JPH09162169A - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料上の正イオンによる電荷の蓄積（チャー
ジアップ）を中和させることにより解消して異常加工を
防止すると共に，負イオンによる効率の良いプラズマ処
理を加味することの出来る能率のよいプラズマ処理方法
及びその装置を提供する。 【解決手段】 比較的高圧環境に設定された第１のプラ
ズマ発生室内で比較的多くの負イオンを含むプラズマを
発生させ，且つ，比較的低圧環境に設定された第２のプ
ラズマ発生室内で比較的多くの正イオンを含むプラズマ
を発生させ，上記正イオンと負イオンとをプラズマ処理
室に導入してプラズマ処理すると共に，上記試料に所定
周波数の交番バイアス電圧を付与するようにしたプラズ
マ処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体製造やＬＣ
Ｄ等の平面表示板製造工程等に使用されるプラズマ処理
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年，集積回路製造のエッチング工程
は，集積度を向上させるために，単位面積当たりの素子
の数を多くして，且つ集積回路全体のチップ面積を増加
させることで集積度及び経済性の向上を図っている。そ
のため，集積回路の素子の最小加工幅は年々小さくな
り，同時に処理を行う半導体被処理物は大口径化してい
る。従来上記のような半導体製造等には，プラズマ処理
技術が用いられている。ここで，従来のプラズマでは高
周波電力により材料ガスを電離し，電離により生じる正
イオンを，プラズマと被処理物との間に生じる被処理物
表面に垂直な方向の電位差（フローティング電位又は自
己バイアス電位）により加速し，加速された正イオンに
よるエネルギを用いて，例えばエッチング等を行ってい
る。この様なプラズマエッチングは，被処理物形状が矩
形であり加工寸法が正確であるため，微細加工に多用さ
れている。従って，プラズマ処理装置では，大口径で高
速であり且つ均質なエッチングを行うことが要求され，
且つ縦方向の加工幅も小さくなるので，処理中に下地の
膜の損傷をより少なくすることが要求されている。一般
的にプラズマよる異方性エッチングでは，被処理物とプ
ラズマとの間で発生する上記電位差（フローティング電
位又は自己バイアス電位）により加速されたイオンのエ
ネルギによりエッチングが行われる。プラズマは全体と
して電気的に中性であり，それを構成する荷電粒子は電
子とイオンより構成されている。イオンは電子に比べて
１０００倍以上の質量を持つために，イオンの移動する
速度は電子に比べて遅く，プラズマより脱出しにくい。
逆に，負の電荷を持つ電子は移動速度が早く，イオンよ
り早く移動できる。プラズマはその移動速度の差から電
子を失いやすいので，全体として電気的中性を保とうと
して，プラズマの周辺に対して正に帯電する。つまり，
外壁や被処理物に対してはプラズマは正に帯電して電子
を静電気力で引き込み，プラズマ自身の電気的中性を保
ち安定している。そのようなプラズマ中に被処理物を置
くと，被処理物はプラズマに対して負に帯電することに
なる。エッチング等の処理は，主に被処理物とプラズマ
との間に発生する上記電位差により引き込まれる正イオ
ン自体もしくは，正イオンのエネルギにより行われる。
また工業的には，このイオンの引き込み電位を調節する
為に被処理物に対してコンデンサにより直流的に絶縁さ
れた電極に高周波を引加して，プラズマに対する被処理
物の電位を調節してエッチング等の処理の最適化を行っ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，近年の
微細加工においては，加工寸法と希望する処理の縦横比
（アスペクト比）の高さから，均一な密度分布を持つプ
ラズマを用いても，処理を行う形状の微細な形状効果の
ために，均一な処理を行えない事が報告されている。例
えば，電場効果トランジスタのゲート形成の工程で用い
るポリシリコンエッチングにおいては，プラズマエッチ
ングを行うと，微細なパターンの形状効果により，エッ
チング中に下地のシリコン酸化膜との間に界面に沿って
異常にエッチングが進む，所謂ノッチが生じる。また，
コンデンサ形成や素子分離のための，トレンチエッチン
グにおいては，垂直なエッチング側壁が得られず，トレ
ンチ側壁が窪むボーイング等の異常加工が発生する。こ
れらの微細なパターンによる形状効果による異常加工
は，電子とイオンの比処理物への流入量の比がパターン
に依存して異なることにより生じる電荷蓄積（チャージ
アップ）に起因する。また，本発明者等は，先の出願
（特願平７−８９７３号）において，負イオンのエッチ
ング速度が非常に早いことを報告した。しかし，同じプ
ラズマ発生装置で正イオンと負イオンとを同時に作るこ
とには困難性が伴う。即ち，ガス圧と発生するイオン密
度との関係を表す図２に示すように，正イオンと負イオ
ンとのそれぞれの発生する圧力領域はずれており，正イ
オンで垂直形状に試料を効率良くエッチングできる低圧
力では，負イオンを効率良く発生させることができない
ことが分かった。従って，本発明が目的とするところ
は，従来のプラズマエッチングで異常加工の原因となっ
ている試料上の正イオンによる電荷の蓄積（チャージア
ップ）を中和させることにより解消して異常加工を防止
すると共に，負イオンによる高速のプラズマ処理を加味
することの出来るプラズマ処理方法及びその装置を提供
することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に方法面における本発明は、比較的高圧環境に設定され
た第１のプラズマ発生室内で比較的多くの負イオンを含
むプラズマを発生させ，且つ，比較的低圧環境に設定さ
れた第２のプラズマ発生室内で比較的多くの正イオンを
含むプラズマを発生させ，上記正イオンと負イオンを試
料台を設けた処理室に導入すると共に，上記処理室内の
試料台に載置した試料に高周波の交番電圧を付与してプ
ラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法とし
て構成されている。また装置面における本発明は，比較
的高圧環境に設定され比較的多くの負イオンを含むプラ
ズマを発生させるための第１のプラズマ発生室と，比較
的低圧環境に設定され比較的多くの正イオンを含むプラ
ズマを発生させるための第２のプラズマ発生室内と，上
記正イオンと負イオンとが導入され，内部に試料台が設
けられた処理室と，上記処理室内の試料台に載置された
試料に高周波の交番電圧を付与する交番電圧付与手段と
を具備してなることを特徴とするプラズマ処理装置とし
て構成されている。上記処理室は，上記第２のプラズマ
発生室と兼用することができる。上記交番電圧付与手段
を高周波トランスにより構成することにより，装置の簡
略化を測ることができる。上記第１のプラズマ発生室及
び／又は第２のプラズマ発生室を複数設置することによ
り，プラズマの均一化を達成することができる。上記第
２のプラズマ発生室に磁場を引加する磁場引加手段をさ
らに設けることにより，正イオン発生室に電子を閉じ込
め，電子の流入を少なくし，正負両極性イオンのみによ
る理想的な処理条件に近づけることできる。上記第１の
プラズマ発生室と第２のプラズマ発生室とをスリット板
又は多孔板で仕切ることにより両室の圧力を保ちつつ粒
子の流通を可能とすることができる。上記スリット板又
は多孔板を冷却する冷却装置を設置することにより，ラ
ジカルの発生を抑えて，負イオンの発生を促進すること
ができる。上記スリット板又は多孔板を導電体により構
成することにより，負イオンの発生を促進することがで
きる。上記第１のプラズマ発生室を冷却する冷却装置を
具備して構成することにより，ラジカルの発生を抑え
て，負イオンの発生を促進することができる。上記第１
のプラズマ発生室を導電体により構成することにより，
負イオンの発生を促進することができる。上記交番電圧
付与手段により付与される高周波の波形を，正弦波，矩
形波，三角波のいずれか１つ又はそれ以外の任意の波形
とすることができる。出来るだけ矩形波に近づけること
により，エッチング速度を向上させることができる。上
記交番電圧付与手段を，上記高周波のオン，オフ比を制
御する機能を含んで構成することにより，正負のイオン
の入射量の比率を制御して，チャージアップを緩和する
ことができる。プラズマ雰囲気中にエッチングに対する
寄与の度合いの少ない元素又は寄与しない元素を混入さ
せることにより，チャージアップを減少させ，ノッチ防
止に効果のあるプラズマ処理装置を提供することができ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】具体的実施の形態を説明する前
に，本発明で用いられる負イオンを発生させる原理につ
いて説明することが，この発明の理解を容易にする。通
常のプラズマの発生過程は，まず，プラズマ処理室外か
ら供給される電場により加速された電子が材料ガス中の
中性粒子に衝突し，中性粒子の外殻電子にエネルギを与
え，外殻電子を中性粒子から離脱させる事により，新た
な電子と正イオンを発生させる過程を含む。この過程を
連鎖的に行うことによりプラズマは維持される。従っ
て，プラズマ生成領域では，必然的に正イオンが多く存
在することになる。しかしながら，プラズマ生成領域か
ら離れた所では，正イオンや中性粒子が，エネルギの比
較的弱い電子と再結合して，負イオンやラジカルを発生
することが知られている。特に，電気陰性度が大きいハ
ロゲン等は，電子を引きつけて負イオンを生成し易い。
本発明においては，この原理を用いて，負イオンを発生
させる。また負イオンの発生量については，プラズマの
圧力との因果関係が深い。即ち，一般に，プラズマ中の
粒子の平均エネルギは圧力により変化することが知られ
ている。圧力が低い程，粒子の平均自由行程が長くな
り，プラズマ発生領域の影響は周辺部まで及びやすい。
また衝突までの電場による加速時間が長くなるので，プ
ラズマ発生のために外部から与えられる電場により電子
は加速される一方，衝突までの時間が長くなるので，個
々の電子の持つエネルギの平均値が高くなり，電子のエ
ネルギが高い正イオンを発生させやすい。これに対し
て，より高い圧力下では，平均自由行程が短く，プラズ
マ発生領域から少し離れるとプラズマ発生領域の影響を
受けず，粒子が多数個衝突するので，個々の電子の平均
エネルギが低下して，低速電子の割合が増加するので，
プラズマ発生領域周辺で電子の付着が起こる確率が増加
し，結果として負イオンやラジカルの生成が増える。こ
のように，一般的に，圧力が低くプラズマ生成領域に近
い程正イオンが発生し易く，圧力が高く，プラズマ発生
領域から離れた領域程，負イオンが発生しやすい。特に
電気陰性度が高い原子を含むハロゲン等の粒子は，壁等
との衝突により，電子と再結合し，ラジカル又は負イオ
ンの生成が効率良く行われる。この場合，壁材料は電子
を連続的に供給できる導電体の物質で構成されることが
望ましい。本発明においては，上記のような圧力と正負
イオンの発生量との関係から，圧力の異なる２つのプラ
ズマ発生室を設け，個々のプラズマ発生室で比較的多く
の正イオンと，比較的多くの負イオンを夫々発生させ，
これらを混合したプラズマによりプラズマ処理を行うこ
とで試料表面における電荷の蓄積（チャージアップ）を
防止して，形成パターンの形状効果によるプラズマ処理
の前記不具合を解消しようとするものである。また，ト
ランス等の交番電圧付与手段により試料に高周波交番バ
イアス電圧を付与することで，正負のイオンによるプラ
ズマ処理を可能にしている。以下添付図面を参照して，
本発明を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解
に供する。尚，以下の実施例は，本発明を具体化した一
例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のもの
ではない。ここに，図１は本発明の一実施形態に掛かる
プラズマエッチング装置を示す概略側面図，図２はプラ
ズマ室の圧力とそこで発生した正イオン及び負イオンの
密度の関係を示すグラフ，図３は上記図１に示した装置
に用いる負イオン発生装置の内容を示すもので，（ａ）
はその斜視図，（ｂ）はその平断面図，（ｃ）はマイク
ロ波導入部の詳細断面図，図４は試料に高周波電圧をか
けるための装置の概念図で，（ａ）はコンデンサを介し
て高周波電圧をかける場合を，（ｂ）はトランスによっ
て高周波電圧をかける場合を示す。また図５は，プラズ
マ室内の圧力とシリコン基板のエッチング率との関係を
高周波電圧値との関係で示したグラフ，図６は各種の高
周波波形とエッチング率との関係を示すグラフで，
（ａ）は正弦波を，（ｂ）は矩形波を，（ｃ）はトラン
スにより引加する実際の波形を示す。図７は本実施形態
にかかる装置によるエッチング断面のＳＥＭ形状を示す
断面図，図８は他のプラズマ処理装置の概要を示す側面
図，図９は更に他のプラズマ処理装置の概要を示す側面
図，図１０（ａ），（ｂ）は，それぞれプラズマ処理装
置に磁界をかけるための装置の概要を示す図である。図
１に示すプラズマ処理装置では，ドーム状の石英ガラス
３にＯリング１１を介して円筒状の正イオン発生室１６
（第２のプラズマ発生室の一例）が接続され，この正イ
オン発生室１６にガス導入口９から材料ガスが導入され
る。上記石英ガラス３には，１ターンタイプのアンテナ
２が装着され，マッチング回路７を介して高周波電源８
から上記アンテナ２に高周波電力が供給され，高周波電
場の下に上記材料ガスがプラズマ化され，プラズマ４を
生じる。上記正イオン発生室１６下部には，絶縁体１４
により機器から絶縁された試料載置台３０が置かれ，そ
の上に試料５が載せられる。上記試料５には，トランス
６を介して高周波電源８により高周波バイアス電圧が引
加される。上記正イオン発生室１６の周囲には，縦方向
の複数のスリット１２が形成され，このスリット１２を
介してチラーにより−４０度まで冷却され得る環状の負
イオン発生室１７（第１のプラズマ発生室の一例）が設
けられている。上記負イオン発生室１７の詳細は図３に
示されている。上記環状の負イオン発生室１７の外周は
誘電体の一例であるテフロン樹脂で被覆され，内部のガ
スと接触する部分は石英ガラスで保護されており，複数
の材料ガス導入口９ａから陰性度の高いハロゲン等の材
料ガスが導入される。テフロンを外周に巻き付けたの
は，マイクロ波の伝播を均一化させ，プラズマの均一化
を図るためである。上記環状の負イオン発生室１７に
は，導波管を通じてマイクロ波１０が導入され，上記材
料ガスがプラズマ化される。尚，マイクロ波導入部は図
３（ｃ）に示すように，板状の石英ガラス板３ａにより
上記環状の負イオン室１７と仕切られている。上記スリ
ット１２の代わりにカーボン材料を用いた多孔板を冷却
して用いることができる。この場合，負イオンの発生率
が高く，高周波電圧Ｖｓ通常を，５０Ｖから３０Ｖ程度
に低減することができる。処理後の試料にも重金属等は
検出されていない。上記Ｖｓの値は，後記するように，
その電位が高い程，正イオンと負の電荷の粒子の移動度
が異なることを示しており，即ち，負イオンのプラズマ
中の比率を表すパラメータとして用いることが出来る。
つまり，負イオンの比率が高くなる程，Ｖｓが低下する
現象が観測される。また負イオン室は，かならずしも接
地電位でなくてもよく，絶縁体を介して直流電位を加
え，負イオンの引き出しを行ってもよい。実施した装置
のデータの一例は次の通りである。 １．正イオン発生室の内径 ３００mm ２．１ターンアンテナ２により印加した高周波周波数 １３．５６ＭHz ３．正イオン発生室の圧力 １０ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒｒ ４．スリット１２のサイズ（本数） 幅１mm×長さ５０mm（２０本） ５．負イオン発生室の圧力 ４０〜６０ｍＴｏｒｒ ６．負イオン室に導入する材料ガス ハロゲンガス（塩素ガス） この実施形態では，図１に示すように，低圧力の正イオ
ン発生室１６で正イオンを発生させると共に，スリット
１２（又は多孔板）を介して隣接した比較的高圧の負イ
オン発生室１７に塩素ガスを導入して負イオンを発生さ
せ，上記スリット１２（又は多孔板）を通して効率良く
負イオンを正イオン発生室１７に入射させることによ
り，チャージアップがなく，負イオンを有効に利用でき
るプラズマ処理装置を提供できた。この正イオン発生室
と負イオン発生室の圧力制御について、本発明者が行っ
た実験結果を図２により説明する。図２は，圧力を変化
させた場合のＦ₆ ガスによるプラズマ中のイオン種を４
重極型質量分析装置で計測した結果を示している。図２
から明確に分かるように，正イオンと負イオンの発生が
最大である圧力条件は異なっている。これは，先に説明
したように，負イオンの生成が弱いエネルギを持つ電子
の付着により起こるので，比較的圧力が高く，低いエネ
ルギ電子が多い高圧力で盛んに行われているからであ
る。次に試料台のバイアス電位の制御について，本発明
で用いられたトランス結合の詳細を説明する。試料であ
る基板への高周波印加にトランスを用いることにより，
基板電位を接地電位に保ちながら，高周波によりイオン
の引き込み電圧を交互に変化させることができる。絶縁
体を持つ試料でも，高周波の場合は絶縁体がキャパシタ
となり，高周波を通すので，引き込み電圧を有効に印加
できる。また，トランスのコイルの巻き数を制御して，
インピーダンスマッチングを行い最適な高周波電流を流
すことができるので，従来方法に比べて，有効に負イオ
ンを引き込み，負イオンの反応を利用できる。また，異
方性のある磁性体を，トランスのコアに用いて，正負の
ピーク電圧を変化させ，効果的に負イオンを引き込むこ
とができる。このことを図４を用いて更に詳細に説明す
る。従来の，試料電極と高周波電源の間にコンデンサが
ある場合（図４（ａ）），プラズマの電子と正イオンの
質量の違いから，プラズマと電極のシースがダイオード
と等価な回路を形成してしまう。これに直列にキャパシ
タが存在するので，等価回路としては，整流回路を形成
し，試料電極側が負電位にバイアスされてしまう。その
バイアス電位は従来正イオンを用いる処理では有効であ
ったが，負イオンを引き込むためには，静電気的な反発
力をもたらし障害となる。それに対して，図４（ｂ）の
ように，トランスにより誘電結合を行った場合は，適度
な高周波電流が得られると共に，常にトランスの一端が
接地されているので，負イオンを引き込む場合問題とな
る負のバイアス電位は発生しない。従って，従来法に比
較して効率的に負イオンを引き込むことができる。しか
しながら，試料は正のＶｓ（Ｖｓについては後述する）
により負の電位となるので，試料電位がＶｓだけ正にな
った時に，負イオンの入射の障壁となる電位はなくなる
が，実際のエッチングは，イオンの引き込みエネルギが
一定以上に上昇した時に発生するので，Ｖｓより少し電
位が上昇した所からエッチングは開始される。ここで，
本発明者が発見した負イオンのエッチングの効果につい
て図５，図６を用いて説明する。図５はプラズマ室の圧
力を変化させた場合のシリコン基板のエッチング速度を
示している。ガスはＳＦ６を用いて実験を行った。高周
波はトランスを用いて試料に印加されている。試料電極
の電位Ｖｐｐが１００Ｖの場合と２００Ｖの場合のエッ
チング速度を示している。この図から明らかにＶｐｐが
２００Ｖの方がエッチング速度が速いことがわかる。こ
の現象を図６（ａ）を用いて説明する。たとえ試料電極
に負のバイアスがかからなくとも，通常プラズマは，電
子と正イオンの移動度の差から，プラズマが外壁に対し
て正に帯電している。この電位をスペースポテンシャル
Ｖｓという。従って，試料基板は常にＶｓだけプラズマ
より低い電位にある。このため，プラズマ側から見て，
電極電位がＶｓだけ上昇した所で始めて，負イオンに対
して静電気的反発力がなくなる。これは本質的に試料が
プラズマよりＶｓだけ低い電位にある分を補ったからで
ある。このように，負イオンの引き込みは，Ｖｓより高
い電極電位で始めて発生する。図６（ａ）では，Ｖｐｐ
が１００Ｖと２００Ｖの場合で，Ｖｓより電極電位が高
くエッチング開始電圧より高い部分のあることを示して
いる。明らかに，Ｖｐｐが２００Ｖの場合に，負イオン
の引き込み量が多くなっていることが分かる。これは図
５の実験結果を良く説明してる。特に負イオンは正イオ
ンに比べて反応性が高くエッチング速度が高いことは工
業的に有利であり注目される。上記バイアス高周波の効
果的な波形について説明する。図６（ｂ）は矩形波が負
イオンの引き込みに有効であることを示す。図から明ら
かなように，矩形波の場合，パルス的にＶｓの値を素早
く越えるので，負イオン引き込みが素早く行われ，且
つ，引き込まれる時間が長いので，負イオン引き込みに
有利であることが分かる。例えば試料に印加する高周波
を矩形波にした場合，エッチング速度が正弦波に比べ，
１０ミクロン毎分から１２ミクロン毎分まで上昇した。
処理中の試料にＭＮＯＳ試料を用いてＡｒプラズマに３
０秒間曝した後のチャージアップ量を測定した。矩形波
を用いＯＮ／ＯＦＦ制御しない場合，６インチ径の試料
の周辺部にチャージアップが観測されたが，ＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御を行った場合，チャージアップは測定感度以下に
低下した。このときＤｕｔｙ比は５０％であった。実際
の回路では，トランスのインダクタンスにより立ち上が
りの波形がなまる傾向があり，波形は三角波の組合せの
ようなものと実質的には変わらない。また現実のプラズ
マ中には，少なからず電子も存在するので，高周波に追
従して電子が流入することが考えられるので，断続的に
高周波を印加して，チャージアップを緩和し，正負のイ
オンの比率を制御することが望ましい。負イオンと正イ
オンの数がほぼ等しく，電子がない状態であると，理想
的な正負両極性イオンによるエッチングが達成される。
このような，正負イオンの量的比率を調整するために，
上記矩形波や正弦波，三角波等のＯＮ／ＯＦＦ周期を切
り換える制御をすることが望ましい。正イオン発生室１
６に磁場を作用させることで，正イオン発生室に電子を
閉じ込め，電子の流入を少なくして理想的な両極性イオ
ンによる処理条件に近づけることができる。図１０
（ａ）は，コイル３１によって磁性体１８に磁場を発生
させ，この磁場を前記図１に示したドーム状の石英ガラ
ス３（正イオン発生室１６）に作用させる構成を示す。
また同図（ｂ）は，ヨーク２１で強化された永久磁石２
０，２０により発生した磁場を，石英ガラス３に作用さ
せている状態を示す。上記ヨーク２１は，磁力線が試料
を横切らないように磁力線を誘導するために重要な役割
を果たす。これらの図に示したように，電子の発生源で
ある正イオン発生室３に試料を横切らないように，磁場
を印加すると，質量が軽い電子は容易に磁力線にまとわ
りつくような運動を行い，磁場に閉じ込められる。その
反面，正イオンは，電荷は電子と等しいが，質量が１０
００倍以上大きいので，磁場に関して殆ど影響を受けず
に拡散を行う。従って，正イオン発生室１６に電子を閉
じ込めることにより，電子の流入を少なくして，理想的
な両極性イオンによる処理条件に近づけることができ
る。上記正イオン発生室１６及び／又は負イオン発生室
１７は，複数設けることができる。高速エッチングと共
に，大口径の試料を処理して，大口径平面表示装置や，
大口径試料のエッチングを均一に行う必要があること
は，既に述べた。上記のような大口径プラズマにおいて
は，強い磁場の不均一が試料に発生すると，先に述べた
ように，イオンと電子の挙動の違いから，プラズマ中に
電場の不均一を発生して，試料を破壊する問題がある。
従って均一磁場若しくは，無磁場に近い状態で処理を行
うことが必要となる。工業的に均一磁場による均一プラ
ズマの発生は困難であるので，無磁場に近い所に試料を
載置することが有効である。このいような場合，プラズ
マの均一性は，プラズマの拡散により決定されるため，
試料に対して特定の領域に発生源を持つプラズマ発生源
の制御が重要となる。一般的には，円形の試料に対し
て，円管状のプラズマ発生源を適度に離すことにより，
均一プラズマを発生させているが，将来，大口径プラズ
マを扱う場合は，このようなプラズマ発生源を複数用い
て，イオンを拡散させて，均一なプラズマを作成するこ
とが望まれる。このことは，正イオン発生室１６と負イ
オン発生室１７を交互に同心円上に作成することで具体
的に解決される。また，制御性を良くするために，各正
イオン発生室１６と負イオン発生室１７に供給されるプ
ラズマ発生用の電場は，相互に独立して制御されること
が望ましい。前記負イオン発生室１７や，正イオン発生
室１６と負イオン発生室１７とを仕切るスリット１２
（または多孔板）は冷却することが望ましい。前記した
ように，負イオンの発生は弱い電子の結合によるもので
あることが知られているため，壁部においては，正イオ
ンが電子と再結合して負イオンを発生させうることは容
易に推測される。しかしながら，通常プラズマに曝され
るチャンバ内壁は、高温になっており，再結合の過程
で，熱エネルギが与えられ，負イオンより安定したラジ
カルを発生させやすい。また，熱エネルギにより粒子が
壁面に付着する確率も減少する。従って，負イオン発生
室１７及び，スリット１２（または多孔板）は冷却され
ていた方が，負イオンを発生させやすく，また壁より電
子を与えやすいように導電体であることが望ましい。導
電体に金属を用いると，金属汚染の原因となるので，カ
ーボン材料等の高純度導電体材料が望ましい。上記負イ
オン発生室１７と多孔板を冷却しなかった場合，負イオ
ン発生率が低下し，先に得られた３０ＶのＶｓが３５ｖ
程度まで上昇した。また，正イオン発生室１６を円柱の
石英ガラスに交換して，５０ガウスの磁場（磁石間の中
心での値）を印加した場合は，Ｖｓの値が２０Ｖまで低
下した。さらに，プラズマ中にエッチングにあまり寄与
しないガスや，全く寄与しないガスを混入させると，前
記したノッチの防止に効果のあることが判明した。この
時の処理条件の一例を下記する。 処理条件： 正イオン発生室のガス成分： ガス１：塩素７０％，ＨＢｒ２０％，Ｘｅ１０％（希ガスあり） ガス２：塩素７０％，ＨＢｒ３０％ （希ガスなし） 負イオン発生室のガス成分：塩素１００％ 圧力： 正イオン発生室 １５ｍＴｏｒｒ 負イオン発生室 ６０ｍＴｏｒｒ プラズマ発生方式： 正イオン発生室 ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ） 周波数 １３．５６ＭHz（１５００Ｗ） 負イオン発生室 マイクロ波プラズマ（表面波） 周波数 ２．４５ＧHz（３００Ｗ） バイアス高周波：４００ＫHz，Ｖｐｐ＝２００Ｖ（トランスカップル） エッチング速度：７００ｎｍ毎分 選択比（シリコン酸化膜）：３００ エッチング形状：○希ガスなし（０．５ミクロンライン＆０．５ミクロスペース ）でノッチ発生（ポリシリコン膜厚１．５ミクロンに対して ノッチ長さ０．３ミクロン，オーバーエッチ100%） ○希ガス添加（上記条件でノッチなし） 上記条件では，Ｘｅがポジティブイオンとなり，塩素，
臭素の負イオンのみで，エッチングを行えるので，下地
膜のダメージが少なく，高速なエッチングが行える。上
記装置で試料電極を−５０°Ｃに冷却してＳＦ６を用い
て，正イオン発生室圧力２０ｍＴｏｒｒ，負イオン発生
室４０ｍＴｏｒｒ，ＲＦ電力１５００Ｗ，バイアスＶｐ
ｐ２００Ｖで１０ミクロン毎分の高速でポリ・シリコン
酸化膜エッチングを行うことが出来た。その時の断面Ｓ
ＥＭ形状を図７（ａ）に示す。これと同一条件で負イオ
ン発生室を２０ｍＴｏｒｒとした場合，正イオン主体の
エッチングが行われ，逆テーパー形状とノッチ形状が観
察された（図７（ｂ））。前記した例では，負イオンに
よる積極的なエッチングについて説明している。しかし
負イオンをエッチングに関与させず，専ら試料のチャー
ジアップ防止のために用いることも可能である。特に高
選択比が要求されるような場合等，負イオンの反応を積
極的に抑える必要がある処理に有効である。

【０００６】

【実施例】図８及び図９は，本発明の実施の変形例を示
すものである。符号については，図１と同じ要素には共
通の符号を使用している。図８では，誘導結合型の正イ
オン発生室１６の上部に２個のマイクロ波導入型の負イ
オン発生室１７を設け，正イオン発生室１６で形成した
プラズマ４に対向して前記負イオン発生室１７のスリッ
ト１２を設けた場合である。また図９の場合は，負イオ
ン発生室１７が正イオン発生室１６で形成されたプラズ
マ４を貫通している。いずれの場合も，複数のプラズマ
発生室が設けられているので，プラズマが均一に発生
し，大口径処理に適した装置となる。前記実施形態で
は，プラズマ処理室が第２のプラズマ発生室（正イオン
発生室）と兼用されているが，プラズマ処理室と，第２
のプラズマ発生室とを別個に構成することも可能であ
る。

【０００７】

【発明の効果】本発明に係わるプラズマ処理方法及び装
置は，上記したように構成されているので，従来のプラ
ズマエッチングで異常加工の原因となっている試料上の
正イオンによる電荷の蓄積（チャージアップ）を中和さ
せることにより解消して異常加工を防止すると共に，負
イオンによる効率の良いプラズマ処理を加味することの
出来る能率のよいプラズマ処理方法及びその装置を提供
しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に掛かるプラズマエッチ
ング装置を示す概略側面図。

【図２】 プラズマ室の圧力とそこで発生した正イオン
及び負イオンの密度の関係を示すグラフ。

【図３】 上記図１に示した装置に用いる負イオン発生
装置の内容を示すもので，（ａ）はその斜視図，（ｂ）
はその平断面図，（ｃ）はマイクロ波導入部の詳細断面
図。

【図４】 試料に高周波電圧をかけるための装置の概念
図で，（ａ）はコンデンサを介して高周波電圧をかける
場合を，（ｂ）はトランスによって高周波電圧をかける
場合を示す。

【図５】 プラズマ室内の圧力とシリコン基板のエッチ
ング率との関係を高周波電圧値との関係で示したグラ
フ。

【図６】 各種の高周波波形とエッチング率との関係を
示すグラフで，（ａ）は正弦波を，（ｂ）は矩形波を，
（ｃ）はトランスにより引加する実際の波形を示す。

【図７】 本実施形態にかかる装置によるエッチング断
面のＳＥＭ形状を示す断面図。

【図８】 他のプラズマ処理装置の概要を示す側面図。

【図９】 更に他のプラズマ処理装置の概要を示す側面
図。

【図１０】 （ａ），（ｂ）は，それぞれプラズマ処理
装置に磁界をかけるための装置の概要を示す図。

【符号の説明】

１…排気口 ２…アンテナ ３…石英ガラス ４…プラズマ ５…試料 ６…トランス ７…マッチング回路 ８…高周波電源 ９…ガス導入口 １０…マイクロ波 １１…Ｏリング １２…スリット（多孔板） １４…絶縁体 ３０…試料台 １６…正イオン発生室 １７…負イオン発生室 １８…磁性体 ２０…永久磁石 ２１…ヨーク ２２…シールド板 ２３…テフロン ３１…コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 春雄 神奈川県厚木市愛甲910−１−６−301 (72)発明者 奈良井 哲 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比較的高圧環境に設定された第１のプラ
   ズマ発生室内で比較的多くの負イオンを含むプラズマを
   発生させ，且つ，比較的低圧環境に設定された第２のプ
   ラズマ発生室内で比較的多くの正イオンを含むプラズマ
   を発生させ，上記正イオンと負イオンを試料台を設けた
   処理室に導入すると共に，上記処理室内の試料台に載置
   した試料に高周波の交番電圧を付与してプラズマ処理す
   ることを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 【請求項２】 上記処理室が上記第２のプラズマ発生室
   と兼用されている請求項１記載のプラズマ処理方法。
3. 【請求項３】 比較的高圧環境に設定され比較的多くの
   負イオンを含むプラズマを発生させるための第１のプラ
   ズマ発生室と，比較的低圧環境に設定され比較的多くの
   正イオンを含むプラズマを発生させるための第２のプラ
   ズマ発生室内と，上記正イオンと負イオンとが導入さ
   れ，内部に試料台が設けられた処理室と，上記処理室内
   の試料台に載置された試料に高周波の交番電圧を付与す
   る交番電圧付与手段とを具備してなることを特徴とする
   プラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 上記処理室が上記第２のプラズマ発生室
   と兼用されている請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 上記交番電圧付与手段が高周波トランス
   である請求項３若しくは４記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 上記第１のプラズマ発生室及び／又は第
   ２のプラズマ発生室が複数設けられてなる請求項４記載
   のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 上記第２のプラズマ発生室に磁場を引加
   する磁場引加手段をさらに具備してなる請求項３若しく
   は４記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 上記第１のプラズマ発生室と第２のプラ
   ズマ発生室とがスリット板又は多孔板で仕切られている
   請求項４記載のプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 上記スリット板又は多孔板を冷却する冷
   却装置を具備してなる請求項８記載のプラズマ処理装
   置。
10. 【請求項１０】 上記スリット板又は多孔板が導電体に
    より構成されてなる請求項８記載のプラズマ処理装置。
11. 【請求項１１】 上記第１のプラズマ発生室を冷却する
    冷却装置を具備してなる請求項３若しくは４記載のプラ
    ズマ処理装置。
12. 【請求項１２】 上記第１のプラズマ発生室が導電体に
    より構成されてなる請求項３若しくは４記載のプラズマ
    処理装置。
13. 【請求項１３】 上記交番電圧付与手段により付与され
    る高周波の波形が，正弦波，矩形波，三角波のいずれか
    １つ又はそれ以外の任意の波形である請求項３若しくは
    ４記載のプラズマ処理装置。
14. 【請求項１４】 上記交番電圧付与手段が，上記高周波
    のオン，オフ比を制御する機能を含んでなる請求項３も
    しくは４記載のプラズマ処理装置。
15. 【請求項１５】 プラズマ雰囲気中にエッチングに対す
    る寄与の度合いの少ない元素又は寄与しない元素を混入
    させる請求項３もしくは４記載のプラズマ処理装置。