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    公开号:WO1990013909A1
    申请号:PCT/JP1990/000585
    申请日:1990-05-08
    公开日:1990-11-15
    发明作者:Tadahiro Ohmi
    申请人:Tadahiro Ohmi；
    IPC主号:H01J37-00
    专利说明:
    [0001] B月 糸田 »
    [0002] リ ァ ク テ ィ ブイ オ ン エ ッ チ ン グ装置 技術分野
    [0003] 本発明は リ ァク テ ィ ブイ オ ンエ ッ チ ング装置に係る。
    [0004] 背景技術
    [0005] 現在、 集積回路の各種薄膜 （ た と えば、 A j£ , W , Τ a 等の 導電性薄膜、 PoiyS i , S i 等の半導体薄膜ある いは S i 0 2 , S i 3 N 4 , A 2 0 3 等の絶緑薄膜） を、 異方性を も た せ て エ ッ チ ングする ための手段 と してスパ ッ タ エ ッ チ ング技術が用 い られる。 ス パ ヅ タ エ ッ チ ング技術の中でも ホ 卜 レ ジス ト と の 選択性を高めた もの と して は R I E (Reactive Ion Etching)法 が広く 用い られている。 R I E法と は真空容器内に励起活性種 を生成する、 た と えば C F 4 等のガス （以下励起活性種源ガス と い う ） を導入し、 基体を取 り 付けたサセ ブタ に直流ま た は高 周波電力を加えてグロ一放電を起こ し、 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 よればホ 卜 レ ジス ト と の選択比を大き く 保ち なが ら異方性エ ッ チ ングを実現で き る。 グロ一放電の結 果、 基体表面はプラズマ に対し負にノ イ ァス （ こ れを自己バイ ァス と 呼ぶ） されるが、 こ の ノ ィ ァス電圧に よ っ て加速された ィ ォ ンが基体表面にぶっか つ て基体表面に存在する励起活性種 と の作用 に よ り 基体の表面をエ ッ チ ングする。
    [0006] 第 5 図に従来用い られてい る代表的なイ オ ンエ ッ チ ング装置 の断面構造の模式図を示す。 5 0 3 は被エ ッ チ ン グ面を有す る た と え ば半導体 ゥ ェ一ハ あ る い はガラ スや石英な どの基体、 5 0 4 ほサセ ブタ の電極である。 サセブタ電極 5 0 4 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 5 0 5 ほ アースされている。 こ こ で高周波電源 （ R F電源） ほ、 発振周 波数 1 3 . 5 6 M H z のものを用いるのが普通である。 なお、 実際の装置では、 以上に述べた以外に、 真空用の排気ユニッ ト やガスの導入口、 その他ゥェ一八の出し入れのための機構が設 け られているが本図では簡単のため省略してある。 ま た、 サセ ブタ電極の上方に対向平板電極を設けた構造の場合も多い。
    [0007] 半導体ゥエーハ等の基体 5 0 3 及びサセブタ 5 0 4表面は、 サセ ブタ に加え られた R F電力のため にプラズマ に対し負の自 己バイ ァスがかか り 、 こ の電界で加速されたイ オ ンが基体表面 に作用 し基体の被エ ツ チング面がエツ チングされる。
    [0008] 一般に、 エッ チング速度を高める場合に ほ、 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。
    [0009] 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 、 自己バイ アスも大き く な り 、 それがため に、 基板に は、 こ の大き な自己バイ アスによ 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。 その結果、
    [0010] ① レ ジス ト のエ ッ チ ン グをも行っ て し ま う こ と があ り 、 パ ターン寸法の変化をも た ら し、 その結果、 微細加工が不可能と な っ て し ま う 。 特に、 レ ジス ト の厚さ が、 0 . 5 m以下と なっ ている近時の高集積化素子においてかかる現象は顕著に表 われる。
    [0011] ②エ ッ チ ングすべき薄膜をォ一バエ ツ チ して しまい、 こ の薄 膜下の下地材料 （ た と え ば S i 基板） に大 き なエネ ルギーを も っ たイ オ ン が照射されて し ま う 。 特に、 下地材料の原子結合 力よ り も大き なエネ ルギを有するイ オ ンが照射される と下地材 料にダメ 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 ま ねいて し ま う 。
    [0012] ま た、 従来の装置では高周波電源の周波数 と して 1 3 . 5 6 M H z のものを使用 してレ、る が、 1 3 . 5 6 M H z と レヽ ぅ 低レヽ 周波数で放電を行っ た場合に おける イ オ ンエネ ルギは第 3 図に 示すよ う に幅広い分布を有してお り 、 平均エネ ルギ ょ り +分大 き なエネ ルギを有す る イ オ ン が多数存在 し て い る。 し たがつ て、 入射イ オ ンの平均エネ ルギをた と えば.下地材料の原子結合 力よ り も小さ く した と して も、 下地材料の原子結合力よ り も大 き なイ オ ンエネ ルギを有す る イ オ ン も入射されて し ま い、 結局 上記①ない し②で生 じ た現象が生じて し ま う 。 ま た、 第 3 図で 縦軸の電流が 0 に なる電圧が自己バイ アスであ り 、 励起用波数 が高く なる につれて 自己バイ アスは小さ く なる。
    [0013] L S I の超微細化 · 超高集積化が進む と 、 コ ン タ ク 卜 ホール の アスペク ト 比は次第に大き く なつ 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 ッ チ ン グする こ と が要求 される。 エ ッ チ ング室のガス圧力を低く して、 分子の平均自 由 行程を長 く する こ と が必要である。 た と えば、 1 0一3 T o r r 圧である。 ガス圧力が低 く な つ た状態でも、 十分に高濃度のブ ラ ズマを生成する ため に は、 放電励起の周波数は高い程望ま し い。 た だ し、 サセ ブタ電極の直径よ り 、 励起高周波の波長が短 く な る こ と は望ま し く ない。 高次モー ド の放電が起っ て、 均一 なエツ チング性能が得られないか らである。
    [0014] すなわち、 従来の装置において は、 プラズマ密度、 照射ィ ォ ン エ ネ ルギをそれぞれ单独かつ直接的 に制御する こ と がで き ず、 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。
    [0015] しか し、 制御すべ き 因子が多数あ る 中でその最適の条件を 見い出す こ と は困難であ り 、 特に集積度が上 り 、 最小線幅が 0 . 5 m以下と も なる と上記最適条件を見い出すこ と は不可 能に近く なる。
    [0016] 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 にいた つ た。
    [0017] 本究明は、 下地材料にダメ ージを与えず高い信頼性を維持し つつ高速で微細なパター ン のエツ チングを正確に行う こ と が可 能な リ ァク テ ィ ブイ オ ンエッ チ ング装置を提供する こ と を 目的 とする。
    [0018] 発明の開示
    [0019] 本癸明の要旨は、 減圧状態になされた雰囲気中において、 ブ ラズマを発生させる こ と に よ り基体表面あるいは基体表面に形 成された薄膜をエ ッ チングさせる装置において、 表面に保護層 を有する電極と、 基体を装置内にて保持するサセブタ と、 第 1 の周波数を有する高周波電力を該保護層を有する電極に供給す る ための手段と 、 第 1 の周波数よ り 小さな第 2 の周波数を有す る高周波電力を該サセブタ に供給する ための手段と を少な く と も設けた こ と を特徴 とする リ ァク テ ィ ブイ オ ンエッ チング装置 に存在する 。
    [0020] 図面の簡単な説明
    [0021] 第 1 図 （ a ) 〜 （ d ) は本発明の第 1 実施例を示す装置の模 式図及び説明図である。 第 2図は電極の電流電圧特性を測定す る ための装置を示す模式図である。 第 3 図は電極の電流電圧特 性の実験データ を示すグラ フである。 第 4図 （ a ) 〜 （ C ) は それぞれ本発明の第 2実施例及び第 3 実施例を示す模式図であ る。 第 5 図は従来例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である。 第 7 図は本 発明の第 4実施例の装置図である。 第 8 図は短絡回路の例であ る。 第 9 図、 第 1 0 図は本発明の実施例を示す断面図である。 第 1 1 図は磁界分布 （磁力線） 図である。 第 1 2図は本発明の 実施例を示す断面図である。 第 1 3 図は電極裏面に超伝導薄膜 が設け られた と きの磁力線分布図である。 第 1 4図、 第 1 5 図 は本発明の実施例を示す断面図である。
    [0022] 1 0 1 は保護層、 1 0 2 は電極 （母材） 、 1 0 4 は電極、 1 0 2 ' , 1 0 4 ' , 1 0 4 b , 1 0 4 d , 4 0 1 は ノ ン ド エ リ ミ ネーター、 1 0 2 b は回路、 1 0 3 は基板、 1 0 4 はサセ ブタ 電極、 1 0 5 ほチ ャ ン ノ 、 1 0 6 は永久磁石 （ マグネ ヅ ト ） 、 1 0 7 は電極、 2 0 1 は直流電源、 2 0 2 は電流計、 2 0 3 ほ高周波フ ィ ルタ 、 2 0 4 はサ セ ブタ電極、 2 0 6 は コ ン デ ン サ 、 2 0 5 は高周波電源、 4 0 1 は ノ ン ドエ リ ミ ネ一 ター、 4 0 2 . 4 0 3 は L Cの共振回路、 4 0 5 は真空容器、 4 0 9 は競争路形磁石、 4 1 (〕 は走査系、 5 0 3 は半導体 ゥ エ ーハ等の基体、 5 0 4 はサセ ブタ の電極、 5 0 5 は真空容 器、 6 0 1 は直流磁界分布 （点線） 、 6 0 2 は高周波電界分布 (実線） 、 7 0 6 , 7 0 7 ほセ ラ ミ ッ ク、 7 0 8 ， 7 0 9 ほテ フ ロ ン含浸絶縁物基板、 7 1 0 ほ同軸コ ネ ク タ、 7 1 1 は同軸 コ ネ ク タ 、 7 1 2 は外導体、 7 1 3 は外導体磁石、 7 1 4 , 7 1 5 , 7 2 2 , 7 2 1 , 7 2 3 は電磁石 （永久磁石） 、 7 1 6 , 7 1 7 は内導体、 7 2 2 , 7 2 3 は コ イ ル、 7 3 1 ,
    [0023] 7 3 2 は超伝導薄膜、 7 5 1 , 7 5 2 は完全反磁性超伝導体、
    [0024] 8 0 1 , 8 0 3 はイ ンダク タ ンス、 8 0 2 , 8 0 4 は高周波コ ン デ ン サ。
    [0025] 発明を実施する ための最良の形態
    [0026] 以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
    [0027] なお、 当然のこ と ではあるが、 本癸明の範囲は以下の実施例 に よ り 限定される ものではない。
    [0028] 第 1 図 （ a ) は本発明の第 1 の実施例である薄膜をエツ チ ン グする ためのエ ッ チング装置を示す模式図である。 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。
    [0029] 1 0 7 は電極であ り 、 こ の電極 1 0 7 ほ、 導電性材料か ら な る母材 1 0 2 と母材 1 0 2 の表面に形成された保護層 1 0 1 と に よ り 構成されている。 保護層 1 0 1 は放電に よ り 生じたブラ ズマ によ り 母材 1 0 2 がエ ッ チ ングされる こ と を防止する ため の層であ り 、 た と えば、 S i 、 S i 0 2 、 石英、 S i C その他 の材料か ら構成すればよい。 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。 こ の不動態 膜ほ、 優れた耐エッ チング特性を示し、 その不動態膜の形成は た と えば次のよ う に行えばよい。 すなわち、 母材 （ た と えばス テ ン レ ス、 ニ ッ ケ ル、 ニケ ツ 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、 高純度不活性雰囲気中 においてベーキ ング し、 ベーキ ング後高純度フ ッ 素に て 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熱処理を 行う こ と に よ り 母材上に形成する こ と がで き る。
    [0030] なお、 保護層 1 0 1 を S i に よ り 構成 し て お けば、 保護層 1 0 1 がエ ッ チ ングされて も基板に は S i が混入す る こ と と な るので、 基板に与え る影響を最小限にする こ と ができ る。
    [0031] サセ ブタ 1 0 4 に ほ整合回路を介して第 2 の周波数の高周波 電力が加え られている。 本例では 1 0 0 M H z の高周波電力を カロえ た例を示 している。 ま た、 電極 1 0 7 に は整合回路を介し て、 サセ ブタ 1 0 4 に加え られている高周波よ り 大き な周波数 (第 1 の周波数） が加え られている。 本例では 2 5 0 M H z の 高周波電力が加え られた例を示している。 周波数 f i , f 2 は 整数位の関係に ない こ と が望ま しい。
    [0032] さ ら に、 電極 1 0 7 およびサセブタ電極 1 0 4 に はそれぞれ 第 1 の周波数 （本例では 2 1 0 M H z ) 、 第 2 の周波数 （本例 では 1 0 0 M H z ) の高周波のみがそれぞれ入力さ れる よ う に ノ ン ド エ リ ミ ナータ一 （ Band El iminator) 1 0 2 ' , 1 0 4 ' が設 け ら れ て レ、 る 。 す な わ ち 、 周波数 f ！ は サ セ ブ タ 電極 1 0 4 に おいて は アース に短絡されてお り 、 周波数 ； f 2 は電極 1 0 2 に お レヽ て ア ー ス に短絡されて レヽ る 。 電極 1 0 7 に用レヽ ら れるバ ン ド エ リ ミ ネーターは基本的に はた と え ば第 1 図 （ b ) に示 し た よ う に 1 0 2 b の構成を と ればよレ、。 L , C の並列回 路は f i = ( 1 / 2 TZJT7~ 7 ) の共振周波数でイ ン ビ一ダン スが最大と な り （第 1 図 （ c ) ) 、 それ以外の周波数に対して は、 ほ と ん ど短絡と なる ため、 所定の周波数 （ この場合ほ f i
    [0033] = 2 1 0 M H z ) の高周波のみ選択して電極に供給する こ とが でき る。
    [0034] 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 ほいう までも ない。
    [0035] 例えば、 第 1 図 （ d ) は改善の一例である。
    [0036] 1 0 2 b の回路は直流的に は接地と なっ ているが、 こ れを直 流的 に浮遊状態 10 a t i ng ) と し たい場合に は例えば第 1 図 ( d ) の 1 0 2 d のよ う に コ ンデンサ C s を付力 Dし、 直流バス をカ ツ 卜 すればよい。 こ の場合、 回路の共振周波数が f ！ か ら ずれなレヽ よ う に C s の値ほ
    [0037] f 1 . L l / f i C s
    [0038] を満たすよ う 十分大き な値とする必要がある。
    [0039] こ の場合、 f 0 = ( 1 ノ 2 L ！ C s ) の周波数に対し、 L ！ , C s の直列回路はイ ン ピーダ ン スが 0 と な り 、 周波数 ί 0 の高周波に対し短絡と なる。 こ の 。 をサセ ブタ 1 0 4 に加え られる周波数 f 2 = 1 0 0 M H z に等し く と っ てお く と、 電極 1 0 7 に 1 0 0 M H z の高周波がのるのを有効に防止する こ と ができ る。 すなわち、 サセブタ 1 0 4 に入る高周波電力の電界 が、 サセブタ 1 0 4 か ら電極 1 0 7 に垂直に終端する よ う に し ても、 電極 1 0 7 は周波数 f 2 に対してはアース に短絡されて いるか ら、 電極 1 0 7 の電圧が周波数 f 2 で変動する こ と はな レヽ o
    [0040] 以上はバ ン ド エ リ ミ ネ一タ ー 1 0 2 ' に つい て述べたが、 バ ン ドエ リ ミ ネ一ター 1 0 4 ' に つい て も同様な構成と すれば、 サセ ブタ 1 0 4 の電圧が、 電極 1 0 7 に供給される の周波 数で変動す る こ と が な い 。 エ ッ チ ン グ ガス の放電は、 周波数 f 1 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、 の電力を大き く して行っ て も、 サセ ブタ電極の電圧ほ い つ さい影響を受けない。
    [0041] 以上のよ う な構成と する こ と に よ り 、 電極 1 0 7 、 サセ ブタ 1 0 4 に ほ、 他方に供給させる高周波がの る こ と を有効に防止 し、 それぞれに供給させる高周波のみを供給する こ と がで き る ので、 自己バィ ァス等の制御、 ひいて はプラ ズマ密度、 あるい は照射される イ オ ンエネルギの制御を容易かつ正確に行う こ と が可能と なる。
    [0042] なお、 電極 1 0' 7 裏面に設け られた円筒状磁石 1 0 6 に よ り 電極 1 0 7 の表面に略々平行な磁界が生 じ、 電子ほ こ の磁界に ま き ついてサ イ ク ロ ト ロ ン運動をす る 。 1 0 7 , 1 0 4 の電極 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、 久カさ れる高周波電力 , f 2 の電界が殆 ど垂直に、 それぞれサセ ブタ 電極 1 0 4 、 電極 1 0 7 に終端す る よ う に設計されて レヽ る。
    [0043] 真空容器 1 0 5 は アース につながれている。 ま た、 1 0 6 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も しい。 さ ら に装置に は真空容器を 真空に引 く 排気ユニ ッ ト や、 ガスを導入する機構、 さ ら に ゥェ ハを出し入れする機構が設け られているが、 こ こ に は簡单のた め省略してある。
    [0044] 本発明装置で は、 従来の装置 と は異な り 、 サ セ ブタ 電極 1 0 4 の他に電極 1 0 7 を設けてある ため、 電極 1 0 7 に は電 力の大き な高周波電源を供給し、 それによ 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、 電力の大き な高周波電源を供給する と電極 1 0 7 における 自己バイ アスも大き く な り 電極をエッ チングす る おそれが生ずる。 そ こ で、 かかるエッ チングを防止する ため に本発明では、 電極 1 0 7 に供給する高周波電源の周波数 （第 1 の周波数） を第 2 の周波数よ 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 ） と と も に、 電極の表面に は保護層を設けてお く 。
    [0045] —方、 サセブタ電極に生ずる 自己バイ ァス は第 2 の周波数を 有する高周波電源の電力および周波数に よ り 制御する こ と がで き るので、 被エッ チ ング薄膜の材料、 厚さ等を勘案し、 適宜高 周波電源の電力、 周波数を選択して、 サセ ブタ に供給すればよ レヽ e
    [0046] 結局、 本究明装置を用いれば、 電極 1 0 7 に よ り 高密度のブ ラズマを発生させる と と も に、 高密度のブラズ中のイ オ ンエネ ルギをサセ ブタ電極に よ り 所望の値に制御する こ と ができ る た め、 基板等へのダメ ージ防ぎつつ高速の リ ァ ク テ ィ ブイ オ ン エ ッ チ ン グを行う こ と がで き る こ と と な る 。 次に、 電極 1 0 7 およびサセ ブタ 1 0 4 に供給する高周波電 力の周波数の影響について述べる。
    [0047] 第 2 図は電極の電流電圧特性を測定する ための装置の模式図 である。 装置そのも のは第 1 図に示した もの と同じであるが、 直流電源 2 0 1 、 電流計 2 0 2 が例えば第 1 図 （ b ) に示した バ ン ド エ リ ミ ネータ ー 1 0 4 b のよ う にサセ ブタ に加わる高周 波電源の周波数の所でだけィ ン ビーダ 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 なる高周波フ ィ ル タ 2 0 3 を介 し て 1 つの電極 （ こ の図の場合はサセ ブタ電極 2 0 4 ) に接続されて レヽる。 直流電源 2 0 1 及び電流計 2 0 2 を高周波時 に 短絡 す る た め に 、 並列 に コ ン デ ン サ 2 0 6 が 接続さ れて レヽ る 。 こ の状態で、 例え ば A r ガス を 5 X 1 0一 3 T o r r の圧力で導入 し、 5 0 wの高周波電力で放電を起し、 電極に加え る直流電圧 V と その結果流れる電流の関係を と つ た ものを第 3 図に示す。 こ の場合、 高周波電源 2 0 5 の周波数は 可変と し、 た と えば 1 4 M H z , 4 0 . 6 8 M H z 及び 1 0 0 M H z の 3 つの周波数 に対 し て と つ た結果が図 に示さ れてい る。 ま た正電荷をも つ たイ オ ンが電極に流れ込む電流を正の値 に と つ てレヽる。
    [0048] 例えば、 1 0 0 M H z の特性をみる と 、 V が約一 9 5 V ( こ の値を V SBと表す） の と き、 1 = 0 と な り 、 V > V SBでは I く 0 , V < V s Bでは I > 0 と なっ てレヽる。 こ の V s Bは自己バイ ァ ス と呼ばれ、 電極がフ 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、 電極がこ の 電位に ある と き は、 プラズマ よ り 電極に流れ込むイ オ ン と電子 の数が相等しいため互いに打ち消し合い電流が 0 と なっ ている のである。 外部よ り 加えた直流バイ ァス に よ り 電極の電位をコ ン ト ロール してやる と電流が流れる。 例えば V 〉 V s Bとする と よ り 多 く の電子が流れ込み I < 0 と なる。
    [0049] ま た、 一方、 V < V SBとする と電子に対するポ テ ン シ ャ ルバ リ ャが高く 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 正の電流が流れる。 さ ら に V を負の方に大き く す る と、 V = V。 で電流値は飽和し、 ほぼ一定値と なる。 こ れは イ オ ン のみの電流値に等しい。 以上の事実か ら考えて、 V > V 0 に おける I 一 V特性の傾き は電子のエネ ルギ分布の巾に対 応している。 すなわち、 傾きが大きい こ と は電子のエネルギの 分布巾が狭い こ と を意味している。 図か ら明 らかなよ う に 1 4 M H z に く らべ、 1 0 0 M H z の場合はエネ ルギ分布が約 1 Z 1 0 程度に小さ く なつ ている。 一方、 イ オ ン のエネルギ分布巾 を A E i。n と し、 電子のエネ ルギ分布の巾を A E e と した と き 両者の間に は略々 比例関係があるので、 イ オ ンのエネルギ分布 の巾 も同様に約 1 / 1 0 に減少している と レヽえる。
    [0050] さ ら に、 V SBの値も同じ 5 0 Wの高周波電力であるのに 1 4 M H z の場合の一 4 0 0 V に対し 1 0 0' M H z では約— 9 5 V と絶対値で 1 Z 4以下に小さ く なつ ている。 1 0 0 M H z放電 で電力を 5 W ま で下げる と 、 V s Bの値は、 - 2 5 V に減少す る。 周波数も電力を制御する 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。
    [0051] 従来の R I E法では、 下地基板に損傷が生じ、 微細加工を困 難と し、 デバイ スの特性が劣化していたのは次の理由に よ る。 すなわち、 従来例では 1 3 . 5 6 M H z の周波数で放電させて いた ため、 | V S Ub i = 4 0 0 V〜 6 0 0 0 V と な り 、 こ の高 電圧で加速されたイ オ ンが基板にぶっか つ ていた。 さ ら にィ ォ ンのエネ ルギ分布が大き く 、 た と えエネ ルギの平均値を制御し て も平均値よ り 十分大き なエネ ルギをも っ たイ オ ンが数多 く 存 在する こ と に な り 、 こ う したハイ エネ ルギのイ オ ンが大き なィ オ ン衝撃を基板に与え る こ と に な り 、 こ れが損傷の生 じ る原因 であ っ た。 しかる に、 本発明の第 1 実施例でほ、 電極 1 0 7 に は 2 5 0 M H z の高周波を用いて放電を行っ ている ため、 従来 の 1 3 . 5 6 1 11 2 の場合に く らべて £ 1。11 は 1 2 0 以下 と 小さ く する こ と がで き た。 本発明装置では放電は電極 1 0 7 に加え られる周波数 f i 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 と も に、 供給する周波数 をサセ ブタ に供給する周波数よ り 大き な周波数 （ 2 5 0 M H 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 の分布幅も小さ く （平均エネ ルギか らズ レ たイ オ ンエネ ルギを 有するイ オ ンの数が少な く ） な っ ている。 さ ら 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 ため （後述） 、 5 0 W入力で自己バイ アスは一 3 0 V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。 保護層を有する電極材料を殆 どスパ ッ タ しない。 し たがつ て、 サセ ブタ に加え る高周波電力の電力ない し周波数 f 2 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 ッ チ ング速度が得 られ る よ う に f ！ の電力を設定 して お けば平均エネ ルギーよ り 大き なイ オ ン エネ ルギを有す 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 。
    [0052] すなわち、 V s B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 Kを損傷せずに、 かつ、 高速エッ チングに必要 なイ オ ンエネルギの照射量に なる よ う に周波数および電力をサ セ ブタ に与える よ う に選択すればよい。
    [0053] ま た一方、 電極 1 0 2 には 2 5 0 M H z が加え られている た め、 小さな自己バイ アスが生じてお り 、 ま た、 保護層が形成さ れている ため電極がエッ チングされる こ と を防止でき る。 さ ら に、 第 1 図の実施例ではマグネ ッ ト 1 0 6 が装着されてお り 、 電極近傍でマグネ 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 らエネルギをも ら つ て中 性の活性源ガス分子を効率よ く イ オ ン課する ） を起す こ と に よ り イ オ ン濃度を高めてさ ら にエッ チング速度を大き く する構成 と な っ てい る 。
    [0054] 以上述べたよ う に本発明に よる 2周波励起リ ァク テ ィ ブイ 才 ンエ ッ チング装置に よれば、 大き なエッ 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のエツ チ ングが高選択 比で可能と なっ た。
    [0055] ま た、 第 2 図に示したよ う にサセブタ に直流バイ アスを加え る こ と に よ っ てサセブタ に流入する イ オ ンのエネ ルギを コ ン ト ロールする こ と も可能である。 こ の直流バイ アスを印加する方 法は、 エ ッ 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。
    [0056] 以上、 電極およびサセ ブタ に供給する R F の周波数をそれぞ れ 1 0 O M H z と 2 5 0 M H z の場合についてのみ述べたが、 こ れに限る必要のない こ と は言う ま でも ない。 要する に前者に 対し後者を高く すればよいのであっ て、 実際の値はそれぞれの 目的に応じて必要なエ 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 ッ チ ングすべ き材料も絶縁物に限る こ と な く 、 当然導電性材料に対 して も有 効である。
    [0057] 次に、 こ れ ま で述べて き た よ う な対向する平行平板電極間に プラズマを作っ て行う 、 各種のプロ セス （ リ ア ク テ ィ ブイ オ ン エ ッ チ ン グ， ス パ ッ タ リ ン グ成膜， プ ラ ズマ C V D成膜） の高 性能化の概念を説明する。
    [0058] 放電プラズマ プ ロ セ ス高性能化の必要条件ほ、 （ 1 ) 基体表 面にダメ ージ （損傷） を与えない こ と、 （ 2 ) チ ャ ンバや電極 材料のス パ 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 ッ 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 ッ 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。
    [0059] 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、 チ ヤ ン パ'や電極材料をスパ ッ タ し ない程度の値、 すなわ ち + 3 0 V以下、 望ま し く は + 2 0 V以 下であ る こ と が要求さ れる。 チ ャ ン バは通常接地さ れた状態で 使用 さ れ る が、 チ ンバ内表面に入射する イ オ ンエネルギー は、 プラズマ電位程度のエネルギーになる。 電極 1 0 2 ゃサセ ブタ電極 1 0 4 ほ、 通常負電圧を印加する ので、 正電荷を持つ 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〜 + 2 0 V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、 エッ チング， 成膜の 目的に 応じ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 ブタ 電極 に入いる周波数 f 2 の高周波電力を調整し て、 サセブタ電極の自己バイ アス - V S ( V ) を、 V 0 P = V P + V s と なる よ う にすればよい。
    [0060] た だ し、 V 。 P : イ オ ン の最適照射電位， V P ： プラズマ電 位， 一 V s ： サセ 'ブタ電極自己バイ アスである。
    [0061] 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 られていなければ、 こ う した設計論ほ適用でき ない。 すなわ ち、 V P く V 0 Pが成立していなければな ら ない。 サセブタ電極 に高周波電力を印加して実現される 自己パィ ァスは常に負電圧 であるか らである。 したがっ て、 V s P > V 0 P > V P が満足され る よ う な、 低い正電圧に プ ラ ズマ電位 V p を設定するのであ る。 ただ し、 V s pはチ ャ ンバや電極ネ才料のスパ ツ タ開始電圧で ある。
    [0062] プラズマ応用装置高性能化の要点が、 プラズマ電位を低い正 電圧 （ V S P〉 V。P〉 V P ) に設定する こ と に よ る こ と が、 以上 よ り 判明 し た。 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 よ っ ている。 し たがっ て、 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 こ と が必要条件と なる。 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。 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 る電極 1 0 2 , サセ ブタ電極 1 0 4 に対する 直流磁界分布 6 0 1 (点線） 、 高周波電界分布 （実線） 6 0 2 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 の である。 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 1 0 2 , サセブ タ 電極は高周波入力 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 た電子は両電極に入射す る こ と は ない。 電子は両電極間 に 閉 じ込め ら れる こ と に な る 。 しか し、 両電極の平行な方向の間隙か ら は、 電子は外部 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 に直流磁界の強度を分布させればよい。 すなわち、 直流磁界 の強度は極板の中心か ら極板端部近傍ま では一定磁界強度に し ておいて、 端部近傍で磁界強度を強く しておく のである。 こ の 磁界強度が強く なつ 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。
    [0063] 第 6 図 に示さ れた本発明の考え方を適用 し た装置の実施例 を、 さ ら に第 7 図を用いて説明する。
    [0064] 番号が同じものは、 第 1 図 と同じものを示す。 電極間に放電 を励起する高周波 f t は、 同軸コ ネ ク タ 7 1 0 を通して供給さ れ る 。 7 1 6 ほ電極 1 0 2 ま で高周波電力を導く 内導体であ り 、 7 1 2 はテーパ状になされた同軸テーブルの外導体であ り チ ャ ン パ ί 0 5 に接続さ れて い る 。 第 1 図では、 直流磁界は 永久磁石 1 0 6 に よ り 供給さ れてい たが、 第 7 図でほ電磁石 7 1 4 , 7 1 5 で供給されている。 7 1 5 は、 電磁石を構成す る透磁率 及び飽和磁率密度の高い磁性体、 7 1 4 は直流電流 を供給する電線である。 電磁石は、 内導体 7 1 6 と サセブタ電 極 1 0 2 によ り 完全に囲われている ため、 高周波 f t の電界や 磁界に はま っ た く さ ら されない。 サセブタ電極の自己バイ ァス を制御する高周波電力 f 2 は、 同軸コ ネ ク タ 7 1 1 を通して供 紿される。 7 1 7 は同軸テーブルの内導体、 7 1 3 は外導体で ある。 と C i の直列回路、 L 2 と C 2 の直列回路ほ、 それ ぞれ高周波 , f 2 を短絡する ための回路である。 7 0 8 ， 7 0 9 ほ、 こ れら短絡回路を構成する ための、 た と えばテ フ 口 ン含浸絶緣物基板である。 内導体と外導体を短絡する回路は、 円筒同軸構成に適合するよ う に、 放射状に形成されている。 第 8 図 （ a ) , ( b ) に その例を示す。 中央に内導体を貫通する た めの穴を設け、 円板状 に な さ れた テ フ ロ ン含浸絶縁物基板 状 に短絡回路 ほ形成さ れて い る 。 第 8 図の例で は、 4 個の直 列共振回路が 9 0 度の角度で配置さ れた例が示さ れてい る。 8 0 1 , 8 0 3 はイ ンダク タ ン ス 、 8 0 2 , 8 0 4 は積層セ ラ ミ ッ ク な どの高周波コ ンデンサである。 斜線部は絶縁物基板に 残された C u 薄膜である。 通常 3 5 〜 7 0 m程度の厚さ であ る。 絶緣物基板の厚さ は、 高周波電力に も よ るが、 1 〜 3 m m 程度である。 第 8 図 （ a ) では、 イ ンダク タ ンス は直線の線が 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。 （ b ) では、 イ ンダク タ ンス は電線を所要巻 数のコ イ ルが使われ、 コ ンデンサほ平板コ ンデンサである。
    [0065] 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 f ！ の電力が、 効率よ く 電極間に閉じ込め られる ため に、 電極 1 0 2 , サセ ブタ電極 1 0 4 は絶緣物のセ ラ ミ ッ ク 7 0 6 と 7 0 7 で、 それぞれチ ャ ンバ 1 0 5 か ら浮いた形で構成され ている。 電極間隔に く らべて、 電極か ら チ ャ ンバま での距離は 遠 く なされている。 電極 1 0 2 に入射し た高周波電力 の電 界が、 殆 ど電極 1 0 4 に終端する ため にである。 高周波 f ！ の 電流は、 電極 1 0 4 に 終端 し た後、 内導体 7 1 7 , 短絡回路 ( L 1 , C ！ ) ， チ ャ ン ク 1 0 5 を通っ て外導体 7 1 2 に流れ 出す。
    [0066] 電極間隔は、 ガス圧力に も よ るが通常 2 〜 1 0 c m程度であ る。 電極面積は、 基板 1 0 3 よ り 大き く なされる か ら、 6 イ ン チ， 8 イ ンチ， 1 0 イ ン チ ウェハ と レヽ う こ と に なれば、 少な く と も、 その直径は 2 0 c m . 2 5 c m , 3 0 c mよ り大き く な ければならない。
    [0067] 第 9 図に、 比較的実際の構造に近い例を示す。 高周波電界が 殆 ど対向する電極間に閉じ込め られる こ と が分ろ う 。 第 9 図 で、 サセブタ電極 1 0 4の高周波電力 に対する短絡が不+ 分な場合には、 第 1 0 図に示すよ う に、 サセブタ電極 1 0 4か ら直接チ ャ ンバに、 短絡回路を設ければよい。
    [0068] 本発明の装置の要点ほ、 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 1 0 図のよ う に、 7 1 4 と 7 1 5 で構成される電磁石だと、 その磁力線分布は第 1 1 図のよ う に下方向に拡がっ た分布になる。 第 1 2図に示す よ う に、 両電極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 7 3 1 , 7 3 2 を設ける と、 磁力線はこ の超伝 導体の外周には漏れないから、 磁力線は両電極間に閉じ込めら れる よ う になる。 基板を冷却しなければならないと きほ、 たと えば液体窒素温度で超伝導を示す酸化物超伝導体を電極裏面に 1 u m程度以上スパ ッ タ成膜等でコーテ ィ ングする こ と で、 き わめて大きな磁界閉じ込め効果を示す。 その様子を第 1 3 図に 示す。
    [0069] 同じく 、 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 1 0 2 側だけでほな く 、 サセブタ電極 1 0 4側に も ま っ た く 同様に電磁石 （ 7 2 1 , 7 2 3 ) を設 ければよい。 その様子を第 1 4 図に示す。 電磁石 （ 7 1 5 , 7 2 2 ) , ( 7 2 1 , 7 2 3 ) はいずれも、 高周波電力供給用 の内導体 7 1 6 , 7 1 7 で、 実質的に囲われている„ コ イ ル 7 2 2 , 7 2 3 に電流を供給す る電線が内導体を貫通 して外部 に引 き 出されている こ と は当然である。 第 1 4図において、 電 極 1 0 2 , 1 0 4 に超伝導体を コーテ ィ ングすれば、 さ ら に よ く なる こ と はも ち ろんである。 第 1 4 図でほ、 放電プラ ズマが 形成される チ ャ ンバほ、 基本的に はセ ラ ミ ッ ク 7 0 6 で構成さ れている。 金属チ ャ ンバ 1 0 5 は、 アース と高周波電流を流す 役割をはたす こ と に なる。 こ のよ う に構成すれば、 第 1 , 9 , 1 0 図の実施例の装置に見られた、 電極 1 0 2 と チ ャ ン バ間の 放電がま っ た く 無 く な り 、 高周波電力は電極 1 0 2 , 1 0 4 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。 内導体に囲われ る電磁石が永久磁石でよい 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い。 4 〜 5 以下であ る。 し た がっ て、 第 1 4 図で、 コ イ ル 7 2 2 , 7 2 3 を除去 し、 第 1 5 図に示すよ う に ドーナ ツ状の完全反磁性超伝導体 7 5 1 , 7 5 2 をはめ込む と よい。 こ の と き 7 1 5 , 7 2 1 は永久磁石 である。
    [0070] 以上、 チ ャ ン バ材料のス パ ッ タ 汚染を完全に抑え、 基板に レヽ っ さい損傷を生 じない リ ァク テ ィ ブイ オ ンエ ッ チ ング装置に ついて説明 した。 こ の時、 チ ン バ内に流されるガス は、 エ ツ チ ン グ さ れ る 材料 に よ っ て、 塩素系 （ C J2 2 , S i C J2 4 , C H 2 C SL 2 , C C J2 4 等） 、 フ ッ 素系 （ F 2 , C H 2 F 2 . C F 4 , S i F 4 等） および混合ガス系 （ C F 2 C J2 2 等） で あ り 、 キ ャ リ アガス A r . H e , 添加ガス H 2 , 0 a が加え ら れる„ 本発明の装置は、 リ アク テ ィ ブエッ チ ングだけではな く 、 ブ ラズマ C V D 、 スパ ッ タ リ ング成膜に も、 一部の変更でただち に使用でき る。
    [0071] スパ ッ タ リ ング成膜を行う 時に は、 電極 1 0 2 に、 た と えば 静電吸着で タ ーゲ ッ ト 材料を設置し、 高周波 f i の周波数を 1 3 . 5 6 M H z と か 4 0 M H z と か、 いわば 1 0 〜 ： 1 0 0 M H z の間に設定する。 ターゲッ ト をスパ ッ タする に十分な自 己バイ アス電圧を生じさせる ためである。 サセブタ電極 1 0 4 側の基板バ イ ア ス制御用の周波数 f 2 を f i よ り 高 く 設定す る。 た と えば、 1 0 0 〜 2 5 0 M H z にである。 流すガスほ、 スパ ッ タ成膜直前の基板表面ク リ ーニング時に は、 A r + H 2 の混合ガスを流す。 基板に吸着している水分やカーボ ン汚染な どを除去する ためである。 スパ ッ タ成膜時に は、 成膜される薄 膜が金属， シ リ コ ン な どの時に は A r , H e 等の不活性ガス を、 S i 0 2 , T a 2 0 5 ， T i 0 2 , A SL 2 0 3 や酸化物超 伝導体の時には、 A r + 0 2 を ま た S i 3 N 4 , A J2 N な どの 窒化物の時に は、 A r + N 2 ガスを流す。 基板表面を照射する ィ ォ ン の量が十分であれば、 基板加熱ほ不要である。
    [0072] C V D成膜時に は、 放電が十分起っ て、 基板表面に数 e vか ら数 1 0 e Vのイ オン照射があればよいのであるか ら、 f i ， f 2 の関係は リ ア ク テ ィ ブイ オ ンエ ッ チ ングの時 と 同様に な る 。 た だ し、 流すガスが、 S i H 4 , S i 2 H 6 等 （ S i 成 膜） ， S i H 4 + 0 2 , S i Η 2 C SL a + O 2 , S i 2 H 6 + O 2 ( S i 0 2 成膜） ， S i H 4 + N H 3 , S i H 4 + N 2 ( S i 3 N 4 成膜） ， T M A , A C J2 2 + H 2 ( A J&成膜） ， H 2 + W F 6 ( W成膜） ， T i C j2 4 + H 2 ( T i 成膜） ， T a C J2 4 + H 2 (T a成膜） 等、 C V D成膜に必要なガス に変 え られる。
    [0073] しか し、 例えば、 2 . 4 5 G H z のよ う なマ ク ロ波を用いた よ う な場合に は電磁波の波長が基板ゥェ一ハ径に く らベて小さ く なる ためエ ッ 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。
    [0074] 高周波放電に使う 高周波電源の波長は少な く と も ゥエ ーハロ 径の 2倍よ り 大き い こ と が均一エッ チ ングの立場か ら要求され る 。 望ま し く は 1 0 0 M H z (波長 3 m ) 〜 1 G H z (波長 3 0 c m ) 程度である。
    [0075] ま た、 電極 1 0 7 裏面に設置し た磁石 1 0 6 は第 1 図に示し た構成に限る こ と はない。 た と えば第 4 図 （ a ) の本発明の第 2 の実施例に示し た よ う に強力な競争路形磁石 4 0 9 を設置し 均一性を上げる ため に走査を行っ ても よい。 こ の場合、 例えば 第 4 図 （ a ) に示し た よ う に走査茶 4 1 0 を真空容器 4 0 5 の 外に出 しておけば反応系が機械的な動作か ら生 じ る発 じん に よ り 汚染される こ と が防げて好都合である。
    [0076] さ ら に、 ウ ェハサセ ブタ側に も磁石を設置 して リ アク テ ィ ブ イ オ ンエ ッ チ ングの効率を上げても よい。 ま た こ こ で使う 磁石 は、 第 1 図 1 0 6 の よ う に静止して取 り 付け られていて も よい し、 第 4 図 （ a ) に示す 4 1 0 のよ う に移動で き る ものであつ て もか ま わなレ、。
    [0077] ま た基板への損傷をさ 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、 露出 している基板表面 に形成された S i 0 2 な どの絶縁膜をエッ チングさせる場合、 まず数 m程度の膜が形成されている間はシ リ コ ン基板に供給 する R F電力を大き く して高速でエッ チング し、 基板表面が露 出 し始めた後は、 R F電力を小さ く 切 り かえる方式である。 こ う すれば基板が露出 し始めて か ら は低速でエ ッ チ ングを行え る ため基板表面への損傷をほ と ん ど 0 と す る こ と が可能であ る。
    [0078] 基板表面に照射するイ オ ンの運動エネルギが大き く な り すぎ ればどんな材料でも損傷を生じる。 材料に損傷が生じ始めるの ほ、 各材料の原子間結合力よ り 照射イ オ ンの運動エネルギがや や大き く な つ た と き である。 こ の原子間結合力は、 通常絶縁物 の方が半導体よ り 大きい。 基板材料、 絶緣材料の性質を考慮し た上で照射ィ オ ンのエネルギを決めればよい。
    [0079] 第 4 図 （ b ) は本発明の第 3 図実施例を示すもので基板への 損傷を小さ く 抑えつつ、 且つ基板表面に照射するイ オ ンのエネ ルギを自 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 てかわ っ ている 点は、 サセ ブタ に対し、 f 2 , f 3 と い う 2 つの異る周波数を切り 換えて入力でき る よ う に なっ てレヽる点であ り 、 それに応じてバン ドエ リ ミ ネーター 4 0 1 も変換してある。 4 0 2 及び 4 0 3 は L C の共振回路で あ り 、 それぞれ f 2 , f 3 の共振周波数をも っ ている。
    [0080] f 2 = 1 / ( 2 π」し 2 C 2 )
    [0081]
    [0082] 2 つの共振回路 4 0 2 , 4 0 3 を直列に接続したバン ドエ リ ミ ネータ一 4 0 1 は f 2 , f 3 の 2 つの周波数に対してのみィ ン ピ一ダンスが大き く な り 、 こ れ以外の周波数に対して ほ短絡 と な っ ている ため、 こ れ ら 2 種類の高周波のみ選択的にサセ ブ タ に供給する機能をも っ ている。
    [0083] 例え ば、 f ！ は 2 5 0 M H ：: と し、 f 2 = 1 0 0 M H z 、 f 3 = 4 0 M H z と する。 そ して、 例えばまず最初の数 0 . 5 〜 1 μ m程度の膜が形成されている間は、 サセ ブタ 1 0 4 に加 え る高周波の周波数を f 3 ( 4 0 M H z ) と する と 、 自己バイ ァス は 5 0 〜 2 5 0 V と大き く な り 、 大き なエ ッ チング効果が 得 ら れ る 。 表面が 1 0 0 A程度 に な っ た時点で周波数を f 3 ( 1 0 0 M H z ) に切 り 換えて薄い膜 （例えば 1 0 A〜 1 0 0 A ) をエ ッ 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 ほ 1 0 0 M H z に対応する小さ な自己バイ ア ス値 （約 1 0 〜 2 0 V ) で基板表面をイ オ ンが照射する ため基板へのダ メ ージは ほ と ん ど生 じない。
    [0084] こ のよ う な方法は、 R I E法に よ り 堆積した '簿膜の表面形状 の平担度を 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 ッ チ ング用の イ オ ンのエネ ルギを コ ン ト ロールで き、 最適のエネ ルギ "(直を基 板へのダメ ージの心配を しないで選べるか ら であ る。
    [0085] こ こ では f 2 , f 3 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 f 2 . f 3 , f 4 と レヽ ぅ 3 つの値を甩いて も ょレヽ 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 ： f 4 は f 4 < f 2 ， f 3 と して、 後に な る ほ ど最も高 周波のも のを用いダメ ージを小さ 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 I も舍め、 , f 2 , f 3 , · · ♦ ' 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 2 , f 3 ， · · ♦ ♦ の高調波が放電条件に よ つ て は全く 違っ た形でのつ て し ま う こ と があ り条件の設定が不正 確になるか ら である。
    [0086] なお、 第 4 図 （ b ) における 4 0 2 , 4 0 3 の回路に替え第 4図 （ c ) に示す回路を用いて も同種の作用をも た らすこ と が で き る 。 た だ、 第 4図 （ c ) に おいて は
    [0087] C s > C 2 . C 3
    [0088] と する。
    [0089] 以上本発明の実施例は主と して S i 0 2 や S i 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、 P S G膜、 B P S G膜、 A S G膜、 シ リ コ ン窒化膜、 A JZ 2 0 3 g莫、 A J^ N膜、 A JZ , W , M o , Τ a , T i あるレ、 はこ れ ら の合金等'よ り なる膜及び基板のエ ッ チ ング に用いても よい。
    [0090] ま た 、 励起活性種源ガ ス は被エ ツ チ ン グ薄膜の種類 に よ り 適宜選択 す れ ば よ い 。 た と え ば、 p 01 y - S i 薄膜の場 合は C C 4 , C C j£ 2 F 2 , C JZ 2 等、 S i 薄膜の場合は C C JI 2 F 2 , C F 4 等、 S i 0 2 薄膜の場合は C F 4 Z H 2 , C 2 F 6 等、 A Ji 薄膜の場合 は C C j2 4， S i C j2 4 , B C jZ 3 等、 M o 薄膜、 W薄膜、 T i 薄膜、 T a 薄膜等の場合 に は C F 4 等を適宜用いればよい。
    [0091] ま た、 こ れ らが形成されている基板も、 絶縁性の基板でも よ い し、 導電性の基板、 半導体基板でも よい。 ま た、 例え ばボ リ ィ ミ ド膜ゃ レ ジス ト な どの高分子材料の エ ッ チ ングに対して も必要に応 じて用いて も よい こ と はい う ま で も なレヽ。
    [0092] ま た、 エ ツ チ ングを行な う基板も半導体ゥェ一ハ に限ら ない こ と はい う ま でも なレヽ。
    [0093] ま た、 リ ァク タ イ ブイ オ ンエッ チ ング以外のスパ ッ タ エ ツ チ ン グ に も利用でき る 。
    [0094] 産業上の利用可能 ;f生
    [0095] 本発明に よれば基板への損傷を生 じ る こ と な く 、 高品質で表 面平坦度の優れたエ ツ チ ングを行う こ と がで き る。
    权利要求:
    Claims言青 求 の 範 匪
    ( 1 ) 減圧状態に なされた雰囲気中において、 プラ ズマを発生 させる こ と に よ り 基体表面あるいは基体表面に形成された薄膜 をエッ チングさせる装置において、 表面に保護層を有する電極 と、 基体を装置内にて保持するサセ ブタ と、 第 1 の周波数を有 する高周波電力を該電極に供給する ための手段と、 第 1 の周波 数よ り 小さ な第 2 の周波数を有する高周波電力を該サセブタ に 供給する ための手段と を少な く と も設けた こ と を特徴と する リ ァ ク テ ィ ブイ オ ンエ ッ チ ン グ装置。
    ( 2 ) 前記第 2 の周波数が 1 0 0 M H z 以上である こ と を特徴 と す る前記特許請求の範囲第 1 項記載の リ ァ ク テ ィ ブイ オ ン エ ツ チ ング装置。
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    法律状态:
    1990-11-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1990-11-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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