JPH07283207A - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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JPH07283207A
JPH07283207A JP7055408A JP5540895A JPH07283207A JP H07283207 A JPH07283207 A JP H07283207A JP 7055408 A JP7055408 A JP 7055408A JP 5540895 A JP5540895 A JP 5540895A JP H07283207 A JPH07283207 A JP H07283207A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】被エッチング材を実質的に異方性エッチングす
る。 【構成】被エッチング材と反応する成分および堆積膜を
形成する成分を有するとともに臨界電位を有するエッチ
ング処理ガスを減圧下でプラズマ化し、被エッチング材
に向けてプラズマ中のイオンを加速させる加速電圧を臨
界電位をはさんで変化させ、被エッチング材に対しエッ
チングと膜形成とを交互に繰り返す工程とを有し、エッ
チングの作用時間は被エッチング材に生じるアンダーカ
ットが許容値内に入る時間とし、膜形成の作用時間は次
のエッチング処理の間にエッチング側面に形成した膜が
保護膜として残り得るだけの膜厚を形成する時間とす
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方法に係
り、特にエッチングと堆積とを交互に行なって処理を行
なうものに好適なプラズマ処理方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の微細化が進むにつれて、回
路パターンの寸法加工制度や低ダメージ加工法がますま
す重要な技術課題となってきている。特にサブミクロン
領域の素子においては、チップ面積の制約から、素子構
造が立体化してきている。このため加工寸法幅に比べて
加工深さの比、即ち、アスペクト比の大きい膜種を寸法
精度良く加工することが要求されている。
【０００３】このような要求を解決する従来技術として
は、日本国公開特許公報昭６０−５０９２３号公報に記
載のようなものがある。これは、ＳｉやＰｏｌｙ−Ｓｉ
のエッチングの場合において、エッチングガスとしてエ
ッチング作用に寄与するＳＦ6ガスと窒化硅素の保護膜
の形成作用に寄与するＮ2ガスとその他のガスを混合し
て用い、エッチング処理中に処理ガスの組成、濃度を周
期的に変化させる。これにより、エッチング工程と窒化
硅素の保護膜を形成する工程とを交互にくり返して、高
速でかつ寸法精度の良いエッチングを行なうようにして
いる。
【０００４】一方、電極に印加する電圧を変化させるも
のとしては、日本国公告特許公報昭６１−４１１３２
号、日本国公開特許公報昭６１−１３６２５号等が挙げ
られる。これら従来技術は試料に印加する電圧を変化さ
せて、プラズマ処理を行なうようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の前者は
プラズマのガス組成や濃度を変化させてエッチング処理
を行なうようにしているため、その都度プラズマの状態
が変化することになる。このため、ガス組成や濃度を変
化させた時、前回のプラズマ状態から新しいプラズマ状
態にする。即ち、残存するイオンやラジカルを速やかに
排気する必要がある。しかし、処理容器にはある程度の
内容積があるためプラズマ状態の切り替わり時間が掛か
り、全体の処理時間が長くなるという問題がある。ま
た、これを少しでも改善しようとすれば、排気時間を短
縮するために排気装置が大型化する。また同時に、処理
時と切り替え時の排気量をそれぞれに制御する必要が生
じ、そのための装置や制御技術が複雑になってしまう。
【０００６】また、後者はプラズマ中のイオンの入射エ
ネルギを制御し、単にエッチングレートや選択比等のプ
ラズマ特性を向上させるものである。
【０００７】本発明の目的は、実質的に異方性エッチン
グすることのできるプラズマ処理方法を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々実験を
重ねることにより初めて本発明に関する見地を得た。そ
れは、次のような内容である。試料の被エッチング材と
反応する成分と堆積膜を形成する成分とを有する、ある
種の成分ガスを所定のプラズマ条件下でプラズマ化す
る。このプラズマ中のイオンに加速電圧を付与し、該イ
オンを試料に入射させるようにしたプラズマを用いて試
料を処理する。このとき、この加速電圧の値を変化させ
ると、被処理物との反応によりエッチング作用が優位に
生じる電位と堆積作用が優位に生じる電位とがあること
が分かった。また、この電位にはエッチング作用と堆積
作用とが釣り合う電位があることが分かった。以下、こ
の釣り合う電位を「臨界電位と呼ぶ。」 すなわち、本発明は、被エッチング材と反応する成分お
よび堆積膜を形成する成分を有するとともに臨界電位を
有するエッチング処理ガスを減圧下でプラズマ化する工
程と、被エッチング材に向けてプラズマ中のイオンを加
速させる加速電圧を臨界電位をはさんで変化させ、被エ
ッチング材に対しエッチングと膜形成とを交互に繰り返
す工程とを有し、エッチングの作用時間は被エッチング
材に生じるアンダーカットが許容値内に入る時間とし、
膜形成の作用時間は次のエッチング処理の間にエッチン
グ側面に形成した膜が保護膜として残り得るだけの膜厚
を形成する時間として、被エッチング材を実質的に異方
性エッチングする方法とすることにより、達成される。
【０００９】
【作用】臨界電位を有するエッチング処理ガスを減圧下
でプラズマ化し、被エッチング材に向けてプラズマ中の
イオンを加速させる加速電圧を臨界電位をはさんで変化
させるようにし、被エッチング材に対しエッチングと膜
形成とを交互に繰り返すようにし、エッチングの作用時
間は被エッチング材に生じるアンダーカットが許容値内
に入る時間とし、膜形成の作用時間は次のエッチング処
理の間にエッチング側面に形成した膜が保護膜として残
り得るだけの膜厚を形成する時間とすることにより、処
理ガスの切り替えを行なうことなく、エッチング工程と
成膜工程とを交互に行ない、被エッチング材がアンダー
カットされ過ぎないようにして実質的に異方性のエッチ
ングを行なうことができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を第１図から第６図
により説明する。
【００１１】第１図は、ＥＣＲ放電を利用したマイクロ
波プラズマ処理装置を示し、この場合、エッチング装置
である。真空処理容器４の上開口部には石英からなる放
電管１が設けてある。真空処理容器４の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部３が設けてあ
る。真空処理容器４内には、上部に試料であるウエハ６
を載置する試料台５ａを有する電極５が設けてある。放
電管１内の試料台５ａ上部には放電空間７が形成され
る。
【００１２】放電管１の上部には、放電管１を囲んで導
波管９が設けてある。導波管９の端部には、この場合、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発信するマグネトロン８
が設けてある。放電管１の外周部には導波管９を介して
電磁コイル１０が設けてある。
【００１３】真空処理容器４の側部には、放電空間７に
エッチングガスを供給するためのガス導入部２が設けて
ある。ガス導入部２にはマスフローコントローラ１８を
介して図示しないガス源がつなげてある。
【００１４】電極５の外周には、電極５と絶縁され、一
端が試料台５ａの周辺近傍に位置し、他端が接地された
アース電極１１が設けてある。電極５には、マッチング
ボックス１２を介して接続した。この場合、１３．５６
ＭＨｚの高周波を発振する高周波電源１３と、ローパス
フィルタ１４を介して接続した直流電源１５とがつなげ
てある。高周波電源１３および直流電源１５の他端はそ
れぞれ接地してある。直流電源１５には出力電圧制御装
置１６が接続してあり、出力電圧制御装置１６には出力
波形制御装置１７が接続してある。なお、マッチングボ
ックス１２は、この場合、コンデンサカップリングで構
成してある。ローパスフィルタ１４は高周波電源１３か
らの高周波電圧をしゃ断するものである。
【００１５】マスフローコントローラ１８は、図示しな
いガス源からのエッチングガスを所定流量に制御し、エ
ッチングガスを放電空間７内に送り込む。放電空間７内
は、図示しない排気装置によって減圧排気され、所定圧
力に保持される。
【００１６】この場合、放電空間７内に導入したエッチ
ングガスをプラズマ化する手段は、マグネトロン８と電
磁コイル１０とから成る。放電空間７内のエッチングガ
スはマグネトロン８と電磁コイル１０とによって与えら
れる電磁界の作用によるＥＣＲ放電によってプラズマ化
される。
【００１７】また、この場合、プラズマ中のイオンにウ
エハ６への入射エネルギを付与する手段、すなわち、こ
の場合、試料台５ａに加速電圧を生じさせる手段は、高
周波電源１３と直流電源１５とから成る。ウエハ６を載
置する試料台５ａには、高周波電源１３による高周波電
圧と、直流電源１５による直流電圧とが印加される。試
料台５ａにコンデンサカップリングで構成されたマッチ
ングボックス１２を介して高周波電圧を印加することに
より、試料台５ａには高周波電圧が直流的に浮遊して与
えられ、直流バイアス電圧が生じる。この直流バイアス
電圧によってプラズマ中のイオンが試料台５ａ側、すな
わち、ウエハ６側に引き込まれる。また、試料台５ａに
直流電圧を印加することにより、試料台５ａに生じた直
流バイアス電圧の値を調整される。この直流バイアス電
圧が、この場合、イオンを加速させる加速電圧となる。
【００１８】さらに、この場合、試料台５ａに生じさせ
た加速電圧の値を臨界電位をはさんで切り替える手段
は、出力電圧制御装置１６と出力波形制御装置１７とか
ら成る。出力電圧制御装置１６は直流電源１５の直流電
圧値を制御する。出力波形制御装置１７は出力電圧制御
装置１６が制御する直流電圧値の変化させるタイミング
を制御する。このタイミングは、この場合、周期的に制
御される。
【００１９】また、ウエハ６は、この場合、Ｓｉ基板上
に配線形成材料であるポリシリコン層を被着形成したも
のである。本エッチング装置は、エッチングガスとし
て、この場合、六フッ化イオウ（ＳＦ6）とトリクロロ
トリフロロエタン（Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3：商品名フロン−１１
３）との混合ガスを用い、ウエハ６のポリシリコン層を
エッチングするものである。
【００２０】次に、上記のように構成されたエッチング
装置により、前記エッチングガスの両成分、すなわちＳ
Ｆ6とＣ2Ｃｌ3Ｆ3とについてそれぞれ同一のプラズマ形
成条件下（マイクロ波電力：４００Ｗ、ガス流量：７０
ＳＣＣＭ、圧力：０．０１Ｔｏｒｒ、高周波電力：１０
０Ｗ）でガスをプラズマ化し、試料台５ａに印加する直
流バイアス電圧を変化させた場合の実験について、第２
図により説明する。
【００２１】第２図のグラフは、縦軸の上方にエッチン
グ速度をとり、下方に堆積速度をとって、横軸に直流バ
イアス電圧をとる。
【００２２】第２図より明らかなように、ＳＦ6は直流
バイアス電圧の大きさにかかわらず常にエッチング現象
を生じ、直流バイアス電圧が大になるほどエッチング速
度も大きくなる。これは、ＳＦ6がプラズマ中ではＳと
Ｆの成分に分かれ、反応性イオン種およびフリーラジカ
ル種であるＦの成分中のＦイオンおよびＦラジカルがエ
ッチャントとなって、直流バイアス電圧の有無にかかわ
らず被エッチング材であるポリシリコンと接触して反応
し、ＳｉＦ4なる揮発性の反応生成物が形成され試料か
ら除去されるためで、直流バイアス電圧を大きくすると
試料表面のＦイオンのみならず、プラズマ中のＦイオン
が試料に入射されて、Ｆイオンとの反応が増大するとと
もに、試料表面近傍に位置するＦラジカルにＦイオンが
衝突してＦラジカルとポリシリコンとの接触が多くなっ
て、エッチング速度が大きくなるものである。
【００２３】一方、Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3は、直流バイアス電圧
が小さい範囲では堆積現象を生じ、直流バイアス電圧が
大きい範囲ではエッチング現象を生じている。これは、
Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3がプラズマ中ではＣ，ＣｌおよびＦの成分
に分かれ、これらの成分がＣの重合物または(ＣＦｘ)
ｎ，ＣｘＦｙ，ＣＣｌｘＦｙ，ＣｘＣｌｙの反応生成物
なる堆積物を形成するとともに、残りのＣｌおよびＦの
成分がエッチャントとして存在するためで、エッチャン
トとしてのＦの成分は前述したようにポリシリコンと反
応してＳｉＦ4なる揮発性の反応生成物を形成し、エッ
チャントとしてのＣｌの成分は同様に反応性イオン種お
よびフリーラジカル種の形でポリシリコンと反応してＳ
ｉＣｌ4なる揮発性の反応生成物を形成する。ここで、
直流バイアス電圧の有無にかかわらず、プラズマ中にお
いては膜形成種とエッチャントがそれぞれ存在し、直流
バイアス電圧のプラズマへの作用中はプラズマ中で形成
される堆積物が試料表面へ付着するとともに、試料への
プラズマ中のイオンの入射とが同時に起こる。直流バイ
アス電圧が小さい範囲では、試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射が少なくなり、試料の被エッチング材表面への
堆積物の付着が生じて被エッチング材表面とプラズマ中
のエッチャントとの接触ができなくなり、堆積現象が生
じる。直流バイアス電圧が大きい範囲では、試料へのプ
ラズマ中のイオンの入射が多くなり、試料の被エッチン
グ材表面への堆積物の付着が生じても、被エッチング材
表面へエッチャントとしての反応性イオンが入射され、
被エッチング材表面をエッチング除去するとともに、堆
積物にも衝突して堆積物にエネルギを与え、堆積物を反
応前の状態に分解したりして、堆積物の付着を防ぎなが
らエッチングを進める、エッチング作用が生じる。な
お、この際、試料表面近傍のエッチャントであるフリー
ラジカルに対してエッチャントである反応性イオンおよ
び膜形成種のイオンの一部がフリーラジカルに衝突して
エネルギを与え被エッチング材との反応を促進させるよ
うに作用する。
【００２４】また、Ｃ2Ｃｌ3Ｆ3はその丁度境界に堆積
もエッチングも生じない臨界電位（Ｖ0）を有している
ことがわかる。なお、この臨界電位とは、所定のプラズ
マ条件下でガスをプラズマ化し、直流バイアス電位を変
化させた場合に、堆積現象とエッチング現象とが逆転す
る電位を意味し、本発明者による実験によって初めて見
い出されたものである。
【００２５】このことは次のことを示している。Ｃ2Ｃ
ｌ3Ｆ3をプラズマ化したときには堆積作用とエッチング
作用とが併発している。このとき、試料台５ａに印加す
る直流バイアス電圧が臨界電位より小さい場合には堆積
作用が優位に作用する。また、試料台５ａに印加する直
流バイアス電圧を臨界電位よりも小さい範囲内で増大さ
せた場合には、直流バイアス電圧の増大に伴ってプラズ
マ中のイオンが加速され、エッチング作用が徐々に強く
なり堆積作用の優位性が徐々に衰える。直流バイアス電
圧が臨界電位を越えて増大する場合には、さらにプラズ
マ中のイオンが加速され堆積作用よりもエッチング作用
が優位に作用し、そのエッチング作用は次第に強くな
る。また、直流バイアス電圧が臨界電位と等しい場合に
は堆積作用とエッチング作用とが釣り合った状態にあ
る。
【００２６】また、前記の臨界電位を有さないＳＦ
6と、臨界電位を有したＣ2Ｃｌ3Ｆ3との混合ガス（１：
９）を用いて、同様の実験を行なった。この結果は、第
２図の破線で示すような曲線となった。この破線の曲線
から明らかなように、この混合ガスには臨界電位Ｖ0’
が存在し、臨界電位Ｖ0’より小さい直流バイアス電圧
では堆積作用が優位に生じ、臨界電位Ｖ0’より大きい
直流バイアス電圧ではエッチング作用が優位に生じてい
る。しかも、この混合ガスを用いた場合には、前記Ｃ2
Ｃｌ3Ｆ3を単独で用いたときよりもエッチング速度が直
流バイアス電圧に大きく依存したことが分かる。これに
より、この混合ガスをエッチング速度のバイアス電圧依
存性の高いエッチャントとして利用可能なことが分かっ
た。
【００２７】次に、このような特性を持った混合ガスを
用いてエッチング処理を行なう場合について、第２図か
ら第６図について説明する。
【００２８】まず、混合ガスを臨界電位Ｖ0’よりも大
きいバイアス電圧値Ｖ1’で、アスペクト比の高いポリ
シリコン膜をエッチングしたときには、第４図に示すよ
うに、アンダーカットＣが大きくなり、寸法精度を確保
することができない。ここで、１９はホトレジストで、
２０はポリシリコンで、２１はＳｉ基板である。
【００２９】そこで、第３図に示すように、直流的に浮
遊した高周波電圧に重ねる直流電圧を出力電圧制御装置
１６と出力波形制御装置１７とによって制御し、直流バ
イアス電圧をｔ1秒間は混合ガスの臨界電位Ｖ0’より大
きいＶ1（負電位）とし、ｔ2秒間は臨界電位Ｖ0’より
小さいＶ2（負電位）として、周期的に変化させるよう
にした。
【００３０】時間ｔ1秒間は直流バイアス電圧値が大き
いので、プラズマ中のイオンをウエハ６側に加速しなが
らエッチングを行なうことができる。これにより、比較
的異方性のエッチングを行なえる。しかし、フリーラジ
カルの影響もあり、第５図に示すように若干のアンダー
カットＣ0が生じる。このアンダーカットＣ0の大きさは
垂直方向のエッチング量ｄの略１／５〜１／１０であっ
た。時間ｔ1はアンダーカットＣ0が許容値を越えない範
囲内に設定する。
【００３１】時間ｔ2秒間は直流バイアス電圧値が臨界
電位Ｖ0’より小さいので、堆積を生じさせることがで
きる。これにより、エッチングの進行は停止し、ウエハ
６全面にプラズマ重合物が堆積を始め、ポリシリコン２
０のパターン側壁面に保護膜が形成される。
【００３２】保護膜が形成された後は、再び大きな直流
バイアス電圧Ｖ1を試料台５ａに与え、エッチングを行
なう。この大きな直流バイアス電圧Ｖ1によって加速さ
れたプラズマ中のイオンはウエハ６に対し垂直に入射す
る。これにより、ホトレンジスト１９によって形成され
たポリシリコン２０のパターン底部に堆積した保護膜
は、イオンのスパッタ作用によって速かに除去され、ポ
リシリコン２０のパターン底部が露出してエッチングが
進行する。また、ポリシリコン２０のパターン側壁面に
堆積した保護膜は、物理的エネルギの極めて小さいフリ
ーラジカルのアタックを受けて、フリーラジカルと保護
膜の組成成分との化学反応によって徐々に除去される。
そこで、保護膜を堆積させる時間ｔ2は、時間ｔ1間エッ
チング作用が行なわれても、ポリシリコン２０のパター
ン側壁面に堆積した保護膜が残存するように設定する。
なお、このように設定した時間ｔ1，ｔ2はあらかじめ出
力波形制御装置１７に記憶させておいて、自動的に切り
替えるようにしてある。
【００３３】このようにして、エッチング工程と堆積工
程、すなわち、成膜工程とを交互に繰り返すことによっ
て、第６図に示すような高アスペクト比のポリシリコン
膜を寸法精度良く加工することが可能となった。
【００３４】なお、第２図に示すように大きな直流バイ
アス電圧Ｖ1の値は、試料へのイオンのチャージアップ
を防止するために、高周波電圧の全振幅値Ｖｐｐの１／
２より小さくしてある。これは、高いエッチング速度を
得て、なおかつ試料に形成された素子にダメージを与え
ないでエッチングを行なうには、高周波電圧に重ねる直
流電圧の大きさに制約があるからである。
【００３５】すなわち、直流バイアス電圧値（負の電
位）を高周波電圧の全振幅値Ｖｐｐの１／２より大きく
すると、試料は常に負の電位になり、試料表面に正イオ
ンのみが引き寄せられて帯電する。これにより、ついに
はプラズマ中の正イオン（反応性イオン）が反撥して試
料に到達しなくなる。この結果、試料のエッチング速度
が著しく低下することとなる。また、この時の帯電電位
が大きいと、試料に形成された素子のゲート部の劣化や
破壊を起こす原因となるからである。
【００３６】このため、本実施例では高周波電圧の全振
幅値Ｖｐｐの１／２より小さい負の直流電圧を試料台５
ａに印加し、高周波電圧の波形の一部が正電位となって
残るようにし、この正電位部分でプラズマ中の電子を引
き込んで、試料に帯電した正イオンを中和するようにし
ている。
【００３７】さらに、このチャージアップの問題を解決
するためには、日本国公告特許公報昭５６−３７３１１
号に詳述されているように、高周波電圧の発信周波数を
約１００ｋＨｚ以上にする必要がある。発信周波数の上
限については特に制約はないが、一般に市販されている
発振器を利用するとすれば、２７ＭＨｚ程度までの発振
周波数が適切である。
【００３８】以上、本一実施例によれば、高周波電源１
３によって電極５に高周波電圧を印加し、これによって
試料台５ａに生じた直流バイアス電圧に直流電源１５か
らの直流電圧を重ね、この直流電圧を重ねた直流バイア
ス電圧を出力電圧制御装置１６および出力波形制御装置
１７によって臨界電圧をはさんで変化させることで、放
電空間７部に発生させたプラズマを変化させることな
く、すなわち、ガスを切り替えて供給することなく、ウ
エハ６に対しエッチングと堆積、すなわち、成膜とを交
互に行なわせることができるので、ガス種を切り替えて
エッチングと堆積とを交互に行なわせて試料をエッチン
グする従来の技術に比べて、ガスの入れ替え時間が無く
なり、少なくともガスの入れ替え時間が無くなった分だ
け処理時間が短縮されるという効果がある。例えば、本
一実施例と同程度の容積（２０，０００ｃｍ3）の真空
処理容器で、排気容量５００ｌ／ｓｅｃの排気装置を用
い、真空処理容器内に７０ＳＣＣＭのガスを供給し、圧
力を０．０１Ｔｏｒｒに維持させた状態から、ガス種を
切り替えて前記のような状態にするまでに要する時間
は、およそ１０秒必要となり、ガス種の切り替え回数が
多くなるに従い上記効果は大きくなる。また、言い換え
れば、従来のようにガスの切り替えを高速で行なう必要
がないので、排気装置を小型化できる。また、ガス種の
切り替えによる圧力制御や切り替え制御がなくなるので
装置や制御技術が簡単になる。
【００３９】また、出力電圧制御装置１６を制御して臨
界電位より大なる直流バイアス電圧を試料台５ａに与え
ることによりウエハ６はエッチングされ、また、臨界電
位より小なる直流バイアス電圧を試料台５ａに与えるこ
とによりウエハ６に保護膜を堆積させることができ、さ
らに、出力波形制御装置１７を制御して臨界電位をはさ
んで直流バイアス電圧の値を変えるタイミングを交互に
切り替えるので、ウエハ６のエッチング側面を保護膜で
保護しながら段階的にエッチングでき、パターン寸法幅
に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング材を加工
することができる。
【００４０】また、ＥＣＲ放電を利用したマイクロ波プ
ラズマによる処理としているので、０．０１Ｔｏｒｒ台
の低い圧力下でプラズマを発生させることができ、プラ
ズマ中のイオンを小さい加速電圧でウエハ６に引き込む
ことができるので、ダメージの少ない異方性エッチング
ができ、微細パターンの被エッチング材を加工すること
ができる。これにより、上記効果と合わせて、微細パタ
ーンでかつアスペクト比の大きい被エッチング材を加工
することができる。
【００４１】さらに、出力波形制御装置によりエッチン
グ作用と堆積作用と切り替え時期を、エッチング時は被
エッチング材のアンダーカットが許容値内に入るように
時間設定し、堆積時は次のエッチング処理を行なう間エ
ッチング側面の保護膜が残るだけの膜厚を成膜できる時
間としているので、寸法精度の良い加工を行なうことが
できる。
【００４２】また、電磁界の作用を利用したプラズマ発
生手段と、高周波電圧および直流電圧により与えられる
直流バイアス電圧付与手段、すなわち、加速電圧付与手
段とは独立しているので、直流バイアス電圧を変化させ
てもプラズマの発生状態、すなわち、プラズマ中の電
子、イオンおよびフリーラジカルの状態は変化せず、発
光強度が安定した状態でエッチングを行なうことがで
き、発光分光法によるエッチングの終点判定が容易に行
なえる。
【００４３】また、試料台５ａに高周波電源１３を接続
し高周波電圧を印加して、直流電源１５の直流電圧を制
御し直流バイアス電圧を高周波電源１３から発生する高
周波電圧の全振幅の１／２以下にしているので、絶縁材
または絶縁膜を有した試料であっても試料に電荷が蓄積
されず、エッチング速度の低下や素子のゲート部の劣化
または破壊のないエッチングを行なうことができる。ま
た、本一実施例のエッチング方法によって下層ＭＯＳゲ
ートを有する素子構造の試料をエッチングした場合に
も、ゲート部の耐圧劣化や破壊といったダメージは発生
しなかった。
【００４４】なお、本一実施例のようにマイクロ波を利
用したＥＣＲ方式で放電させるマイクロ波プラズマ処理
装置においては、一般にイオンシース幅は０．１ｍｍ程
度である。このイオンシースをイオンが通過するに要す
る時間（ｔｉ）は、イオンの種類によって多少異なる
が、一般に１〜４×１／１０7秒程度である。これに対
し、工業用として通常用いられている１３．５６ＭＨｚ
の高周波の電圧波形の半サイクル時間（ｔＲＦ）は３．
７×１／１０8秒である。このため、１３．５６ＭＨｚ
の高周波電圧においては、イオンはイオンシースを通過
して追従することができない。したがって、本一実施例
のように負の直流バイアス電圧を発生させることによっ
てイオンを加速させることができる。
【００４５】このような直流バイアス電圧を利用する方
法は、特に、Ｓｉや金属膜のように電極５と導通のとれ
る材料を処理する場合に有効である。また、このような
直流バイアス電圧を利用する方法が有効となるのは、高
周波の電圧波形の半サイクル時間ｔＲＦとイオンのイオ
ンシース通過時間ｔｉとが ｔＲＦ＜ｔｉ の関係にある場合であるから、高周波電源１３の周波数
の下限は２ＭＨｚ（ｔＲＦ＝２．５×１／１０7秒）程
度であり、これにより周波数が低いと、交流電圧波形に
もイオンが追従して加速されるので、直流電源１５によ
って電極５に直流電圧を重ねて印加する効果が薄れてし
まう。
【００４６】なお、試料が導電性のものである場合に
は、本一実施例の高周波電源１３を除いて、直流電源１
５だけで制御したプラズマ処理装置としても良い。
【００４７】次に、本発明の第２の実施例を第７図およ
び第８図により説明する。
【００４８】第７図において第１図と同符号なものは同
一部材を示す。本図が第１図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数３８５ＫＨｚの高周波
電源２３だけを用いている点である。高周波電源２３は
マッチングボックス２２を介して電極５に接続してあ
る。マッチングボックス２２は、この場合、回路の一端
が接地してあり、電極５が直流的に接地電位となるよう
にしてある。高周波電源２３には出力電圧制御手段２４
が接続してある。
【００４９】出力電圧制御手段２４は、高周波電源２３
から出力する高周波電圧の波形を第８図に示すように、
時間ｔ3の間は高周波電圧の全振幅をＶ3となるように制
御し、次の時間ｔ4の間は高周波電圧の全振幅をＶ4とな
るように制御する。
【００５０】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置によりＳｉ基板上に５０ｎｍ
程度の薄い酸化膜を介してポリシリコン、ホトレジスト
を順次積層した構成ウエハ６ａについて、前記一実施例
と同様の条件でポリシリコンのエッチング速度と高周波
電源２３の出力電圧、すなわち、加速電圧との関係を調
べたところ、前記第２図と同様の傾向が生じた。
【００５１】すなわち、高周波電源２３による周波数２
ＭＨｚ以下（この場合、３８５ｋＨｚ）の高周波電圧を
試料台５ａに印加し、交流電圧波形にイオンが充分に追
従するようにし、交流電圧の強さ、すなわち、交流電圧
の全振幅を変化させることによって、前記一実施例と同
様にエッチング作用が優位に作用したり、堆積作用が優
位に作用したり、またエッチングと堆積とのどちらかも
進行しない状態が表れた。
【００５２】したがって、出力電圧制御手段２４によっ
て高周波電源２３の出力電圧を第８図に示すように制御
し、時間ｔ3の間は臨界電位よりも大きい高周波電圧Ｖ3
を電極５に印加し、ポリシリコンのエッチングを行な
う。次に、時間ｔ4の間は臨界電位よりも小さい高周波
電圧Ｖ4を電極５に印加し、ウエハ６ａの表面（エッチ
ング側面も含む。）に保護膜を形成する。この両工程を
順次繰り返すことによって、前記一実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。なお、エッチング時間ｔ3および堆積時間
ｔ4は前記一実施例で述べたエッチング時間ｔ1および堆
積時間ｔ2と同様にして設定すれば良い。
【００５３】以下、本第２の実施例によれば、周波数２
ＭＨｚ以下の高周波電圧の出力電圧を臨界電位をはさん
で変化させることで、ガスを切り替えて供給することな
く、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせるこ
とができるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮
することができるという効果がある。
【００５４】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御手段２４によって
エッチング時と堆積時との時間を制御して、ウエハ６ａ
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングするので、微細パターンでかつパターン寸法幅に
比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を寸法精
度良く加工することができる。
【００５５】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グが行なえるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。
【００５６】さらに、イオンを加速させる電圧を周波数
２ＭＨｚ以下の高周波電圧の負電圧領域で与えているの
で、負の電圧領域で加速されてウエハ６ａの表面に引き
寄せられてウエハ６ａに帯電した正イオンは、次の正の
電圧領域においてウエハ６ａ表面に引き込まれた電子に
よって中和することができ、ウエハ６ａに形成された絶
縁材の絶縁破壊等を防止することができる。したがっ
て、Ｓｉｏ2やＳｉ3Ｎ4のような絶縁材を有する試料を
エッチング処理するのに好適である。なお、この場合、
電極５−ウエハ６ａ−プラズマ間で、一種のコンデンサ
が形成される訳であるから、高周波電圧の周波数が低す
ぎると、ウエハ６ａに電荷が蓄積され過ぎてイオンの加
速が抑制され、エッチング速度が著しく低下するとい
う、いわゆるチャージアップ現象を生じる。このチャー
ジアップ現象を防止する限界の周波数は、絶縁膜の種類
と膜厚とによって左右されるが、半導体装置の場合の実
用値は、日本国公告特許公報昭５６−３７３１１号に詳
述されているように、１００ＫＨｚ程度である。
【００５７】次に、本発明の第３の実施例を第９図およ
び第１０図により説明する。
【００５８】第９図において第７図と同符号のものは同
一部材を示す。本図が第７図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数３８５ＫＨｚの高周波
電源２３と交流波形発生器２６とを用いている点であ
る。高周波電源２３は合成器２５を介して電極５に接続
してある。合成器２５にはまた交流波形発生器２６が接
続してある。交流波形発生器２６には出力波形制御手段
２７が接続してある。
【００５９】合成器２５は、高周波電源２３から出力す
る高周波電圧の波形を第１０図に示すように、交流波形
発生器２６から出力した波形２８に沿って変化させる。
出力波形制御手段２７は交流波形発生器２６から出力す
る波形２８の周期および振幅を調整する。
【００６０】上記のように構成したプラズマ処理処置、
この場合、エッチング装置により、前記第２の実施例と
同様の条件でエッチング処理を行なわせれば、前記第２
の実施例と同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に
繰り返しながら段階的にエッチング処理を行なうことが
できる。
【００６１】すなわち、第１０図に示すように、臨界電
位Ｖ0’より大きい負の電圧波形のときの時間ｔ5の間は
エッチング作用が優位に生じ、臨界電位Ｖ0’より小さ
い負の電圧波形のときの時間ｔ6の間は堆積作用が優位
に生じる。
【００６２】なお、エッチングの生じる時間ｔ5および
堆積の生じる時間ｔ6を調整する場合には、出力波形制
御手段２７によって交流波形発生器２６から出力する波
形２８の周期を変えることで簡単に行なえる。また、エ
ッチング工程時のエッチング速度を速める場合には、出
力波形制御手段２７によって交流波形発生器２６から出
力する波形２８の振幅を変えることで簡単に行なえる。
ただし、正確にエッチング速度、エッチング時間および
堆積時間を調整しようとすれば、出力波形制御手段２７
によって波形２８の振幅および周期を同時に調整する必
要がある。
【００６３】以上、本第３の実施例によれば、前記第２
の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６４】なお、本第３の実施例の場合、エッチング
と堆積との切り替わりは徐々に進行する。
【００６５】次に、本発明の第４の実施例を第１１図お
よび第１２図により説明する。
【００６６】第１１図において第１図と同符号のものは
同一部材を示す。本図が第１図と異なる点は、試料台５
ｂが接地されている点と、ウエハ６と放電空間７との間
にグリッド電極２９を設けている点である。グリッド電
極２９には直流電源１５が接続してあり、直流電源１５
には出力電圧制御装置１６を接続し、出力電圧制御装置
１６には出力波形制御装置１７が接続してある。
【００６７】この場合、イオンをウエハ６の方向に加速
させる手段は、グリッド電極２９に負の直流電圧を印加
する直流電源１５である。直流電源１５から出力する負
の直流電圧、すなわち、加速電圧を臨界電位をはさんで
変化させる手段は、出力電圧制御装置１６と出力波形制
御装置１７とから成り、これらの制御は前記一実施例と
同様で第１２図に示すように時間ｔ1の間は電圧Ｖ1に制
御し、時間ｔ2の間は電圧Ｖ2に制御する。
【００６８】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
の条件で放電空間７内にプラズマを発生させ、直流電源
１５によりグリッド電極２９に負の直流電圧を印加す
る。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド電極２
９側に加速され、グリッド電極２９を通過したイオンが
ウエハ６に達して、ウエハ６の被エッチング材をエッチ
ングする。
【００６９】このとき、出力電圧制御装置１６と出力波
形制御装置１７とによって、臨界電位より大きい加速電
圧Ｖ1を直流電源１５から時間ｔ1秒間出力させる。これ
により、時間ｔ1秒間はエッチング作用が優位に生じ、
ウエハ６がエッチングされる。次に、臨界電位より小さ
い加速電圧Ｖ2を直流電源１５から時間ｔ2秒間出力させ
る。これにより、時間ｔ2秒間は堆積作用が優位に生
じ、ウエハ６の表面（エッチング側面も含む。）に保護
膜が形成される。これらの工程を順次繰り返すことによ
り、前記一実施例と同様にウエハ６の被エッチング材を
段階的にエッチングすることができる。
【００７０】以上、本第４の実施例によれば、グリッド
電極２９に加速電圧を印加し、加速電圧を臨界電位をは
さんで変化させることで、ガスを切り替えて供給するこ
となく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせ
ることができるので、前記一実施例と同様に処理時間を
短縮することができるという効果がある。
【００７１】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御装置１６および出
力波形制御装置１７とによってエッチング工程時と堆積
工程時との時間を制御して、ウエハ６のエッチング側面
を保護膜で保護しながら段階的にエッチングするので、
微細パターンでかつパターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。
【００７２】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グを行なうことができるので、エッチングの終点判定が
容易に行なえる。
【００７３】なお、本第４の実施例ではグリッド電極２
９に直流電圧を印加しているので、試料としては導電性
のあるものでなければならないが、グリッド電極２９に
前記第１，第２または第３の実施例のような電源の接続
をすれば絶縁性の試料も処理することができる。
【００７４】次に、本発明の第５の実施例を第１３図に
より説明する。
【００７５】第１３図において第１図と同符号は同一部
材を示す。本図が第１図と異なる点は、本図の装置が真
空処理容器３０の中に上部電極３４と下部電極３３とを
有する平行平板式のＲＩＥ装置であり、プラズマ発生手
段として平行平板型の電極３３，３４を用い、電極３３
に高周波電圧（この場合、周波数１３．５６ＭＨｚ）を
印加する高周波電源１３ａを接続している点である。
【００７６】真空処理容器３０の側部にはガス導入部３
１が設けてあり、前記一実施例と同様に図示しないガス
源がつなげてある。真空処理容器３０の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部３２が設けてあ
る。真空処理容器３０内の下部には上面にウエハ６を載
置する下部電極３３が設けてあり、真空処理容器３０内
の上部には下部電極３３に対向して配置した上部電極３
４が設けてある。上部電極３４は接地してある。下部電
極３３は絶縁材を介して真空処理容器３０に取り付けて
あり、下部電極３３には前記一実施例と同様にマッチン
グボックス１２を介して接続した高周波電源１３ａと、
ローパスフィルタ１４を介して接続した直流電源１５と
がつなげてある。
【００７７】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
にガス導入部３１を介して下部電極３３と上部電極３４
との間に形成した放電空間３５にエッチングガスを供給
する。これとともに図示しない真空排気装置により真空
処理容器３０内を所定の圧力に減圧排気する。この状態
において高周波電源１３ａによって、下部電極３３に１
３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。これにより、
放電空間３５部にグロー放電が生じて、エッチングガス
がプラズマ化される。
【００７８】この状態で既に前記一実施例と同様にプラ
ズマ中のイオンをウエハ６側に加速する直流バイアス電
圧が下部電極３３に発生している。この直流バイアス電
圧を直流電源１５により前記一実施例と同様に、臨界電
位をはさんで変化させる。これにより、前記一実施例と
同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に繰り返し
て、ウエハ６の被エッチング材を段階的にエッチングで
きる。
【００７９】以上、本第５の実施例によれば、直流電源
１５によって直流バイアス電圧を臨界電位をはさんで変
化させることで、ガスを切り替えて供給することなく、
エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることが
できるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮する
ことができる。
【００８０】また、高周波電源１３ａを用いて電極３３
と３４との間に放電空間３５に安定したプラズマを発生
させることができ、直流電源１５により直流バイアス電
圧を変化させてもプラズマの発生状態は変化することが
ないので、前記一実施例と同様にエッチングの終点判定
が容易に行なえる。
【００８１】また、以下前記一実施例と同様に高アスペ
クト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき、また
導電性材、絶縁材を問わず加工できる。
【００８２】次に、本発明の第６の実施例を第１４図に
より説明する。
【００８３】第１４図において第７図および第１３図と
同符号は同一部材を示す。本図が第１３図と異なる点
は、プラズマを発生させる手段として周波数２ＭＨｚ以
下（この場合、３８５ｋＨｚ）の高周波電源２３ａを用
いている点と、イオンを加速させる手段として、同じ
く、周波数２ＭＨｚ以下の高周波電源２３ａを用いて共
用している点である。高周波電源２３ａは、第７図と同
様にマッチングボックス２２を介して下部電極３３に接
続してある。マッチングボックス２２の回路の一端は接
地してあり、下部電極３３が直流的に接地電位となるよ
うにしてある。高周波電源２３ａには出力電圧制御手段
２４が接続してある。
【００８４】出力電圧制御手段２４の制御内容は前記第
２の実施例と同様であり、説明は省略する。また、ウエ
ハ６ａは前記第２の実施例と同じく絶縁材を有したもの
である。
【００８５】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第５の実施例と
同様に放電空間３５にエッチングガスを供給し、真空処
理容器３０内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて高周波電源２３ａによって下部電極３３に３８５
ｋＨｚの高周波電圧を印加し、放電空間３５部にグロー
放電を生じさせて、エッチングガスをプラズマ化させ
る。
【００８６】このとき、出力電圧制御手段２４によっ
て、第２の実施例と同様に高周波電源２３ａから出力す
る高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる。これに
より、前記第２の実施例と同様にエッチング工程と堆積
工程とを交互に繰り返して、ウエハ６ａの被エッチング
材を段階的にエッチングできる。
【００８７】以上、本第６の実施例によれば、周波数２
ＭＨｚ以上の高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させ
ているので、エッチングガスを切り替えて供給すること
なく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせる
ことができ、前記第２の実施例と同様に処理時間を短縮
することができる。
【００８８】また、以下前記第２の実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき
る。また、試料としては、絶縁材を有するものに好適で
ある。なお、この場合は、プラズマ発生手段でもある周
波数２ＭＨｚ以下の高周波電圧を変化させているので、
プラズマの発生状態がエッチング工程時と堆積工程時と
で異なる。このため、発光分光法を用いてエッチング終
点判定を行なうときは、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定を行なう必要がある。
【００８９】次に、本発明の第７の実施例を第１５図に
より説明する。
【００９０】第１５図において第９図および第１４図と
同符号は同一部材を示す。本図が第１４図と異なる点
は、イオンを加速させる手段でもある周波数２ＭＨｚ以
下（この場合、３８５ＫＨｚ）の高周波電源２３ａの高
周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる手段として交
流波形発生器２６を用いている点である。高周波電源２
３ａは、第９図と同様に合成器２５を介して下部電極３
３に接続してある。合成器２５にはまた交流波形発生器
２６が接続してある。交流波形発生器２６には出力波形
制御手段２７が接続してある。
【００９１】合成器２５、交流波形発生器２６および出
力波形制御手段２７の制御内容は前記第３の実施例と同
様であり、説明は省略する。
【００９２】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第６の実施例と
同様に放電空間３５にエッチングガスを供給し、真空処
理容器３０内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、前記第３の実施例のように、すなわち、第１０
図のように制御された高周波電圧を下部電極３３に印加
し、放電空間３５部にブロー放電を生じさせて、エッチ
ングガスをプラズマ化させる。
【００９３】これにより、高周波電圧が臨界電位よりも
大きい時はウエハ６ａに対しエッチング作用が優位に生
じ、高周波電位よりも小さい時はウエハ６ａの表面（エ
ッチング側面も含む）に保護膜の堆積作用が優位に生じ
る。このエッチング工程と堆積工程とが交互に行なわ
れ、ウエハ６ａの被エッチング材が段階的にエッチング
される。
【００９４】以上、本第７の実施例によれば、前記第６
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。
【００９５】なお、この場合は、プラズマ発生手段でも
ある高周波電圧が常に変化しているので、プラズマの発
生状態が一定しない。このため、エッチング処理の条件
設定が難しいという問題がある。
【００９６】次に、本発明の第８の実施例を第１６図お
よび第１７図により説明する。
【００９７】第１６図において第１３図と同符号は同一
部材を示す。本図が第１３図と異なる点は、プラズマ発
生手段である、この場合、周波数１３．５６ＭＨｚの高
周波電源１３ａの出力電圧を制御可能にして、イオンを
臨界電位をはさんで変化させる手段を兼用させている点
である。高周波電源１３ａはコンデンサ３６およびマッ
チングボックス１２を順次介して下部電極３３に接続し
てある。高周波電源１３ａには出力電圧制御手段２４が
接続してある。
【００９８】出力電圧制御手段２４は高周波電源１３ａ
から出力する高周波電圧の波形を第１７図に示すよう
に、時間ｔ7の間は直流成分のバイアス電圧Ｖ9となるよ
うに高周波電圧の全振幅をＶ7に制御し、次の時間ｔ8の
間は直流成分のバイアス電圧がＶ10となるように高周波
電圧の全振幅をＶ8に制御する。
【００９９】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第５の実施例と
同様に放電空間３５にエッチングガスを供給し、真空処
理容器３０内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源１３ａによって下部電極３３に高周
波電圧を印加する。これによって、放電空間３５部でエ
ッチングガスがプラズマ化される。
【０１００】このとき、第１７図に示すように出力電圧
制御手段２４によって時間ｔ7の間は高周波電源１３ａ
から出力する高周波電圧の全振幅をＶ7に制御する。こ
れにより、試料電極３３には臨界電位よりも大きい直流
成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ６の被エッチング材
がエッチングされる。次の時間ｔ8の間は高周波電源１
３ａから出力する高周波電圧の全振幅をＶ8に制御す
る。これにより試料電極３３には臨界電位よりも小さい
直流成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ６の表面（エッ
チング側面も含む）に保護膜が堆積される。このエッチ
ング工程と堆積工程とを交互に行なうことにより、ウエ
ハ６の被エッチング材が段階的にエッチングされる。
【０１０１】以上、本第８の実施例によれば、前記第５
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。
【０１０２】また、出力電圧制御手段２４によって高周
波電源１３ａの出力電圧を制御して、試料電極３３に生
じる直流バイアス電圧を臨界電圧をはさんで交互に変化
させることにより、エッチング工程と堆積工程とを交互
に行なえるので、前記第５の実施例と同様にパターン寸
法幅に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を
寸法精度良く加工することができる。
【０１０３】また、高周波電圧を制御しても高周波電圧
の一部は正の電圧域を有しているので、前記第５の実施
例と同様にウエハ６に電荷が蓄積されず、エッチング速
度の低下や素子のゲート部の劣化または破壊のないエッ
チングを行なうことができる。
【０１０４】なお、この場合は、前記第６の実施例と同
様にエッチング工程時と堆積工程時とでプラズマの発生
状態が変わるので、発光分光法を用いてエッチング終点
判定を行なうときには、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定する必要がある。
【０１０５】次に、本発明の第９の実施例を第１８図に
より説明する。
【０１０６】第１８図において第１１図および第１３図
と同符号は同一部材を示す。第１８図が第１３図と異な
る点は、イオンを加速させる手段として、第１１図と同
様にウエハ６と放電空間３５との間にグリッド電極を設
けている点である。グリッド電極２９には直流電源１５
が接続してあり、直流電源１５には出力電圧制御装置１
６を接続し、出力電圧制御装置１６には出力波形制御装
置１７が接続してある。
【０１０７】直流電源１５、出力電圧制御装置１６およ
び出力波形制御装置１７の制御内容は、前記第４の実施
例と同様であり、説明は省略する。
【０１０８】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第５の実施例と
同様に放電空間３５にエッチングガスを供給し、真空処
理容器３０内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源１３ａによって下部電極３３に高周
波電圧を印加する。これにより、放電空間３５にブロー
放電が生じてエッチングガスがプラズマ化される。
【０１０９】この状態で、前記第４の実施例と同様に直
流電源３５によってグリッド電極２９に負の直流電圧を
印加する。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド
電極側に加速され、グリッド電極２９を通過したイオン
がウエハ６に達して、ウエハ６の被エッチング材をエッ
チングする。
【０１１０】このとき、前記第４の実施例と同様に出力
電圧制御装置１６と出力波形制御装置１７とによって、
グリッド電極２９に印加する加速電圧を臨界電位をはさ
んで変化させる。これにより、加速電圧が臨界電位より
大きいときは、ウエハ６に対してエッチング作用が優位
に生じる。加速電圧が臨界電位より小さいときは、ウエ
ハ６の表面（エッチング側面も含む。）に保護膜を形成
する堆積作用が優位に生じる。このエッチング工程と堆
積工程とを交互に行なうことにより、ウエハ６の被エッ
チング材が段階的にエッチングされる。
【０１１１】以上、本第９の実施例によれば、グリッド
電極２９に印加した加速電圧を臨界電位をはさんで変化
させることで、ガスを切り替えて供給することなく、エ
ッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることがで
きるので、前記第５の実施例と同様に処理時間を短縮す
ることができる。
【０１１２】また、前記第５の実施例と同様にウエハ６
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングできるので、パターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。
【０１１３】また、前記第５の実施例と同様にプラズマ
の発生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッ
チングできるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。
【０１１４】次に、本発明の第１０の実施例を第１９図
により説明する。
【０１１５】第１９図において第１３図と同符号は同一
部材を示す。本図が第１３図と異なる点は、プラズマ発
生手段として、真空処理容器３０外に放電管３７を設
け、放電管３７の外周にコイル３８を巻き付けて、コイ
ル３８に高周波電源３９を接続した構成としている点で
ある。
【０１１６】下部電極３３には、第１３図と同様に高周
波電源１３ａと直流電源１５とによる直流バイアス付与
手段、すなわち、イオンの加速手段が設けてある。これ
らプラズマ発生手段と直流バイアス付与手段とは、それ
ぞれに独立してその出力を制御することができる。高周
波電源３９は、例えば、周波数８０ｋＨｚ〜１３．５６
ＭＨｚの高周波電力を出力するものである。直流バイア
ス付与手段の制御内容は前記第５の実施例と同様であ
り、説明は省略する。
【０１１７】上記のように構成したプラズマ処置装置、
この場合、エッチング装置により、図示しないガス源か
らガス導入部３１ａを介して放電管３７内にエッチング
ガスを供給し、図示しない排気装置により真空処理容器
３０内および放電管３７内を所定圧力に減圧排気する。
この状態で、高周波電源３９によってコイル３８に高周
波電圧を印加する。これにより、放電管３７内のエッチ
ングガスがプラズマ化され、プラズマは真空処理容器の
３０の空間３５ａ部に導入される。
【０１１８】このとき、マッチングボックス１２を介し
て高周波電源１３ａによって下部電極３３に高周波電圧
を印加する。これにより、下部電極３３に印加された高
周波電圧は、前記第５の実施例のように直流的に浮遊
し、直流バイアス電圧を有する。この高周波電圧ととも
に、直流電源１５によって下部電極３３に直流電圧を重
ね、直流バイアス電圧を制御する。
【０１１９】直流バイアス電圧を出力電圧制御装置１６
と出力波形制御装置１７とによって、前記第５の実施例
のように制御する。これにより、エッチング工程と堆積
工程とが交互に行なわれ、ウエハ６の被エッチング材が
段階的にエッチングされる。
【０１２０】以上、本第１０の実施例によれば、前記第
５の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２１】また、本第１０の実施例によれば、高周波
電源１３ａの高周波電圧を高めることなく、放電管３７
内で高密度のプラズマを発生できるので、前記第５の実
施例に比べ、低ダメージで高速のエッチングを行なうこ
とができる。
【０１２２】以上、これら第１から第１０の実施例に基
づいて本発明を説明したが、本発明の構成はこれら実施
例に限定されるものではなく、プラズマ発生手段と加速
電圧付与手段、および加速電圧付与手段同士は種々組み
合わせ可能であることはいうまでもない。
【０１２３】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングガスとして、臨界電位を有しないＳＦ6と、限界電
位を有するＣ2Ｃｌ3Ｆ3との混合ガスを使用した例を示
したが、臨界電位を有する性質のガスであれば、他の組
み合わせでも良いことはいうまでもない。例えば、臨界
電位を有しないＳＦ6と、臨界電位を有するＣ2Ｃｌ3Ｆ3
（商品名：フロン１１４）、ＣＣｌ4、またはＣ4Ｆ8等
との組み合わせや、ＳＦ6の代わりにＮＦ3を使用した組
み合わせでも同様に行なえる。
【０１２４】また、エッチングガスの混合成分を二つに
限るものではなく、少なくとも一成分が臨界電位を有す
るものであれば、三成分以上からなるものであっても良
い。また全成分が臨界電位を有するガスの組み合わせ、
もしくは単独ガスであっても良い。
【０１２５】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングの例を示したが、Ａｌ配線膜のエッチングにも適用
可能である。この場合、エッチングガスとしては、臨界
電位を有しない純粋なエッチャントとしての塩素ガス
（Ｃｌ2）と、エッチャントとしてのＣｌ成分および膜
形成種の一部として作用するＣ成分から成り臨界電位を
有するＣＣｌ4との混合ガス、さらに被エッチング材の
表面の酸化膜を高速エッチングするためのＢＣｌ3を加
えた混合ガスを用いれば良い。この場合、ＡｌＣｌ3な
る揮発性の反応生成物が生成されて被エッチング材のエ
ッチングが行なわれ、Ｃの重合物またはＣｘＣｌｙの反
応生成物が堆積物として生成され、保護膜を形成する。
また、臨界電位を有するＣＣｌ4の代わりにＣＦ4，Ｃ2
Ｆ6，Ｃ4Ｆ８またはＳｉＣｌ４等を用いても良い。
【０１２６】なお、第２図において、具体的数値を示さ
なかったが、エッチング速度または堆積速度、および臨
界電位は、エッチングガスの種類、ガス圧およびプラズ
マ発生手段の出力等によって相対的に定まるものであ
る。
【０１２７】また、本実施例ではエッチング処理中の加
速電圧の印加パターンは同じであったが、最終的なエッ
チングの終了時には臨界電位よりも大きい範囲内で加速
電圧を小さくする制御を行なわせることにより、エッチ
ングダメージをさらに減少できる。
【０１２８】また、本実施例では加速電圧を臨界電位を
はさんで変化させる時期を、あらかじめ設定した時間で
自動的に切り替えるようにしているが、各段階でのエッ
チング状態および堆積状態を検出し、該それぞれの検出
値が所定の設定値になった時点で自動的に切り替えるよ
うにしても良い。また、切り替え回数が少ない処理の場
合には手動で切り替えるようにしても良い。なお、これ
ら加速電圧を設定する場合には、加速電圧を検出し、該
検出した値を表示させて、調整する値を見ながら所定の
値に設定すれば良い。
【０１２９】さらに、本実施例ではエッチングを行なう
場合について述べたが、エッチング工程と堆積工程すな
わち、成膜工程との時間の割合を逆転させ、全体として
成膜を行なわせる場合にも適用可能である。この場合
は、成膜とエッチングとを交互に行なうことにより、平
滑な膜を成膜することができる。
【０１３０】
【発明の効果】本発明によれば、臨界電位を有するエッ
チング処理ガスを減圧下でプラズマ化し、被エッチング
材に向けてプラズマ中のイオンを加速させる加速電圧を
臨界電位をはさんで変化させるようにし、被エッチング
材に対しエッチングと膜形成とを交互に繰り返すように
し、エッチングの作用時間は被エッチング材に生じるア
ンダーカットが許容値内に入る時間とし、膜形成の作用
時間は次のエッチング処理の間にエッチング側面に形成
した膜が保護膜として残り得るだけの膜厚を形成する時
間とすることにより、処理ガスの切り替えを行なうこと
なく、エッチング工程と成膜工程とが交互に行なえ、被
エッチング材がアンダーカットされ過ぎないようにして
実質的に異方性のエッチングを行なうことができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す構成図である。
【図２】処理ガスにおけるバイアス電圧とエッチング速
度または堆積速度との関係を示す線図である。
【図３】第１図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。
【図４】バイアス電圧を変えない場合のエッチング状態
を示す図である。
【図５】本発明によるエッチング状態を示す図である。
【図６】本発明によるエッチング状態を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。
【図８】第７図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。
【図９】本発明の第３の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。
【図１０】第９図の装置による加速電圧の印加パターン
図である。
【図１１】本発明の第４の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１２】第１１図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。
【図１３】本発明の第５の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１４】本発明の第６の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１５】本発明の第７の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１６】本発明の第８の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１７】第１６図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。
【図１８】本発明の第９の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
【図１９】本発明の第１０の実施例であるプラズマ処理
装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１…放電管、５…電極、６，６ａ…ウエハ、８…マグネ
トロン、１０…電磁コイル、１２…マッチングボック
ス、１３，１３ａ…高周波電源、１５…直流電源、１６
…出力電圧制御装置、１７…出力波形制御装置、２２…
マッチングボックス、２３，２３ａ…高周波電源、２４
…出力電圧制御手段、２５…合成器、２６…交流波形発
生器、２７…出力波形制御手段、２９…グリッド電極、
３０…真空処理容器、３３，３４…電極、３６…コンデ
ンサ、３７…放電管、３８…コイル、３９…高周波電
源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広部 嘉道 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 掛樋 豊 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

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被エッチング材と反応する成分および堆積
    膜を形成する成分を有するとともに臨界電位を有するエ
    ッチング処理ガスを減圧下でプラズマ化する工程と、 前記被エッチング材に向けて前記プラズマ中のイオンを
    加速させる加速電圧を前記臨界電位をはさんで変化さ
    せ、前記被エッチング材に対しエッチングと膜形成とを
    交互に繰り返す工程とを有し、 前記エッチングの作用時間は前記被エッチング材に生じ
    るアンダーカットが許容値内に入る時間とし、前記膜形
    成の作用時間は次のエッチング処理の間にエッチング側
    面に形成した膜が保護膜として残り得るだけの膜厚を形
    成する時間として、前記被エッチング材を実質的に異方
    性エッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載において、前記加速電圧は直
    流電圧とプラズマ中のイオンがイオンシースを通過する
    に要する時間以内の半サイクル時間を有する周波数の高
    周波電圧との合わせた電圧で与えられるプラズマ処理方
    法。
  3. 【請求項３】請求項１記載において、前記加速電圧は周
    波数１００ＫＨｚからプラズマ中のイオンがイオンシー
    スを通過するに要する時間以上の半サイクル時間を有す
    る周波数の高周波電圧で与えられるプラズマ処理方法。
  4. 【請求項４】請求項１記載において、前記加速電圧は低
    周波の交流電圧とプラズマ中のイオンがイオンシースを
    通過するに要する時間以内の半サイクル時間を有する周
    波数の高周波電圧との合わせた電圧で与えられるプラズ
    マ処理方法。
  5. 【請求項５】請求項１記載において、前記加速電圧は前
    記臨界電圧をはさんで変化させるとともにエッチング作
    用中にも変化させるプラズマ処理方法。
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