JPS63288021A

JPS63288021A - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JPS63288021A
Application number: JP62257200A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Kawasaki; 義直川崎; Hironori Kawahara; 川原　博宣; Katsuyoshi Kudo; 勝義工藤; Yoshimichi Hirobe; 広部　嘉道; Yutaka Kakehi; 掛樋　豊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1988-11-25
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH088237B2

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〕本発明はプラズマ処理方法および装置に係り。

特にエツ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および装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

半導体素子の微細化が進むにつれて１回路パターンの寸
法加工精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。

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ＰｏｆＬｙ−３ｉのエツチン
グの場合において、エツチングガスとしてエツチング作
用に寄与するＳＦ、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
ツ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、エツ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
法精度の良いエツチングを行なうようにしている。

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間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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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
させてエツ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。

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、単にエツ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。

本発明の目的は、処理ガスの切り替えを行なうことなく
、エツチング工程と成膜工程とを交互に行なわせ、プラ
ズマ処理時間を短縮することのできるプラズマ処理方法
および装置を提供することにある。

〔問題点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。

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。

エツ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
はエツ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、この釣り合ダ電位を「臨界電位と
呼ぶ、」すなわち、本発明は、臨界電位を有するガスを減圧下で
プラズマ化する手段と、試料に向けてプラズマ中のイオ
ンを加速させる加速電位を臨界電位をはさんで変化させ
る手段とを宥する装置とし、臨界電位を有するガスを減
圧下でプラズマ化する工程と、試料に向けてプラズマ中
のイオンを加速させる加速電位を臨界電位をはさんで変
化させる工程とを有する方法とすることにより、達成さ
れる。

〔作　　　用〕

臨界電位を有するガスを減圧下でプラズマ化し、試料に
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ことにより、加速電圧が臨界
電位よりも大きいときには試料にエツチング作用が優位
に生じ、加速電圧が臨界電位よりも小さいときには試料
に堆積作用が優位に生じる。これにより、処理ガスの切
り替えを行なうことなく、エツチング工程と成膜工程と
を交互に行ない、プラズマ処理時間を短縮することがで
きる。

〔実　施　例〕

以下１本発明の一実施例を第１図から第６図により説明
する。

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、エツチング装置である。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
である。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が設けである。真空処理容
器４内には、上部に試料であるウェハ６を載置する試料
台５ａを有する電極５が設けである。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。

放電管１の上部には、放電管１を囲んで導波管９が設け
である。導波管９の端部には、この場合、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発信するマグネトロン８が設けである
。放電管ｌの外周部には導波管９を介して電磁コイルｌ
Ｏが設けである。

真空処理容器４の側部には、放電空間７にエツチングガ
スを供給するためのガス導入部２が設けである。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である。

電極５の外周には、電極５と絶縁され、一端が試料台５
ａの周辺近傍に位置し、他端が接地されたアース電極１
１が設けである。電極５には、マツチングボックス１２
を介して接続した。この場合、１３．５６ＭＨｚ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とがつなげである。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
である。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が接続しである。なお、マツチングボックス１２は
、この場合、コンデンサカップリングで構成しである。

ローパスフィルタ１４は高周波電源１３からの高周波電
圧をし生新するものである。

マスフローコントローラ１８は１図示しないガス源から
のエツチングガスを所定流量に制御し、エツチングガス
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。

この場合、放電空間７内に導入したエツチングガスをプ
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内のエツ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。

また、この場合、プラズマ中のイオンにウェハ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。

ウェハ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
されたマツチングボックス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、ウェハ６側に引き込まれる。このと
きのイオンの入射エネルギによってウェハ６がスパッタ
エツチングされる。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
の値が調整される。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。

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。

また、ウェハ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０本
エツチング装置は、工、チングガスとして、この場合、
六フッ化イオウ（ＳＦｇ）とトリクロロトリフロロエタ
ン（Ｃ，Ｃ１，Ｆ。

：商品名フロン−１１３）との混合ガスを用い、ウェハ
６のポリシリコン層をエツチングするものである。

次に、上記のように構成されたエツチング装置により、
前記エツチングガスの両成分、すなわち、ＳＦ＠とＣ２
Ｃ１−４Ｆ３とについてそれぞれ同一のプラズマ形成条
件下（マイクロ波型カニ　４００Ｗ、ガス流量ニア０Ｓ
ＣＣＭ、圧カニ　０　、０１Ｔｏｒｒ、高周波電カニ１
００Ｗ）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。

第２図のグラフは、縦軸の上方にエツチング速度をとり
、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。

第２図より明らかなように、ＳＦ、は直流バイアス電圧
の大きさにかかわらず常にエツチング現象を生じ、直流
バイアス電圧が大になるほどエツチング速度も大きくな
る。

一方、Ｃｚ　Ｃ１３Ｆ３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
囲ではエツチング現象を生じている。

また、Ｃ２ＣＪＬ３　Ｆ３はその丁度境界に堆積もエツ
チングも生じない臨界電位（Ｖａ）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、直流バイアス電圧を変化させ
た場合に、堆積現象とエツ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。

このことは次のことを示しているｍ　Ｃｚ　ＣＪ１３Ｆ
３をプラズマ化したときには堆積作用とエツチング作用
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圧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、エツ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ツチング作用が優
位に作用し、そのエツ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
作用とエツチング作用とが釣り合った状態にある。

また、前記の臨界電位を有さないＳＦ６と、臨界電位を
有したＣ２　Ｃ１，Ｆ３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ｔっだ。

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ｖｏ　′が存在し、臨界電位Ｖ。′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
Ｖ。′より大きい直流バイアス電圧ではエツチング作用
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Ｃ２Ｃｌ３　Ｆ３を単独で用いたときより
もエツ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、この混合ガスをエツチング
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。

次に、このような特性を持った混合ガスを用いてエツチ
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。

まず、混合ガスを臨界電位ｖｏ　′よりも大きいバイア
ス電圧値ｖ、′で、アスペクト比の高いポリシリコン膜
をエツ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。

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ｖｏ　′より大きいＶ、
（負電位）とし、ｔ２秒間は臨界電位Ｖｏ′より小さい
Ｖ２　　（負電位）として１周期的に変化させるように
した。

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ェハ６偏に加速しながらエツチング
を行なうことができる。これにより、比較的異方性のエ
ツチングを行なえる。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ｃｏが
生じる。このアンダー力”／　）　Ｃｏの大きさは垂直
方向のエツチング量ｄの略１１５〜ｌ／１０であった０
時間ｔ、はアンダーカットＣ６が許容値を越えない範囲
内に設定する。

時間ｔ２秒間は直流バイアス電圧値が臨界電位ｖｏ　′
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、エツチングの進行は停止し、ウェハ６全面にプ
ラズマ重合物が堆積を始め、ポリシリコン２０のパター
ン側壁面に保護膜が形成される。

保ｉＪ膜が形成された後は、再び大きな直流バイアス電
圧ｖｌを試料台５ａに与え、ニー、チングを行なう、こ
の大きな直流バイアス電圧■、によって加速されたプラ
ズマ中のイオンはウェハ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ツチングが進行する。

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間エツチング作
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ｔＩ＋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
ようにしである。

このようにして、エツ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、８６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。

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１７２より小さく
しである。これは、高いエツチング速度を得て、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ツチ
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。

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ｔ４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、試料のエツ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。

このため１本実施例では高周波電圧の全振幅値ＶＰＰの
１７２より小さい負の直流電圧を試料台５ａに印加し、
高周波電圧の波形の一部が正電位となって残こるように
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。

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間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１００ＫＨ
ｚ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。

以上１本−実施例によれば、高周波電源１３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、ウェハ６に対しエ
ツチングと堆積、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ツチングと堆
積とを交互に行なわせて試料をエツ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０例えば１本−実施例と同程
度の容積（２０，０００ｃｍ’）の真空処理容器で、排
気容量５００１／ｓｅｃの排気装置を用い、真空処理容
器内に７０９ＣＣＨのガスを供給し、圧力を０゜０１Ｔ
ｏｒｒ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。

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
ウェハ６はエツチングされ、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ェ
ハ６に保２！Ｉｍ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、ウェハ６のエツチング側面を保護膜で保護しな
がら段階的にエツチングでき、パターン寸法幅に比べて
深さあるいは高さの高い被エツチング材を加工すること
ができる。

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、１０−２Ｔｏｒｒ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ェハ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ツチングができ、微細
パターンの被エツ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ツチング材を加工することがで
きる。

さらに、出力波形制御装置によりエツチング作用と堆積
作用との切り替え時期を、エツチング時は被エツチング
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
、堆積時は次のエツチング処理を行なう間エツチング側
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かできる。

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
た状態でエツチングを行なうことができ、発光分光法に
よるエツチングの終点判定が容易に行なえる。

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、エツ
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
ないエツチングを行なうことができる。また、本−実施
例のエツチング方法によって下層にＭＯＳゲートを有す
る素子構造の試料をエツ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。

なお、木−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゜１−一程度である。こ
のイオンシースをイオンが通過するに要する時間（ｔ　
ｉ）は、イオンの種類によって多少異なるが、一般に１
〜４Ｘ１０−’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（ｔ　ＲＦ）は３．７ＸＩＯ−８
秒である。このため、ｔ３．５６ＭＨｚの高周波電圧に
おいては、イオンはイオンシースを通船して追従するこ
とができない、したがって、禾−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。

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Ｍ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＝２．５Ｘ１０−７秒）程
度であり、これ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。

なお、試料が導電性のものである場合には、木−実施例
の高周波電源１３を除いて、直流電源１５だけで制御し
たプラズマ処理装置としても良い。

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。

第７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、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はマツチングボ
ックス２２を介して電極５に接続しである。マツチング
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である。高
周波電源２３には出力電圧制御手段２４が接続しである
。

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１次の
時間ｔ４の間は高周波電圧の全振幅を■４となるように
制御する。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、エ
ツチング装置によりＳｔ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
た構成のウェハ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ツチング
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。

すなわち、高周波電源２８による周波数２ＭＨｚ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ツチン
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、またエツチングと堆積とのどちらも進行しない状態
が表われた。

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、ポリシリコンのエツチングを行なう０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。

ウェハ６ａの表面（エツチング側面も含む、）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ツチング材
を寸法精度良く加工することができる。なお、エツチン
グ時間ｔ３および堆積時間ｔ４は前記一実施例で述べた
エツチング時間ｔ１および堆積時間ｔ２と同様にして設
定すれば良い。

以上、末弟２の実施例によれば１周波数２ＭＨ２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、エツチン
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。

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によってエツチング時
と堆積時との時間を制御して、ウェハ６ａのエツチング
側面を保護膜で保護しながら段階的にエツチングするの
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ツチング膜を寸法精度良く加工す
ることができる。

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１発光強度が安定した状態でエツチングが行なえる
ので、エツチングの終点判定が容易に行なえる。

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ェハ６ａの表面に引き寄せられてウ
ェハ６ａに帯電した正イオンは、次の正の電圧領域にお
いてウェハ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、ウェハ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ツチング処
理するのに好適である。なお、この場合、電極５−ウェ
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、ウェ
ハ６ａに電荷が蓄積され過ぎてイオンの加速が抑制され
、エツ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、１ｏＯＫＨｚ程度である。

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。

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１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に接続しである１合成
器２５にはまた交流波形発生器２６が接続しである。交
流波形発生器２６には出力波形制御手段２７が接続しで
ある。

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。

上記のように構成したプラズマ処理処置、この場合、エ
ツチング装置により、前記第２の実施例と同様の条件で
エツチング処理を行なわせれば、前記第２の実施例と同
様にエツチング工程と堆積工程とを交互に繰り返しなが
ら段階的にエツチング処理を行なうことができる。

すなわち、第１０図に示すように、臨界電位Ｖｏ　′よ
り大きい負の電圧波形のときの時間ｔ５の間はエツチン
グ作用が優位に生じ、臨界電位ｖｏ　′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。

なお、エツ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、エツチング工程
時のエツ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２
８の振幅を変えることで簡単に行なえる。ただし、正確
にエツチング速度、エツ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。

以上１末弟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。

なお１本第３の実施例の場合、エツチングと堆積との切
り替わりは徐々に進行する。

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。

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０本図がｇｉ４１図と異なる点は、試料台５ｂが接地
されている点と、ウェハ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が接続しである。

この場合、イオンをウェハ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。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、エ
ツチング装置により、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２９側に加速され
、グリッド電極２９を通過したイオンがウェハ６に達し
て、ウェハ６の被エツチング材をエツチングする。

このとき、出力電圧制御装置１６と出力波形制御装置ｉ
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１．秒間出力させる。これにより、
時間ｔ１秒間の間はエツチング作用が優位に生じ、ウェ
ハ６がエツチングされる０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１時間ｔ２秒間は堆積作用が優位に生じ、
つエバ６の表面（エツチング側面も含む、）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ェハ６の被エツチング材を段階
的にエツチングすることができる。

以上、水弟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、エツ
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。

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とによってエツチング工程時と堆積工程時との時
間を制御して、ウェハ６のエツチング側面を保護膜で保
護しながら段階的にエツチングするので、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
被エツチング材を寸法精度良く加工することができる。

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ツチングを行なうこ
とができるので、エツチングの終点判定が容易に行なえ
る。

なお１本第４の実施例ではグリッド電極２９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。

次に、本発明の第５の実施例を第１３図により説明する
。

第１３図において第１図と同符号は同一部材を示す０本
図が第１図と異なる点は、本図の装置が真空処理容器３
０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１３＆を接続している点である。

真空処理容器３０の側部にはガス導入部３１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で
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が設けである。真空処理
容器３０内の下部には上面にウェハ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３４が設けであ
る。上部電極３４は接地しである。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、上部電
極３４には前記一実施例と同様にマツチングボックス１
２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とがつなげであ
る。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、エ
ツチング装置により、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にエツ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１３．５６ＭＨ
２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、エツチングガスがプラズマ化
される。

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
ンをウェハ６偏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ツチ
ング工程と堆積工程とを交互に繰り返して、ウェハ６の
被エツチング材を段階的にエツチングできる。

以上１末弟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、エツチング工
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
。

また、高周波電源１３ａを用いて電極３３と３４との間
の放電空間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ツチングの終点判定が容易に行な
える。

また、以下前記一実施例と同様に高アスペクト比の被エ
ツ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。

次に、本発明の第６の実施例を第１４図により説明する
。

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０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２ＭＨ
ｚ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図と同様にマツチングボ
ックス２２を介して下部電極３３に接続しである。

マツチングボックス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である
。高周波電源２３ａには出力電圧制御手段２４が接続し
である。

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、ウェハ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。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、エ
ツチング装置により、前記第５の実施例と同様に放電空
間３５にエツ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３
３に３８５ＫＨｚ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、エツチングガスをプラズ
マ化させる。

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ツチング工程
と堆積工程とを交互に繰り返して、ウェハ６ａの被エツ
チング材を段階的にエツチングできる。

以上、末弟６の実施例によれば、周波数２ＭＨｚ以下の
高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させているので、
エツチングガスを切り替えて供給することなく、ニー、
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。

また、以下前記第２の実施例と同様に高アスペクト比の
被エツ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
態がエツ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ツチング終点判定を行なうと
きは、エツ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。

次に１本発明の第７の実施例を第１５図により説明する
。

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０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２
６を用いている点である。高周波電源２３ａは、第９図
と同様に合成器２５を介して下部電極３３に接続しであ
る０合成器２５にはまた交流波形発生器２６が接続しで
ある。交流波形発生器２６には出力波形制御手段２７が
接続しである。

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。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、エ
ツチング装置により、前記第６の実施例と同様に放電空
間３５にエツ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、エツチングガスをプラズマ化させる。

これにより、高周波電圧が臨界電位よりも大きい時はウ
ェハ６ａに対しエツ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ェハ６ａの表面（エツチング側面
も含む）に保護膜の堆積作用が優位に生じる。このエツ
チング工程と堆積工程とが交互に行なわれ、ウェハ６ａ
の被エツチング材が段階的にエツチングされる。

以上、水弟７の実施例によれば、前記第６の実施例と同
様にエツチングガスを切り替えて供給することなく、エ
ツ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。

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、エツチング処理の条件設定が難しい
という問題がある。

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。

第１６図において第１３図と同符号は同一部材を示す０
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１３
ａ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およびマツチングボック
ス１２を順次介して下部電極３３に接続しである。高周
波電源１３ａには出力電圧制御手段２４が接続しである
。

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ｔフの
間は直流成分のバイアス電圧がＶ９となるように高周波
電圧の全振幅をＶフに制御し１次の時間ｔ８の間は直流
成分のバイアス電圧がＶ箇となるように高周波電圧の全
振幅をｖ８に制御する。

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部でエツチングガスがプラズマ化される。

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ｔフの間は高周波電源１３ａから出力する
高周波電圧の全振幅をＶフに制御する。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、ウェハ６の被エツチング材がエツチング
される０次の時間計８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、ウェハ６の表面（エツチング側面も含
む）に保護膜が堆積される。このエツチング工程と堆積
工程とを交互に行なうことにより、ウェハ６の被エツチ
ング材が段階的にニー２チングされる。

以上、水弟８の実施例によれば、前記第５の実施例と同
様にエツチングガスを切り替えて供給することなく、エ
ツ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。

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、エツ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ツチング膜を寸法精度良く
加工することができる。

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
ェハ６に電荷が蓄積されず、エツ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ツチングを行な
うことができる。

なお、この場合は、前記第６の実施例と同様にエツチン
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ツチング腋点判定を行なう
ときには、エツ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。

次に、本発明の第９の実施例を第１８図により説明する
。

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、ｗＩＪ１８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図と同様にウェ
ハ６と放電空間３５との間にグリッド電極を用けている
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
接続しである。

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。

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３
５にブロー放電が生じてエツチングガスがプラズマ化さ
れる。

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ェハ６に
達して、ウェハ６の被エツチング材をエツチングする。

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、ウェハ６に対してエツチング作用が優位
に生じる。加速電圧が臨界電位より小さいときは、ウェ
ハ６の表面（エツチング側面も含む、）に保護膜を形成
する堆積作用が優位に生じる。このエツチング工程と堆
積工程とを交互に行なうことにより、ウェハ６の被エツ
チング材が段階的にエツチングされる。

以上、水弟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、エツチング工程
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。

また、前記第５の実施例と同様にウェハ６のエツチング
側面を保護膜で保護しながら段階的にエツチングできる
ので、パターン寸法幅に比べて深さあるいは高さの高い
被エツチング材を寸法精度良く加工することができる。

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ツチングできる
ので、エツチングの終点判定が容易に行なえる。

次に１本発明の第１０の実施例を第１９図により説明す
る。

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。

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である。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　〜１３．５６ＭＨｚ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。

上記のように構成したプラズマ処理装置、この場合、ニ
ー２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内にエツチングガスを供給
し、図示しない排気装置によリ真空処理容器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３Ｂに高周波電圧を印
加する。

これにより、放電管３７内のエツチングガスがプラズマ
化され、プラズマは真空処理容器３０の空間３５ａ部に
導入される。

このとき、マツチングボックス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１
５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。

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、エツチング工程と堆積工程とが交互
に行なわれ、ウェハ６の被エツチング材が段階的にエツ
チングされる。

以上１水弟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。

また、末弟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ツチングを行なうことができる。

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。

また、本実施例ではポリシリコンのエツチングガスとし
て、臨界電位を有しないＳＦ、と、臨界電位を有するＣ
ｔＣＪｌりＦ３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１組み合わ
せでも良いことはいうまでもない１例えば、臨界電位を
有しないＳＦ＠と、臨界電位を有するＣ２　Ｃ１４Ｆ２
　　（商品名：フロン１１４）、００文。、またはＣ４
Ｆ８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。

また、エツチングガスの混合成分を二つに限るものでは
なく、少くとも一成分が臨界電位を有するものであれば
、三成分以上から成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。

また、本実施例ではポリシリコンのエツチングの例を示
したが、Ａ５Ｌｅｉ、線膜のエツチングにも適用可能で
ある。この場合、エツチングガスとしては、臨界電位を
有しない塩素ガス（Ｃ見２）と臨界電位を有するＣＣｌ
４との混合ガス、さらに被エツチング材の表面の酸化膜
を高速エツチングするためのＢＣｕ、を加えた三成分混
合ガスを用いれば良い、また、臨界電位を有するＣＣ１
ａの代わりにＣＦ　４　＋　Ｃ２Ｆ　Ｇ　＋　Ｃ４Ｆ　
８または５ｉＣＩＬ４等を用いても良い。

なお、第２図において、具体的数値を示さなかったが、
エツチング速度または堆積速度、および臨界電位は、エ
ツチングガスの種類、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。

また、本実施例ではエツ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、最終的なエツチングの終了
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、エツチングダメージ
をさらに減少できる。

また１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、各段階でのエツチング状態お
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。

さらに１本実施例ではエツチングを行なう場合について
述べたが、エツ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、成膜とエツ
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。

〔発明の効果〕

本発明によれば、臨界電位を有するガスをプラズマ化し
、イオンの加速電圧を臨界電位をはさんで変化させるこ
とで、ガスの切り替えを行なうことなく、エツチング工
程と成膜工程とを交互に生じさせることができるので、
プラズマ処理時間を短縮することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は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、第２図は処理ガスにおけるバイアス電圧とエ
ツチング速度または堆積速度との関係を示す線図、第３
図は第１図の装置による加速電圧の印加パターン図２第
４図はバイアス電圧を変えない場合のエツチング状態を
示す図、第５図および第６図は本発明によるエツチング
状態を示す図、第７図は本発明の第２の実施例であるプ
ラズマ処理装置を示す構成図、第８図は第７図の装置に
よる加速電圧の印加パターン図、第９図は本発明の第３
の実施例であるプラズマ処理装置を示す構成図、第１０
図は第９図の装置による加速電圧の印加パターン図、第
１１図は本発明の第４の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図、第１２図は第１１図の装置による加速電
圧の印加パターン図、第１３図は本発明の第５の実施例
であるプラズマ処理装置を示す構成図、第１４図は本発
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
、第１５図は本発明の第７の実施例であるプラズマ処理
装置を示す構成図、第１６図は本発明の第８の実施例で
あるプラズマ処理装置を示す構成図、第１７図は第１６
図の装置による加速電圧の印加パターン図、第１８図は
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。第１９図は本発明の第１０の実施例であるプラズマ処理
装置を示す図である。１−−−−−一放電管、５−−−−−一電極、６　、８
ａ　−−−−−−ウエハ、８−−−−−−マグネトロン
、１０−−−−−一電磁コイル、１２−−−−−−マツ
チングボックス、１３　、１３ａ−−−−一高周波電源
、１５−−−−−一直流電源、＋８−−−−−一出力電
圧制御装置、１７−−−−−−出力波形制御装置、　２
２−−−−−−マツチングボックス、２３　、２３ａ　
−−−−−一高周波電源、　２４−−−−−一出力電圧
制御手段、　２５−−−−−一合成器、２Ｂ−−−−−
一交流波３３　、３４−−−−−一電極、３Ｂ−−−−
−−コンデンサ、３７−−−−−−放電管、３８−−−
−−−コイル、３９−−−−−高周波電源代理人　弁理士　　小　川　勝　男− Ｃ。（７・第４図　　　　第５圀　　　オ６図第２図第３因第８図オフ図４１１図第１２図１１３図１１４図オ１５囚オ１６図

Claims

【特許請求の範囲】１、臨界電位を有するガスを減圧下でプラズマ化する工
程と、試料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る工程とを有す
るプラズマ処理方法。２、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
られる特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理方法。３、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
る特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理方法。４、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
圧で与えられる特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処
理方法。５、前記加速電圧は直流電圧で与えられる特許請求の範
囲第１項記載のプラズマ処理方法。６、前記加速電圧は前記試料の試料台に印加する電圧、
または前記試料と前記プラズマとの間に設けたグリッド
電極に印加する電圧でなる特許請求の範囲第１項記載の
プラズマ処理方法。７、前記加速電圧は前記臨界電位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特許請求の範
囲第１項記載のプラズマ処理方法。８、前記エッチング作用の時間は前記試料に生じるアン
ダーカットが許容値内に入る時間とし、前記堆積作用の
時間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する特許請
求の範囲第７項記載のプラズマ処理方法。９、前記試料がポリシリコンの場合、前記ガスはＣ＿２
Ｃｌ＿３Ｆ＿３、Ｃ＿２Ｃｌ＿４Ｆ＿２、ＣＣｌ＿４、
またはＣ＿４Ｆ＿８のいずれかの単独ガスもしくはＳＦ
＿６またはＮＦ＿３との混合ガスであり、前記試料がア
ルミニウムの場合、前記ガスはＣＣｌ＿４、ＣＦ＿４、
Ｃ＿２Ｆ＿６、Ｃ＿４Ｆ＿８またはＳｉＣｌ＿４のいず
れかの単独ガスもしくはＣｌ＿２との混合ガスである特
許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理方法。１０、臨界電位を有するガスを減圧下でプラズマ化する
手段と、試料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る手段とを有す
るプラズマ処理装置。１１、前記加速電圧は直流電源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源とにより与えられる特
許請求の範囲第１０項記載のプラズマ処理装置。１２、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源により与
えられる特許請求の範囲第１０項記載のプラズマ処理装
置。１３、前記加速電圧は低周波の交流電源とプラズマ中の
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源とにより与え
られる特許請求の範囲第１０項記載のプラズマ処理装置
。１４、前記加速電圧は直流電源により与えられる特許請
求の範囲第１０項記載のプラズマ処理装置。１５、前記加速電圧は前記試料の試料台に印加する電源
、または前記試料と前記プラズマとの間に設けたグリッ
ド電極に印加する電源により与えられる特許請求の範囲
第１０項記載のプラズマ処理装置。１６、前記加速電圧は前記臨界電位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特許請求の
範囲第１０項記載のプラズマ処理装置。１７、前記試料がポリシリコンの場合、前記ガスはＣ＿
２Ｃｌ＿３Ｆ＿３、Ｃ＿２Ｃｌ＿４Ｆ＿２、ＣＣｌ＿４
、またはＣ＿４Ｆ＿８のいずれかの単独ガスもしくはＳ
Ｆ＿６またはＮＦ＿３との混合ガスであり、前記試料が
アルミニウムの場合、前記ガスはＣＣｌ＿４、ＣＦ＿４
、Ｃ＿２Ｆ＿６、Ｃ＿４Ｆ＿８またはＳｉＣｌ＿４のい
ずれかの単独ガスもしくはＣｌ＿２との混合ガスである
特許請求の範囲第１０項記載のプラズマ処理装置。