JP3210207B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばプラズマ処理装置についていえ
ば、従来から例えば半導体製造プロセスにおいては、半
導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）などの表面処理
を行うためにおいて多く使用されているが、その中でも
とりわけ所謂平行平板型のプラズマ処理装置は、均一性
に優れ、大口径ウエハの処理が可能である等の長所を有
し、また装置構成も比較的簡易であるから、数多く使用
されている。

【０００３】前記従来の一般的な平行平板型のプラズマ
処理装置は、処理室内の上下に電極が対向して平行に設
けられており、被処理体であるウエハは、例えば下側の
電極に載置され、例えばエッチング処理の場合には、こ
の処理室内にエッチングガスを導入すると共に、高周波
電力を前記電極に印加して電極間にプラズマを発生さ
せ、エッチングガスの解離によって生じたエッチャント
イオンによって、前記ウエハをエッチングするように構
成されている。かかる場合のエッチングガスは、上部電
極におけるウエハとの対向面に設けられた吐出部を構成
するガス拡散板の多数の孔からウエハに向けてそのまま
吐出されるようになっている。

【０００４】ところでプラズマ処理による処理加工は、
半導体デバイスの高集積化に伴ってますます微細な加工
や、処理速度の向上、処理の均一性が要求されている。
そのため電極間に発生させるプラズマの密度も、より高
密度化することが必要となってきている。さらに例えば
エッチング処理によってウエハ上のシリコン酸化膜（Ｓ
ｉＯ_２）にコンタクトホールを形成する場合には、極め
て高い選択性が要求される。

【０００５】以上の点に関し、例えば特開昭５７−１５
９０２６号「ドライエッチング方法」の公報には、新し
いプラズマ発生方法としてマグネトロンを用いたマグネ
トロン方式のプラズマ処理装置が開示され、また特公昭
５８−１２３４６「プラズマエッチング装置」の公報に
おいては、通常の電極以外に上下電極中間にグリッド状
等の共通アノード電極を採用した構成が開示されてい
る。なお従来のこの種の装置における電極は、一般的に
下部電極がアルミニウムで構成され、他方上部電極はカ
ーボンによって構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たマグネトロン方式のプラズマ処理装置では、比較的高
真空で高密度のプラズマを得ることができるが、高周波
電界の周波数に比べて磁界の変化がかなり遅いので、磁
界の変動に伴ってプラズマ状態が変化し、この変化がイ
オンのエネルギーや方向性に変動を与えるため、素子ダ
メージあるいは加工形状の劣化が起こるおそれがある。
また共通アノード構成では、イオンエネルギーと電流密
度を独立に制御できるメリットはあるが、グリッドを介
してプラズマが拡散してしまい、ウエハに入射するイオ
ン電流密度は低くなり、処理レートが低下してしまった
り、あるいは処理が均一化されなくなるおそれがあっ
た。そして高い微細加工に伴って、高周波、高真空度雰
囲気となってくると、電極と処理容器内壁とのインピー
ダンスが低下し、プラズマがより拡散しやすい環境とな
ってくる。

【０００７】叙上のようにプラズマが処理室内で拡散し
てしまうと、プラズマ密度の低下だけではなく、処理室
内壁にメタル・コンタミネーションなどが発生して被処
理体であるウエハを汚染してしまう。かかる傾向は、今
後益々要求される高微細加工に必要な高減圧度における
プラズマ処理においてより一層顕著になる。

【０００８】 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、前記したようにより高微細なプラズマ処理加工を
良好に実施するために、まずその第１の目的は、比較的
簡素な平行平板形式の装置構成を採りつつ、プラズマを
処理室内に拡散させず、電極間空間内に閉じこめて高い
プラズマ密度を実現させると共に、処理室内壁にコンタ
ミネーションを発生させないことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１によれば、処理室内に対向して設けられた
第１の電極と第２の電極間に、高周波電力によってプラ
ズマを発生させ、当該処理室内の被処理体に対して、前
記プラズマ雰囲気の下で処理を施す如く構成されたプラ
ズマ処理装置において、処理室内における前記電極間の
空間領域を側部から囲むように配置された、筒状の接地
電極を有し，前記接地電極の内周は，内側に突出した形
態であることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供さ
れる。

【００１０】 前記筒状の接地電極は、 電極間空間を囲む
略環状の形態を有し、その内周を前記電極間空間に向け
て凸に湾曲させてもよく、もちろん複数の透孔を形成し
たものであってもよい。

【００１１】請求項２によれば、処理室内に対向して設
けられた第１の電極と第２の電極との間に、高周波電力
によってプラズマを発生させ、当該処理室内の被処理体
に対して、前記プラズマ雰囲気の下で処理を施す如く構
成されたプラズマ処理装置において、前記第１の電極の
外周近傍には略環状の第３の電極を設けると共に、前記
第２の電極の外周近傍には略環状の第４の電極を設け、
これら第３の電極と第４の電極とをそれぞれ接地させ，
さらに第３の電極と第４の電極とは全周に渡って対向配
置されていると共に，前記第３の電極と第４の電極は，
その内側面が斜面を形成するように断面が略三角形の形
状を有しているプラズマ処理装置が提供される。また前
記第３の電極と第４の電極の外周部が重なるように，前
記前記第３の電極と第４の電極とを配置してもよい。

【００１２】 この場合、前記第１の電極近傍に配置され
た第３の電極と、第２の電極近傍に配置された第４の電
極とを対向させ、かつそれらの各外周縁部が重なるよう
に（平面からみて２つの対向した電極の外周縁部が一致
するように）配置すれば、なお好ましい。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】 さらに以上各プラズマ処理装置において、
前記処理室を内部に形成する処理容器を接地すると共
に、第１、第２の各電極はこの処理容器とは絶縁し、１
つの高周波電源からの高周波電力を前記第１の電極、又
は第２の電極のいずれかに切り換え印加自在に構成し、
さらに前記第１、第２の電極を接地自在に構成してもよ
く、この場合、さらに前記切り換えによって第１の電極
又は第２の電極のいずれか一の電極を高周波電力の印加
側電極とした際、他の電極は同時に接地される如く構成
してもよい。

【００２０】 また以上の各プラズマ処理装置において、
高周波電力の出力を周期的に変調するように構成しても
よく、かかる場合の出力変調幅は、最小時の出力が、最
大時の出力の１／２〜１／５の範囲となるように設定す
ることがより好ましい結果が得られる。

【００２１】

【００２２】また前述のプラズマ処理装置において、第
１の電極が上部電極、第２の電極が下部電極を構成する
ようにし、前記上部電極には相対的高周波電力を印加
し、前記下部電極には相対的低周波電力を印加し、さら
に前記上部電極と下部電極との間の間隔（ギャップ）長
を、１０〜４０mmに設定してもよい。

【００２３】 相対的高周波電力とは、 周波数が１０〜４
０ＭＨｚの電力をいい、また相対的低周波電力とは、周
波数が３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚのものをいう。

【００２４】 また上下双方に印加する場合においては、
上部電極の方を、下部電極よりも先に印加される如く構
成したり、電力印加の停止に関しては、下部電極の方
を、上部電極よりも先に停止するように構成すればより
好ましい結果が得られる。

【００２５】 ところでこの種のプラズマ処理装置におい
ては、通常マッチング装置と呼ばれる整合器、整合装置
などの整合手段が設けられているが、かかる整合手段に
おいては、インピーダンスと位相とを夫々独立して制御
するようにすれば、好ましい結果が得られる。

【００２６】 そして以上の各プラズマ処理装置において
は、処理室内圧が５ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒに設
定自在なように構成してもよい。

【００２７】（作用） 請求項１のように処理室内における前記電極間の空間領
域を側部から囲むように配置された接地電極を有してい
ると、プラズマが当該電極間空間に留まり、周囲に拡散
することはない。従って、処理領域でのプラズマ密度が
高くなり、他方処理室内壁にコンタミネーションが発生
することもない。すなわち、拡散しようとするイオンは
この第３の電極側に積極的に移動し、結果的にプラズマ
の拡散は防止される。

【００２８】 かかるプラズマ拡散の防止という目的のみ
を鑑みれば、プラズマ閉じこめ手段である接地電極は例
えば筒状のものが好ましいが、電極間空間内に導入した
エッチングガスの排気を考慮すると、既述したように複
数の透孔を設けることにより、排気を損なうことなくか
つ同時にプラズマの拡散を防止することができる。

【００２９】 また前記のように接地している電極を設け
た場合には、積極的にイオンをいわば呼び込むようにし
ているので、電極間空間を囲む略環状の形態を有し、そ
の内周を前記電極間空間に向けて凸に湾曲させた場合に
は、プラズマ側に曝される表面積が大きくなり、大きい
パワーによって発生したプラズマに対しても所期の目的
を達成することが可能である。

【００３０】 請求項２に記載したように、略環状の形態
を有する接地電極を第１の電極近傍と第２の電極近傍と
に夫々配置した場合には、それぞれ対向側にある第１の
電極と第２の電極の各々からのイオンを各々呼び込ん
で、それによってプラズマの拡散を防止することが可能
である。即ち第３の電極は第２の電極から、第４の電極
は第１の電極から相応するイオンを各々呼び込んで、そ
れによってプラズマの拡散を防止することができる。こ
の場合接地されている２つの電極、即ち第３の電極と第
４の電極の外周縁部が重なるように配置すれば、より一
層プラズマの拡散を防止することが可能となる。

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】 そして以上のように構成された各プラズマ
処理装置において第１の電極と第２の電極に対して、各
々高周波電力を印加するように構成すれば、各高周波電
力の電圧を夫々独立可変とすることが容易である。

【００３５】

【００３６】

【００３７】 ところで既述したように、処理室を内部に
形成する処理容器を接地すると共に、第１、第２の各電
極はこの処理容器とは絶縁し、１つの高周波電源からの
高周波電力を前記第１の電極、又は第２の電極のいずれ
かに切り換え印加自在に構成し、さらに前記第１、第２
の電極を接地自在に構成すれば、第１の電極に対して印
加する一方で第２の電極を接地するモードと、その逆に
第１の電極の方を接地して第２の電極に高周波電力を印
加するモードとの、２つのプラズマ処理モードが得られ
る。従って、１つの処理室において、２つの異なったプ
ラズマ処理モードが得られ、例えば第１の電極上に被処
理体を載置させてこの被処理体に対してエッチング処理
を施す場合、前者のモードではＤＣバイアスを大きくし
たエッチング処理を施すことができ、後者のモードでは
ＤＣバイアスの小さいエッチング処理を施すことが可能
となる。それゆえ同一処理室内で異なった処理を連続し
て行ったり、プロセスのアプリケーションの拡大を図っ
たりすることができる。

【００３８】 この場合、高周波電力の印加側電極を切り
換えた際に、同時に他の電極が切り換え接地されるの
で、例えば１つのリレー系の切り換えによって、前記し
た２つのモードの切り換えが実施できる。

【００３９】 また以上の各プラズマ処理装置において高
周波電力の出力を周期的に変調するように構成すれば、
プラズマ密度の高低を繰り返すことが可能であり、プラ
ズマ中のガス成分の解離コントロールを実施することが
でき、例えばコンタクトホールのエッチング処理におい
ては、高出力時にエッチングを進行させ、他方低出力時
にはホール内のエッチング反応生成物を排出させるプロ
セスを採ることが可能になる。従ってエッチングレート
を高くするとともに、ホール底部とホール入口との大き
さの差を小さく抑える垂直異方性にすぐれたエッチング
を実施することができる。かかる出力変調において、最
小時の出力が、最大時の出力の１／２〜１／５の範囲と
なるように設定すれば、プラズマ状態を維持しつつかつ
そのようにエッチング反応生成物の排出にとって好まし
い状態とすることができる。

【００４０】 上部電極と下部電極との間のギャップ長
を、１０〜４０mmに設定して上下対向の電極に夫々相対
的高周波電力、相対的低周波電力を印加してプラズマを
発生させれば、エッチングレート、均一性、並びにプラ
ズマの安定度に関しバランスのとれた処理を実行するこ
とが可能である。また前記ギャップ長を１５〜３０mm、
とりわけ２５mm前後に設定すれば、なお好ましい結果が
得られる。

【００４１】 上部電極と下部電極との双方に印加する場
合には、上部電極の方を先に印加し、下部電極の方をそ
れより遅れて印加させてプラズマを発生させるようにす
れば、下部電極上に載置される被処理体に対して過大な
電圧がかからず、プラズマを発生させやすく、かつ当該
被処理体に対してダメージを与える危険が少ない。また
プラズマを消滅させる際にも、先に下部電極側の印加電
力を停止させ、次いで遅れて上部電極側の印加電力を停
止させるようにすれば、デポが進行せず被処理体に対す
るダメージを防止することが可能になる。要するにこの
ような印加、停止順序を採れば、被処理体が載置される
下部電極だけに電圧を印加する状態を避けているため、
被処理体に対して過大電圧からの保護が図られるのであ
る。なお遅らせるタイミングは、例えば１秒以下に設定
すれば所期の効果を得ることができる。

【００４２】 既述したように、インピーダンスと位相と
を夫々独立して制御するように整合手段を構成すれば、
外乱に対して影響をうけずらく、かつ負荷変動に対して
も整合をとりやすいものとなる。

【００４３】 そして処理室内圧を５ｍＴｏｒｒ〜１００
ｍＴｏｒｒに設定自在に構成することにより、高い真空
度下での高微細加工が可能になる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき説
明すると、図１は第１実施例のエッチング処理装置１の
断面を模式的に示しており、このエッチング処理装置１
は、電極板が平行に対向した所謂平行平板型エッチング
装置として構成されている。

【００４５】 このエッチング処理装置１は、例えば表面
が酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどからなる
円筒形状に成形された処理容器２を有しており、この処
理容器２は接地されている。前記処理容器２内に形成さ
れる処理室内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介
して、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエ
ハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支
持台４が収容され、さらにこのサセプタ支持台４の上部
には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられてい
る。

【００４６】 前記サセプタ支持台４の内部には、冷媒室
６が設けられており、この冷媒室６には例えばパーフル
オロポリエーテルなどの温度調節用の冷媒が冷媒導入管
７を介して導入可能であり、導入された冷媒はこの冷媒
室６内を循環し、その間生ずる冷熱は冷媒室６から前記
サセプタ５を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、こ
のウエハＷの処理面を所望する温度まで冷却することが
可能である。

【００４７】 前記サセプタ５は、その上面中央部が凸状
の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電
チャック１１が設けられている。この静電チャック１１
は、２枚の高分子ポリイミド・フィルムによって導電層
１２が挟持された構成を有しており、この導電層１２に
対して、処理容器２外部に設置されている直流高圧電源
１３から、例えば１．５ｋＶの直流高電圧を印加するこ
とによって、この静電チャック１１上面に載置されたウ
エハＷは、クーロン力よってその位置で吸着保持される
ようになっている。

【００４８】 前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チ
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１５が配置されている。このフォー
カスリング１５は反応性イオンを引き寄せない絶縁性の
材質からなり、プラズマによって発生した反応性イオン
を、その内側のウエハＷにだけ効果的に入射せしめるよ
うに構成されている。

【００４９】 前記サセプタ５の上方には、このサセプタ
５と平行に対向して、これより約１５〜２０ｍｍ程度離
間させた位置に、上部電極２１が、絶縁材２２を介し
て、処理容器２の上部に支持されている。この上部電極
２１は、前記サセプタ５との対向面に、多数の拡散孔２
３を有する、例えばＳｉＣ又はアモルファスカーボンか
らなる電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性
材質、例えば表面が酸化アルマイト処理されたアルミニ
ウムからなる、電極支持体２５とによって構成されてい
る。

【００５０】 そしてこの電極支持体２５の外周には、環
状の絶縁材２６を介して、図２に示したような第３の電
極となる接地電極２７が設けられている。この接地電極
２７は、図１に示される如く、その下端部が前出フォー
カスリング１５の上端部との間にウエハＷが通過し得る
空隙を保持して設置され、さらにその内周は、図１、図
２に示したように、内側に突出した形態を有している。
そしてこの接地電極２７は、前記サセプタ５と電極板２
４との間の空間領域を、側部から囲むようにして配され
ている。

【００５１】 前記上部電極２１における支持板２５の中
央にはガス導入口２８が設けられ、さらにこのガス導入
口２８には、ガス導入管２９が接続されている。このガ
ス導入管２９には、ガス供給管３０が接続されており、
さらにこのガス供給管３０は３つに分岐されて、各々バ
ルブ３１、３２、３３ 、並びにマスフローコントロー
ラ３４、３５、３６を介して、それぞれ対応する処理ガ
ス供給源３７、３８、３９に通じている。本実施例にお
いては、処理ガス供給源３７からはＣＦ_４ガス、処理ガ
ス供給源３８からはＣｌガス、処理ガス供給源３９から
は不活性のパージガスであるＮ_２ガスが供給されるよう
に設定されている。

【００５２】 前記処理容器２の下部には排気管４１が接
続されており、この処理容器２とゲートバルブ４２を介
して隣接しているロードロック室４３の排気管４４共
々、ターボ分子ポンプなどの真空引き手段４５に通じて
おり、所定の減圧雰囲気まで真空引きできるように構成
されている。そして前記ロードロック室４３内に設けら
れた搬送アームなどの搬送手段４６によって、被処理体
であるウエハＷは、前記処理容器２とこのロードロック
室４３との間で搬送されるように構成されている。

【００５３】 また前記エッチング処理装置１の処理容器
２内にプラズマを発生させるための高周波電力は、例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波を発振させる２台の高周波
電源５１、５２によって供給される。即ち高周波電源５
１は、整合器５３を介して、上部電極２１に高周波電力
を印加するように構成され、また高周波電源５２は、整
合器５４を介して、サセプタ５に高周波電力を印加する
ように構成されている。なおそのように上部電極２１、
サセプタ５へは、夫々独立した高周波電源によって高周
波電力が印加されるようになっているので、これら上部
電極２１、サセプタ５に印加する電圧は、夫々独立して
可変である。

【００５４】 また前記整合器５３と上部電極２１との
間、並びに前記整合器５４とサセプタ５との間には、各
々印加される高周波電力の電流の位相信号を検出する位
相検出手段５５、５６が夫々設けられている。そしてこ
れら各位相検出手段５５、５６によって検出された位相
信号は、夫々位相コントローラ５７へと入力され、この
位相コントローラ５７は、この検出された位相信号に基
づいて前出各高周波電源５１、５２に対し、各々位相が
１８０゜異なった高周波を発振させるように、夫々制御
するように構成されている。

【００５５】 第１実施例にかかるエッチング処理装置１
は以上のように構成されており、例えば、このエッチン
グ処理装置１を用いて、シリコン基板を有するウエハＷ
上のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のエッチングを実施す
る場合について説明すると、まず被処理体であるウエハ
Ｗは、ゲートバルブ４２が開放された後、搬送手段４６
によってロードロック室４３から処理容器２内へと搬入
され、静電チャック１１上に載置される。そして高圧直
流電源１３の印加によって前記ウエハＷは、この静電チ
ャック１１上に吸着保持される。その後搬送手段４６が
ロードロック室４３内へ後退したのち、処理容器２内は
排気手段４５によって真空引きされていく。

【００５６】 他方バルブ３１が開放されて、マスフロー
コントローラ３４によってその流量が調整されつつ、処
理ガス供給源３７からＣＦ_４ガスが、ガス供給管３０、
ガス導入管２９、ガス導入口２８を通じて上部電極２１
へと導入され、さらに電極板２４の拡散孔２３を通じ
て、図１中の矢印に示される如く、前記ウエハＷに対し
て均一に吐出される。

【００５７】 そして処理容器２内の圧力は例えば１Ｐａ
に設定、維持された後、高周波電源５１、５２が作動し
て、その電流位相が相互に１８０゜異なった高周波電力
が夫々上部電極２１と、サセプタ５に印加され、これら
上部電極２１とサセプタ５との間にプラズマが発生し、
前記処理容器２内に導入されたＣＦ_４ガスを解離させて
生じたラジカル成分によって、ウエハＷに対して所定の
エッチングが施される。

【００５８】 かかるエッチング処理におけるプラズマ
は、既述の如く上部電極２１とサセプタ５との間に発生
するが、前記したように、接地電極２７は、前記上部電
極２１とサセプタ５と間の空間領域を、側部から囲むよ
うにして配されているので、当該空間領域から拡散しよ
うとするイオンは、この接地電極によって引きつけら
れ、当該空間領域外部、例えば処理容器２内壁へ拡散す
ることはない。従って、前記空間領域、即ちウエハＷに
対する処理領域内のプラズマ密度は高く維持でき、これ
によってウエハＷに対して高微細加工が可能となってい
る。

【００５９】 しかもイオンが処理容器２内壁へと拡散す
ることが抑制されいるので、処理中に、この処理容器２
内壁がエッチングされたり、反応生成物が付着するなど
して、当該内壁にコンタミネーションが発生することは
なく、処理容器２内を汚染することはない。したがっ
て、この点から歩留まりが低下することはない。

【００６０】 そしてプラズマを発生させるために上部電
極２１とサセプタ５とに夫々印加された高周波電力は、
その電流位相が１８０゜異なっているため、処理ガスの
種類、減圧度とは無関係に高周波電力をプラズマに投入
することができ、ウエハＷに入射するイオン電流密度を
増大させることができる。

【００６１】 すなわち、対向する電極間にかかる高周波
電力の周波数の位相差を変化させた場合、プラズマの状
態は変化する（例えば、特開平２−２２４２３９）。例
えば２つの高周波電力の電圧位相がほぼ同相である場
合、プラズマは広がり、密度も低くなって処理速度が低
下する。他方、電圧位相差が１８０゜ずれている場合に
は、プラズマ密度は高くなる。しかし、例えば周波数が
３８０ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚの場合では、プラズマ
密度が最も高くなる電圧位相差は、異なっている。これ
はプラズマのインピーダンスが変化するためと考えられ
る。同様に、処理ガスの組成を変化させると、ガスの電
離断面積の特性、あるいは解離の特性差によっても、プ
ラズマのインピーダンスが変化し、最適の電圧位相差は
変化してしまう。従って、従来のように電圧位相を制御
して高周波電力を印加する方式では、そのようにプラズ
マインピーダンスの変化により、一方の電極から流れ込
んだ電流が、位相差により対向電極に流れ込む電圧関係
になっていない場合、対向電極以外の、例えば処理容器
内壁へと拡散してしまうため、最もプラズマ密度の高い
状態を実現するのは難しかったのである。

【００６２】 この点、前記のように電流位相を１８０゜
異なったものにして制御することによりプラズマインピ
ーダンスの変化と関係なく、一方の電極、例えば上部電
極２１から他方の対向電極であるサセプタ５に流れ込も
うとしたときには、サセプタ５の位相はその電流を流す
ことができる関係にあるため、電流は効率よく流れ込
み、その結果プラズマはこれら上部電極２１とサセプタ
５間に閉じこめられてその密度が高くなるものである。

【００６３】 しかも本実施例では、既述の如く、接地電
極２７によってもプラズマが閉じこめられる構成である
から、両者が相俟って極めて高いプラズマ密度を実現さ
せることができ、高い微細加工を可能としている。

【００６４】 なお前記実施例で使用した接地電極２７
は、内側に凸に成形された形態を有していたが、これに
代えて例えば図３に示したように、単なる筒状の接地電
極６１として、これを絶縁材６２を介して、電極支持体
２５の外周に配置し、接地されている処理容器２とこの
接地電極６１とを固着する構成としてもよい。

【００６５】 また対向電極間空間をより閉鎖された空間
とするため、さらに接地電極の高さを大きくした筒状の
形態としてもよい。なおかかる場合には、当該対向電極
間空間内に導入される処理ガスの排気を十分に確保する
ため、図４に示したように、この接地電極６３の周囲
に、複数の透孔６４を形成しておくことが好ましい。

【００６６】 さらにプラズマを対向電極間に閉じこめて
周囲に拡散させない接地電極の他の例としては、例えば
図５に示したような接地電極６５、６６としてもよい。
この接地電極６５、６６は、同図からわかるように、夫
々略リング形状をなしており、接地電極６５は、上部電
極２１の外周に配置し、接地電極６６はサセプタ５の上
端部近傍外周に配置させる（この場合、所謂排気リング
の上部にかかる構成を持たせてもよい）。これによって
上部電極２１から拡散しようとする荷電粒子は、接地電
極６６へと寄せられ、サセプタ５から拡散しようとする
荷電粒子は接地電極６５へと寄せられて、その結果、上
部電極２１とサセプタ５間に発生したプラズマは、処理
容器２の内壁へと拡散することはないものである。

【００６７】 また図６に示した接地電極６７、６８は、
前記電極の形態を代えてリング状でかつ内側面が斜面を
形成するように断面を略三角形としたものである。かか
る構成の接地電極６７、６８によれば、例えば上側の接
地電極６７は、その内側の斜面部がサセプタ５の方向に
向けられているので、前記図５に示した接地電極６５よ
りも、より効率よく荷電粒子を引き寄せることができ、
さらにプラズマ拡散防止効果が向上している。

【００６８】 なお前記図５、図６に示した接地電極は、
いずれも上下対向構成としていたが、必ずしもそのよう
に対向する構成としなくても、プラズマ拡散防止効果は
得られるものである。

【００６９】 前記した例では、プラズマ拡散の防止を図
る手段として、上部電極２１、サセプタ５以外の第３の
電極を設けた構成を採ったが、これに代えて例えば図７
に示したように、磁石を上部電極２１とサセプタ５の近
傍周囲に対向配置させてもよい。即ち上部電極２１に
は、電極支持体２５の下端部外周に、環状の絶縁部材７
１を設け、この絶縁部材７１の内部に図８に示した略円
柱状の永久磁石７２を、環状に等間隔で設ける。本実施
例では、図７に示したように、下面側、即ちサセプタ５
側に全ての永久磁石７２のＮ極が位置するようにし、か
つ環状に配置するにあたっての間隔は、図９に示したよ
うに、隣合う他の永久磁石とのおりなす中心角θが１０
゜となるように、設定してある。

【００７０】 他方図７に示したように、サセプタ５の上
端部外周にも、環状の絶縁部材７３を設け、この絶縁部
材７３の内部に、前記永久磁石７２と同形、同大、同一
磁力を有する永久磁石７４を、前記各永久磁石７２と対
向するように、同一個数、同一間隔で配設する。そして
このサセプタ５側に配設されるこれら永久磁石７４の磁
極は、前記永久磁石７２の対向部分の磁極とは異なった
磁極、即ちＳ極を上部電極２１側に位置するようにして
ある。従って、各永久磁石７２、７４の磁極の関係は、
図１０に示したようになっている。

【００７１】 かかるようにして磁石を配置すれば、上部
電極２１周縁部と、サセプタ５周辺部との間に局所的な
磁場が発生し、この磁場によって上部電極５とサセプタ
５間空間内の荷電粒子が、外部に飛び出すことをトラッ
プすることができ、プラズマを当該電極間空間内に閉じ
こめることができる。なお磁場の強さは、余りに過大に
なるとプラズマ自体に偏りを生じさせてプラズマ処理自
体に影響を与えるおそれがあるので、被処理体であるウ
エハＷ周辺部の磁場強度が１０Ｇａｕｓｓ以下になるよ
うに設定することが望ましい。

【００７２】 また前記した局所的な磁場の形態を、さら
に好ましいものとするために、図１１に示したように、
例えば永久磁石７２の上端部に、磁性体７５を設けて永
久磁石７２と併用するようにしてもよい。

【００７３】 さらに図７、１０に示した例は、上部電極
２１側に配設された永久磁石７２と、サセプタ５側に配
設された永久磁石７４とは、上下間では、相互に異なっ
た磁極構成としたものの、隣合う磁石相互間では、同一
の磁極構成となっていたが、これに代えて、図１２に示
したように、隣合う磁石相互間でも、磁極が異なったよ
うに配置すれば、なお好ましい作用効果が得られる。即
ち、図１２に示したように配置することにより、上下対
向部分にのみならず、隣合う対向部分にも磁束が生じ、
これによって荷電粒子のトラップ体制がより密になる。
従って、図１０，の場合よりもさらにプラズマ閉じこめ
作用が向上する。

【００７４】 ところで、既述したように今日では半導体
デバイスの高集積化に伴って、その製造プロセスにおい
ても、より微細な加工が要求されている。例えばエッチ
ング処理によってコンタクトホールを形成する場合に
も、ホール径が０．３μｍ、ホール深さが１〜２μｍと
なるような微細加工が必要とされている。しかしながら
従来の平行平板型プラズマ装置においては、常に一定出
力の高周波電力を印加するようにしているため、そのよ
うにホール径が小さくなると、図１３に示したように、
エッチング反応生成物Ｚが排出されづらくなり、ホール
８１底部や底部近傍に堆積して、エッチングガスとの入
れ替えがスムーズに行われなくなり、その結果図１３に
示したように、ホール８１の形状が逆円錐台形となった
り、エッチングレートが低下して、高集積化に対応した
微細加工ができないという問題が生じていた。

【００７５】 かかる問題に対処するために、例えば前記
プラズマ処理装置１における高周波電源５１、５２の出
力を制御して、例えば図１４のグラフに示したように、
１０ｍｓの周期毎に、出力の大小を繰り返すようにして
上部電極２１、サセプタ５に印加するようにしてもよ
い。図１４では、最大時の出力が１０００ｗ、最小時の
出力がその１／５の２００ｗとなるように制御してい
る。このように制御することにより、大きい電力時には
プラズマ密度を高くしてエッチングを進行させ、小さい
電力時にはプラズマ密度を低くして、図１５に示したホ
ール８２内に発生するエッチング反応生成物の排出を促
進させて、エッチングガスとの入れ替えを円滑にし、同
図に示したようにホール８２の入口と底部の径が同一の
ホールを形成させることができる。なお前記したパワー
の最大、最小、並びにその周期は、目的とするホールの
大きさ、材質、処理ガス等の種類に応じて、適宜選択す
ればよい。

【００７６】 叙上のエッチング処理装置１は、プラズマ
を発生させる高周波電源を２つ使用して、上部電極２１
とサセプタ５に高周波を印加するように構成していた
が、切換によっていずれか一方の電極を常に接地し、他
の電極にのみ印加することが自在なように構成しておけ
ば、１つの装置構成によって２つの異なったモードのエ
ッチング処理を実施することが可能になる。

【００７７】 また１つの高周波電源を用いてかかる切換
を行うことも可能である。図１６に示した例は、１つの
高周波電源９１を用いてそのような２つの異なったモー
ドのエッチング処理を実施可能なエッチング処理装置９
２を示しており、減圧自在な接地された処理容器９３内
には、上下に対向して、上部電極９４と下部電極９５が
設けられている。そしてこの処理容器９３の上部には、
第１真空リレー９６がシールドボックス９７内に納めら
れており、上部電極９４の前記高周波電源９１又は処理
容器９３との接続切換を担っている。またマッチングボ
ックス９８内には、第２真空リレー９９が納められてお
り、下部電極９５の高周波電源９１又は接地側への切換
と、前記第１真空リレー９６に通ずる高周波電源９１の
経路のＯＮ−ＯＦＦの切換を担っている。

【００７８】 かかる構成を有するエッチング処理装置９
２によれば、図１６の状態ではＤＣバイアスの大きいＲ
ＩＥ（リアクティブイオンエッチング）モードとなって
おり、上部電極９４が接地され、下部電極９５に高周波
電源９１からの高周波電力が印加されて、電極間に存在
するウエハなどの被処理体に対して、高真空領域での微
細加工、及び垂直形状に制御性の高いエッチング処理を
実施することが可能である。

【００７９】 そして前記第１真空リレー９６、第２真空
リレー９９を夫々切り替えて図１７のＤＣバイアスの小
さいＰＥ（プラズマエッチング）モードにすれば、下部
電極９５が接地され、上部電極９４に高周波電源９１か
らの高周波電力が印加されて、電極間に存在するウエハ
などの被処理体に対して損傷が少なく、寸法制御の高い
エッチング処理を実施することができる。従って、第１
真空リレー９６、第２真空リレー９９の切換だけで、同
一の被処理体に対して２つの異なったエッチング処理
を、同一処理室内で連続して実施することが可能であ
り、プロセスのアプリケーションの拡大が図れる。

【００８０】 さらに他の実施例について説明すると、図
１８は、上下対向電極に周波数の異なった高周波電力を
印加する構成を有する第２実施例のエッチング処理装置
１０１の断面を模式的に示しており、このエッチング処
理装置１０１における処理室１０２は、気密に閉塞自在
な酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどからなる
円筒形状に成形された処理容器１０３内に形成され、当
該処理容器１０３自体は接地されている。前記処理容器
１０３内に形成される処理室１０２内の底部にはセラミ
ックなどの絶縁板１０４を介して、被処理体、例えば半
導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）Ｗを載置するた
めの略円柱状のサセプタ支持台１０５が収容され、さら
にこのサセプタ支持台１０５の上部には、下部電極を構
成するサセプタ１０６が設けられている。

【００８１】 前記サセプタ支持台１０５の内部には、冷
媒室１０７が設けられており、この冷媒室１０７には、
既述のエッチング処理装置１と同様、温度調節用の冷媒
が冷媒導入管を介して導入可能であり、導入された冷媒
はこの冷媒室１０７内を循環し、その間生ずる冷熱は冷
媒室１０７から前記サセプタ１０６を介して前記ウエハ
Ｗに対して伝熱され、このウエハＷの処理面を所望する
温度まで冷却することが可能である。またさらに前記サ
セプタ１０６と冷媒室１０７との間には、例えばセラミ
ックヒータなどの加熱手段１０８が設けられており、前
記冷媒室１０７の冷熱とこの加熱手段１０８とにより、
ウエハＷは所定の温度に設定、維持することが可能であ
る。

【００８２】 また前記サセプタ１０６には、静電チャッ
ク１１１が設けら、処理容器１０３外部に設置されてい
る直流高圧電源１１２からの直流高電圧の印加によっ
て、ウエハＷは、静電チャック１１１上面に吸着保持さ
れる。また前記サセプタ１０６の上端周縁部には、絶縁
材１１３を介して環状のフォーカスリング１１３が配置
され、さらにこのフォーカスリング１１３の外周には、
さらに環状の接地電極１１５が設けられている。

【００８３】 前記サセプタ１０６の上方には、サセプタ
１０６と平行に対向して、ギャップ長約２５mmで、上部
電極１２１が、絶縁支持材１２２を介して、処理容器１
０３の上部に支持されている。この上部電極１２１は、
既述のエッチング処理装置１における上部電極２１と同
様、サセプタ１０６との対向面に、多数の拡散孔１２３
を有している。そしてこの絶縁支持材１２２の外周に
は、さらに上部電極１２１を取り囲むようにして、環状
の接地電極１２４が設けられている。そしてこの接地電
極１２４と前記接地電極１１５の各外周縁部は、図１９
に示したように、上下方向に重なるように設置されてい
る。

【００８４】 前記上部電極１２１の中央にはガス導入口
１２５が設けられ、マスフローコントローラ１２６を介
して、処理ガス供給源１２７からのエッチングガス、例
えばＣＦ_４ガスが、前記拡散孔１２３を通じて処理室１
０２内に供給自在である。他方、処理容器１０３の下部
には、真空ポンプなどの真空引き手段（図示せず）に通
ずる排気管１２８が接続されており、この処理室１０２
内を、５ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ内の任意の減圧
度にまで真空引きすることが可能である。

【００８５】 次にこのエッチング処理装置１０１におけ
る下部電極となるサセプタ１０６と上部電極１２１に対
する高周波電力の印加構成について説明する。まずサセ
プタ１０６に対しては、例えば周波数が８００ｋＨｚの
相対的低周波を出力する相対的低周波電源１３１の電力
が整合器１３２を介して印加される。この整合器１３２
は、図１８に示したように、誘導コイル１３３と可変容
量１３３とが直列に接続されており、さらに一端部が接
地された可変容量１３４の他端部が並列に接続されてい
る。かかる構成により、前記誘導コイル１３３と可変容
量１３３とで相対的低周波電源１３１からの電力のイン
ピーダンスを個別に制御し、また可変容量１３４でその
位相を個別に制御して、マッチングをとることが可能で
ある。一方上部電極１２１に対しては、整合器１４１を
介して、周波数が例えば２７ＭＨｚの相対的高周波電力
を出力する相対的高周波電源１４２からの高周波が印加
される構成となっている。

【００８６】 第２実施例にかかるエッチング処理装置１
０１の主要部は以上のように構成されており、例えばシ
リコンのウエハＷの酸化膜に対してエッチング処理する
場合の作用等について説明すると、処理室１０２内に処
理ガス供給源１２７からのＣＦ_４ガスが供給され、処理
室１０２の圧力が、例えば１０ｍＴｏｒｒに設定、維持
された後、まず上部電極１２１に対して相対的高周波電
源１４２から周波数が２７ＭＨｚの相対的高周波が印加
される。ついでこれより１秒以下のタイミングをもっ
て、サセプタ１０６に対して相対的低周波電源１３１か
ら周波数が８００ｋＨｚの相対的低周波が印加され、上
部電極１２１とサセプタ１０６間にプラズマが発生す
る。そのようにサセプタ１０６側を遅らせて印加させる
ことにより、過大な電圧によってウエハＷがダメージを
受けるおそれはない。

【００８７】 そして発生したプラズマによって解離した
ＣＦ_４ガスのラジカル成分によってウエハＷ表面のシリ
コン酸化膜（ＳｉＯ_２）がエッチングされていく。この
場合、まず上部電極１２１の周囲に位置する接地電極１
２４と、サセプタ１０６の周囲に位置する接地電極１１
５とによって、発生したプラズマは閉じこめられ、その
拡散が防止されて高い密度が維持される。

【００８８】 第２実施例の場合、特に図１９に示したよ
うに、接地電極１２４と前記接地電極１１５の各外周縁
部は、上下方向に重なるように設置されているので、プ
ラズマを閉じこめる効果がきわめて大きくなっている。
即ち図２０に示したように、例えば接地電極１２４の方
が外周に位置して、その外周縁部が上下方向に重なって
いないと、プラズマがある程度拡散してしまうが、本実
施例のように外周縁部が上下方向に重なっていると、プ
ラズマが外部に拡散する余地がなく、きわめて高い密度
が確保できるのである。従って、この点からみて、まず
微細なエッチング処理が可能となっている。

【００８９】 ところで発明者らによれば、上部電極１２
１とサセプタ１０６との間のギャップ長と、エッチング
レート、エッチングレートの均一度（ウエハＷ上におけ
るエッチングレートの分布）並びにプラズマの安定度
（プラズマの立ち上げ、維持、拡散からみた安定度）と
の間には、図２１の関係があることが確認されている。

【００９０】 即ちギャップ長が長いほど、エッチングレ
ート（Ｅ／Ｒ）と均一度（Ｕ）が低下するが、反面プラ
ズマの安定度（Ｓ）は向上するのである。歩留まりが高
くかつ微細なエッチング処理を実現するには、これら３
つの要素がバランスよく確保されている必要があるが、
発明者らが得た結果によれば、図２１のグラフに示した
ように、ギャップ長が２５mm辺りでこれら３つの要素が
最もバランスよく得られることがわかった。

【００９１】 この点第２実施例では、既述の如く上部電
極１２１とサセプタ１０６とのギャップ長は、２５mmに
設定してあるので、ウエハＷに対して歩留まりの高い微
細なエッチング処理を実現することが可能になってい
る。なお所望のエッチング処理は、多種多様であるか
ら、かならずしもこの２５mmに設定する必要はなく、図
２１のグラフからわかるように、ギャップ長が１５mm〜
３５mmの範囲でもバランスがよいエッチング処理が１０
mm〜４０mmの間でも比較的バランスのよいエッチング処
理が実現できる。

【００９２】 ところで従来からこの種の高周波を用いた
プラズマ処理装置においては、高周波のマッチングを取
るため、高周波電源と印加される電極、例えば下部電極
との間には、図２２に示したような整合器１５１が設け
られている。従来の整合器１５１は、下部電極１５２と
高周波電源１５３との間に可変コイル１５４、１５５を
直列に配し、さらにこれら可変コイル１５４、１５５の
間に、接地される容量１５６が接続された構成を有して
いた。これによって幅広い範囲の調整（マッチング）を
可能としていたが、反面、インピーダンスと位相とを独
立して制御できず、また例えば上部電極からの周波数の
影響を受けやすいという問題も有していた。

【００９３】 この点、第２実施例にかかるエッチング処
理装置１０１では、既述の如く、誘導コイル１３３と可
変容量１３３とが直列に接続されており、さらに一端部
が接地された可変容量１３４の他端部が並列に接続され
て相対的低周波電源１３１からの電力のインピーダンス
と位相とを独立して制御することが可能であるから、調
整が容易でかつ、上部電極１２１からの相対的高周波の
影響を受け難くなっている。従って、発生したプラズマ
がきわめて安定し、この点からも所期のエッチング処理
を実現することが可能である。

【００９４】 なお第２実施例にかかるエッチング処理装
置１０１では、上部電極１２１、及びサセプタ１０６は
いずれも固定式であり、従って、これら電極間のギャッ
プも２５mmに固定されていたが、前記した図２１の特性
に鑑み、ギャップ長を可変とする構成にしてもよい。例
えば図２３に示したように、適宜の調節機構１６１によ
って、サセプタ１０６’を上下動自在なように構成すれ
ば、上部電極１２１とサセプタ１０６’間のギャップ長
ｄは、任意に変化させることが可能になる。

【００９５】 次に他の提案例について説明する。図２４
は、この提案例にかかる エッチング処理装置４０１の断
面を模式的に示しており、このエッチング処理装置４０
１における処理室４０２は、気密に閉塞自在な酸化アル
マイト処理されたアルミニウムなどからなる円筒形状に
成形された処理容器４０３内に形成され、当該処理容器
４０３自体は接地されている。前記処理室４０２内の底
部にはセラミックなどの絶縁支持板４０４を介して、被
処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」とい
う）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ４０５が収
容され、このサセプタ４０５が下部電極を構成してい
る。

【００９６】 前記サセプタ４０５の内部には、環状の冷
媒室４０６が設けられており、この冷媒室４０６には、
温度調節用の冷媒が冷媒導入管４０７を介して導入さ
れ、冷媒室４０６内を循環して冷媒排出管４０８から排
出される。そしてその間生ずる冷熱は冷媒室４０６から
前記サセプタ４０５を介して前記ウエハＷに対して伝熱
され、このウエハＷの処理面を所望する温度まで冷却す
ることが可能である。またさらに前記サセプタ４０５に
は、例えばセラミックヒータなどの加熱手段４０９が設
けられており、処理容器４０３外部に設置されている電
源４１０からの給電によって、サセプタ４０５を所望の
温度に加熱するように構成されている。従って、前記冷
媒室４０６の冷熱とこの加熱手段４０９とにより、ウエ
ハＷは所定の温度に設定、維持することが可能である。

【００９７】 また前記サセプタ４０５には、静電チャッ
ク４１１が設けら、処理容器４０３外部に設置されてい
る直流高圧電源４１２からの直流高電圧の印加によっ
て、ウエハＷは、静電チャック４１１上面に吸着保持さ
れる。また前記サセプタ４０５の上端周縁部には、静電
チャック４１１上に保持されたウエハＷを囲むように、
絶縁材からなる環状のフォーカスリング４１３が配置さ
れている。

【００９８】 前記サセプタ４０５の上方には、このサセ
プタ４０５と平行に対向して、ギャップ長約２５mmで、
上部電極４２１が、絶縁支持材４２２を介して、処理容
器４０３の上部に支持されている。この上部電極４２１
は、そのプラズマに接する部分が、印加するＲＦパワー
が十分透過する程度の厚さのＳｉＯ_２からなり、またサ
セプタ５との対向面に、多数の拡散孔４２３を有してい
る。

【００９９】 前記上部電極４２１の中央にはガス導入口
４２４が設けられ、バルブ４２５、マスフローコントロ
ーラ４２６を介して、処理ガス供給源４２７からのエッ
チングガス、例えばＣＦ_４ガスが、前記拡散孔４２３を
通じて処理室４０２内に供給自在である。

【０１００】 処理容器４０３の下部には、真空ポンプな
どの真空引き手段４２８に通ずる排気管４２９が接続さ
れており、この処理室４０２内を、５ｍＴｏｒｒ〜１０
０ｍＴｏｒｒ内の任意の減圧度にまで真空引きすること
が可能である。

【０１０１】 次にこのエッチング処理装置４０１の高周
波電力印加系について説明すると、まず下部電極となる
前記サセプタ４０５に対しては、例えば周波数が８００
ｋＨｚの相対的低周波を出力する相対的低周波電源４３
１からの電力が、整合器４３２を介して印加される。一
方上部電極４２１に対しては、整合器４３４を介して、
周波数が例えば２７．１２ＭＨｚの相対的高周波電力を
出力する相対的高周波電源４３３からの高周波が印加さ
れる構成となっている。

【０１０２】 このように上下の電極に異なった周波数の
高周波を印加するようになっているが、さらにこの例で
は、ハイパスフィルタ４６１、ローパスフィルタ４６２
が設けられている。即ち相対的低周波電源４３１からサ
セプタ４０５への印加経路には、８００ｋＨｚの電力の
侵入を阻止し、２７．１２ＭＨｚの高周波を通過させる
ハイパスフィルタ４６１の一端部を並列に接続し、その
他端部は接地させる。一方、相対的高周波電源４３３か
ら上部電極４２１に対して印加する印加経路には、２
７．１２ＭＨｚの電力の侵入を阻止し、８００ｋＨｚの
相対的低周波の電力を通過させるローパスフィルタ４６
２の一端部を並列に接続し、その他端部は接地させる。

【０１０３】 このように構成することにより、相対的低
周波電源４３１からの８００ｋＨｚの電力は、サセプタ
４０５→上部電極４２１→ローパスフィルタ４６２へと
投入され、一方相対的高周波電源４３３からの２７．１
２ＭＨｚの高周波電力は、上部電極４２１→サセプタ４
０５→ハイパスフィルタ４６１へと投入される。従っ
て、これら２つの異なった周波数の電力の相互干渉は防
止されて各整合器４３２、４３４によるマッチングがと
りやすく、パワーロスも少なくなって、上部電極４２１
とサセプタ４０５との間に効率のよい電力投入が実現で
きる。

【０１０４】 前記処理容器４０３の側部には、ゲートバ
ルブ４４１を介してロードロック室４４２が隣接してい
る。このロードロック室４４２内には、被処理体である
ウエハＷを処理容器４０３内の処理室４０２との間で搬
送する搬送アームなどの搬送手段４４３が設けられてい
る。

【０１０５】 前記提案にかかる エッチング処理装置４０
１の主要部は以上のように構成されており、例えばシリ
コンのウエハＷの酸化膜に対してエッチング処理する場
合の作用等について説明すると、まずゲートバルブ４４
１が開放された後、搬送手段４４３によってウエハＷが
処理室４０２内に搬入され、静電チャック４１１上に載
置された後、搬送手段４４３が待避し、ゲートバルブ４
４１が閉鎖される。次いで処理室４０２内が排気手段４
２８によって減圧されていき、所定の減圧度になった
後、処理ガス供給源４２７からＣＦ_４ガスが供給され、
処理室４０２の圧力が、例えば１０ｍＴｏｒｒに設定、
維持される。

【０１０６】 そして上部電極４２１に対して相対的高周
波電源４３３から周波数が２７．１２ＭＨｚの相対的高
周波が印加され、またこれより僅かに遅れて（１秒以下
のタイミング遅れ）をもって、サセプタ４０５に対して
相対的低周波電源４３１から周波数が８００ｋＨｚの相
対的低周波が印加され、上部電極４２１とサセプタ４０
５との間にプラズマが発生する。そのようにサセプタ４
０５側を遅らせて印加させることにより、過大な電圧に
よってウエハＷがダメージを受けることを防止できる。

【０１０７】 そして発生したプラズマによって処理室４
０２内のＣＦ_４ガスが解離し、その際に生ずるフッ素ラ
ジカルによってウエハＷ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ
_２）がエッチングされていく。

【０１０８】 なお前記したように、サセプタ４０５には
例えば８００ｋＨｚの電力を印加し、一方上部電極４２
１には２７．１２ＭＨｚの高周波を印加して、２７．１
２ＭＨｚの高周波で生起させたプラズマ中のイオンを、
８００ｋＨｚの方の相対的低周波でその入射速度をコン
トロールしているが、この場合、そのようにエッチング
するイオンをコントロールする際の周波数、即ちサセプ
タ４０５に印加する相対的低周波の周波数を決定するに
は、次の点に留意する必要がある。

【０１０９】 即ち、上部電極４２１側に印加する相対的
高周波の周波数と近い周波数をサセプタ４０５に印加す
ると、両周波数が近いため、ハイパスフィルタ４６１や
ローパスフィルタ４６２の機能が発揮しづらくなり、そ
の結果、マッチングが適切にとれなかったり、パワーロ
スが生ずるおそれがある。他方、上部電極４２１側に印
加する相対的高周波の周波数よりもかなり低い周波数、
例えば１０ｋＨｚという極端に低い相対的低周波の周波
数をサセプタ４０５に印加すると、エネルギー幅が大き
くなり、高いエネルギーをもったイオンの数が多くな
る。その結果、ウエハにダメージが生ずるおそれが出て
きて好ましくない。

【０１１０】 従って、以上の点を鑑みると、サセプタ４
０５に印加する相対的低周波の周波数は、上部電極４２
１側の周波数よりも比較的離れた周波数であって、かつ
極端に低くならないように選択する必要がある。

【０１１１】 この点に関し、発明者は、サセプタ４０５
への印加経路におけるＶpp（プラズマ電圧とウエハＷ上
のＶppとの関係を周波数ごとに求め、さらにウエハＷ上
のＶppとウエハＷ上のＶdc（自己バイアス電圧）との関
係を周波数ごとに求め、これらの特性と、各周波数にお
けるイオンのエネルギー幅をも考慮した結果、前記エッ
チング処理装置４０１の上部電極４２１に２７．１２Ｍ
Ｈｚの高周波を印加する場合、装置のインピーダンス等
も勘案すると、図２５に示したように、サセプタ４０５
には８００ｋＨｚの周波数の電力を供給することが好適
であることを見いだした。これによれば、８００ｋＨｚ
の相対的低周波電力は、ウエハにダメージが生じにく
く、かつマッチングのとりやすい周波数となっている。
したがって、ハイパスフィルタ４６１及びローパスフィ
ルタ４６２を使用すると共に、上部電極４２１には２
７．１２ＭＨｚ、サセプタ４０５には８００ｋＨｚの周
波数電力を印加すると、パワーロスがなくかつダメージ
のないエッチングをウエハＷに対して実施することが可
能になっている。

【０１１２】 次に本発明の実施例にかかるエッチング処
理装置に、エッチング処理容器の劣化を防止することが
できるとともに、金属による半導体ウエハ（以下、「ウ
エハ」という）等の汚染を確実に防止することができる
ようにカーボンを適用する技術思想を図２６及び図２７
に基づいて説明する。

【０１１３】 円筒状のエッチング処理容器５０１は、材
質例えば表面にアルマイト処理を施したアルミニウムか
らなる有底円筒状のエッチング処理容器下部５０１ａ
と、このエッチング処理容器下部５０１ａの上部開口を
気密に閉塞する如く配置され、同様な材質から円板状に
形成されたエッチング処理容器上部５０１ｂとから構成
されている。なお、これらの当接部には、内部を気密に
保持するためのＯリング５０２が適宜配設されている。

【０１１４】 前記エッチング処理容器下部５０１ａの側
壁部には、図２７にも示すように、ウエハＷを搬入、搬
出するための開口５０３、５０４が対向する如く両側に
形成されており、これらの各開口５０３、５０４の各外
側には、それぞれ対応するゲートバルブ５０５、５０６
を介して、対応するロードロック室５０７、５０８が配
設されている。これらのロードロック室５０７、５０８
内には、それぞれウエハＷを搬入、搬出するための搬送
機構５１１が配設されており（一方のみ図示する）、通
常、一方のロードロック室、例えばロードロック室５０
７が搬入専用、他方のロードロック室５０８が搬出専用
とされる。なお図中、５０９、５１０は、各ロードロッ
ク室５０７、５０８と外部とを遮断、開放するためのゲ
ートバルブである。

【０１１５】 前記エッチング処理容器５０１内には、材
質が例えばセラミックスからなる絶縁性の支持部材５１
２に支持される如く、材質が例えば表面にアルマイト処
理を施したアルミニウムからなり、円板状に形成された
サセプタ、即ち下部電極５１３が配設されている。この
下部電極５１３は、マッチング回路５１４を介して高周
波電源５１５に接続されており、下部電極５１３内に
は、冷却のための冷媒循環経路５１６が配設されてい
る。また前記下部電極５１３の上面は、ウエハＷを例え
ば静電チャック（図示せず）等により吸着保持可能な如
く平面状に形成されている。

【０１１６】 一方、エッチング処理容器上部５０１ｂの
上記下部電極５１３に対向する部位は上部電極５２１を
構成している。この上部電極５２１には、図示しないガ
ス供給源から導出されたガス供給配管５２２が接続され
ており、このガス供給配管５２２から供給された所定の
エッチングガスは、上部電極５２１内に形成されたガス
拡散用の空隙５２３内で、多数の透孔を形成されたガス
拡散板によって拡散され、上部電極５２１の下側面に形
成された多数の透孔５２４から、下部電極５１３上に載
置されたウエハＷに向けて均一に供給されるよう構成さ
れている。

【０１１７】 前記エッチング処理容器５０１の下部に
は、排気ポンプ５３１に接続された排気配管５３２が接
続されており、下部電極５１３の周囲には、下部電極５
１３の周囲から均一な排気が行われるよう、図２７にも
示すように多数の透孔が形成されたバッフル板５３３が
水平に配設されている。

【０１１８】 前記バッフル板５３３は、カーボンから構
成されており、前記排気配管５３２は、エッチング処理
容器５０１から所定距離、例えば数十センチ〜１メート
ル程度、その内部がカーボンのコーティング被膜５３２
ａにより被覆されている。また、上部電極５２１の下側
面は、カーボン製の板５２５によって覆われており、上
部電極５２１の透孔５２４内は、カーボンのコーティン
グ被膜５２４ａによって被覆されている。さらに、エッ
チング処理容器５０１内には、その内側壁面を覆う如
く、カーボン製の円筒５３４が配設されている。

【０１１９】 前記カーボン製の円筒５３４には、前出２
つの開口５０３、５０４に応じてそれぞれ開口部５３５
が形成されており、これらの開口部５３５を開閉自在に
覆う如く、それぞれカーボン製のシャッタ板５３６が配
設されている。これらのシャッタ板５３６は、図２７に
示すように、エッチング処理容器５０１内壁面と略同様
な曲率を有する円弧状の板体からなり、これらのシャッ
タ板５３６は、シャフト５３７を介してエッチング処理
容器５０１の外部に設けられたエアシリンダ５３８に接
続されており、このエアシリンダ５３８の伸縮動作によ
って上下動するよう構成されている。また、エッチング
処理容器５０１における前記シャフト５３７の貫通部に
は、こられの部材の間の気密を維持するための機構とし
て、例えば蛇腹機構（図示せず）が設けられている。

【０１２０】 前記各カーボン製部材、すなわち、バッフ
ル板５３３、板５２５、円筒５３４、シャッタ板５３６
は、厚さ例えば１〜２０mmに設定されている。

【０１２１】 このように構成されたエッチング処理装置
では、予め排気ポンプ５３１を作動させてエッチング処
理容器５０１内を所定の真空度に設定しておく。そし
て、どちらか一方のロードロック室、例えばロードロッ
ク室５０７のゲートバルブ５０９を開け、搬送機構５１
１によって被処理体であるウエハＷをロードロック室５
０７内に搬入し、この後ゲートバルブ５０９を閉じてこ
のロードロック室５０７内を所定の真空度に設定し、し
かる後、ゲートバルブ５０５を開けるとともにシャッタ
板５３６を開口５０３の前から移動させて、搬送機構５
１１により下部電極５１３上に前記ウエハＷを載置す
る。

【０１２２】 次に、搬送機構５１１をエッチング処理容
器５０１内から退避させ、ゲートバルブ５０５を閉じる
とともにシャッタ板５３６を開口５３５の前に位置さ
せ、この状態で、ガス供給配管５２２から所定のエッチ
ングガス、例えばＣｌ_２＋ＢＣｌ_３を供給し、これとと
もに、高周波電源５１５から例えば１３．５６ＭＨｚの
高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ化し、
いわゆるリアクティブイオンエッチングにより、前記ウ
エハＷに対してエッチング処理を施す。

【０１２３】 この時エッチング処理容器５０１内のプラ
ズマに曝される部位は、ウエハＷの表面を除いて、全て
カーボンとなっている。このため、例えば、開口５０３
のゲートバルブ５０５や上部電極５２１の透孔５２４内
等の腐食が防止されるので、アルミニウム等によって被
処理体である前記ウエハＷが汚染されることを防止する
ことができる。また、カーボン製の板５２５、円筒５３
４、シャッタ板５３６等は、エッチングされて消耗する
が、比較的安価に製造可能なこれらの部材を交換するこ
とによって対処することができ、エッチング処理容器下
部５０１ａ、エッチング処理容器上部５０１ｂ等の劣化
を防止することができる。

【０１２４】 さらに、アルミニウムのエッチングを行う
場合、板５２５、円筒５３４、シャッタ板５３６等から
エッチングされたカーボンの作用により、ウエハＷの選
択比の向上を図ることができる。すなわち、上部にマス
クとしてのフォトレジストが形成された非エッチング部
分の側壁部にカーボンのポリマーからなる側壁保護膜が
形成され易くなり、側壁部のいわゆるアンダーカットが
抑制され、選択比の向上を図ることができる。

【０１２５】 しかも前記シャッタ板５３６が、エッチン
グ処理容器５０１内壁面と略同様な曲率を有する円弧状
の板体から構成されているので、エッチング処理容器５
０１内に生起されたプラズマが、エッチング処理容器５
０１の内壁面に沿って均一、かつ、均等なプラズマ密度
になり、ウエハＷの処理が均一化され、歩留まりが向上
する。

【０１２６】 なお前記した各実施例は、いずれも被処理
体が半導体ウエハの場合について説明したが、それに限
らず本発明は、例えばＬＣＤ基板を処理対象とする装置
構成とすることも可能である。

【０１２７】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、処
理室内における前記電極間空間から、プラズマが周囲に
拡散することを防止することができ、処理領域でのプラ
ズマ密度が高くなり、他方処理室内壁にコンタミネーシ
ョンが発生することもない。特に請求項２のように第１
の電極と第２の電極の周囲にそれぞれ接地電極を設置し
た場合には、プラズマの閉じこめ効果が大きいものであ
る。

【０１２８】

【０１２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるエッチング処理装
置の断面説明図である。

【図２】図１のエッチング処理装置に使用した接地電極
の一部破断斜視図である。

【図３】他の構造を有する接地電極を使用した処理容器
の断面説明図である。

【図４】透孔を有する接地電極の斜視図である。

【図５】対向型の接地電極を使用した処理容器の断面説
明図である。

【図６】内側に斜面部を有する対向型の接地電極を使用
した処理容器の断面説明図である。

【図７】プラズマ拡散防止手段として永久磁石を用いた
場合の上部電極、サセプタ近傍の要部拡大断面図であ
る。

【図８】図７における永久磁石の斜視図である。

【図９】図７の永久磁石の配置の様子を示す絶縁部材の
底面図である。

【図１０】図７の永久磁石の磁極配置の様子を示す説明
図である。

【図１１】図７の永久磁石に磁性体を取り付けた様子を
示す断面説明図である。

【図１２】永久磁石の他の磁極配置の様子を示す説明図
である。

【図１３】従来技術にかかるエッチングによって形成さ
れたコンタクトホールの断面説明図である。

【図１４】他の実施例において印加する高周波電力の出
力変調の様子を示すグラフである。

【図１５】本発明の実施例によって形成されたコンタク
トホールの断面説明図である。

【図１６】ＲＩＥモードにある本発明の他の実施例の説
明図である。

【図１７】ＰＥモードにある本発明の他の実施例の説明
図である。

【図１８】周波数の異なった高周波電力を上下対向電極
に印加する構成を有する第２実施例のエッチング処理装
置の説明図である。

【図１９】図１８のエッチング処理装置の要部説明図で
ある。

【図２０】上部電極側の接地電極と下部電極側の接地電
極の各外周縁部が重なっていない状態を示す説明図であ
る。

【図２１】上下対向電極間のギャップ長と、エッチング
レート、均一度、プラズマ安定度との関係を示すグラフ
である。

【図２２】従来の整合器の構成を示す説明図である。

【図２３】上下対向電極間のギャップ長を可変構成とし
た他の実施例の説明図である。

【図２４】ハイパスフィルタ及びローパスフィルタを有
するエッチング処理装置の断面説明図である。

【図２５】 相対的低周波電力の周波数ごとの、ウエハへ
の入射イオンエネルギーと入射イオンの個数との関係を
示すグラフである。

【図２６】 本発明の実施例に適用可能な処理容器劣化防
止技術を説明するためのエッチング処理装置の断面説明
図である。

【図２７】 図２６のエッチング処理装置の平面からみた
断面説明図である。

【符号の説明】

１ エッチング処理装置 ２ 処理容器 ５ サセプタ １５ フォーカスリング ２１ 上部電極 ２７ 接地電極 ５１、５２ 高周波電源 ５５、５６ 位相検出手段 ５７ 位相コントローラ Ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平6−252963 (32)優先日 平成６年９月20日(1994．9．20) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平7−29940 (32)優先日 平成７年１月25日(1995．1．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） 前置審査 (72)発明者 土屋 浩 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 友安 昌幸 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 内藤 幸男 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 永関 一也 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 野中 龍 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 広瀬 圭三 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 深澤 義男 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 輿石 公 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 小林 功 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−69621（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251394（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−291155（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106097（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−4528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/507

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に対向して設けられた第１の電
   極と第２の電極との間に、高周波電力によってプラズマ
   を発生させ、当該処理室内の被処理体に対して、前記プ
   ラズマ雰囲気の下で処理を施す如く構成されたプラズマ
   処理装置において、 前記処理室内における前記電極間の空間領域を側部から
   囲むように配置された、筒状の接地電極を有し， 前記接地電極の内周は，内側に突出した形態であること
   を特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 処理室内に対向して設けられた第１の電
   極と第２の電極との間に、高周波電力によってプラズマ
   を発生させ、当該処理室内の被処理体に対して、前記プ
   ラズマ雰囲気の下で処理を施す如く構成されたプラズマ
   処理装置において、 前記第１の電極の外周近傍には略環状の第３の電極を設
   けると共に、前記第２の電極の外周近傍には略環状の第
   ４の電極を設け、これら第３の電極と第４の電極とをそ
   れぞれ接地させ， さらに前記第３の電極と第４の電極は全周に渡って対向
   配置され，前記第３の電極と第４の電極は，その内側面が斜面を形
   成するように断面が略三角形の形状を有することを特徴
   とする，プラズマ処理装置。