CN1164122A - 等离子处理机及其处理方法 - Google Patents

Abstract

在大直径试样进行微细图形精密加工，提高微细加工时选择比的等离子处理装置及等离子处理方法。在具有真空处理室，试样台，以及等离子生成装置的等离子处理装置中，还有在一对电极之间的50至200MH_ZVHF电源的高频电源，以及产生10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场的磁场形成装置。为使磁场沿下电极方向成分的最大部分位于上部电极面上或者偏向上部电极一侧，适当设定上述磁场形成装置，在上述一对电极间，形成电子回旋加速共振区。

Description

等离子处理机及其处理方法

本发明涉及等离子处理机和处理方法，尤其涉及适合于半导体制造工艺中形成微细图形的等离子处理机和处理方法。

随着半导体器件集成度的提高，要求进一步提高微细加工效率和处理速度，为此必须降低等离子处理的气压和提高等离子体密度。

降低气压和提高等离子体密度的方法有许多种，例如：(1)利用微波(2.45GHz)电磁场和静磁场(875高斯)的回旋加速共振现象(简称ECR)；(2)利用RF(射频)电源来激励线圈，生成感应电磁场，发生等离子体(简称ICP)。

但在用碳氟化合物(fluorocarbon)系气体来刻蚀氧化膜类的薄膜时，目前利用(1)的ECR方式和(2)的ICP方式，气体离解过度，很难提高与底层的Si或SiN的选择比。

另一方面，在平行平板间加射频电压来发生等离子体的原有方法，很难在10Pa以下的压力下稳定地放电。

解决上述困难的方法有以下两个：

(3)特开平7-297175号公报和特开平3-204925号公报所示的双频激励法，即利用数十MHz以上高频电压来生成等离子体，利用数MHz以下的低频来进行试样偏压控制；

(4)特开平2-312231号公报所示的磁控管RIE(简称M-RIE)法，即在与试样表面上感应的自偏压电场(E)相交叉的方向上施加磁场B，利用电子洛伦兹力的电子抑制作用。

另外，特开昭56-13480号公报所述的方法是在低气压下增加等离子体密度。这是灵活利用由电磁波的微波(2.45GHz)和静磁场(875高斯)所形成的电子回旋加速共振(ECR)，即使0.1-1Pa的低气压也能获得很高的等离子体密度。

另一方面，在利用等离子体进行半导体腐蚀处理和成膜处理等的技术方面，采用这样的处理装置，该装置对放置被处理试样(例如半导体晶片衬底，以下简称试样)的试样台，准备了对等离子体中的离子进行加速的高频电源，以及利用静电吸力来把试样固定在试样台上的静电吸附膜。

例如，USP5,320,982号说明书所述的装置，用微波来产生等离子体，利用静电吸附力来把试样固定到试样台上，同时在试样和试样台之间通过导热气体来控制试样的温度，另一方面，把正弦波输出的高频电源作为偏压电源，把该电源连接到试样台上，对射入试样内的离子能量进行控制。

另外，如特开昭62-280378号公报所述，生成一种脉冲状的离子控制偏压波形来使等离子体电极之间的电场强度保持一定，把该偏压加在试样台上，这样即可缩小射入试样内的离子能量的分布宽度，可以使刻蚀加工尺寸精度和被处理膜与底层材料的刻蚀速度比提高数倍。

再者，如特开平6-61182号公报所述，利用电子回旋加速共振来产生等离子体，把脉冲占空系数为0.1％以上的宽度的脉冲偏压加到试样上，防止产生“凹槽”(notch)。

在上述现有技术中，特开平7-288195号公报和特开平7-297175号公报所述的等离子体发生方式，是利用13.56MHz和数十MHz的高频来生成等离子体。利用数十-5Pa(帕斯卡)的气压，可以生成适合于氧化膜刻蚀的良好等离子体。但是，随着图形尺寸的微细化(0.2μm以下)，更迫切需要使被处理图形的线条上下垂直。因此，必须降低气压。

但是，利用上述双频激励法和M-RIE法，在4Pa以下(0.4-4Pa)时很难生成5×10¹⁰cm^-3以上的所需密度的等离子体。例如，利用上述双频激励法，即使提高等离子激励频率，也不能在50MHz以上使等离子体密度提高，反而出现下降现象，很难在0.4-4Pa的低压下使等离子体密度达到5×10¹⁰cm^-3以上。

再者，利用M-RIE法时，试样表面上产生的电子劳伦兹力引起电子抑制作用，依靠这种作用而生成的等离子体密度应当在整个试样上均匀一致。但是，其缺点是，E×B的漂移，一般会造成等离子体密度在面内发生偏移。在电子的抑制作用下直接在试样表面上形成的等离子体密度的偏移，发生在电场强度大的试样近旁的外膜(sheath)附近，所以用扩散等方法无法修正。

其解决办法如特开平7-288195号公报所述，在由E×B造成的电子漂移方向上放置磁铁，以减弱磁场强度，这样以来，与试样相平行的磁场的最大值，即使加上200高斯，也可以获得没有偏移的均匀等离子体。但是，其缺点是：电场强度分布一旦固定，则形成均匀等离子体的条件就被限定在某一特定的狭窄的范围内，因此，不容易根据处理条件的变化再做必要的调整。尤其是Ф300mm以上的大型试样，电极间的距离很窄，为20mm以下时，试样中央部上的压力比试样端部上的压力大10％以上，为了避免试样上的压力差，要把试样台和对面电极间的间隔设定在30mm以上时，困难更大。

这样，利用上述双频激励法和M-RIE法，在0.4-4Pa的低压下很难使5×10¹⁰cm^-3的等离子体密度在Ф300mm的试样平面内达到均匀一致。所以，利用双频激励法和M-RIE法，对Ф300mm以上的大型晶片，很难以0.2μm以下线宽的工艺进行均匀而高效的加工，很难提高与底层(Si或SiN)的选择比。

另一方面，为了在低气压下大幅度提高等离子体密度，可以采用上述现有技术中的特开昭56-13480号公报所述的方法。但是，其缺点是：气体离解过度(快)，利用含有氟和碳的气体来腐蚀氧化硅和氮化硅膜等时，大量产生氟原子/分子和氟离子，达不到所需的与底层(Si等)的选择比。利用射频功率的感应电磁场的ICP法，也和上述ECR法一样，具有离解过快的缺点。

再者，一般采用的结构是，处理气体从试样的周围排放，这时试样中央部的密度高，周围部的密度低，其缺点是，整个试样面上的处理均匀性受到影响。为克服这一缺点，在试样的周围附近设置环状围堤(聚集环)，使气流停止。但缺点是围堤上附着反应生成物，形成杂质发生源，使产品合格率降低。

另一方面，为了控制射入试样的离子能量，把正弦波的射频偏压加在放置试样的电极上。其频率采用数百KHz至13.56MHz。用这一频带时，  由于离子随外膜(sheath)内的电场变化而变化，所以射入的离子的能量呈双峰形，即具有低能侧的和高能侧的两个峰值。其缺点是：高能侧的离子处理速度快，对试样造成损伤；低能侧的离子处理速度慢。要消除损伤就要降低速度；要提高处理速度就要造成损伤。另一方面，若把射频偏压频率提高到50MHz以上，则射入的能量分布整齐，接近于单一峰值，其大部分能量被用于生成等离子体，外膜(sheath)上所加的电压大幅度下降，所以，很难单独控制射入离子的能量。

在上述现有技术中，特开昭62-280378号公报和特开平6-61182号公报所述的脉冲偏压电源方式，若对于在试样台电极和试样之间使用静电吸附介质层，在试样上加脉冲偏压，未能充分探讨研究，原封不动的用于静电吸附方式，则随着离子电流的流入，静电吸附膜的两端间发生的电压增加，造成等离子体和试样表面间所加的离子加速电压下降，离子能量分布扩展，因此其缺点是，不能以充分控制试样温度的方法来适应所需的微细图形处理。

另外，采用USP5,320,982号说明书所述的原有正弦波输出偏压电源方式时，若提高频率，则外膜(sheath)部的阻抗接近或低于等离子体本身的阻抗，因此，其缺点是：在偏压电源作用下在试样近旁的外层附近产生不需要的等离子体，不能有效地利用于加速离子，同时等离子体分布也恶化，不能用偏压电源来控制离子能量。

再者，在等离子处理中，对离子量、原子团量和原子团种类进行适当的控制，这对提高性能是很重要的。但是，过去是把作为离子源和原子团源的气体送入处理室内，在处理室内生成等离子体，同时生成离子和原子团。所以，随着被处理试样向微细化发展，要进行上述控制所受到的限制越来越明显。

本发明的目的在于提供这样一种等离子处理装置和处理方法，即不出现气体离解过度现象，在Ф300mm以上的大晶片范围内能获得均匀的等离子体，从而容易对大晶片试样的微细图形进行精密加工。

本发明的另一目的在于提供一种尤其能在整个大晶片上均匀且高效地进行氧化膜处理的等离子处理机和处理方法。

本发明的另一目的在于提供一种提高试样中绝缘膜(例如SiO₂，SiN、BPSG等)等离子体处理的选择比的等离子处理机和处理方法。

本发明的另一目的在于提供一种离子能量分布窄、稳定、低损伤、易控制的、可提高等离子体处理选择比的等离子处理机和方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过试样静电吸附来改善温度可控制性，有精密而稳定地处理所需微细图形的等离子体处理机和方法。

本发明的另一目的在于提供一种可独立控制离子和原子团的等离子处理机和方法。

本发明的特征在于，具有下列内容：

等离子处理机具有真空处理室、包含一对电极的等离子体生成装置、带放置面的试样台(用于放置要在真空处理室内处理的试样)以及对上述真空处理室进行减压的减压装置。在等离子处理机中，另外还具有高频电源和磁场形成装置。

高频电源，用于在上述一对电极间加30MHz至300MHz的VHF频带的高频功率；

磁场形成装置，用于在与上述高频电源在上述一对电极间或其附近所生成的电场相交叉的方向上，形成静磁场或低频磁场，

从而在上述一对电极间形成由上述磁场和上述电场相互作用而产生的电子回旋加速共振区。

本发明的特征还在于具有下列内容：

等离子处理机具有真空处理室、包含一对电极的等离子体生成装置、兼用作上述电极之一，同时用于放置在该真空室内处理的试样的试料台；以及对上述真空处理室抽真空的减压装置。等离子处理机中，另外还具有高频电源和磁场形成装置。

高频电源，用于在上述一对电极间加50MHz至200MHz的VHF频带的电源；以及

磁场形成装置，用于在与上述高频电源在上述一对电极间或其附近所产生的电场相交叉的方向上，形成17高斯以上72高斯以下的静磁场或低频磁场部分，

上述磁场沿着试样台面的方向上的成分中最大的部分，被设定在试样台对面一侧，使其离开上述两电极的中央，利用上述磁场和电场的相互作用在一对电极间形成电子回旋加速共振区。

本发明的另一特征在于，具有下列内容：

等离子处理机具有真空处理室、包含一对电极的等离子体生成装置、兼用作电极之一，同时用于放置在真空室内处理的试样的试样台、对上述真空室进行减压的减压装置。

利用上述的等离子处理装置，对其试样进行等离子处理的方法中包括以下步骤：

利用减压装置来使上述真空处理室内减压；

利用磁场形成装置在与上述一对电极间的电场相交叉的方向上形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场的部分；

利用高频电源在上述一对电极间加上30MHz至300MHz的VHF频带电源，利用上述磁场和高频电源产生的电场的相互作用在两电极之间形成电子回旋加速共振区；

利用由上述电子回旋加速共振而产生的等离子体来处理上述试样。

若采用本发明，则为了不出现气体离解过度现象，并获得在Ф300mm以上的大晶片时饱和离子电流分布为±5％以下的均匀等离子体，等离子体生成用高频电源采用30MHz至300MHz，最好是50MHz至200MHz的VHF电源。另一方面，在与上述高频电源在一对电极间生成的电场相交叉的方向上，形成静磁场或低频磁场。这样，在一对电极间，沿着试样台的试样放置面，离开两电极中央在试样台的对面一侧，利用磁场和电场的相互作用形成电子回旋加速共振区。利用由电子回旋加速共振所生成的等离子体来处理试样。

磁场具有10高斯以上110高斯以下，最好是17高斯以上72高斯以下的静磁场或低频(1KHz以下)磁场部分，气压定为0.4Pa至4Pa的低压。并且，两电极间的距离定为30至100mm，最好是30至60mm。另外，不言而喻，一对电极的面积应分别大于被处理试样的面积。

高频电源的频率f采用50MHz≤f≤200MHz的VHF，这样，等离子体密度比微波ECR时降低1-2个数量级。并且，气体离解也减少，不需要的氧原子/分子和离子的发生量也减少约1个数量级。由于采用VHF频率和回旋加速共振，所以，可以获得适当的高密度等离子体，密度绝对值为5×10¹⁰cm^-3，可在0.4-4Pa的低压下进行高速度处理。由于气体离解不过度，所以不会造成与Si或SiN等底层的选择比显著恶化。

与过去的13.56MHz的平行平板电极相比较，气体离解较少。这样使氟原子/分子和离子稍有增加，采取以下措施即可缓解，即在电极表面和处理室壁面上设置含硅和碳的物质，并进一步在其上面加偏压，利用含氢的气体来使氢与氟相结合，然后排放出去。

再者，若采用本发明，则可把与试样台相平行的磁场成分的最大的部分设定在离开两电极的中央的试样台对面一侧，与试样台的试样放置面上的试样相平行的磁场强度，设定在30高斯以下，最好是15高斯以下，这样，把在试样安放面附近作用于电子的劳伦兹力(E×B)设定为较小的值，可防止在试样安放面上的劳伦兹力产生离子漂移效应而造成的等离子体密度不均匀。

若采用本发明的另一特征，则可扩大电子回旋加速共振效应，使试样周围部以及其外侧的这种效应大于中央的效应，从而使试样周围部及其外侧附近比试样中央部附近生成更多的等离子体。减小电子回旋加速共振效应的方法是：扩大回旋加速共振区和试样之间的距离；取消回旋加速共振区；减小磁场与电场的直交程度。

另外，若提高回旋加速共振磁场Bc附近的磁场倾斜度，使ECR共振区域变窄，则可减小回旋加速共振效应。ECR共振区为Bc(1-a)≤B≤Bc(1+a)，但磁场强度B的范围变成0.05≤a≤0.1。

由于在ECR共振区内离解力强，所以离子生成尤其旺盛。另一方面，ECR共振区以外，离解力比ECR共振区弱，原子团的生成旺盛。通过调整ECR共振区的宽度和加在上部电极上的高频功率，可以更加独立地控制离子和原子团的发生，使其更适合于试样处理要求。

本发明的另一特征在于下面结构：

等离子处理机具有真空处理室；用于放置要在真空处理室内处理的试样的试样台；以及包括高频电源在内的等离子体生成装置。在等离子体处理装置中，还具有：

静电吸附装置，它利用静电吸附力把试样固定在试样台上；以及

加脉冲偏压装置，用于在试样上加脉冲偏压；

作为高频电源加上10MHz-500MHz的高频电压，同时把真空处理室的压力减小到0.5-4.0Pa。

本发明的另一特征在于，具有真空处理室、为放置要在真空处理室内处理的试样所用的试样台以及等离子体生成装置。在这种等离子体处理机中还具有：

静电吸附装置，用于依靠静电吸附力来把试样固定在试样台上；

加脉冲偏压装置，它连接在试样台上，用于在试样台上加脉冲偏压；以及

电压控制装置，用于抑制电压的变化，防止其随着加脉冲偏压而根据静电吸附装置的静电吸附容量发生相应的变化。

本发明的另一特征在于提供这样一种等离子体处理方法，其中包括以下处理程序步骤：

把试样放置在真空处理室内的互相对置的一对电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把试样固定在电极上；

把腐蚀气体送入已放置试样的处理室内；

对处理室抽真空，使其气压降低到0.5-4.0Pa；

加上10MHz-500MHz的高频电压，在上述压力下使腐蚀气体变成等离子体；

利用等离子体来腐蚀试样；以及

在上述一个电极上加脉冲偏压。

本发明的另一特征在于按照以下程序步骤来对上述试样中的绝缘膜(例如SiO₂、SiN、BPSG等)进行等离子处理，这些步骤是：

把试样放置在互相对置的二个电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把放上的试样固定到上述电极上；

把腐蚀气体送入已放置试样的处理室内的周围气体中；

使已送入的腐蚀气体变成等离子体；

用该等离子体来腐蚀上述试样；

腐蚀时在上述一个电极上加上述脉冲偏压，该偏压具有250V-800V的脉冲宽度和0.05-0.4的占空比。

若采用本发明的另一特征，则可在试样台上加规定特性的脉冲偏压电源，该试样台具有静电吸附装置，静电吸附装置上具有静电吸附介质层，这样可充分控制试样温度，稳定地处理所需的微细图形。也就是说，该处理机具有用静电吸附力把试样固定到试样台上的静电吸附装置和连接试样台并把脉冲偏压加到试样台上的加脉冲偏压装置，周期为0.2-2μs正向脉冲部分的占空比二分之一的脉冲偏压，通过电容元件加到试样上。

若采用本发明的另一特征，则电压抑制装置，用于抑制电压变化，即防止电压随着加脉冲偏压而与静电吸附装置的静电吸附容量相对应地发生变化，其构成方法是：利用脉冲一个周期中的静电吸附作用使加在介质层两端上的电压变化小于脉冲偏压强度的二分之一。具体来说，也可采用这样的方法，即减小下部电极表面上的介质静电吸膜(chuck film)的厚度，介质采用介电常数大的材料。或者，缩短脉冲偏压周期，抑制介质层两端上的电压上升。

若采用本发明的另一特征，则进一步在试样腐蚀时在一个电极上加250V-1000V的脉冲宽度和0.05-0.4占空比的脉冲偏压，这样可以提高对试样中的绝缘膜(例如SiO₂、SiN、BPSG等)的等离子处理的选择性等。

本发明的另一特征在于具有下列结构：

等离子处理机具有真空处理室、用于放置要在真空处理室内处理的试样的试料台，以及等离子体生成装置。

在等离子处理装置中，还具有：

静电吸附装置，它借助静电吸附力把试样固定在试样台上；

加偏压装置，用于把偏压加到试样上；

原子团供给装置，它具有预先分解原子团发生用气体的装置，用于供应所需数量的原子团；

供气装置，用于向真空处理室供应离子发生用气体；以及

等离子体生成装置，用于在真空处理室中生成等离子体，

利用SiO₂作为试样。

本发明的另一特征在于，在具有真空处理室、为放置要在真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含高频电源的等离子体生成装置的等离子体处理装置中，还具有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把试样固定到试样台上；

加脉冲偏压装置，用于把脉冲偏压加到试样上；

原子团发生用等离子体供应装置，用于在上述真空处理室内预先把原子团发生用气体变成等离子体，并供应所需数量的原子团；以及

上述等离子体生成装置，用于供应离子发生用气体，生成等离子体，

对上述高频电源加10MHz-500MHz的高频电压，同时使真空处理室的压力降低到0.5-4.0Pa。

若采用本发明的另一特征，则可独立地控制离子和原子团的量和质，在具有静电吸附装置(其中有静电吸附介质层)的试样台上加上规定特性的脉冲状脉冲电源，从而能充分控制试样温度，稳定地处理所需微细图形。

能进一步独立地控制离子和原子团的量和质，获得狭窄的离子能量分布，能稳定地、准确地提高等离子处理的选择性等。

再者，电压控制装置，可独立地控制离子和原子团的量和质，能抑制电压随着加脉冲电压而与静电吸附装置的静电吸附容量相对应地发生变化，其结构方式是，利用脉冲一个周期中的静电吸附作用使介质层两端上的电压变化小于脉冲偏压大小的二分之一。具体来说，可减小下部电极表面上的介质静电吸附膜的厚度，介质采用介电常数大的材料。或者缩短脉冲偏压周期，抑制介质层两端上的电压上升。

若采用本发明的另一特征，则可独立地控制离子和原子团的量和质，在试样腐蚀时、在一个电极上加上250V-1000V的脉冲宽度和0.05-0.4的占空比的脉冲偏压，以此来提高试样中的绝缘膜(例如SiO₂、SiN、BPSG等)与底层的等离子处理的选择性等。

若采用本发明的另一特征，则可独立地控制离子和原子团的量和质，等离子体发生用的高频电源采用10MHz-500MHz的高频电压，处理室内的气压设定为0.5-4.0Pa。这样可以获得稳定的等离子体。并且，利用这种高频电压可以改善气体等离子体的电离，便于控制试样加工时的选择比。

[图1]

是作为本发明的一个实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图2]表示在加有能生成电子回旋加速共振的磁场的状态下，改变为产生等离子的高频电源的频率时等离子密度变化的一例。

[图3]

表示在回旋加速共振时和无共振时，电子从高频电场得到的能量增益K的状况。

[图4]

表示把磁控管放电电极的上电极接地，在下部电极上加上磁场B的同时又加上高频功率时磁场强度、和试样上感应的离子加速电压VDC、及试样内的感应电压的误差ΔV的关系。

[图5]

是图1的等离子刻蚀装置的磁场特性说明图。

[图6]

是图1的等离子刻蚀装置的ECR区的说明图。

[图7]

是本发明的脉冲偏压电源中使用的理想的输出波形的例子。

[图8]

是脉冲占空比(T₁/T₀)为一定，使T₀变化时，试样表面的电位波形和离子能量的概率分布图。

[图9]

是脉冲占空比为一定，使T₀变化时，试样表面的电位波形和离子能量的概率分布图。

[图10]

是脉冲断路(T₀-T₁)期间和静电吸附膜两端间所产生的电压的一个周期中的最大电压V_cm的关系图。

[图11]

是脉冲占空比和(V_DC/V_p)的关系图。

[图12]

表示对用氯气等进行离子化时硅和氧化膜的刻蚀速率ESi及ESiO₂的离子能量的依存性。

[图13]

表示作为氧化膜的刻蚀例，当把CF₄气体等离子化时，氧化膜和硅的刻蚀速率ESiO₂及ESi与离子能量分布的关系。

[图14]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图15]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图16]

是图15的等离子刻蚀装置的磁场分布特性的说明图。

[图17]

是图15的等离子刻蚀装置的ECR区的说明图。

[图18]

是作为本发明其他实施例的等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图19]

是图18的等离子刻蚀装置的磁场分布特性的说明图。

[图20]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图21]

是本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图22]

是图21的等离子刻蚀装置的磁场分布特性说明图。

[图23]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的重要部分的横截面图。

[图24]

是图23的等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图25]

是磁场形成装置的其他实施例示图。

[图26]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图27]

是作为本发明的其他实施例的二电极型的等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图28]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图29]

是图28的等离子刻蚀装置的磁场分布特性的说明图。

[图30]

是作为本发明的其他实施例的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图31]

是改良后的图1所示的二电极型等离子刻蚀装置的其他实施例的纵截面图。

[图32]

图32是产生等离子电源的频率和稳定放电最低气压的关系图。

[图33]

是脉冲偏压电源的频率和累积功率之间的关系示图。

[图34]

是把本发明用于外部能量供给放电方式中的电感耦合放电方式无磁场型等离子刻蚀装置中的例子的纵截面图。

[图35]

是作为本发明的其他实施例的等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图36]

是本发明用于微波等离子处理装置时部分纵截面的正面图。

[图37]

是作为本发明的其他实施例的等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图38]

是作为本发明的其他实施例的等离子处理装置的一部分纵截面的正面图。

[图39]

是作为本发明的其他实施例的可以单独控制离子和原子团的二电极型等离子刻蚀装置的纵截面图。

[图40]

是作为本发明的其他实施例的能够单独控制离子和原子团的二电极型等离子刻蚀装置的部分详细图。

若采用本发明，则可以提供在φ300mm以上的大直径试样上，容易加工出微细精密的图形，而且微细加工时的选择比也可提高的等离子处理装置及等离子处理方法。还能提供，在大直径试样的整个面上能进行均匀而高速的处理、特别是氧化膜处理的等离子处理装置及其处理方法。

若采用本发明，则还能提供能提高对试样中的绝缘膜(例如SiO₂、SiN、BPSG等)的等离子处理的选择性的等离子处理装置及等离子处理方法。

再者还能够提供，可控制性好并且能量分布窄的，等离子处理的选择性高的等离子处理装置及等离子处理方法。

还可提供，在使用具有静电吸附用介质层的试样台时，可控制性好、离子能量分布窄、等离子处理选择性等高的等离子处理装置及等离子处理方法。

再者，还可提供通过独立控制离子和原子团的质和量，可降低等离子处理装置的处理室内的压力，容易进行微细图形的精密加工，并且可提高微细加工时的选择比的等离子处理装置及等离子处理方法。

再者，还可提供，通过独立控制离子和原子团的质和量，可提高对试样中的绝缘膜(例如SiO₂、SiN、BPSG等)的等离子处理的选择性的等离子处理装置及等离子处理方法。

以下说明本发明的实施例。首先图1中表示第1实施例，即本发明用于对面电极型等离子体腐蚀机。

在图1中，作为真空容器的处理室10具有由上部电极12和下部电极15构成的一对对面电极。在下部电极15上放置试样40。在处理Ф300mm以上的大试样时为使试样面上的压力差不超过10％，两个电极12、15之间的间隙最好设定在30mm以上。并且，为减少氟原子、分子和离子，从有效利用上部、下部电极表面上的反应考虑，该间隙宜设定为100mm以下，最好是60mm以下。在上部电极12上连接高频电源16，以便通过匹配箱162提供高频能量。161是高频电源调制信号源。在上部电极12和地之间连接滤波器165，该滤波器165对偏压电源17的频率成分是低阻抗；对高频电源16的频率成分是高阻抗。

上部电极12的表面积大于被处理试样40的面积，通过加偏压电源17可使电压高效率地加到试样面上的外膜上。

在上部电极12的下侧表面上设置了上部电极罩30作为除氟板，它由硅、碳或SiC构成。并且，在上部电极12的上部设置气体导入室34，其中包括气体扩散板32，用于使气体按规定分布状态进行扩散。试样腐蚀等处理所需的气体，从供气部36经过气体导入室34的气体扩散板32、上部电极12和上部电极罩30上的孔38送入处理室10内。通过阀门14与外室11相连接的真空泵18对外室11进行真空排气，把处理室10的气压调整到试样处理所需的压力。为了提高等离子体密度同时使处理室中的反应均匀一致，在处理室10的周围设置了抑制放电用的圆环37。在抑制放电用的圆环37上设置了排气用的间隙。

在上部电极12的上部设置了磁场形成装置200，用于形成与试样40的面相平行的磁场，同时该磁场垂直于在电极间形成的电场E。磁场形成装置200具有磁心201，电磁线圈202和绝缘体203。上部电极12的结构材料是非磁性导电体，例如铝和铝合金。处理室10的结构材料是非磁性材料，例如铝和铝合金、氧化铝、石英、SiC等。磁心201采用轴旋转对称结构，其断面大体上呈E字型，分为磁心部201A、201B，形成的磁场B是，磁通从处理室10的中央上部射向上部电极12，沿上部电极12大致平行地向外圆方向延伸。由磁场形成装置200在两电极间生成的磁场具有10高斯以上110高斯以下、最好是17高斯以上72高斯以下的静磁场、或低频磁场(1KHz以下)的产生回旋加速共振的部分。

产生回旋加速共振的磁场强度Bc(高斯)，众所周知，与等离子体生成高频频率f(MHz)之间具有Bc＝0.357×f(MHz)的关系。

本发明中的2个电极12、15是互相对置的一对电极，实质上只要二者互相平行即可，根据等离子体生成特性等要求，电极12、15也可以具有一定的凹面或凸面。其特征是，这种双电极容易使电极间的电场分布均匀一致，通过提高与该电场直交的磁场的均匀性，比较容易借助于回旋加速共振作用均匀地生成等离子体。

放置并固定试样40的下部电极15具有双极式静电吸盘20。也就是说，下部电极15由外侧的第1下部电极15A、和通过绝缘体21设置在其内侧上部的第2下部电极15B构成，在第1、第2两个下部电极的上表面上设置了静电吸附用介质层(以下简称静电吸附膜)22。在第1、第2两个下部电极之间，通过高频成分滤波用的线圈24A、24B连接直流电源23。在两个下部电极之间加上直流电压，使第2下部电极15B一侧为正极。这样，通过静电吸附膜22作用于试样40和两下部电极之间的库仑力能把试样40吸附并固定在下部电极15上。静电吸附膜22可以使用氧化铝和氧化铝与氧化钛相混合的介质等。并且，电源23使用数百伏的直流电源。

另外，为供应20V-1000V的宽度的脉冲偏压所用的脉冲偏压电源17，分别通过消除直流成分的隔直流电容器19A、19B，连接到下部电极15(15A、15B)上。

在此之前，对静电吸盘按双极方式进行了说明，但也可采用其他方式的静电吸盘，例如单极式和n极式(n≥3)。

在进行腐蚀处理时，欲处理的试样40被放置在处理室10的下部电极15上，被静电吸盘20吸附。另一方面，试样40腐蚀处理时所需的气体从供气部36经过气体导入室34被送入到处理室10内。用真空泵18对外室11进行真空排气，使处理室10的气压降低到例如0.4-4.0Pa(帕斯卡)。然后，从高频电源16输出30MHz-300MHz，最好是50MHz-200MHz的高频功率，使处理室10的处理气体变成等离子体。

利用30-300MHz高频功率和由磁场形成装置200生成的10高斯以上110高斯以下的静磁场的部分，在上部电极12和下部电极15之间产生电子回旋加速共振，这时，生成0.4-4.0Pa的低气压高密度等离子体。

另外，从脉冲偏压电源17向下部电极15加脉冲偏压，该偏压为电压20V-1000V，周期为0.1μs-10μs，最好是0.2μs-5μs，正脉冲部分的占空比为0.05-0.4，以控制等离子体中的电子和离子，对试样40进行腐蚀处理。

腐蚀气体，在由气体扩散板32使其达到所需的分布后，通过上部电极12和上部电极罩30上制作的孔38注入到处理室10内。

再者，上部电极罩30采用碳或硅，或者含有碳或硅的材料，以便消除氟和氧成分，提高光刻胶或硅等与底层的选择比。

为了提高大试样的微细加工效率，等离子体发生用高频电源16可采用更高的频率，以提高在低气压区内放电的稳定性。本发明为了在0.4Pa-4Pa的低气压下以5×10¹⁰-5×10¹¹cm^-3的等离子体密度而且不出现气体离解过度现象的条件下获得对大试样均匀的等离子体，在上部电极12上连接等离子生成用高频电源16。另一方面，在放置试样的下部电极15上连接离子能量控制用偏压电源17，将这两个电极间的距离设定为30-100mm。

等离子体生成用高频电源16采用30MHz-300MHz，最好是采用50MHz-200MHz的VHF，利用10高斯以上110高斯以下，最好是17高斯以上72高斯以下的静磁场或低频(1KHz以下)磁场部分的相互作用，使上部电极12和下部电极15之间产生电子回旋加速共振。

在图2中表示在加上产生电子回旋共振的磁场的状态下，改变生成等离子体的高频电源的频率时的等离子体密度变化的例子。供给气体为氩气中加C₄F₈ 2-10％的气体，处理室的压力为1Pa。等离子体密度以f＝2450MHz的微波ECR时为1，是标准值。图中虚线表示无磁场时得到的结果。

在50MHz≤f≤200MHz时，等离子体密度比微波ECR时低1-2个数量级。并且气体离解也较少，发生的不需要的氟原子/分子和离子也低1个数量级以上。利用该VHF频带的频率和回旋加速共振，可以获得等离子体密度绝对值为5×10¹⁰cm^-3以上的适当的高密度等离子体，在0.4-4Pa的低压下可以高速进行处理。而且，由于气体离解也不过度，因此，对SiO₂等绝缘膜来说，与Si和SiN等底层的选择比没有明显降低。

在50MHz≤f≤200MHz时，与过去的13.56MHz的平行平板电极相比气体离解稍多，但由此形成的氟原子/分子和离子增加极少，这种状况可通过在电极表面和容器壁面上设置含硅和碳的物质而得到改善。或者，进一步在该电极表面和容器壁面上加偏压，使氟与碳和硅化合后排出，或者利用含氢的气体使氢与氟化合后排出，予以改善。

若高频电源的频率为200MHz以上，尤其为300MHz以上，则等离子体密度提高，但气体离解过度，氟原子/分子和离子增加过多，Si和SiN等与底层的选择比明显降低，因此不希望这样做。

图3表示在回旋加速共振时和无共振时电子从高频电场中得到的能量增益K。无磁场时假定高频的1个周期中电子得到的能量为e0，在加上回旋加速共振磁场Bc＝2πf·(m/e)时，高频的1个周期中电子得到的能量为e1，这时，e1、e0可按下数式1计算。 $e_0=\frac{e^2{E}^2}{2m}\left(\frac{\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\ω}}^2+{\mathrm{\γ}}^2}\right)$ $e_1=\frac{e^2{E}^2\mathrm{\γ}}{4m}(\frac{1}{{\mathrm{\γ}}^2+{(\mathrm{\ω}-\mathrm{\ωc})}^2}+\frac{1}{{\mathrm{\γ}}^2+{(\mathrm{\ω}+\mathrm{\ωc})}^2})$ ……数式1

式中：E为电场强度

当假定其比(＝e1/e0)为K时，K可由下式表示。式中m：电子的质量，e：电子的电荷，f：所加频率

K＝(1/2)(γ²+ω²){1/(γ²+(ω-ωc)²)+(1/(γ²+(ω+ωc)²))}

式中：γ：碰撞频率，

ω：激励角频率

ωc：回旋加速角频率一般来说，K值随气压降低，频率升高而增大。图3表示Ar(氩)气的情况，在压力＝1Pa时，f≥50MHz，K≥150，与无磁场时相比，在低气压下也能促进离解。回旋加速共振效应在压力＝1Pa时在20MHz以下的频率时急剧减小。即使从图2所示的特性中也可以看出，在30MHz以下的频率时，与无磁场时的差别很小，回旋加速共振效应很小。

再者，若降低气压，则回旋加速共振效应提高，但在1Pa以下时等离子体的电子温度升高，离解过度的负效应增大。为了抑制气体过度的离解，而且把等离子体密度提高到5×10¹⁰cm^-3以上，气体压力可设定在0.4Pa～4Pa，最好是1Pa～4Pa。

为发挥回旋加速共振效应，必须把K值设定在数十以上。从图2和图3中也可以看出：为了不出现气体离解过度现象，有效地利用回旋加速共振效应，气压为0.4Pa～4Pa时，等离子体生成用高频电源必须采用30～300MHz，最好是50～200MHz的VHF。

图4表示在过去的磁控管方式容器内，对上部电极接地，在下部电极上加上均匀的横向磁场B，同时加上68MHz的高频功率时，出现由试样感应生成的离子加速电压VDC和试样内的感应电压VDC的偏差ΔV。若提高磁场B的强度，则作用于电子上的劳仑兹力使离子加速电压VDC减小，等离子体密度提高。但是，过去的磁控管放电型，由于磁场B的强度高达200高斯左右，所以，其缺点是：等离子体密度的面内均匀性降低，感应电压的偏差ΔV增大，试样的损伤增大。

从图4来看，与过去的磁控管放电型的200高斯时相比，为了使ΔV减小到1/5～1/10，磁场B的强度在试样面附近设定为30高斯以下，最好是15高斯以下。这对消除损伤是有利的。

回旋加速共振区形成在上部电极12和下部电极15的中间，而且离开两个电极的中间位置，稍稍偏向上部电极一侧。图5表示横轴是从试样面(下部电极15)到上部电极12的距离；纵轴是磁场。图5的例子是，在所加频率f1＝100MHz，Bc＝37.5G、电极距离＝50mm的条件下ECR区形成在离试样面30mm左右的位置上。

这样，按照本发明，在上部电极12和下部电极15之间，与下部电极15(试样放置面)相平行的磁场成分的最大的部分被设定在上部电极面上，或者离开两个电极的正中间偏向上部电极一侧。这样，把与下部电极面上的试样相平行的磁场强度设定为30高斯以下，最好是15高斯以下，把在下部电极面附近作用于电子上的劳仑兹力(E×B)设定为较小的值，可以消除由下部电极面上的劳仑兹力形成的电子漂移效应所造成的等离子体密度的面内不均匀性。

若采用图1的实施例的磁场形成装置200，则如图6所示，ECR区除试样的中央部附近外，几乎都是形成在距下部电极15(试样放置面)基本相同高度的位置上。所以，对于大的试样来说，可以均匀地进行等离子处理。但是，在试样的中心附近，ECR区形成在比试样放置面高的位置上。由于ECR区和试样台之间有30mm以上的距离，所以在此间隔中离子和原子团进行扩散，形成平均化状态，因此，对通常的等离子处理来说没有问题。但是，为了对整个试样上均匀地进行等离子处理，  ECR区最好形成在离整个试样面相同高度的位置上，或者使试样外侧的ECR区比中心附近的ECR区更接近试样台侧一些。对这一措施以后详细说明。

如上所述，在图1所示的本发明的实施例中，等离子体发生用高频电源16使用30～300Mhz的高频功率，而且利用电子加速回旋共振来进行气体离解，所以，即使在处理室10内的气压为0.4Pa～4Pa的低压下也能获得稳定的等离子体。并且，由于空间电荷层中的离子碰撞减少，所以，在处理试样40时可以提高离子的方向性，可以提高垂直微细加工能力。

处理室10的周围，利用抑制放电用圆环37使等离子体集中在试样40附近，以提高等离子体密度，同时使抑制放电用圆环37外面的部分上附着的不必要淀积物减少到最低限度。

而且，抑制放电用圆环37采用碳和硅或SiC等半导体和导体材料。若把该抑制放电用圆环37连接到高频电源上，依靠离子产生溅射，则可减少淀积物在圆环37上的附着量，同时还具有除氟的效果。

另外，若在试样40周围的绝缘体13上设置碳和硅或含有碳和硅的接收器罩39，则在利用含氟气体对SiO₂等绝缘膜进行等离子处理时，可以去除氟，所以有助于提高选择比。在此情况下，若把接收器罩39的下部分的绝缘体13的厚度减小到0.5～5mm，使偏压电压17的一部分功率加到接收器罩39上，则可利用离子的溅射效应来提高上述效果。

利用直流电源23的电位，夹住介质静电吸附膜22，通过下部电极15(15A、15B)形成静电吸附电路。在此状态下试样40借助静电力的作用被固定在下部电极15上。把氦、氮、氩等导热气体供给到由静电力固定的试样40的背面上。导热气体充入下部电极15的凹部内。其压力设定为数百帕斯卡至数千帕斯卡。静电吸附力可被看作是在设有间隙的凹部之间几乎为零，仅在下部电极15的凸部处产生静电吸附力。但是，如后所述、在直流电源23内适当设定电压，可以设定出适当的吸附力，使其能充分经受导热气体的压力，所以，导热气体不会使试样40移动或飞出。

但是，静电吸附膜22的作用会减小脉冲偏压对等离子体中的离子的偏置作用。即使利用正弦波电源加偏压的过去的方法也有这种作用。但不明显。不过，对于脉冲偏压来说，由于要牺牲离子能量宽度较窄这一特点，所以出现很大问题。

本发明的一个特征在于，为了抑制随着加脉冲偏压而在静电吸附膜22的两端之间产生的电压上升现象，提高脉冲偏压的效果，特设置了电压抑制装置。

作为电压抑制装置的一例可采用具有以下作用的结构，即随着加脉冲偏压而在静电吸附膜的两端之间产生的偏压的一个周期中的电压变化(V_cm)相当于脉冲偏压的大小(V_p)的1/2以下。具体的方法是减小下部电极15的表面上所设置的由介质构成的静电吸附膜的厚度，或者采用介电常数大的材料作为介质，以增大介质的静电电容。

另一种电压抑制装置，其方法也可以是缩短脉冲偏压的周期，以便抑制电压Vcm的上升。进一步还可以把静电吸附电路和加脉冲偏压的电路分离出来设置在别的位置上，例如设置在放置并固定试样的电极以外的另一对置的电极上，或者另外设置的第三电极上。

下面利用图7～图13来详细说明由本发明的电压抑制装置所形成的、在脉冲偏压一个周期中的静电吸附膜的两端之间产生的电压变化和脉冲偏压的关系。

首先，在本发明的脉冲偏压电源17中使用的所需输出波形的例子示于图7。图中，设脉冲宽度为Vp，频率周期为T₀，正向脉冲宽度为T₁。

当通过隔直流电容器和静电吸附用介质层(以下简称静电吸附膜)，把图7(A)的波形加到试样上时，利用另外的电源来生成等离子体的稳定状态下的试样表面的电位波形示于图7(B)内。

图中，V_DC：波形的直流成分电压

V_f：等离子体的漂游电位

V_cm：在静电吸附膜的两端之间产生的一周期中的最大电压

在图7(B)中，比V_f正的电压(1)的部分，主要是仅吸入了电子电流的部分；比V_f的负的部分是吸入了离子电流的部分；V_f部分是电子和离子互相均衡的部分(V_f通常是数V～十几(ten-odd)V)。

另外，在图7(A)和以后的说明中，假定隔直流电容器的容量和试样表面附近的绝缘体所产生的容量均比静电吸附膜所产生的容量(以下简称静电吸附容量)大得多。

V_cm的值可由下式(数式2)表示。

式中，q：(T₀-T₁)期间内流入试样的离子电流密度(平均值)

      C：单位面积的静电吸附容量(平均值)

      i_i：离子电流密度

      ε_r：静电吸附膜的介电常数

      d：静电吸附膜的厚度

      ε₀：真空中的介电常数(常数)

       K：静电吸附膜的电极被覆(敷料)率(≤1)

图8和图9表示脉冲占空比：(T_i/T₀)为一定值，当改变T₀时的试样表面的电位波形和离子能量的概率分布。其中，假定

T₀₁∶T₀₂∶T₀₃∶T₀₄∶T₀₅＝16∶8∶4∶2∶1

如图8(1)所示，当脉冲周期T₀过大时，试样表面的电位波形大大偏离矩形波，变成三角波形，离子能量如图9所示，从低到高呈一定的分布，效果不好。

如图8(2)～(5)所示，随着脉冲周期T₀的减小，(V_cm/V_p)变成比1小的值，离子能量分布也变窄。

在图8、图9中，T₀＝T₀₁、T₀₂、T₀₃、T₀₄、T₀₅，对应于(V_cm/V_p)＝1.0、0.63、0.31、0.16、0.08。

脉冲的断路(T₀-T₁)期间和静电吸附膜的两端之间所产生的电压的一个周期中的最大电压V_cm的关系示于图10。

作为静电吸附膜，利用厚度0.03mm的含氧化钛的氧化铝(ε_r＝10)涂敷在电极的约50％的面上(K＝0.5)时，离子电流密度i_i＝5m A/cm²的中密度等离子体中的V_cm值的变化用图10中的粗线(标准条件的线)表示。

从图10中可以看出，随着脉冲的断路(T₀-T₁)期间的增大，在静电吸附膜的两端之间所产生的电压V_cm与其成比关系而增大，超过通常使用的脉冲电压V_p。

例如，在等离子腐蚀机中，根据损伤、与底层和掩膜的选择性、形状等的不同，通常该电压被限定在以下范围内。

栅腐蚀时      20V≤V_p≤100V

金属腐蚀时    50V≤V_p≤200V

氧化膜腐蚀时  250V≤V_p≤1000V

如果要满足下述的(V_cm/V_p)≤0.5的条件，则在标准状态下(T₀-T₁)的上限如下。

栅腐蚀时      (T₀-T₁)≤0.1 5μs

金属腐蚀时    (T₀-T₁)≤0.35μs

腐蚀氧化膜时为(T₀-T₁)≤1.2μs，然而若T₀接近0.1μs，则离子外层的阻抗就会接近或低于等离子阻抗，因此产生不需要的等离子，与此同时，偏压电源不能被离子加速有效地利用，故利用偏压电源控制离子能量的效果下降，所以，T₀应高于0.1μs。最理想的是高于0.2μs。

因此，在将V_p控制在较低水平上的栅腐蚀等过程中，需要将静电吸附膜的材料改成介电常数高达10～100的材料(例如：Ta₂O₃，ε_r＝25)，或者在不降低绝缘耐压的条件下使膜厚变薄(例如：10μm～400μm的膜厚，希望薄到10μm～100μm)。

图10也同时示出将单位面积的静电电容C分别增加到2.5倍、5倍、10倍时的V_cm值，即使改善静电吸附膜，从现状看，最多也只能将静电容C提高数倍。若V_cm≤300伏，c≤10c₀，则0.1μs≤(T₀-T₁)≤10μs。

通过离子加速对等离子处理有效的部分为(T₀-T₁)部分，作为脉冲占空比(T₁/T₀)希望尽量小。

作为加上时间平均的等离子处理的效率按(V_DC/V_p)估算的结果示于图11。希望减小(T₁/T₀)，加大(V_DC/V_p)。

等离子处理的效率假设为0.5≤(V_DC/V_p)，加上下列条件(V_cm/V_p)≤0.5，则脉冲占空比为(T₁/T₀)≤0.4左右。

另外，脉冲占空比(T₁/T₀)越小对离子能量的控制越有效。但若小到超过需要的程度，则脉冲宽度T₁的值变小，约为0.05μs，结果，含有许多数十MHz的频率成分，如后所述的发生等离子用的高频成分的分离也变得困难，如图11所示，在0≤(T₁/T₀)≤0.05之间的(V_DC/V_p)降低极少，(T₁/T₀)高于0.05的情况下不发生问题。

在这里，图12作为栅腐蚀的例子，表示将氯气10mT等离子化后，硅与底层氧化膜的腐蚀速率ESi和ESiO₂的离子能量的依存关系。硅的腐蚀速率ESi在低离子能量的情况下为一定值。离子能量高于10V时，随着离子能量的增加，ESi也增加，另一方面，作为底层的氧化膜的腐蚀速率ESiO₂在离子能量低于20V时为0。若越过20V，则ESiO₂与离子能量同时增加。其结果，在离子能量为20V以下时，存在着与底层的选择比ESi/ESiO₂成为∞的区域，如果离子能量为20V以上，则与底层的选择比ESi/ESiO₂随着离子能量的增加，急速下降。

图13作为绝缘膜的一种的氧化膜(SiO₂、BPSG、HISO等)的腐蚀例子表示将C₄F₈气体1.0Pa等离子化后氧化膜与硅的腐蚀速率ESiO₂和ESi的离子能量分布。

氧化膜的腐蚀速率ESiO₂在低离子能量的情况下，为负值，产生沉积物。当离子能量接近400V时，ESiO₂迅速朝正向上升。之后慢慢地增加。另外，作为底层的硅的腐蚀速率ESi，与ESiO₂相比，在离子能量高处由(-)腐蚀变成(+)腐蚀后慢慢地增加。结果，在ESiO₂从(-)向(+)变化的位置附近，与底层的选择比ESiO₂/ESi变成∞，继续变化时，ESiO₂/ESi随离子能量的增加而迅速下降。

图12、图13，对于适用实际的工艺，考虑ESi和ESiO₂值及ESi/ESiO₂以及ESiO₂/ESi的值的大小后，调整偏压电源使离子能量达到适当值。

此外，如果对出现底层膜之前的腐蚀，优先考虑腐蚀速率的大小，腐蚀到出现底层膜后，优先考虑选择比的大小，将离子能量改成到出现底层膜腐蚀的前后，那么可得到更好的特性。

但是，图12、图13所示的特性是限定在离子能量分布狭窄的部分时的特性。离子的能量分布宽时，各腐蚀速率为其时间平均值，因此，不能设定成适当值，选择比大幅度下降。

经试验，如果(V_DC/V_p)为0.3以下，那么，离子能量的分布幅度为±15％以下。即使图12、图13的特性也得到了30以上的较高选择比。而且，如果是(V_DC/V_p)≤0.5，那么，与原来的正弦波偏压法相比改善了选择比等。

这样，作为抑制在静电吸附膜两端之间产生的脉冲偏压在一个周期中的电压变化(V_cm)的电压抑制装置，其构成以V_cm达到脉冲偏压大小V_p的1/2以下为好。具体地说，通过使设在下部电极15的表面上的电介质的静电吸附膜22的膜厚变薄，将电介质改成介电常数大的材料等，可增加电介质的电容。或者将脉冲偏压周期缩短到0.1μs～10μs，希望缩短到0.2μs～5μs(重复频率：对应于0.2MHz～5MHz)，将脉冲占空比(T₁/T₀)设定为0.05≤(T₁/T₀)≤0.4来抑制静电吸附膜两端的电压变化。

还可将上述电介质的静电吸附膜的膜厚与电介质的介电常数和脉冲偏压的周期等因素加以组合，使上述的静电吸附膜两端间产生的电压V_cm的变化能满足上述(V_cm/V_p)≤0.5的条件。

下面，说明在绝缘膜(例如：SiO₂、SiN、BPSG等)的腐蚀中使用图1的真空处理室时的实施例。

气体19采用C₄F₈：1～5％；Ar：90～95％，O₂：0～5％，或C₄F₈：1～5％；Ar：70～90％，O₂：0～5％，CO：10～20％组成的气体。等离子发生用的高频电源16，采用比原来还高的频率，例如采用40MHz的频率，谋求在1～3Pa的低气压区稳定放电。

另外，由于等离子源用的高频电源16的高频化而出现超过需要的离解时，利用高频电源调制信号源161对高频电源16的输出进行接通、断开或电平调制控制。高电平时，离子比原子团生成得多(快)。低电平时，原子团比离子生成多。接通(或电平调制时的高电平)时间，取5～50μs左右，断开时间(或电平调制时的低电平)取10～100μs，周期取20μs～150μs。这样，可防止不必要的离解，同时，可得到所希望的离子原子团比。

此外，等离子源用的高频电源的调制周期通常比脉冲偏压周期长。因此，通过将等离子源用的高频电源的调制周期调到脉冲偏压周期的整数倍，使两者间的相位达到最佳化，即可改善选择比。

另外，通过加脉冲偏压使等离子中的离子加速并垂直射入试样中，以此对离子能量进行控制。脉冲偏压17，采用例如脉冲周期：T＝0.65；脉冲幅度：T1＝0.15μs；脉冲宽度：V_p＝800V的电源，即可进行离子能量的分布幅度达到±15％以下，与底层的Si和SiN的选择比为20～50的良好特性的等离子处理。

下面，根据图14对本发明的其它实施例的两电极型等离子腐蚀设备进行说明，该实施例与图1所示的结构相同。但是不同的是，固定试样40的下部电极15具有单极式静电吸盘20。静电吸附用的电介质层22设在下部电极15的上表面上，下部电极15通过截止高频成分用的线圈24，连接直流电源23的正侧，提供20V～1000V的正脉冲偏压的脉冲偏压，电源17通过隔直流电容器进行连接。

在处理室10的周围设有抑制放电用的圆环37A和37B。在谋求提高等离子密度的同时，最大限度地减少在抑制放电圆环37A、37B外面部分上的无用沉积物的附着。关于图14的抑制放电圆环37A和37B，下部电极一侧的抑制放电圆环37A的围沿部直径小于上部电极一侧的抑制放电圆环37B的围沿部直径，使试样周围的反应生成物分布一样。

另外，作为抑制放电圆环37A、37B的材料至少在面对处理室一侧的面上采用碳、硅或SiC等半导体、导电体。而且，下部电极一侧圆环37A利用电容器19A连接100K-13.56MHz的抑制放电圆环用偏压电源17A，上部电极一侧圆环37B可外加高频电源16的部分功率，减少因离子溅射效应而散发到圆环37A、37B上的沉积物，同时还使其具有除氟的效果。

图14中的13A、13C为由氧化铝等材料构成的绝缘体，13B为SiC、玻璃状(glassy)碳、Si等导电性的绝缘体。

圆环37A、37B的导电性能低时，在圆环37A、37B中装入金属等导体，使圆环的表面与内装导体的间距狭窄，这样做，高频功率容易从圆环37A、37B的表面放射，可减小溅射效果的下降程度。

上部电极罩30通常只其周围用螺栓250固定在上部电极12上。通过气体导入室34、气体扩散板32及上部电极12将气体由气体供给部36供给到上部电极罩内。为使孔中难以产生异常放电设在上部电极罩30上的孔做得细小、直径为0.3～1mm。上部电极罩30上部的气压从1个气压的几分之一到十分之一左右。例如：对直径300mm的上部电极罩30，总的加100kg以上的力。为此，上部电极罩30对于上部电极12形成凸状，在中心部附近产生几百微米以上的间隙。

在这种情况下，若高频源16的频率增高到30MHz以上，则上部电极罩30的横向电阻不可忽视，特别是出现中心部附近的等离子密度下降的现象。为改善这种状况，将上部电极罩30靠近中心的部位固定在上部电极上即可，图14的实施例中，用SiC、碳等半导体或氧化铝等绝缘体的螺栓251把上部电极罩30靠中心的几个部位固定到上部电极12上，使得从上部电极12一侧施加的高频的分布达到相同。

另外，将上部电极罩30的至少是靠中心部分固定在上部电极12上的方法不只限定上述几种用螺栓251的固定方法，也可用具有粘接作用的物质把上部电极罩30和上部电极12全面地或至少靠中心的部分粘接起来。

在图14的实施例中，作为处理对象物的试样40被装在下部电极15上面，通过静电吸盘20，即通过由直流电源23产生的正电荷和等离子提供的负电荷在静电吸附膜22两端间产生的库仑力来吸附试样40。

该装置的作用与图1所示的双电极型等离子腐蚀装置相同，进行腐蚀处理时，将应进行处理的试样40放到试样台15上，用静电力进行固定，从气体供给***36按所定的流量边向处理室10供应处理气体，边用真空泵18进行真空排气，将处理室10的压力排气减压到试样的处理压力0.5～4.0Pa。接着接通高频电源16，在电极12和15两电极间加高频电压20MHz～500MHz。最好加高频电压30MHz～100MHz，以发生等离子。另一方面，由脉冲偏压电源17给下部电极15加20V～1000V，周期为0.1μs～10μs，最好为0.2μs～5μs的正脉冲偏压，控制处理室10内的等离子，对试样40进行腐蚀处理。

通过加这样的脉冲偏压使等离子中的离子或离子和电子加速并垂直射入试样，进行高精度的形状控制或选择比控制。脉冲偏压电源17和静电吸附膜22所需的特性与图1的实施例相同，详细情况的说明从略。

下面根据图15至图17对本发明的其它实施例进行说明。该实施例虽然在结构上与图1所示的两电极型的等离子腐蚀机相同，但是磁场形成装置200的结构不同。磁场形成装置200的磁心201为偏心式，以相当于试样40的中心位置的轴为中心，由马达204驱动，按每分钟几转到几十转的速度进行旋转。另外，磁心201接地。

为了高精度地对整个试样进行等离子处理，使试样周围部或其外侧附近的等离子生成比试样中央附近多，可在周围部或其外侧加大电子回旋加速共振效应，使其比中央大。但是，在图1实施例的情况下，如图6所示，在试样的中心附近没有ECR区，在中心附近，出现等离子密度过低的情况。

图15实施例中，磁场的分布随磁场形成装置200的偏心磁心201的旋转而发生变化。在试样的中心附近，如果时间为t＝0，t＝T₀，则ECR区在比试样面低的位置上形成，当时间T＝1/2T₀时，它在比试样面高的位置上形成。磁心201以每分钟几转至几十转的转速旋转，结果，如图17所示，由于经旋转作用的时间平均化，与两电极中间的试样面相平行的方向的磁场强度平均值大致相同，即，ECR区除试样的周围部外，在距试样面基本上相同高度的位置上形成。

另外，在图15的磁心201部，如虚线所示，如果离偏心的中央部磁心较近的一侧的、构成磁路的磁心减小厚度，而离偏心的中央部磁心较远的构成磁路的磁心增加厚度，那么将进一步提高磁场的均匀性。

下面根据图18至19说明本发明的其它实施例。该实施例的结构与图15所示的两电极型等离子腐蚀机相同。但是，磁场形成装置200的结构不同。磁场形成装置200的磁心201在与处理室的中央相对应的位置上有凹面边201A，在与处理室两侧对应的位置上有另外的边201B。磁通B由于凹面的边201A的作用具有倾斜方向的成分。其结果，磁场的分布发生变化。如图19所示，与试样面平行的成分的磁场强度比图1实施例更加均匀化了。

下面根据图20说明本发明的其它实施例。该实施例的结构与图15所示的两电极型等离子腐蚀机相同。但是磁场形成装置200的构成不同，磁场形成装置200的磁心201为固定式，与装在与处理室中央相对应的位置上的磁心205共同构成磁路。磁心205与绝缘体203同时围绕着通过边201A中心的轴进行旋转。由于这样的结构，与图15的实施例相同。试样中心附近的ECR区的平均位置在与试样面基本同等高度的位置上形成。即。ECR区对试样的整个面来说，均在与试样面基本相同的高度位置上形成。

下面根据图21和图22对本发明的其它实施例的两电极型等离子腐蚀设备进行说明。该实施例的设备是这样构成的，即磁场形成装置200在处理室10的周围有两对线圈210和220，通过按1、2、3、4箭头方向顺次转换位于各对线圈上的磁场方向来形成旋转磁场。线圈210和线圈220的中心位置O-O位于比12和15两电极中间位置高的上部电极12一侧。这样，使试样40上的磁场强度变成30高斯以下，最好变成15高斯以下。

为了通过适当选定线圈210和线圈220的位置及外径的尺寸来提高在试样的周围部或其外侧附近生成等离子的量，可调整磁场强度的分布。

根据图23和图24对本发明的其它实施例的双电极型等离子腐蚀设备进行说明，在该实施例中，作为磁场形成装置200，备有沿着圆形处理室10的周围，在水平面内按圆弧状设置的一对线圈210’。控制流向这对线圈210’的电流，按图23所示箭头方式向(1)，(2)，使磁场的极性按一定的周期发生变化。

如图24的虚线所示，在垂直面内，由于磁通B在处理室中心部扩大，所以处理室中心部的磁场强度下降。但是，因一对线圈210’沿着处理室弯曲，在水平面内，磁通B集中在处理室中心部。因此，与图22的实施例相比，可提高处理室中心部的磁场强度，即图23实施例与图22实施例相比，可抑制处理室中心部的磁场强度的下降，使装在试样台上的试样设置面上的磁场强度的均匀性进一步提高。并通过按一定周期使磁场的极性发生变化，而减少了E×B的漂移效果。

另外，作为磁场形成装置200也可以采用与图22的实施例相同的两对线圈。

磁场形成装置200，还可如图25所示，将沿着圆形处理室10周围布置的几个直线线圈部分组合起来作为凸型线圈210”取代圆弧状线圈210’。在这种情况下，在水平面内，磁通B集中在处理室中心部。可得到与图23实施例相同的效果。

还可以象图26实施例那样为能使一对线圈的中心轴在处理室中心部靠近试样面，将线圈中心轴倾斜放置。如果采用这个实施例，则可提高处理室中心部的磁场强度和降低处理室周围部的磁场强度，因而可提高试样台的试样放置面的磁场均匀性。另外，为了磁场强度的均匀性，较好的方法是将线圈中心轴的倾斜角度θ调整到5～25度的范围。

此外，如图27所示，在一对线圈210A的旁边安装线圈210B，对两组线圈电流进行控制。通过这样做使在ECR共振位置附近的磁场坡度随ECR共振位置的变化而变化，还可使ECR共振区的幅度发生变化。通过使ECR共振区的幅度对每种工艺程序都达到最佳状态，即可得到适合各种工艺程序的离子/原子团比。

另外，根据需要将上述的图23～图27的实施例适当地组合起来，这样可进一步提高磁场分布的均匀性和可控制特性。

接着根据图28～图29就本发明的其它实施例的两电极型等离子腐蚀机进行说明。在该实施例中，部分处理室壁由半导体构成，同时接地。另外，磁场形成装置200，在处理室10的周围和上部备有线圈230和240。由线圈230形成的磁通B的方向和由线圈230形成的磁通B’的方向如箭头所示在处理室10的中心部相互抵消，而在处理室10的周围和外侧相互重叠。其结果，试样面上的磁场强度分布变成图29的状态。并且，在试样40的放置面部分，上部电极12和下部电极15之间的电场成分方向与磁场成分方向平行。另一方面，试样40放置面的外侧部分在上部电极12的周围部分和上部电极12与处理室壁之间部分产生与横向电场成分直交的纵向磁场成分。

因此，如果采用图28实施例，则可减小试样中心附近的电子回旋加速共振效应，从而提高试样周围部及其外部附近的等离子生成。这样，通过进一步提高试样周围部及其外侧附近的等离子生成，可使等离子密度分布均匀化。

下面根据图30说明本发明的其它实施例。在图1所示的两电极型等离子腐蚀机上，当高频电源16加到电极12上的高频功率f1不能得到充分的离子能量时，通过从低频电源163向上部电极12加例如1MHz以下的高频f3作为偏压，将离子能量增大100～200V左右，另外，164、165为滤波器。

下面根据图31说明无磁场式的两电极型等离子腐蚀机方面的本发明实例。

如上所述，为提高试样的微细加工工艺性，较好的办法是采用频率更高的电源作为等离子发生用高频电源16，谋求在低气压区放电的稳定性。本发明的实施例，将处理室10中的试样处理压力设定为0.5～4.0Pa。通过将处理室10内的气压变成40mTorr以下的低压，减少了在空间电荷层的离子冲击，所以在处理试样40时，离子的方向性增强了，可以进行垂直的微细加工。另外，当5mTorr以下时，为得到同样的处理速度，排气装置和高频电源要增大，与此同时有这样的倾向，即电子温度上升导致超过需要的离解，使特性下降。

一般说来，在采用一对双电极的等离子发生电源的频率和稳定地进行放电的最低气压之间存在着这样一种关系，即如图32所示，电源的频率越高，电极间距离越大，稳定放电最低气压就越低，为了避免沉积物等对周围壁及抑制放电圆环37的不良影响和有效地利用上部电极罩30、接受器罩39及试样中的感光胶等来去掉氟和氧，最好是对应于最高气压40mTorr时的平均自由行程的25倍以下，将电极间距离设定为50mm以下。而且，电极间的距离若不是最高气压(40mTorr)时的平均自由行程的2～4倍(4mm～8mm)以上，则稳定放电困难。

图31所示的实施例，由于等离子发生用的高频电源16采用了20MHz～500MHz的高频，最好采用30MHz～200MHz的高频功率，所以即使将处理室内的气体压力变成0.5～4.0Pa的低压也可得到稳定的等离子，并可提高微细加工工艺性。而且，通过采用这样的高频功率，使得等离子的离解改善了，试样加工时的选择比控制更容易了。

在上述的本发明实施例中，也已考虑到在脉冲偏压电源输出与等离子发生电源的输出之间也可能产生干扰。因此，下面就此对策加以论述。

首先脉冲宽度为T₁，脉冲周期为T₀，具有无限大的上升/下降速度的理想矩形脉冲，如图33所示，在f≤3f₀(f₀＝1/T₁)的频率范围内含有70～80％的功率。实际加的波形因上升/下降速度有限，功率的集中性进一步得到的改善，在f≤3f₀的频率范围内已能达到含90％以上的功率。

为了将具有3f₀高频率成分的脉冲偏压均匀地加到试样面内。最好设置与试样基本平行的对面电极。对于按下列数式3求出的3f₀，使f≤3f₀范围的频率成分进行接地。

若设T₁＝0.2μs，则3f₀＝3·10⁶/0.2＝15MHz

若设T₁＝0.1μs，则3f₀＝30MHz  …数式3

图31所示的实施例是对上述的脉冲偏压电源输出与等离子发生电源输出产生的干扰采取对策。即在该等离子腐蚀机上。与试样对向的上部电源12上连接等离子发生高频电源16。为使该上部电极12达到脉冲偏压的接地水平，等离子发生用高频电源16的频率f₁提高到上述3f₀以上，而且在上述电极12和接地电平之间连接在f≤f₁附近阻抗大，在其他频率下阻抗小的带阻器141。

另一方面，在f＝f₁附近阻抗低，其他频率时用阻抗高的带通滤波器142设置在试样台15和接地电平之间。如采用这种结构，就可以把脉冲偏压电源17的输出和等离子发生电源16的输出之间的干扰控制在毫无问题的水平，把合适的偏压加在试样台40上。

图34，是把本发明用于外部能量供放电方式中的电感耦合放电方式无磁场型的等离子刻蚀机内的例子。52是平面线圈、54是在平面线圈上加10MHz～250MHz高频电压的高频电源。电感耦合放电方式与图10所示的方式相比，可以实现在低频且低压的条件下产生稳定的等离子。相反，如图1所示，因而离解，所以用高频电源调制信号源161来调制高频电源1的输出，能防止不必要的离解。做为真空容器的处理室10，备有试样台15，用于把试样40放置在其静电吸附膜22上。

进行刻蚀处理时，把应进行处理的试样40放置在试样台15上，用静电功率来固定，一边从气体供给***(无图示)把处理气体按规定的流量导入到处理室10，一边用真空泵排气，使处理器10的压力减压到0.5～4Pa。然后，在高频电源54上加13.56MHz的高频电压，在处理室10内产生等离子，用该等离子来刻蚀试样40。另外，刻蚀时，在下部电极15上，加上周期为0.1μs～10μs，最好为0.2μs～5μs的脉冲偏压。其脉冲偏压的宽度，因其膜种类不同范围各异的情况如图1的实施例所述。通过加脉冲偏压，让等离子中的离子加速、垂直入射到试样上，用以控制形状的高精度或选择比。这样，即使光刻胶掩膜图形是极微细的，也能对其进行高精度的刻蚀处理。

另外，如图35所示，在电感耦合放电方式无磁场型的等离子刻蚀机中，在感应高频输出的处理室10一侧，设有带间隙的法拉第屏蔽板53和0.5mm-5mm的薄屏蔽板保护用绝缘板54，也可使其法拉弟屏蔽板接地。因设置了法拉弟屏蔽板53，所以减少了线圈和等离子间的电容成分，能够降低对图34中的线圈52下的石英板和屏蔽板保护用绝缘板54进行碰撞的离子的能量，减少石英板和绝缘板的损伤，同时，还能防止等离子中异物的混入。

另外，因法拉第屏蔽板53还兼用作脉冲偏压电源17的接地电极，所以能在试样40和法拉弟屏蔽板53之间均匀地加脉冲偏压。这时，无需在上部电极或试样台15上设置滤波器。

图36是把本发明用于微波等离子处理装置时装置一部分的纵截面的正面图。在静电吸附膜22上放置试样40的试样台15即下电极15上，连接了脉冲偏压电源17及直流电源13。41是作为微波振荡源的磁控管、42是微波波导管、43是真空密封处理室10并把微波供给处理室10的石英板。47是提供磁场的第一螺线线圈，48是提供磁场的第二螺线线圈、49是处理气体的供给***，为处理室10提供进行刻蚀、成膜等处理时所用的处理气体。处理室10由真空泵(无图示)进行真空排气。偏压电源17及静电吸盘20所必要的特性与图1所示的实施例相同。详细内容从略。

进行刻蚀处理时，应把进行处理的试样40放置在试样台15上，用静电力进行固定，一边从气体供给***49按所定流量把处理气体导入到处理室10里，一边用真空泵抽真空，使处理室10的压力减压到0.5-4.0Pa。然后，接通磁控管41及第一、第二螺线线圈47、48，把磁控管41所产生的微波通过波导管42导入处理室10，使之产生等离子。用这种等离子对试样40进行刻蚀处理。另外，在刻蚀时，要在下电极15上加上周期为0.1μs～10μs，最好为0.2μs～5μs的脉冲偏压。

加这种脉冲偏压，能使等离子中的离子加速、垂直地入射到试样上，从而达到控制高精度的形状或选择比的目的。这样，即使试样的光刻胶掩膜图形极微细，也能通过垂直入射，进行对应掩膜图形的高精度刻蚀处理。

再有，在图1所示的本发明的等离子刻蚀装置中，也可重叠地产生静电吸附电路的直流电压和脉冲偏压电源电路的脉冲电压，构成通用电路。同时，也可把静电吸附电路和脉冲偏压电源电路设计成分离的电极，使脉冲偏压不影响静电吸附。

图1所示的等离子刻蚀装置实施例中的静电吸附电路，也可采用其他的装置，例如用真空吸附装置来代替。

具备上述本发明的静电吸附电路和加脉冲偏压电路的等离子处理装置，若改为导入CVD气体等来代替刻蚀气体，则不仅适用于上述的刻蚀处理装置也可适用于CVD等装置的等离子处理装置。

下面，介绍利用图37所示的本发明的其他实施例来克服例来的缺点、控制离子和原子团生成的质和量、能够进行极微细的等离子处理的等离子刻蚀装置的另一实施例。

即，在装有试样的真空处理室上流一侧，在与真空处理室不同的地方设定能进行第一等离子生成的场所，把在这个场所生成的准稳定原子注入到真空处理室内、再由真空处理室生成第二等离子。在图1所示的等离子刻蚀装置上，另外准备了离子、原子团源用的供气部60和发生准稳定原子用的等离子发生室62。另外，在上电极12上，除设有把含准稳定原子的气体导入到真空处理室的通路之外，还设有与供离子、原子团源用的供全部相连的导入通路。

该实施例的特征如下：

①由产生准稳定原子的气体供给部36所提供的气体，在产生准稳定原子用的等离子发生室62上，加高频功率进行等离子化，预先按所需量发生预定的准稳定原子并将其注入到处理室10。为使产生准稳定原子用的等离子发生室62，能高效的产生准稳定原子，室内的压力要设定在数百mTorr-数十Torr的高压上。

②另一方面，要使从离子·原子团源用的供给部60提供的气体流入到处理室10。

③用等离子发生用的电源16输出较低功率的高频，使之在处理室10中产生等离子。由于准稳定原子的注入，用5eV以下的低能量电子也可以有效地生成离子，因此，可以获得低电子温度(6eV以下、理想的为4eV以下)而且超过15V以上的高能电子大幅减少的等离子。所以，原子团源用的气体不产生过剩的离解，能确保必要的质和量。另一方面，离子的量能够利用产生准稳定原子用的等离子发生室62所产生的准稳定原子量，和从离子·原子团源用的供气部60所供应的离子源用的气体束进行控制。

这样一来，就可以控制离子和原子团生成的质和量，使之在极微细的等离子处理时也能得到良好的性能。作为原子团源用的气体，根据需要，在CHF₃、CH₂F₂，C₄F₈或者是CF₄等碳氟化合物气体中，混入相应的含C，H的气体(C₂H₄，CH₄，CH₃OH等)。作为产生准稳定原子用的气体，要用一种至二种的稀有气体作为基础的气体。作为离子源用的气体，由于使用具有下述性质的稀有气体等，所以能够有效地产生离子。

所用气体的能级，与上述准稳定原子的能级相比，离子源用气体的电离能级低，或者，离子源用的气体的电离能级高但其差别小(5eV以下)。

作为离子源用的气体，其种类也可以不再特地追加，而采用上述准稳定原子发生用的气体和原子团源用的气体来代替，但性能有所下降。

其次，图38所示的是使用本发明来控制离子和原子团生成的质和量的其他实施例。它与图37的基本想法是相同的，但在图37里，产生准稳定原子用的等离子室62和真空处理室10之间的距离很长，其间的准稳定原子的衰减大，图38是针对这种情况所采取对策的实施例。41是作为微波振荡源的磁控管、42是微波波导管、43是真空密封第一等离子生成室45并使微波通过的石英板，44是分散气体用的石英板。在第一等离子生成室45中，利用上述的微波，在从数百mTorr到数十Torr的气压下产生等离子，产生准稳定原子。

图38中，和图37相比较，准稳定原子产生的场所和真空处理空间的距离能够缩短，所以能在高密度状态下把准稳定原子注入到真空处理室里，能增加真室处理室10中的离子量。处理室10保持5～50mTorr的压力，由20MHz以上的高频电源16，在5eV最好是3eV以下，生成10¹⁰～10¹¹/cm³的高密度低电子温度等离子、能防止所需离解能量在8eV以上的CF₂离解，能使离子源用的气体进行电离。其结果，在试样40的表面上，由偏压电源17以数百伏进行加速的离子入射后，产生的主要反应如下：

作为底层材料的Si、SiN，在CF₂中不被刻蚀，所以可能形成高选择比的氧化膜刻蚀。

还有，由于离解了一部分CF₂，所以F有所增加，这可通过由硅、碳或者SiC(碳化硅)等形成的上电极盖30使之减少。

如上所述，通过调节原子团源用的气体和离子源用气体，基本上能独立控制处理室10内的离子和原子团的比率，易于控制在试样40表面上的反应使其达到所期望的水平。

本发明中的具备静电吸附电路和加脉冲偏压电路的等离子处理装置，增加了由CVD气体取代刻蚀气体等变化，所以不仅用于上述的刻蚀处理，也可用于CVD装置等其他等离子处理装置。

下面，图39是本发明用于独立控制离子和原子团的另一实施例。在图39中，把含C、H的气体(C₂H₄、CH₃OH等)根据需要，混入到CHF₃、CH₂F₂、C₄F₈或CF₄等碳氟化合物气体中，由构成图39A的部分，通过阀70进入到产生原子团的等离子发生室62中。

在产生原子团的等离子发生室62里，把数兆赫(MHz)乃至数十兆赫(MHz)的RF(射频)电源63的输出加在线圈65上，用数百mTorr到数十Torr的气压来产生等离子，主要产生CF₂原子团。同时产生的CF₃、F等物质由H成分使之减少。

但是，因为要大幅度地减少产生原子团的等离子发生室62中的CF和O等成分是很困难的，所在要在其后边设置不需要成分除去室65。这个除去室的内壁材料采用含碳、硅(Si)的材质(碳、硅、碳化硅等)，以减少不需要的成分，或是将其变换成不利影响少的其他气体。不需要成分除去室65的出口，连接阀门71，以提供以CF₂成份的主的混合气体。

另外，在阀70和阀71之间，积存了很多沉积物等的堆积物，所以要经常清扫或更换。因此，为了容易进行大气开放和更换操作，同时也能缩短再起动时的抽真空时间，经由阀72连接了排气装置74。排气装置74，也可兼用作处理室10的排气装置等。

还有，离子源用的气体(氩气、氙气等稀有气体)B，经过阀73，和前面所述的阀71的出口相连接，使气体供给到处理室内。

处理室10保持5～40mT的压力，利用经过调制的20MHz以上的高频电源16，在5eV，理想的是在3eV以下产生10¹⁰～10¹¹/cm³的高密度低电子温度等离子，既能防止离解能量需要8eV以上的CF₂的离解，又能进行离子源用气体的电离。其结果，在试样40的表面上，用偏压电源17以数百伏进行加速的离子入射后，主要产生如下反应：

这样，作为底层材料的Si、SiN，不会被CF₂刻蚀，所以能进行高选择比的氧化膜刻蚀。

另外，因一部分CF₂(氟化碳)的离解，使F(氟)有所增加，但由硅、碳或者碳化硅(SiC)所形成的上电极罩30会使F(氟)有所减少。

如上所述，调节原子团用的气体A和离子源用的气体B，大体能够独立控制处理室10内离子和原子团的比率。容易对试样40表面的反应按其理想的水平加以控制。另外，不必要的堆积物等利用不需要成分除去室65来排除，尽量不把这些多余成分带入处理室10里，所以大幅度减小了处理室10内的沉积物，把处理室打开为大气状态进行清扫的频度也已大幅降低。

下面，图40所示的是独立控制离子和原子团的其他实例。六氟丙烯气体(CF₃CFOCF₂，以下简称为HFPO)，由A经过阀70，通向加热管道部66，经过多余(不需要)成分除去室65和阀71与离子源气体B混合，送到处理室10的方向。在加热管道部66处，把HFPO加热到800℃～1000℃，使之热分解生成CF₂。

CF₃CFO是比较稳定的不易分解的物质，但会部分分解生成不需要的氧(O)和氟(F)，因此在加热管部66的后面设置了多余成分去除室65，以除掉多余成分，或者把它转换成无不良影响的物质。一部分没有分解的CF₃CFOCF₂流入到处理室10内，但因其在5eV以下的低电子温度的等离子中不会离解，所以不成问题。

阀门72、排气装置74的用法以及在处理室10内的反应与图39的场合相同。

本发明的具有静电吸附电路和加脉冲偏压电路的等离子处理装置，如另外用CVD气体来取代刻蚀气体的话，则不仅用于以上所述的刻蚀处理，也可用于CVD等其他等离子处理装置。

Claims (31)

1.一种等离子处理机，在具有：

真空处理室；

包含一对电极的等离子体生成装置；

试样台，它具有试样放置面，用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及

对上述真空处理室抽真空减压的减压装置的等离子处理机中，其特征在于，还具有：

高频电源，用于在上述一对电极之间加30MHz-300MHz的VHF频带的高频功率；以及

磁场形成装置，用于形成静磁场或低频磁场，该磁场形成的方向与利用上述高频电源在上述一对电极之间或其附近生成的电场相交叉，

在上述两个电极之间利用上述磁场和上述电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。

2.一种等离子处理机，在具有：

真空处理室；

包含一对电极的等离子生成装置；

试样台，兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及

对上述真空处理室进行抽真空减压的减压装置的等离子处理机中，其特征在于，还具有：

高频电源，用于在上述一对电极之间加50MHz-200MHz的VHF频带电源；以及

磁场形成装置，用于形成17高斯以上72高斯以下的静磁场或低频磁场的部分，该磁场形成的方向与利用上述高频电源在上述一对电极之间或其附近生成的电场相交叉，

对上述磁场形成装置进行适当设定，以便使上述磁场在沿试样台面的方向的成分的最大部分位于试样台的对面一侧，即超过上述两个电极的中央的位置上，

在上述一对电极之间利用上述磁场和电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。

3.如权利要求1或权利要求2所述的等离子处理机，其特征在于，由上述磁场形成装置形成的磁场的强度，被调整到在上述试样面上与该面相平行的磁场成分为30高斯以下。

4.一种等离子处理机，在具有：

真空处理室；

包含一对电极的等离子生成装置；以及

试样台(兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样)的等离子处理机中，其特征在于，

上述电极由连接高频电源的第1电极和下述第2电极构成，该第2电极兼用作上述试样台，同时与离子能量控制用偏压电源相连接，上述一对电极之间的距离为30-100mm，

还具有：

减压装置，用于把上述真空处理室内的气压降低到0.4Pa-4Pa；

上述高频电源，用于在上述一对电极之间加30MHz-300MHz的VHF频带电源；以及

磁场形成装置，用于在与上述一对电极之间或其附近的电场相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分，

在上述第1电极面上或者越过两个电极的中央位置在上述第1电极一侧，利用上述磁场和由上述高频电源形成的电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。

5.如权利要求1、2或4所述的等离子处理机，其特征在于，对由上述磁场形成装置所形成的上述磁场的密度或方向进行调节，以便使上述电子回旋加速共振效应在试样的周围及其外侧大于在上述试样的中央，另外，使等离子体密度在对应于上述整个试样放置面的位置上均匀一致。

6.如权利要求4所述的等离子处理机，其特征在于，上述磁场形成装置内的磁心相对于上述试样面的中心进行偏心旋转，以改变上述磁场，连续改变上述回旋加速共振区离开上述试样的距离。

7.一种等离子处理机，在具有：

真空处理室；

包含一对电极的等离子体生成装置；

试样台，它具有试样放置面，用于放置要在该真空处理室中处理的试样；以及

减压装置(用于对上述真空处理室抽真空减压)的等离子处理机中，其特征在于，

上述电极的构成部分有：连接高频电源的第1电极、兼用作试样台的第2电极、以及位于上述第1电极的周围外侧并接地的处理室壁部，

该等离子处理机还具有：

高频电源，用于在上述一对电极之间和上述第1电极和上述处理室壁部之间，加上30MHz-300MHz的VHF频带的高频功率；以及

磁场形成装置，用于形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分，该磁场形成的方向是，在上述处理室中心附近互相抵消，在上述处理室的周围和外侧互相重叠，

在上述试样放置面的周围及其外侧附近，利用上述磁场与上述高频电源所形成的电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。

8.如权利要求7所述的等离子处理机，其特征在于，上述磁场形成装置具有多个线圈，并且均安装在上述处理室的周围，能使磁通在上述试样的中央附近互相抵消，在该试样的周围及其外侧互相重叠。

9.如权利要求4所述的等离子处理机，其特征在于，周期为0.2-5μs，正向脉冲部分的占空比为0.4以下的脉冲偏压，作为上述离子能量控制用的偏压电流，通过电容元件加到上述试样上。

10.权利要求1、2或4所述的等离子处理机，其特征在于具有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；

加脉冲偏压装置，它连接在上述试样台上，用于向该试样台加脉冲偏压；以及

电压抑制装置，用于抑制随着加脉冲偏压，对应于上述静电吸附装置的静电吸附容量而产生的电压上升。

11.权利要求10所述的等离子处理机，其特征在于，上述电压抑制装置的构成方法是，把脉冲的一个周期中的静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化，抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。

12.一种等离子处理方法，其特征在于，在具有：

真空处理室；

包含一对电极的等离子体生成装置；

试样台，兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及

减压装置(用于降低上述真空处理室内的压力)的等离子处理机的试样处理方法中包括以下程序步骤：

利用减压装置来降低上述真空处理室内的压力；

利用磁场形成装置在与上述一对电极间的电场相交叉的方向上形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分；

利用高频电源在上述一对电极之间加上30MHz-300MHz的VHF频带电源，在上述两个电极之间，利用上述磁场和上述高频电源所形成的电场的相互作用，形成电子回旋加速共振区；

利用由上述电子回旋加速共振所生成的等离子体来对上述试样进行处理。

13.一种等离子处理方法，其特征在于，在具有真空处理室，放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含一对电极的等离子体生成装置的等离子处理机的试样等离子处理方法中，

上述电极的构成为一对电极，其中包括：连接上述高频电源的第1电极、和兼用作上述试样台同时与离子能量控制用偏压电源相连接的第2电极，这一对电极之间的距离为30-100mm，

包括下列程序步骤：

利用减压装置把上述真空处理室内的气压降低到0.4Pa-4Pa；

利用磁场形成装置在与上述一对电极之间的电场相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分；

利用高频电源在上述一对电极之间加上30MHz-300MHz的VHF频带电源，利用上述磁场和由上述高频电源产生的电场的相互作用，在上述一对电极之间形成电子回旋加速共振区；

利用由上述电子回旋加速共振所生成的等离子体来对上述试样进行处理。

14.一种等离子处理机，其特征在于，是具有真空处理室、为放置要在真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含高频电源的等离子体生成装置的等离子体处理机，具有：静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；以及

加脉冲偏压装置，用于在上述试样上加脉冲偏压，

另外，作为上述高频电源加上10MHz-500MHz的高频电压，同时把上述真空处理室内的气压降低到0.5Pa-4Pa。

15.一种等离子处理机，其特征在于包括：

一对对面安装的电极，其中一个电极上放置试样；

气体导入装置，用于把腐蚀气体送入放置了上述试样的处理室内(周围气体中)；

排气装置，用于把上述处理室内的气压降低到0.5-4Pa；

高频电源，用于在上述一对对面电极上加上10MHz-500MHz的高频电压；

等离子体生成装置，用于在上述压力下使上述腐蚀气体变成等离子体(进行等离子化)；

加脉冲偏压装置，用于在对上述试样进行腐蚀时把脉冲偏压加到上述1个电极上；

另外对上述试样中的绝缘膜进行等离子处理。

16.一种等离子处理机，

是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子体生成装置的等离子处理机，其特征在于，具有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；

加脉冲偏压装置，它连接在上述试样台上，用于对该试样台加脉冲偏压；

电压抑制装置，用于抑制随着加脉冲偏压，对应于上述静电吸附装置的静电吸附容量而产生的电压上升；

上述电压抑制装置的构成方法是，脉冲的一个周期中的上述静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化，被抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。

17.一种等离子处理机，其特征在于具有：

一对电极，其间隙为10-50mm，互相对面配置；

静电吸附装置，用于借助静电吸附力来把试样固定在一个上述电极上；

气体导入装置，用于把腐蚀气体送入到放置了上述试样的处理室内的试样周围气体中；

排气装置，用于把试样周围的气压降低到0.5-4.0Pa；

等离子生成装置，用于利用10MHz-500MHz的高频功率在上述压力下对上述腐蚀气体进行离子化；以及

加脉冲偏压装置，用于把脉冲偏压加到放置了上述试样的一个电极上；

另外，对上述试样中的绝缘膜进行等离子处理。

18.如权利要求16或17所述的等离子处理机，其特征在于，

设置了电压抑制装置，用来抑制随着施加上述脉冲偏压而与上述静电吸附装置的静电吸附容量相对应地产生的电压上升，

把上述脉冲偏压的周期设定到能使由脉冲的一个周期中的上述静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化被上述电压抑制装置抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。

19.一种等离子处理方法，其特征在于包括以下处理程序步骤：

把试样放置在真空处理室内的一个电极上；

利用静电吸附力把试样固定在上述电极上；

把处理气体送入到放置了上述试样的处理室内气体中；

把上述试样周围的气体压力降低到试样处理所需的压力；

在上述压力下对上述处理气体进行等离子化；

利用上述等离子体来对该试样进行处理；

把脉冲偏压加到上述试样上。

20.一种等离子处理方法，其特征在于具有以下处理程序步骤：

把试样放置到间隙为10mm-50mm的一对对面放置的电极之一上；

利用静电吸附力把放置到电极上的试样固定到该电极上；

把腐蚀气体送入到已放入了上述试样的周围气体中；

把上述周围气体的压力减小到0.5-4.0Pa；

加上10MHz-500MHz的高频功率，在上述气压下对上述腐蚀气体进行等离子化；

利用该等离子体来腐蚀上述试样；

在进行这种腐蚀时把脉冲偏压加到上述一个电极上，

以此，对上述试样中的绝缘膜进行等离子处理。

21.一种等离子处理方法，其特征在于具有以下处理程序步骤：

把试样放置到安装在真空处理室中的一对电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把该试样固定到上述电极上；

把腐蚀气体送入到放入了上述试样的周围气体中；

把上述周围气体的压力减小；

在该低气压下对腐蚀气体进行等离子化；

利用该等离子体对该试样进行腐蚀；

把脉冲偏压加到上述试样上，

这样，在施加上述脉冲偏压时脉冲的一个周期中的上述静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化被抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。

22.一种等离子处理方法，其特征在于包括下列处理程序步骤；

把试样放置到二个对面电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把已放上的试样固定在上述电极上；

把腐蚀气体送入到放有上述试样的处理室内的气体中；

对送入的腐蚀气体进行等离子化；

利用该等离子体来对上述试样进行腐蚀；

在进行这种腐蚀时把250V-1000V的脉冲宽度和0.05-0.4占空比的脉冲偏压加到上述一个电极上，

这样，对上述试样中的绝缘膜进行等离子处理。

23.一种等离子处理机，

是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子生成装置的等离子处理机，其特征在于，还备有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；

加偏压装置，用于把偏压加到上述试样台上；

原子团供给装置，它具有预先分解原子团发生用气体的装置，并把所需数量的原子团供给到上述真空处理室内；

供气装置，用于把离子发生用气体供给到上述真空处理室内；以及

等离子体生成装置，用于在上述真空处理室内发生等离子体，

并且，利用SiO₂工作为上述试样。

24.一种等离子处理机，是具有真空处理室，为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子体生成装置的等离子处理机，其特征在于另外还具有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定到上述试样台上；

加脉冲偏压装置，用于把脉冲偏压加到上述试样上；

原子团发生用等离子体供给装置，用于在上述真空处理室内预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

等离子体生成装置，用于把离子发生用气体供给到上述真空处理室内并发生等离子体，

并且，利用SiO₂作为上述试样。

25.一种等离子处理机，是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含高频电源在内的等离子生成装置的等离子处理机，其特征在于另外还具有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；

加脉冲偏压装置，用于把脉冲偏压加到上述试样上；

原子团发生用等离子体供给装置，用于在上述真空处理室内预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

等离子体生成装置，用于供给离子发生用气体，并在上述真空处理室内发生等离子体，

并且，把10MHz-500MHz的高频电压加到上述高频电源上，同时把上述真空处理室内的压力降低到0.5-4.0Pa。

26.一种等离子处理装置，是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子体生成装置的等离子处理机，其特征在于还备有：

静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定到上述试样台上；

原子团发生用等离子体供给装置，用于在上述真空处理室内预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

等离子体生成装置，用于供给离子发生用气体，并在上述真空处理室内发生等离子体；

加脉冲偏压装置，它连接上述试样台，用于把脉冲偏压加到该试样台上；以及

电压抑制装置，用于抑制随着加上述脉冲偏压而对应于上述静电吸附装置的静电吸附容量所产生的电压上升。

27.一种等离子处理机，是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子体生成装置的等离子处理机，其特征在于还具有：

静电吸附装置，它包括设置在上述试样台上的静电吸附膜，用于借助静电吸附力把上述试样固定到上述试样台上；

原子团发生用等离子体供给装置，用于在上述真空处理室内预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

等离子体生成装置，用于供给离子发生用气体，并在上述真空处理室内发生等离子体；

加脉冲偏压装置，它连接在上述试样台上，用于把脉冲偏压加到该试样台上；

电压抑制装置，用于抑制随着施加上述脉冲偏压而在上述静电吸附膜的两端之间产生的电压，

并且，该电压抑制装置把上述静电吸附装置的静电吸附膜所生成的电压抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。

28.一种等离子处理方法，其特征在于包括以下处理程序步骤：

把试样放置在一对对面电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把已放上的该试样固定到上述电极上；

在放置并固定上述试样的位置的周围气体中预先对原子团发生气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

把离子发生用气体供给到上述位置的周围气体中；

把上述位置的周围气压降低到0.5-4.0Pa；

把10MHz-500MHz的高频电压加到上述一对对面电极上，在上述气压下对供给的离子发生用气体进行等离子化；

利用该等离子体对上述试样进行腐蚀处理；

在进行这种腐蚀处理时把脉冲偏压加到上述一个电极上，

并且，上述试样采用SiO₂。

29.一种等离子处理方法，其特征在于包括以下处理程序步骤：

把试样放置到安装在真空处理室内的一对电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把该试样固定在上述电极上；

在放置并固定上述试样的位置的周围气体中，预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

把离子发生用气体供给到上述位置的周围气体中；

把30MHz-100MHz的高频电压加到上述位置的周围气体中，在上述气压下对供给的离子发生用气体进行等离子化；

利用上述等离子体来处理该试样；

把脉冲电压加到上述试样上，

并且，上述试样采用SiO₂。

30.一种等离子处理方法，其特征在于包括下列处理程序步骤：

把试样放置在真空处理室内的一对电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把该试样固定在上述电极上；

在放置并固定上述试样的位置的周围气体中，预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

把离子发生用气体供给到上述位置的周围气体中；

把上述位置的周围气压降低到上述试样处理所需的压力；

在上述气压下对已供给的离子发生用气体进行等离子化；

利用上述等离子体来处理该试样，

把脉冲偏压加到上述试样上，

并且，使上述静电吸附装置的电压为上述脉冲偏压的1/2以下。

31.一种等离子处理方法，其特征在于包括以下处理程序步骤：

把试样放置在真空处理室内的一对对面电极中的一个电极上；

利用静电吸附力把试样固定在上述电极上；

在放置并固定上述试样的位置的周围气体中，预先对原子团发生用气体进行等离子化，供给所需数量的原子团；

把离子发生用气体供给到上述位置的周围气体中；

把上述位置的周围气体降低到0.5-4.0Pa；

把30MHz-100MHz的高频电压加到上述一对对面电极之间，在上述气压下对已供给的离子发生用气体进行等离子化；

利用上述等离子体来处理该试样；

把脉冲偏压加到上述试样上。

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