JPH03204925A - プラズマプロセス用装置および方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、各種のプラズマプロセス、例えばリアクティ
ブイオンエツチング（ＲＩＥ）、プラズマ化学気相堆積
（ＰＣＶＤ）等を行うために用いられる装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 近年、低温で各種プロセスを進行させるために、減圧さ
れた容器内でプラズマを発生させ、該プラズマ雰囲気中
で集積回路の基板等の被！Ａ理物の各種プロセスを行う
ようにした装置技術が多く開発されている。例えば、集
積回路の各種薄膜（Ａｕ、Ｗ、Ｔａ等の導電性薄膜、ｐ
ｏｌｙ−３ｉ。

Ｓｔ等の半導体薄膜、あるいはＳｉＯ２，５Ｌ３Ｎ　４
．Ａ　１１２０３等の絶縁薄膜）を、異方性をもたせて
エツチングするようにしたＲ　Ｉ　Ｅ　（Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅＩｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、その他Ａｎ　（ＣＨ
ｓ　）３　、　ＡｎＨ（ＣＨ３）２等を原料ガスとし、
これをプラズマ中にてＡｌｌ　（ＣＨｓ　）２やＡＪ２
　（ＣＨ３）に分解し、これを基板に吸着させた後、表
面反応によりＡｆｌを堆積させるｐＣＶＤ成膜等がある
。

前記ＲＩＥ法とは、真空容器内に励起活性種を生成する
もの、例えば、ＣＦ４　Ｆ２　、ＣＣｊ２４Ｃρ２　、
ＣＦ２　ＣＲ２等のガス（以下、励起活性種源ガスとい
う）を導入し、基体の保持手段としてのサセプタに直流
または高周波電力を加え、グロー放電を起こさせてプラ
ズマを発生させ、プラズマ中に生成したイオンと励起活
性種とを同時に被エツチング面に作用せしめ、物理的か
つ化学的にエツチングを行なう方法であり、この方法に
よればマスク材料であるホトレジストとの選択比を大き
く保ちながら異方性エツチングを実現できる。

高周波入力によるグロー放電でも、基体表面はプラズマ
に対し直流的には負にバイアス（これを自己バイアスと
いう）されるが、この自己バイアス電圧とプラズマ電位
の差の電位によって加速されたイオンが基体表面に衝突
して基体表面に吸着している励起活性種との作用により
基体の表面をエツチングする。

第５図は、従来用いられている代表的なりアクティブイ
オンエツチング装置の断面構造の模式図を示すものであ
る。５０３は被エツチング面を有する基体、例えば半導
体ウェーハあるいはガラス、石英、金属等から成る基体
、５０４はサセプタ電極である。サセプタ電極５０４に
は整合回路を介して高周波電力が供給されており、真空
容器（チャンバ）５０５は通常安全のためにアースされ
ている。ここで、高周波電源（ＲＦ電源）は、その出力
周波数が１３．５６ＭＨｚのものを用いるのが普通であ
る。なお、サセプタ電極５０４の上方に対向させて平板
状電極を設けた構造のものも多い。

実際の装置では、上記構成以外に、真空容器５０５内の
真空引き用及びガス排気用の排気ユニット、真空容器５
０５内へのガスの導入口、基体５０３の出し入れのため
の機構等を備えているが、同図では説明を簡略にするた
め省略されている。

半導体ウェーハ等の基体５０３及びサセプタ電極５０４
の表面は、サセプタ電極５０４に加えられたＲＦ電力の
ためにプラズマに対し直流的に負の自己バイアスがかか
り、この電圧で加速されたイオンが基体表面に作用し表
面反応を促進して基体の被エツチング面がエツチングさ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記ＲＩＥ装置の場合、一般に、エツチング速度を高め
る場合には、高周波電力を大きくすることによりプラズ
マ密度を高める必要がある。

しかし、従来の装置においては、高周波電力を大きくす
ると、電極の自己バイアスも大きくなり、同時にプラズ
マ電位も高くなる。その結果、基板には、この大きな自
己バイアスとプラズマ電位の差の電圧によって加速され
た大きなエネルギーを有するイオンが照射される。従っ
て、下記のような問題を生じさせる。

■照射イオンエネルギーが大きくなるとレジストのエツ
チングをも行フてしまい、パターン寸法の変化をもたら
し、その結果、微細加工が正確に行えなくなってしまう
。特に、レジストの厚さが、０．５μｍ程度あるいはそ
れ以下となるような今後の高集積化素子においてかかる
現象は顕著に表われる。

■大きなエネルギーをもったイオンが照射されるため、
下地材料に損傷（ダメージ）を与え、かかかる材料によ
り構成された素子の性能及び信頼性の低下を招来させる
。特に、リーク電流増大、耐圧劣化といった重大な障害
を引き起こすことになる。

■プラズマ電位が通常＋５０〜１００■程度となるため
、チャンバ内表面にプラズマ電位で決まるイオンが衝突
することになり、この高いエネルギーのイオン衝突によ
り、チャンバ内表面がスパッタされ、チャンバ構成材料
、たとえばＦｅ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ等が基板表面を汚染する。すなわち、
高エネルギーイオン衝突による、チャンバ構成材料の基
板表面汚染である。基板表面がこうした重金属で汚染さ
れると、次の高温工程で基板表面に欠陥を生じたり、リ
ーク電流を大キ＜シたりするため、デバイスの特性を著
しく劣化させる。

また、従来の装置では高周波電源の周波数として１３．
５６ＭＨｚのものを使用しているが、１３．５６ＭＨｚ
というようにプラズマ励起周波数が低いと、チャンバ内
ガス圧力や高周波電力が一定でも電極に生じる直流の自
己バイアスは、負で大きくなる。第３図（ａ）は、対向
する電極間隔を３ｃｍ、円板電極直径を１０ｃｍ、Ａｒ
ガス圧力を５ｘｌＯ”３Ｔｏｒｒ、高周波電力を５０Ｗ
としたときにおける、電流・電圧特性を示すものである
。同図において横軸は電極に印加する直流負電圧、縦軸
は電極に流れる電流である。電流が負の値であることは
、電子が電極に流れ込むことを意味し、電流が正である
ことは、正のイオンが電極に流れ込んでいることを意味
する。電流がＯのときの負電圧が、電極の自己バイアス
に相当する。これは、通常、電極にはコンデンサを介し
て高周波電力が（＃給され、直流電流は流れないからで
ある。

第３図（ａ）から理解できるように、電極の自己バイア
スは、高周波電力の周波数が１４ＭＨｚ４０．６８ＭＨ
ｚ、１００ＭＨｚのときに、夫々、−４００Ｖ、−２６
０Ｖ、−９０Ｖとなる。

すなわち、電極構造やガス圧力及び電力が一定に保たれ
ても、電極の負の自己バイアスは周波数が高くなるにつ
れて、次第に小さくなっていく。

第３図（ｂ）はその詳細を示したものである。

すなわち、チャンバ内のＡｒガス圧力が７×１０り丁ｏ
ｒｒ、高周波電力が１００Ｗ、電極間隔が３ｃｍ％電極
直径が１０ｃｍのときに、プラズマ励起の高周波電力の
高周波を１０ＭＨｚから２１０ＭＨｚまで変化させた場
合、電極の自己バイアスがどのように変化するかを示し
たものであり、周波数が高くなると、負の自己バイアス
は急激に小さくなる。第３図（ｂ）には、プラズマ電位
も同時に示されており、このプラズマ電位は、周波数が
１０ＭＨｚ〜２１０ＭＨｚと変っても、はとんど＋２０
Ｖに保たれている。

ＬＳＩの超微細化・超高集積化が進むと、コンタクトホ
ールやヴイアホールのアスペクト比は次第に大きくなっ
て行く。すなわち、細くて深い穴を制御性よくかつ再現
性よくエツチングすることが要求される。エツチング室
のガス圧力を低く（例えば、１０−’Ｔｏｒｒ台）設定
して、分子の平均自由行程を長くすることが必要である
。ガス圧力が低くなった状態でも、十分に高濃度のプラ
ズマを生成しスルーブツトを高くするためには、放電励
起の周波数は高い方が望ましい。ただし、サセプタ電極
５０４の直径に比べて放電励起の周波数の波長が短くな
ることは望ましくない。高次モードの放電が起フて、電
極内に均一な密度のプラズマが励起されず均一なエツチ
ング性能が得られないからである。

すなわち、従来の装置においては、プラズマ密度、すな
わちイオン照射量及び照射イオンエネルギーを夫々独立
にかつ直接的に制御することができず、前記励起活性種
源ガスの圧力、流量、高周波電力等の条件を適宜組合せ
て間接的に制御せざるを得ない。

さらに、プラズマ中で被処理物以外に損傷を与えること
なく高速度で被処理物の処理を行い得るように構成すべ
き装置としては、上記ＲＩＥ装置以外に、ＰＣＶＤ装置
、０２プラズマレジストアッシャ−、ドライ洗浄装置等
が挙げられるが、従来、これらの装置は基本的な部分で
共通の使用条件を有するにも拘らず、各別に設計され生
産されていた。同時に、前述した■、■、■の欠点を有
していた。

上記問題点は本発明者によって見い出されたものであり
、本発明者は、従来の装置に生ずる上記問題点を解決す
べく鋭意研究を行ない、その解決手段を見い出すに至っ
た。

本発明は、基板（基体）に損傷や表面汚染を与えること
なく、基板のエツチングや基板上への成膜が行え、しか
も、チャンバや電極等の構造は同一であるにも拘らず、
導入するガスやプラズマ励起周波数を変えることにより
、エツチングや成膜にも応用可能であり、生産性に優れ
るとともに、低価格で高性能なプラズマプロセス用装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記損傷及び表面汚染の回避、高速処理を図
りつつ、各種プラズマプロセスに適用可能な汎用性のあ
る装置の提供を行なうべく、減圧可能な容器内に設置さ
れた二枚の対向する電極間にプラズマを発生させ、該プ
ラズマ中で被処理物の処理を行うように構成されたプラ
ズマプロセス用装置において、 前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
された第１及び第２の電極と、少くとも前記プラズマに
対して安定な材料から成り前記第１の電極上を覆うよう
に設けられる保護部材と、前記第２の電極上に被処理物
を取り付けるための保持手段と、前記第１の電極に接続
される第１の高周波電源と、前記第２の電極に接続され
る第２の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第１の
高周波電源の周波数が前記第２の高周波電源の周波数よ
り高く設定されたことを特徴とする。

［作用］ 例えば、ＲＩＥ装置に用いる場合には、被処理物として
の例えば被エツチング薄膜を形成した基板を容器内の第
２の電極上に取付け、該容器内を減圧して所定のガス供
給手段から前記被エツチング薄膜に応じ、塩素系ガス、
フッ素系ガス、これらの混合ガス等を導入する。そして
、第１の電極には第１の周波数（１００〜２５０ＭＨｚ
）の高周波電力を供給して電極間にプラズマを発生させ
、前記第２の電極には前記第１の周波数より低い第２の
周波数（１０〜５０ＭＨｚ）の高周波電力を供給し、第
２の電極の自己バイアスを制御する。すなわち、第１の
電極に供給される第１の周波数の高周波電力により、発
生するプラズマ密度や基板に照射されるイオン照射量を
制御する。

一方、第２の電極に供給される第２の周波数の高周波電
力によりその自己バイアスにより、基板表面に入射する
イオンのエネルギーを制御する。

第１の電極に供給される高周波電力はプラズマを発生さ
せる役割を担うからその電力は通常大きい。しかし、周
波数を高くしであるから第１０電極の負の自己バイアス
は十分小さくできる。したがって、第１の電極に照射さ
れるイオンエネルギーは十分小さくなって、表面がスパ
ッタされることがなく、基板表面は汚染されない。第２
の電極に誘起される負の自己バイアスは、基板表面に照
射されるイオンエネルギーを最適値に制御するから、損
傷、汚染の問題はもちろん伴なわない。

また、ＰＣＶＤ装置に用いる場合には、被処理物たる堆
積膜を形成すべき基板を前記第２の電極上に保持させる
。前記第１の周波数と第２の周波数との大小関係は前記
ＲＩＥ装置の場合と同様に設定するが、容器内に導入さ
れるガスは、例えばＳｉ成膜の場合、ＳｉＨ４，５ｉ）
１２Ｃｌ１２゜５ｉ２Ｈ，等を、５ｉｎ２成膜の場合Ｓ
　ｉ　Ｈ４と０２あるいはＳｉ２Ｈ６と０２との混合ガ
ス等を導入する。この場合も、ＲＩＥについて記述した
のと同様な理由で被処理物の基板の損傷回避や被処理物
の汚染等を防止できる。

さらに、従来技術では基板表面の損傷、汚染の問題が不
可避であるレジストアッシャ−にも適用できる。例えば
、微細パターン加工に不可欠のホトレジストは、通常Ｈ
ｚＳＯ４とＨ，ｏ２の混合液を用いたウェット工程でｓ
ＩＩｍされるが、イオン注入用のマスク材として使用さ
れたときには高エネルギーイオン照射を受けてレジスト
が硬化するため、通常のウェット工程では剥離できない
。そのため、０２プラズマを用いて０３や０ラジカルを
発生させ、イオンエネルギーを利用してイオン注入され
たレジストを除去する必要があった。

レジストアッシャ−に用いる場合、先のＲＩＥやＰＣＶ
Ｄの説明でも触れたように、基板を第２電極に設置し、
第２の周波数の高周波電力により第２電極の自己バイア
スを制御すれば、基板表面に損傷や汚染を与えることな
くレジストの剥離が行える。

このように、使用時に若干の条件設定の変更はあるもの
の、各種のプラズマプロセス用の装置に広く適用できる
。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

第１図（ａ）は本発明を基板表面をエツチングするだめ
のＲＩＥ装置に適用した場合における第１の実施例を示
すものである。ここでは、半導体基板上に形成された薄
膜をエツチングする場合について説明する。

真空容器（チャンバ）１０５内には、上方の平板状電極
１０７と下方の平板状サセプタ電極１０４とが対向する
ように配設されており、該真空容器１０５は金属から成
りアースに接続されている。真空容器１０５の内表面は
、フッ素系あるいは塩素系等の腐食性ガスのプラズマに
対して安定なもの、すなわち該プラズマに晒されても腐
食されないよう酸化膜、チッ化膜あるいはフッ化膜で覆
われている。前記電極１０７は、導電性材料からなる母
材１０２と母材１０２の表面に形成された５ｉＯｚ　、
Ｓｉ３　Ｎ４．ＡＪ２２０３　、Ａｊ２Ｎなどからなる
保護部材としての保護層１０１とにより構成されている
。

該保護層１０１は放電により生じたプラズマにより母材
１０２がエツチングされることを防止するためのもので
あり、例えば、Ｓｉ、５ｉｎ２、石英、ＳｉＣ，Ｓｉ、
Ｎａ　、ＡＡ２０３．ＡＩＩＮその他の材料から成る。

また、略化学量論比を満足するフッ化物よりなる不動態
膜により構成してもよいにの不動態膜は、優れた耐エツ
チング特性を示し、その不動態膜の形成は例えば次のよ
うに行えばよい。すなわち、母材（例えばステンレス、
ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム合金その他の金
属あるいは合金よりなる母材）を、電解研磨技術などに
より表面を加工変質層を伴なわない鏡面に仕上げた後、
高純度不活性雰囲気中において所定の温度でベーキング
し、吸着している水分を脱離する。ベーキング後、高純
度フッ素にて所定の温度でフッ化処理し、フッ化処理後
高純度不活性雰囲気中においてフッ化時の温度よりやや
高い温度で熱処理を行うと略化学量論組成比を満たす不
動態膜が母材上に形成される。

なお、前記保護層１０１をＳｒにより構成しておけは、
保護層１０１がエツチングされてもサセプタ電極１０４
上の基板１０３にはＳｔが混入することとなるので、該
基板１０３に与える影響を最小限にすることかできる。

サセプタ電極１０４には整合回路１０８を介して第２の
周波数ｆ２の高周波電力を出力する高周波電源１１０が
接続されている。本実施例では１００ＭＨｚの高周波電
力を供給する例を示している。サセプタ電極１０４の電
位制御には、望ましくは、前記第２の周波数ｆ２は１０
〜５０ＭＨｚが適している。また、電極１０７には整合
回路１０９を介して、サセプタ電極１０４に供給される
前記周波数ｆ２より大きな周波数である第１の周波数ｆ
１の高周波電力を出力する高周波電源１１１が接続され
ている。本実施例では２５０ＭＨｚの高周波電力を加え
た例を示している。なお、後に詳述するが二つの前記周
波数ｆ＋、ｆ２は整数倍の関係にないことが望ましい。

さらに、電極１０７およびサセプタ電極１０４にはそれ
ぞれ第１の高周波（本例では２５０ＭＨｚ）、第２の高
周波（本例では１００ＭＨｚ）のみがそれぞれ人力され
多ようにバンドエリミネータ−（Ｂａｎｄ　Ｅｌｉｍｆ
ａｔｏｒ）　１１２．　１１３が設けられている。すな
わち、第１の高周波ｆ１はサセプタ電極１０４において
はアースに短絡されており、第２の高周波ｆ２は電極１
０２においてアースに短絡されている。前記電極１０７
及び１０４に用いられる前記バンドエリミネータ−１１
２゜１１３は、基本的には、例えば第１図（ｂ）に示す
タンク回路１０２ｂのような構成にすればよい、Ｌ、、
ＣＩの並列回路は、ｆ、＝　（１／２π（ｒ＝−で］）
の共振周波数でインピーダンスが最大となり（第１図（
Ｃ））、それ以外の周波数に対しては、はとんど短絡と
なるため、所定の周波数（この場合はｆ＋＝２５０ＭＨ
ｚ）の高周波のみ選択して電極に供給することができる
。

ここに示した第１図（ｂ）の構成はあくまでも基本的な
原理を示すものであり種々の改善のための変更を加えて
もよいことはいうまでもない。例えば、第１図（ｄ）は
改善の一例である。

前記回路１０２ｂはインダクタンスＬ１を介して直流的
には接地となっているが、これを直流的に浮遊状態（ｆ
ｌｏａｔｉｎｇ）としたい場合には、例えば第１図（ｄ
）の１０２ｄのようにコンデンサＣ１を付加し、直流成
分をカットすればよい。この場合、回路１０２ｄの共振
周波数が周波数ｆ１からずれないようにＣ，の値は ｆ、・Ｌ＋＞１／ｆｌＣ− を満たすよう十分大きな値とする必要がある。

この場合、ｔｏ　＝　（ｘ／２ｒｃ（π７でて）の周波
数に対し、Ｌ、、Ｃ，の直列回路はインピーダンスがＯ
となり、周波数ｆ。の高周波に対し短絡となる。この周
波数ｆ０をサセプタ電極１０４に加えられる周波数ｆ２
に等しくしておくと、電極１０７に周波数ｆ２の高周波
が重畳するのを有効に防止することができる。すなわち
、サセプタ電極１０４に入る高周波電力の電界が、サセ
プタ電極１０４から電極１０７に゛垂直に終端するよう
にしても、電極１０７は周波数ｆ２の高周波に対しては
アースに短絡されているから、電極１０７の電圧が周波
数ｆ２の電力で変動することはない。

以上はバンドエリミネータ−１１２について述べたが、
バンドエリミネータ−１１３についても同様な構成とす
れば、サセプタ電極１０４の電圧が、電極１０７に供給
される周波数ｆ、によって変動することがない。すなわ
ち、第１図（（１）の回路において、インダクタンスＬ
ｌをインダクタンスＬ２．コンデンサＣＩをコンデンサ
Ｃ２＋　コンデンサＣ５をコンデンサＣ８２として、プ
ラズマを形成するイオンの生成を行うべく、真空容器１
０５に導入される前記励起活性種源ガスの放電は周波数
ｆ１の高周波により行なわれる。

イオン密度を濃くするために、周波数ｆ＋の電力を大計
＜シても、サセプタ電極１０４の電圧に影響を与えるこ
とはない。

同様のことが、サセプタ電極１０４に供給する周波数ｆ
２の高周波電力に関してもいえる。周波数ｆ２の高周波
電力を変化させても、ｆ２の電力は電Ｆｉ１０７におい
てはアースに短絡されているからである。

その−例が第１図（ｅ）に示されており、同図には、第
１の電極と第２の電極の間隔が３ｃｍ。

その直径が１００ｍ、ガス圧力が７Ｘ１０−３Ｔ。

ｒｒの状態で、ｆ、＝１００ＭＨｚ、その人力電力を１
５０Ｗに一定に保ち、ｆ２＝３０．４０゜５０ＭＨｚと
して、その電力を変えたときの、第１の電極及び第２の
電極の直流の自己バイアスがプロットされている。第１
の電極の自己バイアスは、約−２５Ｖ？第２の電極に供
給される周波数及び電力に影響されない。第２の電極の
電位は、高周波入力がないときは、約１０Ｖであるが、
周波数ｆ２の高周波電力が大きくなるにつれ、直線的に
低下し、ある電力以上では負電圧になる。周波数ｆ２が
低いほど、同じ電力変化に対する自己バイアス電圧の変
化は大きい。いずれにしろ、対向する電極の電位にま９
たく影響を与えることなく、電極の直流電位（自己バイ
アス）を高周波電力及びその周波数により制御できるこ
とが、第１図（ｅ）で明白である。

以上のような構成とすることにより、電極１０７、サセ
プタ電極１０４には、他方に供給させる高周波が重畳す
ることを有効に防止し、それぞれに供給させるべき高周
波のみを供給することができるので、自己バイアスプラ
ズマ密度、及び照射されるイオンエネルギーの制御を容
易かつ正確に行うことが可能となる。

なお、電極１０７の裏面に設けられた円筒状磁石１０６
により電極１０７の表面に略々平行な磁界が生じ、電子
はこの磁界にまきついてサイクロトロン運動をする。前
記画電極１０７，１０４の間に垂直な高周波電界が存在
すると、このサイクロトロン運動する電子に有効にエネ
ルギーが与えられ、高周波電力が有効に高密度プラズマ
を発生させる。したがって、本装置では、入力される二
つの高周波電力の電界が殆ど垂直に、それぞれサセプタ
電８ｉ１０４、電Ｆｉ１０７に終端するように設定され
ている。

なお、１０６はマグネトロン放電のための永久磁石であ
る。実際には、強磁性体を用いた電磁石の方が好ましい
。さらに装置には真空容器１０５内を真空に引く排気ユ
ニットや、ガスを導入する機構、ざらに基板１０３を出
し入れする機構が設けられているが、これらは説明を簡
略化するため省略しである。

本実施例の装置では、従来の装置とは異なり、サセプタ
電極１０４の他に電極１０７を設けであるため、電極１
０７には電力の大きな高周波電源を供給することにより
高密度のプラズマを発生させることができ、ひいては高
速のエツチングを行うことができる。ただ、電力の大ぎ
な高周波を電極１０７に供給すると、自己バイアスも大
きくなり電極をスパッタエツチングするおそれが生ずる
。かかるエツチングを防止するためには、電極１０７に
供給する高周波電源１１１の周波数ｆ１を、周波数ｆ２
より大きくし自己バイアスを小さくする（周波数を大き
くすると自己バイアスは小さくなる。第３図（ｂ）参照
）と共に、電極１０７の母材１０２の表面には保護層１
０１を設けておく。

一方、前記サセプタ電極１０４に生ずる自己バイアスは
、第１図（ｅ）に示すように前記高周波電源１１０の電
力および周波数により制御することができるので、被エ
ツチング薄膜の材料を勘案し、適宜高周波電源１１０の
電力、周波数を選択して、サセプタ電極１０４に供給す
ればよい。

結局、本実施例の装置を用いれば、電極１０７に供給さ
れる高周波電力により高密度のプラズマを発生させると
ともに（プラズマ密度、すなわちイオン密度は電力によ
り制御される）、基板表面に照射されるイオンエネルギ
ーをサセプタ電極１０４に供給する周波数ｆ２の高周波
電力により所望の値に制御することができるため、基板
１０３等への損傷を防ぎつつ高速のＲＩＥを行うことが
できることとなる。

次に、電極１０７およびサセプタ電極１０４に供給され
る高周波電力と周波数の影響について述べる。

第２図は、第１図に示す装置を用いて電Ｆｉ１１０４の
電流、電圧特性を測定する回路構成を示すものである。

前記室８ｉ１０４に接続される高周波フィルタ２０３は
、例えば第１図（ｂ）に示したバンドエリミネータ−１
０２ｂのように、サセプタ電極１０４に供給される高周
波の周波数ｆ２の点でだけインピーダンスが高く、その
周波数からずれた周波数に対してはほとんど短絡となる
ように構成されており、該高周波フィルタ２０３には直
流電源２０１、電流計２０２が直列に接続されている。

そして、高周波フィルタ２０３と電流計２０２との接続
点には、直流電源２０１及び電流計２０２を高周波的に
は短絡するために、並列にコンデンサ２０６が接続され
ている。

かかる状態で、例えばＡｒガスを真空容器１０５内に５
ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒの圧力で導入し、５０Ｗの高周波電
力で放電を起し、電極１０４に印加する直流電圧Ｖとそ
の結果流れる電流の関係をグラフにしたものが第３図（
ａ）である。この場合、高周波電源１１０の周波数は可
変とし、例えは１４ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ及び１０
０Ｍ）（２の３つの周波数に変化させている。なお、正
電荷を有するイオンが電極１０４に流れ込む電流を正の
値としている。

例えば、１００ＭＨｚの特性をみると、前記直流電圧Ｖ
が約−９５■（この値を自己バイアス電圧ＶＳａとする
）のとき、直流電流Ｉ＝Ｏとなり、Ｖ＞ＶＳＢではＩ　
＜　Ｏ、Ｖ　＜　Ｖ　ｓａテはＩ〉０となフている。前
記自己バイアス電圧ＶｓＢは、電極１０４がフローティ
ング状態で高周波放電させたときに発生する直流バイア
ス電圧である。すなわち、電極１０４がこの電位にある
ときは、プラズマから電極１０４に流れ込むイオンと電
子の数が相等しくなるため互いに打ち消し合い直流電流
がＯとなる。

他方、外部から印加した直流バイアス電圧により電極１
０４の電位を制御すると電流が流れる。

例えば前記直流電圧■と自己バイアス電圧ＶＳＢとの間
に、Ｖ　＞　Ｖ　ｓ　ｓの関係が成立するとより多くの
電子が流れ込み■〈Ｏとなる。

一方、ＶくＶ、ｓＢの関係の場合、電子に対するポテン
シャルバリヤが高くなって電子の流入数が減少するため
イオン電流の方が大きくなり正の電流か流れる。さらに
、直流電圧Ｖを負の方に大きくすると、Ｖ＝ｖｏで電流
値は飽和し、はぼ一定値となる。これはイオンのみの電
流値に等しい。

以上のことから、Ｖ＝ＶｓＢ近辺におけるＩ−Ｖ特性曲
線の傾きは電子のエネルギー分布の巾に対応している。

すなわち、傾きが大きいことは電子のエネルギーの分布
の巾が狭いことを意味している。第３図（ａ）から明ら
かなように１４ＭＨｚに比べ、１００ＭＨｚの場合はエ
ネルギー分布が約１／１０程度に小さくなっている。一
方、イオンのエネルギー分布の巾を△Ｅ１゜。とし、電
子のエネルギー分布の巾を△Ｅ、とじたとき両者の間に
は略々比例関係があるので、イオンのエネルギー分布の
巾も同様に約１／１０に減少しているといえる。

さらに、ｖ５！ｌの値も同じ５０Ｗの高周波電力である
のに１４ＭＨｚの場合の一４００Ｖに対し１００ＭＨｚ
では約−９５Ｖと絶対値で１／４以下に小さくなってい
る。ｔｏＯＭＨｚ放電で電力を５Ｗまで下げると、ＶＳ
ａの値は、−２５Ｖに減少する。すなわち、周波数と電
力を制御することにより、自己バイアスは広範囲に制御
できるのである。

従来のＲＩＥ法では、下地基板に損傷が生じ、デバイス
の特性が劣化していたが、これは次の理由による。

従来例では、電極１０７を低い周波数１３．５６ＭＨｚ
で放電させティたため、ｌｖ、、ｂｌ＝４００Ｖ〜５ｏ
ｏｏｖとなり、この高電圧で加速されたイオンが基板に
衝突していた。

しかるに、本発明の第１実施例では、電極１゜７には２
５０ＭＨｚの高周波を用いて放電を行っているため、従
来の１３．５６ＭＨｚの場合にくらべて△Ｅｌｏ。は１
／２０以下と小さくすることができる。本発明の装置で
は放電は電極１０７に加えられる周波数ｆ、の高周波電
力により維持され、これにより高密度のプラズマを発生
させると共に、供給する周波数をサセプタ電極１０４に
供給する周波数ｆ２より大きな周波数ｆ、（２５０ＭＨ
ｚ）としているため、発生した高密度プラズマ中のイオ
ンエネルギーの分布幅も小さく（平均エネルギーの値と
は差のあるエネルギーを有するイオンの数が少なく）な
っている。さらに、後述するように、電極に平行な方向
の磁界強度を可能な限り強くなるように磁気回路が設計
されているので、５０Ｗの高周波電力の入力で自己バイ
アス電圧は一３０Ｖ以下であり、プラズマ密度が略々１
０倍以上に改善されている。第１図（ｅ）によれば、高
周波電力を１００Ｗとし、ｆ＋＝２１０ＭＨｚで自己バ
イアスは一１０Ｖ程度であるから、ｆ１工２５０ＭＨｚ
では、自己バイアスは＝５Ｖ以下である。

電極１０７の自己バイアスが、−５Ｖ以下と低いうえに
、保護層１０１を有するので電極１０７の母材１０２は
まったくスパッタされない。したがって、サセプタ電極
１０４に印加する高周波の電力ないし周波数ｆ２を、自
己バイアスが基板に損傷を与えない程度に小さく制御す
ることがきわめて容易となり、かつ所望のエツチング速
度が得られるように周波数ｆ、の電力を設定しておけば
基板表面に損傷を与えるような大きなエネルギーを有す
るイオンが照射されることがなくなり、薄膜、レジスト
膜あるいは下地基板への損傷を生ずることなく高速かつ
選択性の高いエツチングを行うことが可能となる。

すなわち、前記自己バイアス電圧ＶＳａは高周波電源の
周波数が高くなるほどまた、高周波電力が小さくなるほ
ど低くなる。したがって、薄膜ないし下地基板の品質を
損傷せずに、かつ、高速エツチングに必要なイオンエネ
ルギー及びイオン照射量になるように周波数および電力
をサセプタ電極１０４に供給するように選択すればよい
。

一方、前記電極１０２には周波数２５０ＭＨｚの高周波
電力が加えられているため、小さな自己バイアス電圧が
生じており、また、保護層１０１が形成されているため
母材１０２がエツチングされるのを防止できる。さらに
、第１図の実施例では永久磁石１０６が装着されている
が、これにより、電極１０７の近傍でマグネトロン放電
（電子が磁力線に巻きついてサイクロトロン運動しなが
ら高周波電界からエネルギーを受けて中性の励起活性種
源ガス分子を効率よくイオン化する）が起り、イオン濃
度が高まってさらにエツチング速度を犬きくできる。

以上述べたように本発明による２周波励起ＲＩＥ装置に
よれば、大きなエツチング速度を維持しつつ、基板に損
傷を生じない高品質な薄膜や基板のエツチングが高選択
比で可能となった。

また、第２図に示すようにサセプタ電極１０４に直流バ
イアス電圧を加えることによってサセプタ電極１０４に
流入するイオンのエネルギーを制御することも可能であ
る。かかる直流バイアス電圧を印加してサセプタ電極１
０４の電位を制御し、結果として基板の表面電位を制御
する方法は、エツチングする薄膜や基板（基体）が導電
性材料である場合に有効である。

以上、電極１０７及びサセプタ電極１０４に供給する高
周波電力の周波数を夫々１００ＭＨｚ、２５０ＭＨｚに
設定する場合についてのみ述べたが、周波数の選定はこ
れに限られないことは言うまでもない。

要するに、ＲＩＥ装置の場合、電極１０７に供給される
第１の周波数ｆ１をサセプタ電極１０４に供給される第
２の周波数ｆ２に比べて高くすればよい。実際の値はそ
れぞれの目的に応じて異るものであり、必要とすべきエ
ツチング速度や形成された膜の段差部での被覆形状等を
考慮して決めればよい。また、エツチングすべき材料も
絶縁物に限ることなく、導電性材料でもよい。

また、電極１０７の裏面に設置した磁石１０６は第１図
に示した構成に限られるものではない。

例えば第４図（ａ）は、本発明の第２の実施例を示すも
のであるが、本実施例の場合、強力な競争路形磁石４０
９を設け、磁界の均一性を上げるために走査を行なう構
成にしている。この場合、６五石４０９の走査系４１０
を真空容器１０５の外部に設けておけば、反応系が機械
的な動作から生じる発塵により汚染されるのを防ぐこと
ができて好都合である。

さらに、サセプタ電極１０４側にも磁石を設置してＲＩ
Ｅの効率を上げるようにしてもよい。また、ここで使う
磁石は、第１図に示す磁石１０６のように静止して取り
付けられていてもよく、また、前記走査系４１０に取付
られた磁石４０９のように６動可能なものであってもか
まわない。

また、基板１０３への損傷をさらに小さくするため例え
ば次のような方法をとることも可能である。例えば、Ｓ
ｉなどの基板１０３の表面に形成されたＳ　ｉ　Ｏ２な
どの絶Ｍ膜をエツチングする場合、まず数μｍ程度の膜
が形成されている間はサセプタ電極１０４に供給するＲ
Ｆ電力を大きくして高速でエツチングし、基板１０３の
表面が露出し始める寸前から、ＲＦ電力を小さく切りか
える方式である。こうすれば基板１０３が露出し始めて
からは十分に低い自己バイアス状態でエツチングを行え
るため基板表面への損傷をほとんどＯとすることが可能
である。

基板１０３の表面に照射するイオンの運動エネルギーが
大きすぎれば如何なる材料でも損傷を生じる。材料に損
傷が生じ始めるのは、各材料の原子間結合力に関連して
決まる損傷発生の臨界エネルギーに比べ照射イオンの運
動エネルギーが若干大きくなったときである。原子間結
合力は、通常絶縁物の方が半導体より大きい。基板１０
３や、絶縁物の材料の性質を考慮した上で照射イオンの
エネルギーを決めればよい。

第４図（ｂ）は第３の実施例を示すもので基板１０３へ
の損傷を無くし、且つ基板１０３の表面に照射するイオ
ンのエネルギーを自由に選択できる方法を示している。

第１図（ａ）の第１の実施例と比較して異る点は、サセ
プタ電極１０４に対し、ｆ２．ｆ３という２つの異る周
波数を切り換えて人力できるようになっている点であり
、それに応じてバンドエリミネータ−４０１も変更して
構成されている。４０２及び４０３はＬＣの共振回路で
あり、それぞれｆ２．ｆｓの共振周波数を有している。

ｆ２＝１／（２πＦ丁７で７） ｆｓ　＝１／　（２ｙｒＦｒ７でＴ） ２つの共振回路４０２，４０３を直列に接続したバンド
エリミネータ−４０１は、ｆ２．ｆ３の２つの周波数に
対してのみインピーダンスが大きくなり、これ以外の周
波数に対しては実質的に短絡となっているため、これら
２種類の高周波に対してのみ選択的にサセプタ電極１０
４に電力を供給する機能をもっている。

例えば、ｆ　１＝　２５０　Ｍ　Ｈｚとし、ｆ２＝１０
０　Ｍ　Ｈｚ　、　　ｆ　３　＝　４０　Ｍ　Ｈｚとす
る。そして、例えばまず最初の数０．５〜１μｍ程度の
膜が形成されている間は、サセプタ電極１０４に加える
高周波の周波数をｆ３　　（４０ＭＨｚ）とすると、自
己バイアスは第１図（ｅ）に示すようにＯ〜−１００Ｖ
と大きくなり、大きなエツチング効果が得られる。表面
が１００人程度になった時点で周波数をｆ、（１００Ｍ
Ｈｚ）に切り換えて薄し）膜（例えば１０人〜１００人
）をエツチングする。このようにすれば基板表面が露出
し始めたときは１００ＭＨｚに対応する小さな自己バイ
アス値（約−１０〜−２０Ｖ）で基板表面をイオンが照
射するため基板の損傷はほとんど生じない。

このような方法は、ＲＩＥ法により堆積した薄膜の表面
形状の平坦度をコントロールする場合特に重要になって
くる。なぜなら周波数を変化させることにより最も有効
なエツチング用のイオンのエネルギーをコントロールで
き、最適のエネルギー値で基板１０３の損傷を生じさせ
ることなく選べるからである。

ここではｆ２．ｆ３の２つの異る周波数の場合について
のみ述べたが、例えばｆ２．ｆ３．ｆ。

という３つの値を用いてもよいことはいうまでもない。

ただし、この場合、最初に印加する周波数ｆ４はｆ４＞
ｆｚ、ｆａとして、後になるほど最も高周波のものを用
い損傷を小さくすることが重要である。

また、複数の周波数を用いる場合、これらは放電励起用
の周波数ｆ＋も含め、ｆ＋　、ｆ２．　ｆ３゜・・・・
は互いに高調波の関係にないように選ぶのが望ましい。

放電空間は非線型であり、従ってｆ＋、ｆ２．ｆｓ、　
　・・・・の高調波が放電条件によっては全く違った状
態で重畳してしまうことがあり条件の設定が一義的でな
くなるからである。

なお、第４図（ｂ）における共振回路４０２゜４０３に
代えて、第４図（Ｃ）に示す共振回路を用いても同様の
作用をもたらすことができる。ただ、第４図（Ｃ）にお
いては Ｃｓ　＞　Ｃ２、Ｃｓ とする必要がある。

次に、上述したＲＩＥ装置の基本的構成部分である対向
する平行平板電極間にプラズマを作フて行う、各種のプ
ロセスにも共通する高性能化の概念を説明する。

放電プラズマプロセス高性能化の必要条件は、（１）基
体表面にダメージ（損傷）を与えないこと、（２）真空
容器や電極材料のスパッタによる基板表面への汚染がな
いことの２要件である。もちろん、そのほかにも高速エ
ツチング、高速成膜が行えること、できるだけ少ない高
周波電力で、できるだけ高密度のプラズマを実現するこ
と等、具体的なエツチング、成膜高性能化の要求がある
ことはいうまでもない。

要件（１）、　（２）が実現されるためには、放電によ
り形成されるプラズマのプラズマ電位が、真空容器や電
極材料がスパッタされない程度の値、すなわち＋３０Ｖ
以下、望ましくは＋２０Ｖ以下であることが要求される
。真空容器は通常接地された状態で使用されるが、真空
容器内表面に入射するイオンのエネルギーは、プラズマ
電位程度のエネルギーになる。電極１０２やサセプタ電
極１０４は、通常高周波電力の供給により直流的には負
電圧が加わるので、正電荷を持ったイオンが入射するが
、そのエネルギーはそれぞれ所要の目的を持ったエネル
ギー値に制御される。いずれにしても、対向電極間に形
成されるプラズマ電位が＋５〜＋２０Ｖ程度の範囲に抑
え込まれていることが不可欠の条件になる。基板表面を
照射する個々のイオンのエネルギーには、エツチング、
成膜の目的に応して基板表面材料に対してそれぞれ最適
値が存在する。個々のイオンエネルギーをそれぞれの材
料の最適値に調整するのは、サセプタ電極１０４に供給
される周波数ｆ２の高周波電力を調整して、サセプタ電
極１０４の自己バイアス電圧−Ｖ、（Ｖ）を、ｖｏ、＝
ｖ、＋Ｖｓとなるように設定すればよい。プラズマから
基板表面の間でイオンが衝突しなければ、基板表面照射
イオンエネルギーは、プラズマ電位と基板表面電位の差
のポテンシャルで決まるからである。

ただし、■。Ｐ：イオンの最適照射電位、Ｖｐ：プラズ
マ電位、　−ＶＳ　　＋サセプタ電極の自己バイアスで
ある。

なお、かかる設定条件は、対向電極間に形成されるプラ
ズマの電位が低い正電圧に抑えられているときに限り適
用できる。すなわち、ＶＰ　＜Ｖ。Ｐが成立していなけ
ればならない。サセプタ電極１０４に高周波電力を印加
して実現される自己バイアスは常に負電圧方向に作用す
るからである。

従フて、Ｖｓｐ＞Ｖｐ　、Ｖｏｐ＞Ｖｐが満足されるよ
うな、低い正電圧にプラズマ電位ＶＰを設定するのであ
る。ただし、Ｖｇｐは真空容器や電極材料のスパッタ開
始電圧である。

上述の結論として、プラズマ応用装置の高性能化は、プ
ラズマ電位を低い正電圧（Ｖｓｐ＞Ｖｐ。

Ｖ　ｏｐ＞　Ｖ　ｐ　）に設定することにある。プラズ
マ電位が正電圧で高くなる理由は、主としてプラズマ空
間から、質量がイオンにくらべて軽い負電荷を持った電
子が逃げてしまい、正電荷を持ったイオンが過剰になり
、プラズマが正電荷を持つことに依存する。換言すれば
、プラズマ電位を正の低い電位に保つには、プラズマ空
間から電子ができるだけ逃げないようにする必要がある
。同時に、高周波電力によりできるだけ有効に放電・イ
オン化が起ることが重要である。

次に、こうした条件を実現する直流磁場分布及び高周波
電界分布について、第６図を用いて説明する。第６図（
ａ）は、対向する平板状電極１０７、サセプタ電極１０
４に対する直流磁界分布６０１（点線）、高周波電界分
布（実線）６０２を示す。第６図（ａ）には、理想状態
の一例が示されている。すなわち、対向する画電極１０
７．１０４の極板に平行に直流磁界が存在し、極板間に
垂直に高周波電界が存在する。極板間に存在する電子は
、直流磁界に巻きついて円運動（サイクロトロン運動）
する。円運動する電子の運動方向に高周波電界が存在す
るから、電界から効率よく電子の運動へエネルギーが変
換される。エネルギーを得た電子は、極板間にサイクロ
トロン運動することによって閉じ込められているから、
中性の分子や原子と効率よく衝突し、その分子や原子を
イオン化する。電極１０７．サセプタ電極１０４は高周
波入力により、通常自己バイアスは負電圧となる。した
がって、負電荷を持った電子は画電極に入射することは
ない。したがって、垂直方向に対しては電子は両電極間
に閉じ込められることになる。しかし、画電極の平行な
方向の端部は隼なる空間であるから、該端部からは電子
が外部に流れ出す、この横方向の電子の逃げを抑えるに
は、第６図（ｂ）のように直流磁界Ｂの強度を分布させ
ればよい。すなわち、直流磁界Ｂの強度は極板の中心か
ら極板端部近傍までは距離ｒに対し一定になるようにし
、端部近傍で磁界強度を強くする。これにより、磁界強
度が強くなった部分で、電子は反射されて、一定磁界強
度部分に閉じ込められるのである。

第７図は、第６図に示された考え方を適用した第４の実
施例を示すものである。なお、第１図に示す第１の実施
例の構成部分と同一のものは同じ番号を付して重複した
説明を省略する。

電極間に放電を励起させるための周波数ｆ、の高周波電
力は、同軸コネクタ７１０を通して供給される。７１６
は電極１０２まで高周波電力を導く内導体であり、７１
２はテーバ状に形成された同軸ケーブルの外導体であり
Ａ１合金、ステンレス、Ｔｉ等の金属製真空客器１０５
に接続されている。第１図に示す第１の実施例では、直
流磁界は永久磁石１０６により形成させていたが、第７
図の第２実施例では電磁石により形成させている。７１
５は、電磁石を構成する透磁率μ及び飽和磁束密度の高
い磁性体、７１４は直流電流を供給する電線である。電
磁石は、内導体７１６と電極の母材１０２により完全に
囲われているため、高周波の周波数ｆ１の電界や磁界に
晒されることはない。

サセプタ電極１０４の自己バイアスを制御する周波数ｆ
２の高周波電力は、同軸コネクタ７１１を介して供給さ
れる。７１７は同軸ケーブルの内導体、７１３は外導体
である。なお、インダクタンスＬ、及びコンデンサＣ２
の直列回路、インダクタンスＬ２及びコンデンサＣ２の
直列回路は、夫々周波数ｆ＋、ｆ２の高周波を短絡する
ための回路である。

７０８．７０９は、これら短絡回路を構成する絶縁物基
板であり、例えばテフロン含浸絶縁物から成る。内導体
７１６．７１７と外導体７１２．７１３を短絡する回路
は、円筒同軸の構成に適合するように、円錐状に形成さ
れている。第８図（ａ）、（ｂ）は前記短絡回路の例を
示すものである。前記短絡回路１．２は、中央部に内導
体７１６．７１７を挿通するための穴８０５．８０６を
設け、基板はテフロン含浸絶縁物により円板状に形成さ
れている。第８図に示す例では、４個の直列共振回路が
互いに９０度の角度間隔で放射状に配置された例が示さ
れている。８０１，８０３はインダクタンス、８０２，
８０４は積層セラミックなどの高周波コンデンサである
。斜線部は前記絶縁物の基板に残されたＣｕ薄膜である
。該薄膜は、通常３５〜７０μｍ程度の厚さである。絶
縁物基板の厚さは、高周波電力にもよるが、１〜３ｍｍ
程度である。第８図（ａ）では、インダクタンス８０１
は直線の線を有するインダクタンスが使われており、コ
ンデンサはチップコンデンサである。第８図（ｂ）では
、インダクタンス８０３は電線を所要巻数だけ巻回して
成るコイルが用いられ、コンデンサ８０４は平板コンデ
ンサを用いている。

説明を第７図に戻す。高周波電力、特に電極間に放電を
形成する周波数ｆ１の電力が、効率よく電極間に閉し込
められるために、電極１０２．サセプタ電極１０４は絶
縁物のセラミック７０６．７０７により、夫々真空容器
１０５から浮いた状態で構成されている。電極間隔に比
し電極から真空容器までの距離は遠く離間している。こ
れは電極１０２に入射した周波数ｆ、の高周波電力の電
界を、殆どサセプタ電８ｉ１０４に終端させるためであ
る９周波数ｆ、の高周波電流は、サセプタ電極１０４に
終端した後、内導体７１７．短絡回路（Ｌｌ　、　ＣＩ
　）、真空容器１０５を介して外導体７１２に流れ出す
。

電極間隔は、ガス圧力にもよるが通常２〜１０ｃｍ程度
である。電極面積は、基板１０３より大きく設定される
から、基板１０３としてのウニへの直径が６インチ、８
インチ、１０インチであれば、少なくとも、電極の直径
は夫々２０ｃｍ。

２５ｃｍ、３０ｃｍより大きなものにする必要がある。

第９図は、第５の実施例を示すもので比較的実際の構造
に近いものである。本実施例の場合、画電極１０７．１
０４０間隔が狭くなっているので、高周波電界の殆どが
対向する電極間に閉じ込められることになる。

サセプタ電極１０４に供給される周波数ｆ、の高周波電
力に対する短絡が不十分な場合には、第１０図に示す第
６の実施例のように、サセプタ電極１０４と真空容器１
０５との間に直接的に短絡回路を設ければよい。本実施
例の構成の要点は、対向する２枚の電極間に、可能な限
り強い磁界を設ける点にある。

第９図、第１０図に示す実施例のように、コイル７２２
と磁性体７１５で構成される電磁石であると、その磁力
線分布は第１１図に示すように下方向に拡がった分布に
なる。

第１２図に示す第７の実施例のように、画電極１０４．
１０７の裏面にそれぞれ完全反磁性を示す超伝導体ある
いは超伝導薄膜７３１，７３２を設けると、磁力線はこ
の超伝導体７３１，７３２の外側には漏れないから、両
電極間にのみ存するようになる。

基板１０３を冷却する必要があるとぎは、例えば液体窒
素温度で超伝導現象を示す酸化物超伝導体を電極裏面に
１μｍ程度以上スパッタ成膜等でコーティングすること
により極めて大きな磁界閉じ込め効果を生じさせ得る。

第１３図に示す第８の実施例はかかるｂｎ磁界閉込め効
果を示すものである。

同様に、両電極間に磁界を閉じ込めて強い平行方向の磁
界を発生させるには、電極１０２側だけてはなく、サセ
プタ電１１０４側にもまったく同様に電磁石（７２１，
７２３）を設ければよい。

第１４図はかかる原理に基づいて構成された第９の実施
例を示すものである。電磁石（７１５゜７２２）、（７
２１，７２３）は、いずれも高周波電力供給用の内導体
７１６．７１７により実質的に囲われている。コイル７
２２，７２３に電流を供給するための電線は、内導体７
１６，７１７を貫通して外部に引き出されている。

末弟９の実施例において、電極１０２，１０４に完全反
磁性体の超伝導体をコーティングすればさらに好ましい
ものになる。本実施例は放電プラズマが形成される真空
容器は、容器本体７０６．７０７がセラミックにて形成
され、外部容器１０５゛が金属で形成されている。外部
容器１０５゜は、アースと高周波電流を流す役割をはた
す。このように構成すれば、第１．９．１０図に示す各
実施例の装置に見られた、電極１０２と真空容器間の放
電が無くなり、高周波電力は電、ｉｌ　Ｏ２゜１０４間
に殆ど閉じ込められることになり、少ない高周波電力で
高密度のプラズマを電極間に形成することができる。

内導体７１６．７１７に囲われる電磁石を永久磁石によ
り形成して差し支ないことはいうまでもない。永久磁石
を構成する材料は通常比透磁率が低く、４〜５以下であ
る。

したがって、第１４図に示す第９の実施例で、コイル７
２２，７２３を除去し、第１５図に示す第１０実施例の
ようにドーナツ状の完全反磁性超伝導体７５１，７５２
をはめ込むとよい。この場合、超伝導体７５１，７５２
をはめ込んだ磁性体７１５　７２１は永久磁石から成る
。

以上、チャンバ材料のスパッタ汚染を完全に抑え、基板
にいっさい損傷を生じないＲＩＥ装置について説明した
が、真空容器内に導入されるガスは、エツチングされる
材料によって異り、塩素系（Ｃｊ２２　、　　Ｓ　Ｉ　
Ｃ１１ａ　、　ＣＨｔ　Ｃ１１２、ＣＣｆｌ　４等）、
フッ素系（Ｆ２　、ＣＨ２Ｆ２　、ＣＦ４　、ＳｔＦ、
等）および混合ガス系（ＣＦｚＣｕ２等）が用いられ、
キャリアガスＡｒ、Ｈｅ、ｍ加ガスＨ２，０２が加えら
れる。

高周波放電に使う高周波電源の出力周波数ｆ１の波長は
、少なくともウェーハの直径の２倍より大ぎいことが均
一エツチングの立場から要求される。望ましくは周波数
ｆ１は、１００ＭＨｚ（波長３ｍ）　〜ＩＧＨｚ（波長
３０ｃｍ）程度である。

しかし、例えば、２．４５ＧＨｚのようなマイクロ波を
用いたような場合には電磁波の波長が基板たるウェーハ
径にくらべて小さくなり、エツチング量のバラツキの原
因となることがあるため好ましくない。

以上本発明の実施例は主として５ｉｎ２やＳｉ膜のエツ
チングについて述べてきたが、これに限る必要はもちろ
んない。例えば、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＡＳＧ膜、シ
リコン窒化膜、へρ２０３膜、ＡρＮ膜、Ａｕ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｔｉあるいはこれらの合金等よりなる膜及び
基板のエツチングに用いてもよい。

また、励起活性種源ガスは被エツチング薄膜の種類に応
じて適宜選択すればよい。例えば、ｐｏｌｙ−３ｉ薄膜
の場合、Ｃｆ２２　、ＣＣｆ：１４．ＣＣｆ２２Ｆ２．
ＣＩＬ２等を、Ｓｉ薄膜の場合、Ｃｆ２２．ＣＣｌ２Ｆ
３．ＣＦ４等を、５ｉｎ２薄膜の場合、ＣＦ４　／Ｈ２
、Ｃ２Ｆ６等を、Ａｎ薄膜の場合、ＣＣｆ１ａ　、Ｓ　
ｉ　Ｃｆ１４．ＢＣＩＩｓ　、Ｃｌ１２等を、ＭＯ薄膜
、Ｗ薄膜、Ｔｉ薄膜、Ｔａ薄膜等の場合はＦ２　、Ｃｆ
１２　、ＣＦ４等を適宜用いれはよい。

またｖ　Ｎ２　、ｏ、　、Ｎ２を添加ガスとして加える
ことも有効である。

また、これらが形成される基板１０３も、絶縁性のもの
に限らず、導電性のものあるいは半導体でもよい。

さらに、例えばポリイミド膜やレジストなどの高分子材
料のエツチングについても適用できることはいうまでも
ない。また、エツチングを行なう基板も半導体ウェー八
に限らないことはいうまでもない。また、リアクティブ
イオンエツチング以外のスパッタエツチングにも利用で
きる。

次に、上記各実施例の構成を有する装置は、上記ＲＩＥ
だけではなく、ＰＣＶＤ、　　ドライ洗浄、レジストア
ッシング、レジストのドライ現像等にも、使用条件の一
部の変更により容易に使用できる。

まず、プラズマＣｖＤ（ＰＣＶＤ）であるが、５ｉｌｉ
膜には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２　Ｈ６，５ｉＨ２Ｃｆ２等の
原料ガスをあるいはこれに、Ａｒ、Ｈｅ、８２等のガス
を加えて、Ａ１成膜には、Ｈ２＋Ａｌｌ　（ＣＨ３）　
３　、　Ｈ２＋ＡＪ２ＨＣＣＨｓ　）　２等のガスを、
５ｉｎ２成膜には、Ｓ　ｉ　Ｈ４＋０２゜Ｓ　ｉ　Ｈ２
ＣＡ２　＋０２等を、Ｓｉ３Ｎ４成膜には、Ｓ　ｉ　Ｈ
４＋ＮＨ，＋Ｈ２等のガスを供給する。第１．７，９，
１０，１２，１４．１５図に示す実施例で、こうした原
料ガスを高周波電源ｆ、により放電させプラズマ状態に
する。高密度のプラズマが電極間に形成されるが、高周
波ｆ。

が１５０〜２５０ＭＨｚと高く保たれているから、電極
１０２に現われる自己バイアスは、１０〜−２■と低く
電極がスパッタされることはない。さらに、成膜に必要
な基板表面照射イオンエネルギーは、ｆｌより低い周波
数ｔｚ　　（例えば、１０〜８０ＭＨｚ）の高周波電力
で制御される。照射イオンエネルギーは成膜に必要な最
適値にｆ２の電力により制御され、照射イオン密度は、
ｆｌの電力により制御される。例えば、Ｓｉ成膜の場合
、（Ａｒ＋Ｓ　ｉ　Ｈ４）を供給するガスとすると、Ａ
ｒと５ｆＨ４の混合比を調節することが重要である。特
に、室温から４００℃程度の低温で、高品質なＳｉ成膜
を行うためには、イオン照射によるＳｆ表面の活性化が
決め手になるからである。たとえば、１個のＳｔ原子が
正規の格子位置におさまる間に、最適のエネルギーを持
フた照射イオンの数が、通常１個以上は必要だからであ
る。たとえば、Ｓｉ原子１個に１０個のイオン照射ある
いは５０個のイオン照射ということになるからである。

通常は、Ａｒ量の方がＳｉＨ４よりは十分多く設定され
る。他の成膜の時も、まったく同様である。基板表面を
照射するイオンは、成膜に直接寄与する原子あるいは分
子である必要はない。成膜に寄与する原子、分子と基板
表面照射イオンは、まったく別のものである方が、イオ
ンによる基板照射量と成膜速度を独立に制御できて、高
品質成膜に適している。

方、レジスト！！！Ｊ離は上述したように通常は、混合
τ夜（Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２０２）を用いたウェットプロセ
スで行われるが、イオン注入工程を経たレジストは混合
液（Ｈ２Ｓｏ４＋Ｈ２Ｏ２）には溶解しない。そのため
、酸素（ｏ２）プラズマ中で、強力な酸化反応により除
去している。

ただし、従来の装置では、高エネルギーイオン照射によ
る損傷、およびチャンバ内表面のスパッタによる基板表
面の金属汚染の問題が存在し、レジスト剥離を有名無実
化していた。

しかし、本発明の装置（第１．７，９，１０゜１２．１
４．及び１５図に示すもの）を適用すれば酸素プラズマ
を完全に制御で鮒、無損傷、金属汚染のない、レジスト
剥離が実現される。ｏ２中に若干のＣｌ１２を加えてお
けば、レジスト中に含まれる金属成分も同時に除去され
る。レジスト剥離時に、Ｓｉ表面が０２プラズマで薄く
酸化されるが、該薄い酸化膜は、Ｎ２．Ａｒ中に０．６
％程度のＨＦガスを混入させた気相エツチングで容易に
除去できる。酸化膜が除去されたＳｉ表面はフッ素によ
りターミネイトされているが、このフッ素は、２〜１０
ｅＶ程度に加速された（Ａｒ＋Ｈ２）プラズマで簡単に
除去される。

次に、ドライ洗浄であるが、有機物汚染は１〜１５ｅＶ
程度に加速されたｏ２イオンやｏ３により洗浄される。

ベア・シリコンの表面に形成される薄い酸化膜（ＳｉＯ
ｚ）は、前述したように、Ｎ２．Ａｒ中０．５〜０．６
％程度のＨＦガスで除去できる。金属成分は、１〜１５
ｅＶに加速されたＣ１１．２イオンにより除去できる。

本発明の装置が十分適用できる。

［発明の効果コ 本発明によれば、減圧可能な容器内にプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中で被処理物の処理を行うように構成さ
れたプラズマプロセス用装置において、前記容器内に対
向するように設けられ夫々平板状に形成された第１及び
第２の電極と、少くとも前記プラズマに対して安定な材
料から成り前記第１の電極上を覆うように設けられる保
護部材と、前記第２の電極上に被処理物を取り付けるた
めの保持手段と、前記第１の電極に接続される第１の高
周波電源と、前記第２の電極に接続される第２の高周波
電源と、前記容器内に所望のガスを導入するためのガス
供給手段とを少くとも備え、前記第１の高周波電源の周
波数が前記第２の高周波電源の周波数より高く設定され
たことを特徴とするもので、ＲＩＥ、プラズマ化学気相
堆積、レジストアッシャ−ドライ洗浄等の各種プラズマ
プロセスを、被処理物の基体等への損傷や汚染を与える
ことなく、また、処理雰囲気の汚染を生しさせることな
く行うことができ、高品質の半導体装置を提供できる。

また、構造上の基本的な構成部分は変更することなく、
特定の設定条件、例えば高周波電源の出力周波数の大き
さ、導入するガスの種類等わずかな仕様を変更するだけ
で各種プラズマプロセスの装置に通用できるので、各装
置の規格化が可能となり、半導体装置製造の一貫した統
一性のある操業の実現を可能にする。

さらに、各装置が共通の構成部分を有することにより、
構成部品の製造、管理、保守等が容易になると共に、装
置全体の高性能化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例を示す装置の概
略構成模式図、第１図（ｂ）は、第１図のバンドエリミ
ネータの例を示す回路図、第１図（Ｃ）は、第１図（ｂ
）のバンドエリミネータの共振特性を示すグラフ、第１
図（ｃｌ）は、第１図（ｂ）のバンドエリミネータの他
の例を示す回路図、第１図（ｅ）は、第２の電極への高
周波電力に対する第１．第２の電極の電位の変化を示す
グラフ、第２図は、電極の電流電圧特性を測定するため
の装置を示す概略構成模式図、第３図（ａ）は、電極の
電流、電圧特性の実験例を示すグラフ、第３図（ｂ）は
、周波数の変化に対する自己バイアス電圧の変化を示す
グラフ、第４図（ａ）は、第２の実施例を示す概略構成
模式図、第４図（ｂ）は第３の実施例を示す概略構成模
式図、第４図（Ｃ）は、バンドエリミネータ−の他の例
を示す回路図である。 第５図は、従来例の概略構成を示す模式図である。 第６図は、平行平板電極構造と高周波電界及び直流磁界
の分布図、第７図は、本発明の第４の実施例を示す要部
断面図、第８図は、短絡回路の例を示す回路図、第９図
は、本発明の第５の実施例を示す断面図、第１０図は、
本発明の第６の実施例を示す断面図、第１１図は磁界分
布（磁力線）図、第１２図は、本発明の第７の実施例を
示す断面図、第１３図は、第８の実施例を示すもので電
極裏面に超伝導薄膜が設けた場合のられたときの磁力線
分布図、第１４図は本発明の第９の実施例を示す断面図
、第１５図は、本発明の第１０の実施例を示す断面図で
ある。 １０１・・・保護層（保護部材）、１０２・・・母材、
１０３・・・基板（被処理物）、１０４・・・サセプタ
電極（第２の電極）、１０５・・・真空容器、１０７・
・・電極（第１の電極）、１１０・・・第２の高周波電
源１１１・・・第１の高周波電源。 第 １ 第 ！ 図（ａ） 図（ｄ） 尖 第 図（ｂ） 第 図（Ｃ） 第 図 第 ３ 図（ｂ） 周波数 （ＭＨｚｌ パラメータ 高周波電力 Ａ「ガス圧力 ００Ｗ ７Ｘ１０−３Ｔｏｒｒ 図（ｂ） ｒ 第 図（Ｃ） 第 図（ａ） 第 図（ｂン 第 図 第 図 第 ８ 図（ａ） 短絡回路 第 図（ｂ）短絡回路 第 図 第 １１ 図 第 ２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）減圧可能な容器内にプラズマを発生させ、該プラ
   ズマ中で被処理物の処理を行うように構成されたプラズ
   マプロセス用装置において、 前記容器内に対向するように設けられ夫々平板状に形成
   された第１及び第２の電極と、少くとも前記プラズマに
   対して安定な材料から成り前記第１の電極上を覆うよう
   に設けられる保護部材と、前記第２の電極上に被処理物
   を取り付けるための保持手段と、前記第１の電極に接続
   される第１の高周波電源と、前記第２の電極に接続され
   る第２の高周波電源と、前記容器内に所望のガスを導入
   するためのガス供給手段とを少くとも備え、前記第１の
   高周波電源の周波数が前記第２の高周波電源の周波数よ
   り高いことを特徴とするプラズマプロセス用装置。