記処理容器内に電界を印加することに
よりプラズマを発生させ、プラズマを用いて前記被処理
体を処理することを特徴とするプラズマ処理装置を提供
する。

【００１３】また、本発明は、被処理体を収容する処理
容器内を真空排気する排気手段と、前記処理容器に取り
付けられており、前記処理容器内に処理ガスを導入する
ガス導入手段と、前記処理容器内に磁場を印加する磁場
印加手段と、前記処理容器内にマイクロ波を入射させる
マイクロ波入射手段と、前記処理容器内を透過したマイ
クロ波を受信するマイクロ波受信手段と、前記処理容器
内に交流電界を印加する交流電界印加手段と、前記マイ
クロ波受信手段により受信されたマイクロ波の特性に基
づいて前記処理容器内に印加される交流電界の周波数ま
たは位相を調整する交流電界調整手段とを具備し、前記
処理容器内に交流電界を印加することによってプラズマ
を発生させて被処理体を処理することを特徴とするプラ
ズマ処理装置を提供する。

【００１４】ここで、磁場印加手段としては、永久磁
石、電磁石等を用いることができる。電位測定手段とし
ては、白金、タングステン等の金属電極を用いた電位測
定端子等を用いることができる。

【００１５】磁場調整手段としては、磁場印加手段とし
て永久磁石を用いる場合には、電磁モータにより永久磁
石を３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向に機械的に移動させ
ることができる手段や永久磁石を機械的に回転させるこ
とができる手段等が挙げられる。また、磁場印加手段と
して電磁石を用いる場合には、電磁石に流す電流量を変
化させる手段等が挙げられる。

【００１６】磁場印加手段を設置する場合、設置する数
は処理容器内に磁場を印加することができれば特に制限
はない。２つ以上の磁場印加手段を設置する場合には、
少なくとも一つを磁場調整手段により移動・回転等させ
ればよい。

【００１７】本発明においては、特定部位の電位を測定
するが、電位を測定する代わりに、電位と密接な関係が
ある電子密度を測定して、その結果に基づいて同様に処
理容器に印加する磁場や電界を調整してもよい。また、
電子密度測定手段としては、マイクロ波の位相遅延から
測定する方法、レーザ光（赤外線、可視光、紫外光等）
の散乱強度を測定する方法等が挙げられる。

【００１８】

【作用】本発明は、処理容器内の少なくとも２つの特定
部位の電位を測定する電位測定手段と、少なくとも２つ
の特定部位の電位に基づいて処理容器内に印加される磁
場や電界を調整する手段とを具備するプラズマ処理装置
を用い、処理容器内に磁場を印加し、処理容器内にプラ
ズマが発生した状態において、少なくとも２つの特定部
位の電位を測定し、少なくとも２つの特定部位の電位の
情報に基づいて、その電位の差を最小にするように磁場
や電界を調整することを特徴としている。

【００１９】少なくとも２つの特定部位の電位を測定す
ることにより、被処理体の自己バイアス電位の分布等を
類推し、その情報をフィードバックして電位差が最小に
なるように印加する磁場や電界の条件を設定することが
できる。この条件を満足するようにしてプラズマ処理を
行うことにより、被処理体に損傷を与えることなく処理
速度を速くすることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て具体的に説明する。 （実施例１）図１は本発明のプラズマ処理装置（マグネ
トロンＲＩＥ装置）の一実施例を示す概略図であり、図
２は図１に示すプラズマ処理装置の平面図である。図中
１１は処理室を示す。処理室１１の底部には、被処理体
１２を載置するサセプターを兼ねた電極１３が設置され
ている。電極１３には、ブロッキングコンデンサ１４を
介して高周波電源１５が電気的に接続されている。ま
た、処理室１１の側部には、バルブ１６を介してターボ
分子ポンプ１７が接続されており、処理室１１内の排気
が可能となっている。また、処理室１１の頂部には、ガ
ス導入管１８が取り付けられており、処理ガスが処理室
１１内に供給されるようになっている。さらに、処理室
１１の外側には、処理室１１内に磁場を発生させるため
に永久磁石１９ａ，１９ｂが設置されている。また、処
理室１１の排気口と対向する側面には、処理室１１内の
圧力を測定するための圧力ゲージ２０が取り付けられて
いる。なお、処理室１１は接地されている。

【００２１】電極１３の離隔した２つの部分には、第１
の電位測定端子２１ａおよび第２の電位測定端子２１ｂ
が取り付けられている。この２つの部分は、電極１３上
に載置される被処理体１２のＥ−Ｗ方向（電子のドリフ
ト方向）に設けられている。第１および第２の電位測定
端子２１ａ，２１ｂは、電位比較器２２に電気的に接続
されており、この電位比較器２２は、モータ駆動器２３
に電気的に接続されている。さらに、このモータ駆動器
２３は、永久磁石１９ｂを駆動する電磁モータ２４に電
気的に接続されている。この電磁モータ２４を駆動させ
ることにより、永久磁石１９ｂを回転させて処理室１１
内の磁場の分布を変えることができる。

【００２２】以下、上記構成を有するマグネトロンＲＩ
Ｅ装置を用いて、被処理体１２にプラズマエッチングを
施す場合について説明する。被処理体１２としては、図
３に示すように、シリコンウエハ３１上に、ゲート絶縁
膜３２を介してゲート電極用のリンをドープした厚さ４
００nmのポリシリコン膜３３を形成し、さらにパターニ
ングされたレジスト層３４を有するものを使用した。

【００２３】まず、処理室１１内の電極１３上に上記被
処理体１２を載置し、バルブ１６を開いてターボ分子ポ
ンプ１７により処理室１１内を真空排気した。次いで、
マスフローコントローラにより一定の流量に調節された
塩素ガス（Ｃｌ₂ ）をガス導入管１８により処理室１１
内に導入した。塩素ガスを処理室１１内に導入しなが
ら、圧力ゲージ２０の値に応じてバルブ１６の絞り量を
調節して処理室１１内の圧力を５Ｐａに一定に保持し
た。

【００２４】次いで、高周波電源１５により周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波を処理室１１の内壁と電極１３
との間に印加して、塩素ガスをプラズマ状態にした。こ
のようにプラズマが発生することにより、プラズマエッ
チングが開始した。このとき、第１の電位測定端子２１
ａおよび第２の電位測定端子２１ｂには、被処理体１２
表面の自己バイアス電位にほぼ比例した電位が発生し
た。また、処理室１１内には、永久磁石１９ａ，１９ｂ
により、６００Ｇの比較的高い磁束密度の磁場を印加し
た。

【００２５】第１および第２の電位測定端子２１ａ，２
１ｂで測定された電位の情報は電位比較器２２に送ら
れ、そこで電位の情報に基づいて電位差が求められ、そ
の電位差の情報がモータ駆動器２３に送られる。モータ
駆動器２３は、電位差の情報に応じて永久磁石１９ｂを
駆動させるための情報を電磁モータ２４に送り、電磁モ
ータ２４は、その情報に基づいて永久磁石１９ｂを回転
駆動させる。永久磁石１９ｂが回転すると、処理室１１
内の磁場の分布が変化する。これにより、第１および第
２の電位測定端子２１ａ，２１ｂで測定される電位が変
化し、したがって両者間の電位差も変化する。このよう
に、電位の測定とそれに基づいて磁場の分布を変えるこ
とを繰り返して、第１および第２の電位測定端子２１
ａ，２１ｂで測定される電位間の電位差が最小になるよ
うにした。

【００２６】図４にエッチング初期における電磁モータ
２４の回転角と第１および第２の電位測定端子２１ａ，
２１ｂで測定された電位との関係を示す。図４から分か
るように、永久磁石１９ｂを永久磁石１９ａの発生する
磁場と平行な角度からＷ方向に約２３度で保持したとき
に、電位差が最も小さくなった。

【００２７】ここで、永久磁石１９ｂを上記のように保
持したときのエッチングの時間経過と電位差との関係を
図５に示す。図５中特性曲線Ａは、永久磁石１９ｂの保
持角度を約２３度に設定した場合を示す。このように、
時間経過につれて電位差が次第に増加している。この原
因は、プラズマ中に放出されるエッチングの反応生成物
であるＳｉＣｌｘの解離効率が塩素ガスの解離効率と異
なるためと考えられる。すなわち、エッチング初期では
エッチングに寄与するガス種は塩素ガスのみの解離によ
って得られるが、エッチングが進行するにしたがい、エ
ッチングに寄与するガス種としてエッチングの反応生成
物であるＳｉＣｌｘも用いられる。このため、エッチン
グ初期とは処理室内における系のエネルギーが異なって
くる。これにより、電位差が生じるものと考えられる。

【００２８】一方、特性曲線Ｂは電位差の情報をモータ
駆動器２３にフィードバックしてエッチング処理中永久
磁石１９ｂを逐次移動させた場合を示す。この場合、エ
ッチング開始後、エッチング処理中に前記した永久磁石
１９ｂの保持角度を約２３度より大きくして保持し、エ
ッチング終了直前に再び約２３度に設定する。このよう
に、電位差の情報をフィードバックさせることにより、
エッチング中連続して自己バイアス電位差を低減するこ
とができる。したがって、ポリシリコン膜３３のプラズ
マエッチングが終了するまで、永久磁石１９ｂの向きを
上記の如く設定して第１および第２の電位測定端子２１
ａ，２１ｂで測定された電位間の電位差（自己バイアス
電位差）が最小になるようにした。なお、本実施例で
は、永久磁石１９ｂのみの制御を行っているが、永久磁
石１９ａにも電位差の情報をフィードバックし、永久磁
石１９ａおよび１９ｂの回転角を制御して上記電位差を
最小になるように調整してもよい。

【００２９】このように、とりわけゲート酸化膜として
の損傷が最も発生し易いポリシリコン膜をオーバーエッ
チングするとき、すなわちレジスト層下のポリシリコン
膜がプラズマに晒されても、自己バイアス電位差を最小
に保たれているので、処理室１１内に比較的大きな磁場
を印加して高速のプラズマエッチングを行っても、ゲー
ト酸化膜であるポリシリコン膜３３は損傷を受けなかっ
た。

【００３０】また、ポリシリコン膜３３のエッチング速
度はいずれも、８インチウエハで約４００nm／分であっ
た。また、エッチング速度の均一性は約７％であって、
磁場を設定したのち、永久磁石を処理室１１外周に沿っ
て回転させた場合には約３％になった。また、オーバー
エッチングを行っても下地のゲート酸化膜を突き抜ける
ことはなかった。

【００３１】本実施例では、被処理体を電極上に載置
し、処理ガスをプラズマ状態にして、プラズマエッチン
グを行う間に電位差を測定し、それに基づいて磁場分布
を変化させた例について説明しているが、被処理体を電
極上に載置せず、あらかじめ処理ガスをプラズマ状態に
して磁場分布をプリセット（粗調整）してから被処理体
を電極上に載置してプラズマエッチングを行いながら磁
場分布を微調整してもよく、ダミー基板を用いてあらか
じめ測定したエッチング時間経過と電位差との関係に基
づいて磁場分布を調整し、またはフィードバック制御し
てもよい。 （実施例２）図６は本発明のプラズマ処理装置（マグネ
トロンＲＩＥ装置）の他の実施例を示す概略図である。
図６において図１と同じ部分については同一の符号を付
してその説明を省略する。

【００３２】第１および第２の電位測定端子２１ａ，２
１ｂと電気的に接続されている電位電位比較器２２に
は、電圧制御可変周波数発振器４１が電気的に接続され
ている。この電圧制御可変周波数発振器４１には、ブロ
ッキングコンデンサ１４と電気的に接続している高周波
電力増幅器４２が電気的に接続されている。

【００３３】次に、上記構成を有するマグネトロンＲＩ
Ｅ装置を用いて、実施例１と同様に被処理体１２にプラ
ズマエッチングを施した。すなわち、まず、電極１３上
に上記被処理体１２を載置し、処理室１１内を真空排気
し、塩素ガスを処理室１１内に導入し、処理室１１内の
圧力を５Ｐａに一定に保持した。

【００３４】次いで、電圧制御可変周波数発振器４１で
周波数が約１０ＭＨｚの高周波を発振させ、この高周波
を高周波電力増幅器４２でプラズマを発生させるために
充分な電力まで増幅した。この高周波を処理室１１の内
壁と電極１３との間に印加して、塩素ガスをプラズマ状
態にした。このようにプラズマが発生することにより、
プラズマエッチングが開始した。このとき、第１の電位
測定端子２１ａおよび第２の電位測定端子２１ｂには、
被処理体１２表面の自己バイアス電位にほぼ比例した電
位が発生した。また、処理室１１内には、永久磁石１９
ａ，１９ｂにより、６００Ｇの比較的高い磁束密度の磁
場を印加した。

【００３５】第１および第２の電位測定端子２１ａ，２
１ｂで測定された電位の情報は電位比較器２２に送ら
れ、そこで電位の情報に基づいて電位差が求められ、そ
の電位差が最小になるような制御電圧が求められ、その
制御電圧が電圧制御可変周波数発振器４１に印加され
る。この制御電圧が印加されると、高周波の周波数が変
化し、これにより、第１および第２の電位測定端子２１
ａ，２１ｂで測定される電位が変化し、したがって両者
間の電位差も変化する。このように、電位の測定とそれ
に基づいて高周波の周波数を変えることを繰り返して、
第１および第２の電位測定端子２１ａ，２１ｂで測定さ
れる電位間の電位差が最小になるようにした。

【００３６】図７にエッチング初期における電圧制御可
変周波数発振器４１の周波数と第１および第２の電位測
定端子２１ａ，２１ｂで測定された電位との関係を示
す。図７から分かるように、電圧制御可変周波数発振器
４１の周波数が約４０ＭＨｚとしたときに、電位差が最
も小さくなった。

【００３７】ここで、高周波の周波数を約４０ＭＨｚで
保持したときのエッチングの時間経過と電位差との関係
を図８に示す。図８中特性曲線Ｃは、周波数を約４０Ｍ
Ｈｚに設定した場合を示す。このように、図５の場合と
同様の原因で時間経過につれて電位差が次第に増加す
る。

【００３８】一方、特性曲線Ｄは電位差の情報を電圧制
御可変周波数発振器４１にフィードバックしてエッチン
グ処理中を高周波の周波数を逐次制御した場合を示す。
この場合、エッチング開始後、エッチング処理中に、前
記した周波数を約４０ＭＨｚより高くして保持し、エッ
チング終了直前に再び４０ＭＨｚに設定する。このよう
に、電位差の情報をフィードバックさせることにより、
エッチング中連続して自己バイアス電位差を低減するこ
とができる。したがって、ポリシリコン膜３３のプラズ
マエッチングが終了するまで、電圧制御可変周波数発振
器４１の周波数を上記の如く設定して第１および第２の
電位測定端子２１ａ，２１ｂで測定された電位間の電位
差（自己バイアス電位差）が最小になるようにした。

【００３９】このように、とりわけゲート酸化膜として
の損傷が最も発生し易いポリシリコン膜をオーバーエッ
チングするとき、すなわちレジスト層下のポリシリコン
膜がプラズマに晒されても、自己バイアス電位差を最小
に保たれているので、処理室１１内に比較的大きな磁場
を印加して高速のプラズマエッチングを行っても、ゲー
ト酸化膜であるポリシリコン膜３３は損傷を受けなかっ
た。

【００４０】また、ポリシリコン膜３３のエッチング速
度はいずれも、８インチウエハで約４００nm／分であっ
た。また、エッチング速度の均一性は約７％であって、
磁場を設定したのち、永久磁石を処理室１１外周に沿っ
て回転させた場合には約３％になった。また、オーバー
エッチングを行っても下地のゲート酸化膜を突き抜ける
ことはなかった。

【００４１】本実施例では、被処理体を電極上に載置
し、処理ガスをプラズマ状態にして、プラズマエッチン
グを行う間に電位差を測定し、それに基づいて高周波の
周波数を変化させた例について説明しているが、被処理
体を電極上に載置せず、あらかじめ処理ガスをプラズマ
状態にして高周波の周波数をプリセット（粗調整）して
から被処理体を電極上に載置してプラズマエッチングを
行いながら高周波の周波数を微調整してもよく、ダミー
基板を用いてあらかじめ測定したエッチング時間経過と
電位差との関係に基づいて高周波の周波数を調整し、ま
たはフィードバック制御してもよい。 （実施例３）図９は本発明のプラズマ処理装置（マグネ
トロンＲＩＥ装置）の他の実施例を示す概略図である。
図９において図１と同じ部分については同一の符号を付
してその説明を省略する。

【００４２】処理室１１の上面には、電極１３と対向す
るようにして上部電極５１が設けられている。上部電極
５１には、ブロッキングコンデンサ５２を介して第１の
位相シフタ５３が電気的に接続されている。第１の位相
シフタ５３には高周波電源５４が電気的に接続されてい
る。

【００４３】一方、電極１３にはブロッキングコンデン
サ５５を介して第２の位相シフタ５６が電気的に接続さ
れている。第２の位相シフタ５６には、高周波電源５７
が電気的に接続されている。また、第１および第２の位
相シフタ５３，５６は、ともに電位電位比較器２２に電
気的に接続されている。

【００４４】次に、上記構成を有するマグネトロンＲＩ
Ｅ装置を用いて、実施例１と同様に被処理体１２にプラ
ズマエッチングを施した。すなわち、まず、電極１３上
に上記被処理体１２を載置し、処理室１１内を真空排気
し、塩素ガスを処理室１１内に導入し、処理室１１内の
圧力を５Ｐａに一定に保持した。

【００４５】次いで、高周波電源５４および５７により
上部電極５１および電極１３にそれぞれ周波数１３．５
６ＭＨｚの高周波を印加し、塩素ガスをプラズマ状態に
した。このようにプラズマが発生することにより、プラ
ズマエッチングが開始した。このとき、第１の電位測定
端子２１ａおよび第２の電位測定端子２１ｂには、被処
理体１２表面の自己バイアス電位にほぼ比例した電位が
発生した。また、処理室１１内には、永久磁石１９ａ，
１９ｂにより、６００Ｇの比較的高い磁束密度の磁場を
印加した。

【００４６】第１および第２の電位測定端子２１ａ，２
１ｂで測定された電位の情報は電位比較器２２に送ら
れ、そこで電位の情報に基づいて電位差が求められ、さ
らに、その電位差が最小になるように２つの高周波の位
相差△θが求められる。この位相差△θの情報は、それ
ぞれ第１および第２の位相シフタ５３，５６に送られ、
上部電極５１および電極１３にそれぞれ印加する高周波
の位相を変える。これにより、第１および第２の電位測
定端子２１ａ，２１ｂで測定される電位が変化し、した
がって両者間の電位差も変化する。このように、電位の
測定とそれに基づいて高周波の位相を変えることを繰り
返して、第１および第２の電位測定端子２１ａ，２１ｂ
で測定される電位間の電位差が最小になるようにした。

【００４７】図１０に２つの高周波の位相差△θと第１
および第２の電位測定端子２１ａ，２１ｂで測定された
電位との関係を示す。図１０から分かるように、位相差
△θが約２３０度としたときに、電位差が最も小さくな
った。

【００４８】ここで、２つの高周波の位相差を約２３０
度で保持したときのエッチングの時間経過と電位差との
関係を図１１に示す。図１１中特性曲線Ｅは、高周波の
位相差を約２３０度に設定した場合を示す。このよう
に、図５の場合と同様の原因で時間経過につれて電位差
が次第に増加する。

【００４９】一方、特性曲線Ｆは電位差の情報をモータ
駆動器２３にフィードバックしてエッチング処理中を永
久磁石１９ｂを逐次移動した場合を示す。この場合、エ
ッチング開始後、エッチング処理中に、前記した位相差
を約２３０度より大きくして保持し、エッチング終了直
前に再び約２３０度に設定する。このように、電位差の
情報をフィードバックさせることにより、エッチング中
連続して自己バイアス電位差を低減することができる。
したがって、ポリシリコン膜３３のプラズマエッチング
が終了するまで、２つの周波数の位相差を上記の如く設
定して第１および第２の電位測定端子２１ａ，２１ｂで
測定された電位間の電位差（自己バイアス電位差）が最
小になるようにした。

【００５０】このように、とりわけゲート酸化膜として
の損傷が最も発生し易いポリシリコン膜をオーバーエッ
チングするとき、すなわちレジスト層下のポリシリコン
膜がプラズマに晒されても、自己バイアス電位差を最小
に保たれているので、処理室１１内に比較的大きな磁場
を印加して高速のプラズマエッチングを行っても、ゲー
ト酸化膜であるポリシリコン膜３３は損傷を受けなかっ
た。

【００５１】また、ポリシリコン膜３３のエッチング速
度はいずれも、８インチウエハで約４００nm／分であっ
た。また、エッチング速度の均一性は約７％であって、
磁場を設定したのち、永久磁石を処理室１１外周に沿っ
て回転させた場合には約３％になった。また、オーバー
エッチングを行っても下地のゲート酸化膜を突き抜ける
ことはなかった。

【００５２】本実施例では、被処理体を電極上に載置
し、処理ガスをプラズマ状態にして、プラズマエッチン
グを行う間に電位差を測定し、それに基づいて２つの高
周波の位相差を変化させた例について説明しているが、
被処理体を電極上に載置せず、あらかじめ処理ガスをプ
ラズマ状態にして２つの高周波の位相差をプリセット
（粗調整）してから被処理体を電極上に載置してプラズ
マエッチングを行いながら２つの高周波の位相差を微調
整してもよい。 （実施例４）図１２は本発明のプラズマ処理装置（マグ
ネトロンＲＩＥ装置）の他の実施例を示す概略図であ
る。図１２において図１と同じ部分については同一の符
号を付してその説明を省略する。

【００５３】処理室１１の外側には、印加される磁場の
Ｅ−Ｗ方向における２か所に放射ホーンアンテナ６１
ａ，６１ｂが設置されている。この放射ホーンアンテナ
６１ａ，６１ｂは、ともに分配器６２に電気的に接続さ
れ、さらに分配器６２は、マイクロ波源６３に電気的に
接続されている。

【００５４】一方、処理室１１の外側であって、放射ホ
ーンアンテナ６１ａ，６１ｂの反対側には、受信ホーン
アンテナ６４ａ，６４ｂが設置されている。この受信ホ
ーンアンテナ６４ａ，６４ｂは、位相比較器６５と電気
的に接続されており、さらに位相比較器６５は、積分器
６６に電気的に接続されている。また、積分器６６は、
電磁モータ２４を駆動させるモータ駆動器２３に電気的
に接続されている。

【００５５】次に、上記構成を有するマグネトロンＲＩ
Ｅ装置を用いて、実施例１と同様に被処理体１２にプラ
ズマエッチングを施した。すなわち、まず、電極１３上
に上記被処理体１２を載置し、処理室１１内を真空排気
し、塩素ガスを処理室１１内に導入し、処理室１１内の
圧力を５Ｐａに一定に保持した。

【００５６】次いで、高周波電源１５により周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波を処理室１１の内壁と電極１３
との間に印加して、塩素ガスをプラズマ状態にした。こ
のようにプラズマが発生することにより、プラズマエッ
チングが開始した。また、処理室１１内には、永久磁石
１９ａ，１９ｂにより、６００Ｇの比較的高い磁束密度
の磁場を印加した。

【００５７】一方、ガン発振器を用いたマイクロ波源６
３で周波数約３５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、この
マイクロ波を分配器６２および放射ホーンアンテナ６１
ａ，６１ｂを用いて処理室１１内に入射した。処理室１
１を透過したマイクロ波を受信ホーンアンテナ６４ａ，
６４ｂで受信し、このマイクロ波の位相差を位相比較器
６５において求める。マイクロ波の位相差は、電子密度
の差にほぼ比例するので、位相比較器６５で得られた情
報を積分器６６に送り、そこで積分することにより電位
を求める。すなわち、この電位は電子密度の差に比例す
る。この電位の情報をモータ駆動器２３に送り、モータ
駆動器２３により電磁モータ２４を駆動させて永久磁石
１９ｂを回転させる。永久磁石１９ｂが回転すると、処
理室１１内の磁場の分布が変化し、これにより、電子密
度の差が変化する。このように、位相差の測定とそれに
基づいて磁場の分布を変えることを繰り返して、電子密
度の差が最小になるようにした。すなわち、永久磁石１
９ｂを永久磁石１９ａの発生する磁場と平行な角度から
Ｗ方向に約２３度で保持したときに、積分器６５の積分
値が０となった。このため、ポリシリコン膜３３のプラ
ズマエッチングが終了するまで、永久磁石１９ｂの向き
を実施例１と同様に角度設定して電子密度を最小にして
電位差（自己バイアス電位差）が最小になるようにし
た。なお、本実施例では、永久磁石１９ｂのみの制御を
行っているが、永久磁石１９ａにも電位差の情報をフィ
ードバックし、永久磁石１９ａおよび１９ｂの回転角を
制御して上記電位差を最小になるように調整してもよ
い。

【００５８】このように自己バイアス電位差を最小にす
ることにより、処理室１１内に比較的大きな磁場を印加
して高速のプラズマエッチングを行っても、ゲート酸化
膜であるポリシリコン膜３３は損傷を受けなかった。

【００５９】また、ポリシリコン膜３３のエッチング速
度はいずれも、８インチウエハで約４００nm／分であっ
た。また、エッチング速度の均一性は約７％であって、
磁場を設定したのち、永久磁石を処理室１１外周に沿っ
て回転させた場合には約３％になった。また、オーバー
エッチングを行っても下地のゲート酸化膜を突き抜ける
ことはなかった。

【００６０】上記各実施例において、処理室内の電極近
くに電位測定端子を設置しているが、設置場所は処理室
内の任意の場所でよい。また、上記実施例では、処理室
内の離隔した２か所に電位測定端子を設けて電位差を求
めているが、一つの電位測定端子を用い、処理室内を移
動させて測定して電位差を求めてもよい。

【００６１】また、上記各実施例においては、自己バイ
アスの電位差、それに基づく電子密度を最小にさせるた
めに、磁場分布を変化させる手段、高周波の周波数また
は位相差を変化させる手段を用いているが、これらの手
段を任意に組み合わせて用いてもよい。

【００６２】また、上記各実施例においては、処理ガス
として塩素ガスを用い、被処理膜としてポリシリコン膜
を用いてプラズマエッチングすることについて説明して
いるが、処理ガスとしてフッ化炭素ガス、フッ化硫黄ガ
ス、フッ化窒素ガス、ハイドロフロロカーボンガス（Ｃ
Ｈ_x Ｆ_y ）等のハロゲン、特にフッ素を含むガスを用
い、被処理膜としてシリコン酸化膜を用いても同様の効
果が発揮される。

【００６３】さらに、上記各実施例においては、プラズ
マエッチングについて説明しているが、本発明は、プラ
ズマを発生させて被処理体を処理する方法であれば、Ｃ
ＶＤ法、スパッタリング法に適用することができ、さら
にプラズマによる表面改質あるいはクリ―ニング等にも
適用することができる。

【００６４】さらにまた、上記実施例において用いる電
界は交流電界に限らず直流電界であってもよい。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
することが可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した如く本発明のプラズマ処理
装置によれば、大面積の被処理体を処理する場合でも被
処理体に損傷を与えることなく処理速度を速くしてプラ
ズマ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置（マグネトロンＲＩ
Ｅ装置）の一実施例を示す概略図。

【図２】図１に示すエッチング装置の平面図。

【図３】本発明のプラズマ処理装置を用いてプラズマ処
理を行う被処理体を示す断面図。

【図４】図１に示すプラズマ処理装置における電磁モー
タの回転角と電位測定端子の電位との関係を示したグラ
フ。

【図５】永久磁石を保持したときのエッチングの時間経
過と電位差との関係を示すグラフ。

【図６】本発明のプラズマ処理装置（マグネトロンＲＩ
Ｅ装置）の他の実施例を示す概略図。

【図７】図６に示すプラズマ処理装置において、電極に
印加する高周波の周波数と電位測定端子の電位との関係
を示したグラフ。

【図８】高周波の周波数を保持したときのエッチングの
時間経過と電位差との関係を示すグラフ。

【図９】本発明のプラズマ処理装置（マグネトロンＲＩ
Ｅ装置）の他の実施例を示す概略図。

【図１０】図９に示すプラズマ処理装置において、印加
する２つの高周波の位相差Δθと電位測定端子の電位と
の関係を示したグラフ。

【図１１】２つの高周波の位相差を保持したときのエッ
チングの時間経過と電位差との関係を示すグラフ。

【図１２】本発明のプラズマ処理装置（マグネトロンＲ
ＩＥ装置）の他の実施例を示す概略図。

【図１３】従来のマグネトロンＲＩＥ装置を示す概略
図。

【図１４】従来のマグネトロンＲＩＥ装置でウエハを処
理したときのウエハ面内（Ｅ−Ｗ方向）における自己バ
イアス電位分布を示したグラフ。

【符号の説明】

１１…処理室、１２…被処理体、１３…電極、１４，５
２，５５…ブロッキングコンデンサ、１５，５４，５７
…高周波電源、１６…バルブ、１７…ターボ分子ポン
プ、１８…ガス導入管、１９ａ，１９ｂ…永久磁石、２
０…圧力ゲージ、２１ａ…第１の電位測定端子、２１ｂ
…第２の電位測定端子、２２…電位比較器、２３…モー
タ駆動器、２４…電磁モータ、３１…シリコンウエハ、
３２…ゲート絶縁膜、３３…ポリシリコン膜、３４…レ
ジスト層、４１…電圧制御可変周波数発振器、４２…高
周波増幅器、５１…上部電極、５３…第１の位相シフ
タ、５６…第２の位相シフタ、６１ａ，６１ｂ…放射ホ
ーンアンテナ、６２…分配器、６３…マイクロ波源、６
４ａ，６４ｂ…受信ホーンアンテナ、６５…位相比較
器、６６…積分器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ａ 8417−4Ｋ Ｄ 8417−4Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/205 21/31 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｒ 9014−2Ｇ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理体を収容する処理容器内を真空排気
   する排気手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内に
   処理ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内に磁場を印加する磁場印加手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内の
   少なくとも２つの特定部位の電位を測定する電位測定手
   段と、 前記処理容器内に電界を印加する電界印加手段と、 前記少なくとも２つの特定部位の電位に基づいて前記処
   理容器内に印加される磁場を調整させる磁場調整手段と
   を具備し、 前記処理容器内に電界を印加することによりプラズマを
   発生させ、プラズマを用いて前記被処理体を処理するこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】被処理体を収容する処理容器内を真空排気
   する排気手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内に
   処理ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内に磁場を印加する磁場印加手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内の
   少なくとも２つの特定部位の電位を測定する電位測定手
   段と、 前記処理容器内に交流電界を印加する交流電界印加手段
   と、 前記少なくとも２つの特定部位の電位に基づいて前記処
   理容器内に印加される交流電界の周波数または位相を調
   整する交流電界調整手段とを具備し、 前記処理容器内に交流電界を印加することによってプラ
   ズマを発生させて被処理体を処理することを特徴とする
   プラズマ処理装置。
3. 【請求項３】被処理体を収容する処理容器内を真空排気
   する排気手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内に
   処理ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内に磁場を印加する磁場印加手段と、 前記処理容器内にマイクロ波を入射させるマイクロ波入
   射手段と、 前記処理容器内を透過したマイクロ波を受信するマイク
   ロ波受信手段と、 前記処理容器内に電界を印加する電界印加手段と、 前記マイクロ波受信手段により受信されたマイクロ波の
   特性に基づいて前記処理容器内に印加される磁場を調整
   させる磁場調整手段とを具備し、 前記処理容器内に電界を印加することによりプラズマを
   発生させ、プラズマを用いて前記被処理体を処理するこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】被処理体を収容する処理容器内を真空排気
   する排気手段と、 前記処理容器に取り付けられており、前記処理容器内に
   処理ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内に磁場を印加する磁場印加手段と、 前記処理容器内にマイクロ波を入射させるマイクロ波入
   射手段と、 前記処理容器内を透過したマイクロ波を受信するマイク
   ロ波受信手段と、 前記処理容器内に交流電界を印加する交流電界印加手段
   と、 前記マイクロ波受信手段により受信されたマイクロ波の
   特性に基づいて前記処理容器内に印加される交流電界の
   周波数または位相を調整する交流電界調整手段とを具備
   し、 前記処理容器内に交流電界を印加することによってプラ
   ズマを発生させて被処理体を処理することを特徴とする
   プラズマ処理装置。