JPH09120957A - プラズマ装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマプロセス中の諸特性に影響を与える
ことなく電子シェーディング効果を低減し、チャージダ
メージを抑制できるプラズマ装置及びプラズマ処理方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板バイアス電極２と対向電極３との間
の距離を電子の平均自由行程の２倍以下に設定する。そ
して、基板バイアス電極２に１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの
高周波電力を供給し、対向電極３に１ＭＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚの高周波電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＳ半導体装置
の製造に使用されるプラズマ装置及びそのプラズマ装置
を使用してエッチング又は成膜を行なうプラズマ処理方
法に関し、特にプラズマ処理時にチャージアップに起因
して発生するゲート酸化膜等のダメージを回避できるプ
ラズマ装置及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３３は従来のプラズマ装置を示す断面
図である。チャンバ２１は、チャンバ本体２１ａと、こ
のチャンバ本体２１ａに対し着脱自在のベルジャー２１
ｂとにより構成されている。このチャンバ２１内には基
板バイアス電極２２が配置されており、この基板バイア
ス電極２２には高周波電源２４からフィルタ２５及びブ
ロッキングキャパシタ２６を介して高周波電力が供給さ
れる。半導体ウェハ９は、基板バイアス電極２２上に搭
載される。

【０００３】また、基板バイアス電極２２の上方には対
向電極２３が配設されており、この対向電極２３は接地
電位に維持される。チャンバ２１は、ガスボンベ及びマ
スフローコントローラ等から構成されるガス供給部２７
に接続されており、このガス供給部２７からチャンバ２
１内に所定のエッチングガス又は成膜用ガスが供給され
る。また、チャンバ２１は、排気ポンプ２８に接続され
ている。

【０００４】図３４は、このように構成されたプラズマ
装置内でプラズマエッチング中の半導体ウェハの一部を
示す断面図である。半導体ウェハ３１には例えばソース
及びドレインとなる一対の拡散領域３１ａが形成されて
おり、この一対の拡散領域３１ａの間の半導体ウェハ３
１上にはゲート酸化膜３２を介してゲート電極３３が形
成されている。このゲート電極３３は絶縁膜３８に被覆
されており、この絶縁膜３８上には配線を形成するため
のアルミニウム膜３５が形成されている。このアルミニ
ウム膜３５は、コンタクトホール３４を介してゲート電
極３３に電気的に接続されている。また、アルミニウム
膜３５上には、所定のパターンで開口された開口部３６
ａを有するレジスト３６が形成されている。なお、符号
３７は、半導体ウェハ３１上に設けられたスクライブラ
インである。半導体ウェハ３１は、後工程でこのスクラ
イブライン３７に沿って切断され、複数の半導体チップ
に分離される。

【０００５】プラズマエッチング時には、排気ポンプ２
８によりチャンバ２１内を排気した後、ガス供給部２７
からチャンバ２１内に、ＣＦ₄ 、ＳＦ₆ 又はＣｌ₂ 等の
エッチングガスを供給し、高周波電源２４からブロッキ
ングキャパシタ２６を介して基板バイアス電極２２に高
周波電力を供給する。そうすると、チャンバ２１内のガ
スがプラズマ状態になり、プラズマ中の正イオンがレジ
スト開口部３６ａを通ってアルミニウム膜３５に到達し
て、アルミニウム膜３５がエッチングされる。

【０００６】ところで、このようなエッチングの際に
は、ゲート電極３３と半導体ウェハ３１との電位が異な
り、両者の電位差によりゲート酸化膜３２にリーク電流
が流れ、その結果、ゲート酸化膜３２の特性が劣化した
り、極端な場合にはゲート酸化膜３２が絶縁破壊される
ことがある。このような現象をチャージダメージとい
う。

【０００７】以下、チャージダメージについて更に詳し
く説明する。図３５，３６に示すように、エッチング中
にプラズマ中の電子ｅがレジスト３６に衝突して、レジ
スト３６に負の電荷が蓄積される。この負の電荷によ
り、プラズマ中の電子ｅが反発されてレジスト開口部３
６ａ内に進入しにくくなるいわゆる電子シェーディング
効果が発生する（Jpn. J. Appl. Phys. Vol.33(1994).
pp.6013-6018）。一方、質量が大きい正イオンＩはレジ
スト開口部３６ａを通ってアルミニウム膜３５に到達す
るので、アルミニウム膜３５及びゲート電極３３には正
の電荷が蓄積される。このとき、スクライブライン３７
では、レジスト３６に蓄積された負の電荷の影響を殆ど
受けないため、正イオンＩと電子ｅとがほぼ同じ割合で
半導体ウェハ３１に到達する。これにより、ゲート電極
３３と半導体ウェハ３１との間に大きな電位差が発生
し、Ｆ−Ｎ注入（Fowler-Nordheim tunnelling injecti
on）が生じて、ゲート酸化膜３２を介してリーク電流Ｌ
が流れる。その結果、ゲート酸化膜３２の劣化又は破壊
が発生する。

【０００８】図３７は横軸に半導体ウェハ（Ｓｉ）に印
加する高周波バイアス電圧値（Ｖp-p ）をとり、縦軸に
ホールパターンとオープンスペースパターンとの間のセ
ルフバイアス電圧をとって、アスペクト比が２、４．４
及び８のときの両者の関係を示す図である。ホールパタ
ーン又はオープンスペースのパターンはＳｉＯ₂ 膜を加
工して形成した。また、高周波（ＲＦ）電源の周波数は
４００ｋＨｚである。この図３７から明らかなように、
高周波電源の電圧が比較的高い場合は、電子シェーディ
ング効果により、アスペクト比が２の場合、ホールパタ
ーンとオープンスペースとは約９５Ｖと比較的大きな電
圧差が発生する。なお、アスペクト比とは、レジスト開
口部の幅に対するレジスト開口部の高さの割合をいう。

【０００９】レジストによる電子シェーディング効果
は、アスペクト比が大きくなるほど大きく作用する。従
って、半導体ウェハ上にアスペクト比が異なる複数のホ
ールパターンが設けられている場合にも、各ホールパタ
ーンの下方の導電膜等に蓄積される電荷量が相互に異な
り、この電荷量の差により半導体ウェハ表面の薄い絶縁
膜を介してリーク電流が流れ、その絶縁膜にダメージを
与えることもある。

【００１０】チャージダメージは、アスペクト比が大き
い開口部を形成する配線のエッチング工程、ビアホール
（Via Hole）のエッチング工程、ビアホールのプラズマ
クリーニング工程及びプラズマＣＶＤ工程等で発生しや
すい。また、絶縁膜の局所チャージアップにより、エッ
チングによるパターン形状の悪化や、アスペクト比によ
りエッチングレートが変化するなどの不具合が発生す
る。

【００１１】この図３７から明らかなように、高周波バ
イアス電圧Ｖp-p が約２００Ｖ以上になると、アスペク
ト比によりセルフバイアス電圧の値が異なり、その結
果、アスペクト比が異なるホールパターンの下の導電膜
の間でリーク電流が流れるおそれがある。なお、上述し
た電子シェーディング効果は、プラズマ中の電子温度
（electrontemperature）が高いほど大きくなる。これ
は、電子温度が大きくなるほどレジストに電子が蓄積さ
れやすく、レジスト側壁部の電位が高くなるからである
と考えられている。

【００１２】また、通常、プラズマプロセスにはＣ
Ｆ₄ 、ＳＦ₆ 、Ｃｌ₂ 及びＨＢｒ等のガスが使用されて
いるが、これらのガスは分子に電子が付着することによ
り負イオンを生成しやすい気体であり、電気的負性ガス
といわれている。これらのガスを用いると、プラズマ密
度に対して電子密度の割合が低いので、電子温度が必然
的に高くなる。従って、これらのガスを用いたプラズマ
プロセスでは電子シェーディング効果によるチャージダ
メージが発生しやすい。

【００１３】また、プラズマ装置では、基板バイアス電
極に供給する高周波電力の周波数又は電圧が高すぎる
と、プラズマ中の電子温度が上昇し、電子シェーディン
グ効果によるチャージダメージが起こりやすくなってし
まう。このため、従来は、チャージダメージを防止する
ために、プラズマに印加する高周波電源のパワーを下げ
て、プラズマ密度を減少させている。これにより、電子
シェーディング効果が減少し、チャージダメージを抑制
することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マに印加する高周波電源のパワーを下げると、チャージ
ダメージは回避できるものの、エッチングレートも減少
してしまうという問題点がある。なお、特開昭５７−１
３１３７４号には、半導体ウェハを載置するカソード電
極に高周波電圧を供給し、前記カソード電極に対向する
アノード電極に、カソード電極よりも高い周波数の高周
波電圧を供給するプラズマエッチング装置が開示されて
いる。しかし、この装置は、半導体ウェハに到達するイ
オンの電流密度と、半導体ウェハに入射するイオンのエ
ネルギーとを独立に制御することによりエッチングレー
トを上昇させたものであり、チャージダメージに対して
は考慮されていない。

【００１５】特開平２−３１２２３１号には、半導体ウ
ェハを載せるカソード電極に高周波電力を供給し、カソ
ード電極に対向するアノード電極に、カソード電極より
も低い周波数の高周波電力を供給するプラズマエッチン
グ装置が開示されている。しかし、この装置では、アノ
ード電極のバイアス電源周波数がカソード電極に与えら
れる周波数よりも低く設定されている。また、この装置
は、基板の近傍で磁場をウェハに垂直に形成しているの
で、電子の実質的な平均自由行程が著しく低下してしま
う。従って、対向電極によるチャージアップ抑制効果が
殆ど期待できない。

【００１６】特開平３−７４８４４号にも、半導体ウェ
ハを載せるカソード電極に高周波電力を供給し、カソー
ド電極に対向するアノード電極に、カソード電極よりも
低い周波数の高周波電極を供給するプラズマエッチング
装置が開示されている。しかし、この装置では、二つの
電源を同時に使用していない。また、アノード電極のバ
イアス電源の周波数がカソード電極に与えられる周波数
よりも低くなっている。更に、動作圧力が１torrと高い
ので、対向電極によるチャージアップ抑制効果が殆ど期
待できない。

【００１７】特開平５−６２９３５号には、半導体ウェ
ハを載せるカソード電極にイオンを加速するための高周
波電力を供給し、カソード電極の周囲の電極にプラズマ
生成のための高周波電力を供給するプラズマエッチング
装置が開示されている。しかし、この装置では、カソー
ド電極に対向する電極に、電子を加速するための高周波
電力を供給していない。また、この装置は、基板の近傍
で磁場を形成しているので、電子の実質的な平均自由行
程が著しく低下してしまう。従って、対向電極によるチ
ャージアップ抑制効果が殆ど期待できない。

【００１８】本発明は、プラズマプロセス中の諸特性に
影響を与えることなく電子シェーディング効果を低減
し、チャージダメージを抑制できるプラズマ装置及びプ
ラズマ処理方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、チャンバ１と、前記チャンバ１内に配
置されて半導体ウェハ９が搭載される第１の電極２と、
前記第１の電極２に対向し且つ前記第１の電極２から電
子の平均自由行程の２倍以下の距離をおいて配置された
第２の電極３と、前記第１の電極２に第１の周波数ＲＦ
₁ の高周波電力を供給する第１の高周波電源４と、前記
第２の電極３に前記第１の周波数ＲＦ₁よりも周波数が
高い第２の周波数ＲＦ₂ の高周波電力を供給する第２の
高周波電源７と、前記チャンバ１内にガスを供給するガ
ス供給手段１０と、前記チャンバ１内を排気する排気ポ
ンプ１３とを有することを特徴とするプラズマ装置によ
り解決する。

【００２０】また、上記した課題は、図１５に例示する
ように、チャンバ１と、前記チャンバ１内に配置されて
半導体ウェハ９が搭載される第１の電極２と、前記第１
の電極２に対向して配置された第２の電極３と、前記第
１の電極２に接続される第１の電源４と前記第２の電極
３に接続される第２の電源７と、前記チャンバ１内にガ
スを供給するガス供給手段１０と、前記チャンバ１内を
排気する排気手段１３と、前記ガスに前記第１及び第２
の電極２，３を介すことなくエネルギーを投入してプラ
ズマを生成するエネルギー投入手段１１とを有し、前記
第１の電源４及び前記第２の電源７の少なくとも一方は
高周波電力を供給する高周波電源であることを特徴とす
るプラズマ装置により解決する。

【００２１】また、上記した課題は、図１に例示するよ
うに、チャンバ１内の第１の電極２上に半導体ウェハ９
を搭載し、該第１の電極２から電子の平均自由工程の２
倍以下の距離をおいて該第１の電極２に対向させて第２
の電極３を配置し、前記チャンバ１内にガスを供給し、
前記第１の電極１に第１の周波数ＲＦ₁ の第１高周波電
力を供給するとともに、前記第１の周波数ＲＦ₁ よりも
周波数が高い第２の周波数ＲＦ₂ の第２高周波電力を前
記第２の電極３に供給して前記チャンバ１内にプラズマ
を発生させることを特徴とするプラズマ処理方法により
解決する。

【００２２】また、上記した課題は、図１５に例示する
ように、チャンバ１内の第１の電極２上に半導体ウェハ
９を搭載し、前記第１の電極２に第１の周波数ＲＦ₁ の
第１高周波電力を供給し、前記第１の電極２に対向させ
て第２の電極３を配置し、前記チャンバ１内にガスを供
給し、前記第１及び第２の電極２，３を介すことなく前
記ガスにエネルギーを投入してプラズマを発生させるこ
とを特徴とするプラズマ処理方法により解決する。

【００２３】また、上記した課題は、図２８に例示する
ように、チャンバ内１２１の第１の電極上１２２に半導
体ウェハ９を搭載し、前記第１の電極１２２に対向させ
て第２の電極１２３を配置し、前記チャンバ１２１内に
ガスを供給し、前記ガスに前記第１及び第２の電極１２
２，１２３を介すことなくエネルギーを投入してプラズ
マを発生させ、前記第２の電極１２３に第１の周波数の
第１高周波電力を供給することを特徴とするプラズマ処
理方法により解決する。

【００２４】次に、本発明の作用について説明する。本
発明においては、第１及び第２の電極を対向させて配置
し、第１の電極に例えば１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周
波電力を供給してチャンバ内にプラズマを発生させる。
また、第２の電極に例えば１０ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの高
周波電力を供給する。この第２の電極に供給する高周波
電力の周波数は高いほうが好ましく、１０ＭＨｚ〜１０
０ＭＨｚの範囲で設定してもよい。この第２の電極に供
給される高周波電力により発生するプラズマシース電界
により、第２の電極の近傍の電子が第１の電極に向けて
加速される。これにより、プラズマ中の電子の第１の電
極に向かう速度成分が増加し、電子がレジスト開口部の
底部まで到達して正の電荷が中和され、チャージアップ
が抑制されるようになる。

【００２５】この場合に、第２の電極に供給された高周
波電力により加速された電子は、第１の電極に向かう間
にガスと衝突し、第１の電極に向かう方向の速度成分が
減少する。そして、第１の電極と第２の電極との間隔が
電子の平均自由行程の２倍を超えると、第１の電極に向
かう方向の速度成分が著しく減少して、レジスト開口部
の底部まで到達する電子数が少なくなり、チャージアッ
プを防止する効果が十分に得られなくなる。このため、
第１及び第２の電極の距離は電子の平均自由行程の２倍
以下とする。なお、電子の平均自由行程はガスの種類と
圧力とに関係し、圧力が小さいほど平均自由行程は大き
くなる。ガスの圧力が約１０mTorr 以下の場合、平均自
由行程は数１０ｍｍとなる。例えば、アルミニウム膜の
エッチングに使用するＣｌ₂ ガスの場合、ガスの圧力が
３mTorr であるとすると、電子の平均自由行程は約５０
ｍｍになる。従来の平行平板型プラズマ装置の場合、約
５０mTorr が圧力の下限値であり、そのときの電子の平
均自由行程は約３ｍｍ以下である。

【００２６】また、本願の他の発明においては、半導体
ウェハを搭載する第１の電極に第１の周波数の高周波電
力を供給し、前記第１の電極に対向する対向電極に前記
第１の周波数よりも高周波の第２の高周波電力を供給す
る。そして、コイルに第３の高周波電力を供給してチャ
ンバ内に高周波の磁界を発生させ、この磁界によりチャ
ンバ内にプラズマを発生させる。そうすると、プラズマ
中のイオンは第１の電極がカソードの期間に半導体ウェ
ハに到達し、電子は第１の電極がアノードであり、且つ
第２の電極が負の期間に半導体ウェハに到達する。これ
により、正の電荷が中和されてチャージダメージを回避
することができるようになる。

【００２７】なお、前記コイルに高周波電力を供給して
チャンバ内のガスをプラズマ状態にする替りに、チャン
バ内にマイクロ波を放出して、このマイクロ波によりチ
ャンバ内にプラズマを発生させてもよい。また、第２の
電極を一定の電位とし、第１の電極に第１の高周波電力
と第２の高周波電力とを同時に供給しても、上記と同様
の効果が得られる。但し、この場合は、プラズマとチャ
ンバ内側の側壁との電気的結合を低減するために、チャ
ンバ内側の側壁に絶縁膜を厚く形成しておくことが好ま
しい。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付の図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係るプラズマ装置を示す断面図である。チャンバ１
は、チャンバ本体１ａと、このチャンバ本体１ａに着脱
自在に設けられたベルジャー１ｂとにより構成されてい
る。このチャンバ１内には基板バイアス電極２が設けら
れており、この基板バイアス電極２上に半導体ウェハ９
を載置する。この基板バイアス電極２には、高周波電源
４からフィルタ５及びブロッキングキャパシタ６を介し
て周波数ＲＦ₁ の高周波電力が供給される。周波数ＲＦ
₁ は１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で設定する。この基
板バイアス電極２の上方には、対向電極３が基板バイア
ス電極２に対向して配置されている。この対向電極３に
は、高周波電源７からフィルタ８を介して周波数ＲＦ₂
の高周波電力が供給される。周波数ＲＦ₂ は例えば１０
ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で設定する。

【００２９】チャンバ１は、ガスボンベ及びマスフロー
コントローラ等により構成されるガス供給部１０に接続
されていて、このガス供給部１０からチャンバ１内に所
定のエッチングガス又は成膜用ガスが設定された流量で
供給される。また、チャンバ１は、排気ポンプ１３に接
続されている。本実施の形態においては、図２に示すよ
うに、基板バイアス電極２と対向電極３との間隔Ｌは、
電子ｅの平均自由行程Ｌe の２倍以下（２Ｌe ≧Ｌ）に
設定される。例えばエッチングガスとしてＣｌ₂ を使用
し、チャンバ１内のガス圧が３mTorr とすると、電子ｅ
の平均自由行程Ｌe は約５０ｍｍであるので、基板バイ
アス電極２と対向電極３との間隔を１００ｍｍ以下に設
定する。

【００３０】以下、本実施の形態のプラズマ装置の動作
について説明する前に、基板バイアス電極２と対向電極
３との間の距離を電子の平均自由行程の２倍以下とした
理由について説明する。本願発明者等は、プラズマプロ
セス中におけるチャージダメージと電子温度との関係を
調べるために、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonanc
e：電子サイクロトロン共鳴）プラズマエッチング装置
を使用して、ＣＭＯＳのアルミニウム配線のエッチング
を行って、チャージダメージ箇所を調べると共に、ラン
グミュアプローブ（Langmuir Probe）法により半導体ウ
ェハ上部のプラズマの電子温度を測定し、両者の関係を
調べた。図７はラングミュアプローブ法によるプラズマ
の電子温度の測定方法を示す図である。

【００３１】基板バイアス電極４１上に半導体ウェハ４
２を載置し、この半導体ウェハ４２の上方、すなわち電
極４１から４０ｍｍ上方にラングミュアプローブ４３を
配置した。このラングミュアプローブ４３は、半導体ウ
ェハ４２の表面に平行に配置された針状のプローブ４３
ａと、半導体ウェハ４２の表面に垂直に配置された針状
のプローブ４３ｂとを有している。プローブ４３ａは半
導体ウェハ４２の表面に平行な方向の電子温度を測定す
るものであり、プローブ４３ｂは半導体ウェハ４２の表
面に垂直な方向の電子温度を測定するものである。これ
らのプローブ４３ａ，４３ｂには電源４５ａ，４５ｂか
ら電流計４４ａ，４４ｂを介して所定の電圧を印加す
る。電流計４４ａ，４４ｂに流れる電流を測定すること
により、半導体ウェハ表面に平行な方向及び垂直な方向
のプラズマの電子温度を知ることができる。

【００３２】半導体ウェハ４２上には厚さが８ｎｍのゲ
ート酸化膜を介して複数のゲート電極が配列されている
（図３４参照）。各ゲート電極は、１辺が１μｍの正方
形である。これらのゲート電極は絶縁膜に被覆されてお
り、この絶縁膜上には厚さが０．８μｍのアルミニウム
膜が形成されている。このアルミニウム膜は、前記絶縁
膜に選択的に設けられたコンタクトホールを介して前記
ゲート電極に電気的に接続されている。なお、アンテナ
比、すなわちゲート電極の面積とアルミニウム膜の面積
との比は、１０⁴ 〜１０⁶ オーダーである。また、アル
ミニウム膜の上には、厚さが１．６μｍのフォトレジス
トパターンが形成されている。

【００３３】そして、Ｃｌ₂ とＢＣｌ₃ との混合ガスを
使用し、圧力が４．５mTorr 、マイクロ波のパワーが８
００Ｗ、基板バイアス電極に供給する高周波電力のパワ
ーが１５０Ｗの条件でプラズマエッチングを行うと共
に、ラングミュアプローブ４３を半導体ウェハ表面に対
し水平に移動させて、電子温度とダメージとの関係を調
べた。

【００３４】図８は、横軸に半導体ウェハ上の位置（相
対位置）をとり、縦軸に電子温度をとって、電子温度と
チャージダメージとの関係を調べた結果を示す図であ
る。この図８から、半導体ウェハに平行な方向の電子温
度が、半導体ウェハに垂直な方向の電子温度よりも高い
場所でダメージが大きくなっていることがわかる。半導
体ウェハ表面に平行な方向の電子温度が高いとパターン
側壁の電位が負に大きくなってしまうため、電子シェー
ディング効果が大きくなると考えられる。逆に、半導体
ウェハ表面に垂直な方向の電子温度が高いと、パターン
開口部の底部に入射する電子が増えるために、電子シェ
ーディング効果が小さくなると考えられる。

【００３５】これらの結果から、本願発明者らは、プラ
ズマ装置内部において、電子温度に異方性をもたせるこ
とが、電子シェーディング効果の低減に有効であるとの
知見を得た。即ち、図９（ａ）にその概念図を示すよう
に電子に等方的な速度分布を与えるのではなく、図９
（ｂ）にその概念図を示すように電子に半導体ウェハに
向かう方向に大きな異方性をもたせることにより、相対
的にレジスト側壁のチャージアップを低減できる。本発
明は、このように半導体ウェハに向かう方向に大きな電
子温度の異方性を電子に付与することにより、チャージ
ダメージを抑制するものである。

【００３６】以下、第１及び第２の電極間の距離が電子
の平均自由行程の１〜４倍のときのチャージアップの低
減の程度を調べた結果について説明する。図１０は実験
に使用したプラズマ装置を示す図である。但し、図１０
においては、ガス供給部及び排気ポンプの図示を省略し
ている。チャンバ５１は、円筒状のガラスからなるベル
ジャー５１ａを有し、その他の部分はアルミニウム又は
アルミニウム合金により形成されている。そして、この
チャンバ５１の金属部分は接地に接続されている。な
お、ベルジャー５１ａの外形は５００ｍｍ、肉厚は５ｍ
ｍ、高さは２００ｍｍである。

【００３７】チャンバ５１内には第１の電極５２が配置
されており、この第１の電極５２上に後述するサンプル
５９ａ，５９ｂを搭載する。この第１の電極５２には高
周波電源６１からキャパシタ６２を介して周波数が４０
０ｋＨｚの高周波電力が供給される。第１の電極５２の
上方には第２の電極５３が配置されている。この第２の
電極５３には、高周波電源６３からキャパシタ６４を介
して周波数が１３．５６ＨＭｚの高周波電力が供給され
る。また、ベルジャ５１ａの外周にはコイル５６が巻か
れていて、このコイル５６には高周波電源６５から高周
波電力が供給される。このコイル５６により、チャンバ
５１内に高周波の磁界が発生し、この高周波の磁界によ
りチャンバ５１内のガスが励起されてプラズマが発生す
る。

【００３８】サンプル５９ａとして、図１１に示すよう
に、シリコン基板７１上に厚さが約２μｍのＳｉＯ₂ 膜
７２を形成し、このＳｉＯ₂ 膜７２に直径が１μｍの複
数の孔からなるホールパターン（Hole pattern）７３を
形成したものを用意した。また、サンプル５９ｂとし
て、ホールパターンに替えてＳｉＯ₂ 膜に十分大きな開
口部（open-space）を形成したものを用意した。これら
のサンプル５９ａ，５９ｂをＡｌ₂ Ｏ₃ 製ホルダ７４に
より第１の電極５２上に固定した。そして、サンプル５
９ａを電圧計７６ａに接続し、サンプル５９ｂを電圧計
７６ｂに接続した。

【００３９】そして、チャンバ５１内にＡｒ（アルゴ
ン）ガスを導入し、チャンバ５１内の圧力を２．５mTor
r 〜１０mTorr まで変化させて電子の平均自由行程を変
え、電極５２，５３間の距離が電子の平均自由行程の１
〜４倍のときのサンプルのチャージング電圧を電圧計７
６ａ，７６ｂで測定した。なお、その他の測定条件は、
プラズマ密度が２〜３×１０¹⁰ｃｍ^-3、第１の電極５２
に印加した電圧Ｖp-p が４００Ｖ、第２の電極５３に印
加した電圧Ｖp-p が６００Ｖである。

【００４０】図１２（ａ）は、横軸に電極間の距離を電
子の平均自由行程に対する比率で現わした値をとり、縦
軸に低減した電圧をとって、両者の関係を示す図であ
る。但し、第２の電極５３に高周波電力を供給しない場
合のチャージング電圧は１００Ｖである。この図１２
（ａ）から明らかなように、電極５２，５３間の距離が
電子の平均自由行程の４倍のときはチャージング電圧を
低減する効果が見られず、電極５２，５３間の距離が電
子の平均自由行程の２倍以下のときにチャージング電圧
は１７Ｖ以上低減した。

【００４１】これらの実験結果から、図１に示すプラズ
マ装置において、基板バイアス電極２と対向電極３との
間の距離は、電子の平均自由行程の２倍以下とした。図
１に示すプラズマ装置において、例えば図３４に示すよ
うに配線用アルミニウム膜３５及びレジスト３６が形成
された半導体ウェハ９上のアルミニウム膜をエッチング
する場合、排気ポンプ１３によりチャンバ１内を排気し
た後、ガス供給部１０からチャンバ１内にエッチングガ
スとして例えばＣｌ₂ ガスを供給する。また、チャンバ
１内の圧力を約３mTorr に維持する。そして、基板バイ
アス電極２に高周波電源４から１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ
の高周波電力を供給すると共に、対向電極３に高周波電
源７から１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電力を供給
する。そうすると、チャンバ１内にプラズマが発生し、
プラズマ中のイオンが半導体ウェハ９上のレジスト開口
部３６ａを通ってアルミニウム膜３５に到達し、アルミ
ニウム膜３５がエッチングされる。このとき、対向電極
３側では、対向電極３に供給された高周波電力によりプ
ラズマ中の電子が基板バイアス電極２側に向けて加速さ
れる。この電子は、半導体ウェハ９に到達するまでの間
にガスに衝突し、電子温度の異方性が減衰する。しか
し、本実施の形態においては、基板バイアス電極２と対
向電極３との間隔が電子の平均自由行程の２倍以下と狭
く設定されているので、図９（ｂ）の概念図に示すよう
に、電子は充分な電子温度異方性を保持したまま、レジ
スト開口部を通って、レジスト開口部の底部にまで到達
する。これにより、アルミニウム膜３５及びゲート電極
に蓄積された正の電荷が中和され、チャージダメージを
回避することができる。

【００４２】以下、基板バイアス電極及び対向電極に印
加する電圧とチャージアップ抑制効果との関係を調べた
結果について説明する。実験には、図１０に示すプラズ
マ装置を使用した。サンプル５９ａとして、シリコン基
板上に厚さが約２．０μｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、この
ＳｉＯ₂ 膜にアスペクト比が２の複数の孔からなるホー
ルパターンを形成したものを用意した。また、サンプル
５９ｂとして、ホールパターンに替えてＳｉＯ₂ 膜に十
分大きな開口部（open-space）を形成したものを用意し
た。

【００４３】そして、チャンバ５１内にＡｒ（アルゴ
ン）ガスを導入し、チャンバ５１内の圧力を２．５mTor
r とした。第１の電極５２には周波数が４００ｋＨｚの
高周波電力を供給した。また、第２の電極５３には、プ
ラズマ内に高エネルギーの電子を発生させるために、１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給した。更に、コイル
５６には、周波数が３．４ＭＨｚで１．５ｋＷの電力を
供給した。これにより、チャンバ内にプラズマが発生し
た。プラズマの密度は、１×１０¹¹ｃｍ^-3であり、電子
温度は４ｅＶである。なお、第１の電極５２と第２の電
極５３との間の距離は１６０ｍｍであり、この距離は電
子の平均自由行程とほぼ同じである。

【００４４】第１の電極５２に印加する高周波電圧Ｖp-
p を４００Ｖとし、第２の電極５３に印加する高周波電
圧Ｖp-p を０から１０００Ｖに変化させて、アスペクト
比２のホールパターンを有するサンプル及びオープンス
ペースを有するサンプルの自己バイアス電位を調べた。
図１３に対向バイアス印加電圧による自己バイアス電位
を示す。アスペクト比２のポールパターンでは、対向バ
イアス電圧を増加させていくと、ホールパターンの自己
バイアス電位が下がっていく。このとき、オープンスペ
ースパターンでは僅かに電位が上昇するだけである。図
１４に対向バイアス印加電圧によるホールパターンとオ
ープンスペースの電位差を示す。対向バイアスにより自
己バイアス電位差は減少し、チャージアップが抑制され
ることがわかる。

【００４５】第２の電極５３に印加する高周波電圧Ｖp-
p を、０Ｖ、４７６Ｖ及び８４０Ｖとし、第１の電極５
２に印加する高周波電圧Ｖp-p を、１００〜９００Ｖに
変化させて、ホールパターンを有するサンプル及びオー
プンスペースを有するサンプルの自己バイアス電圧を調
べた。図１２（ｂ）は、横軸に試料印加電圧（Substrat
e RF bias voltage ）をとり、縦軸に自己バイアス電圧
をとって、両者の関係を示す図である。また、ホールパ
ターンを有するサンプルの場合、図１２（ｂ）から、サ
ンプルに印加する電圧が増加するのに伴って、チャージ
アップを抑制する効果が低減することがわかる。これ
は、サンプルに印加する電圧を増加させると電子シェー
ディング効果が大きくなるためである。また、第２の電
極５３に印加する電圧を高くすると、サンプルに印加す
る電圧が高くてもチャージアップを抑制効果が見られ
る。これは、第２の電極５３に印加する電圧が高いほ
ど、基板に向かう電子のエネルギーが高くなるためであ
る。この実験結果から、第１の電極５２に印加する電圧
が高い場合には、第２の電極５３に印加する電圧を高く
すればよいことがわかる。

【００４６】なお、対向電極３に供給する電圧の周波数
は、基板バイアス電極２に供給する電圧の周波数の整数
倍とすることが好ましい。これにより、基板バイアス電
極２及び対向電極３に印加される高周波電圧の同期をと
ることができる。また、対向電極２に供給する高周波電
力の位相は、基板バイアス電極２からの距離に応じて制
御できるようにすることが好ましい。これは、後述の第
４の実施の形態に示すように、基板バイアス電極２から
の距離に応じて対向電極３に供給する高周波電力の位相
を変更することによりチャージアップを抑制できるから
である。

【００４７】また、図３（ａ），（ｂ）に波形図を示す
ように、基板バイアス電極２がアノードの期間、すなわ
ちプラズマ空間電位に対して正の期間に対向電極３に高
周波電力が与えられ、基板バイアス電極２がカソードの
期間、すなわちプラズマ空間電位に対し負の期間は対向
電極３に高周波電力が与えられないように、第２の高周
波電源７の出力を制御することが好ましい。電子は基板
バイアス電極２がアノードの期間のときにレジスト開口
部に進入するので、このように第２の高周波電源７の出
力を制御することにより、プラズマ中の電子温度の上昇
を抑えつつ、電子を有効にレジスト開口部に進入させる
ことができる。

【００４８】図４は、第２の高周波電源の出力をオン−
オフする制御機構を設けたプラズマ装置を示す図であ
る。この図４において、図１と同一物には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。また、図５は、図４
中のＡ点、Ｂ点及びＣ点の電圧波形を示す図である。高
周波発振器１５８は、図５のＢ点の波形に示すように正
弦波の高周波信号を出力する。この高周波信号は、オン
−オフ変調器１５７に入力される。オン−オフ変調器１
５７は、パルス発振器１５９から出力される信号により
オン−オフする。パルス発振器１５９からは、図５のＡ
点の波形に示すように、波高値が５Ｖの矩形のパルスが
出力される。パルス発振器１５９の出力は高周波電源４
の出力に同期している。オン−オフ変調器１５７はパル
ス発振器１５９から出力される信号が“Ｈ”レベルのと
きは発振器１５８の出力をアンプ１５６に伝達し、
“Ｌ”レベルのときは発振器１５８の出力を遮断する。
これにより、アンプ１５６には図５のＣ点の波形として
示す信号が入力される。アンプ１５６は、この入力信号
を増幅して、マッチングボックス１５５を介して対向電
極３に高周波電力を断続的に供給する。このようにし
て、基板バイアス電極２がアノードの期間に対向電極３
に高周波電力を供給するプラズマ装置が実現される。

【００４９】また、図１に示す装置において、使用する
ガスの種類又は圧力に応じて、基板バイアス電極２又は
対向電極３の位置を上下方向に容易に変更できるように
してもよい。例えば図６は基板バイアス電極２の上下機
構を示す図である。ベース３０はその中央部にモータ及
びギヤ等により構成される駆動部３０ａを有し、モータ
の正転及び逆転によりシャフト３０ｃが上下方向に移動
する。また、ベース３０の四隅にはガイド穴３０ｂが形
成されている。一方、基板バイアス電極２の下側の四隅
にはロッド２ａが設けられており、これらのロッド２ａ
がベース３０のガイド穴３０ｂに挿入される。また、基
板バイアス電極２は、下面中央部で駆動軸３０ｃに連結
されている。

【００５０】例えば、ステップエッチングでは、同一チ
ャンバ内で複数のガス種及びガス圧でエッチングを行な
うが、ガス種及びガス圧が変化すると電子の平均自由行
程が変化する。この図６に示すような基板バイアス電極
２の上下機構を設けることにより、ステップエッチング
する場合であっても、ガスの種類及び圧力に応じて電極
２，３の間隔を調整することにより、チャージダメージ
を防止しつつ、ステップエッチングを行なうことができ
る。

【００５１】（第２の実施の形態）図１５は本発明の第
２の実施の形態に係るプラズマ装置を示す模式図であ
る。なお、本実施の形態は、本発明を誘導結合型プラズ
マ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）装置に適用
したものである。また、図１５において、図１と同一物
には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

【００５２】本実施の形態においては、ベルジャー１ｂ
の外周にコイル１１が巻かれている。このコイル１１に
は、高周波電源１２から周波数ＲＦ₃ が３．４ＭＨｚの
高周波電力が供給され、これによりチャンバ１内の電極
２，３間には上下方向の高周波の磁界が発生する。な
お、ベルジャ１ｂのコイル１１が巻かれている部分はガ
ラスにより形成されている。また、チャンバ本体１ａは
アルミニウムにより形成されており、接地に接続され
る。

【００５３】本実施の形態においては、第１の実施の形
態と同様の効果が得られるのに加えて、コイル１１によ
り発生した高周波の磁界により発生した電界によりプラ
ズマを加熱するので、ガス圧が低くても高いプラズマ密
度が得られるという利点がある。この利点をより詳しく
説明する。第１の実施の形態の図１に示す装置のよう
に、電極を介した容量結合によってチャンバ内のガスに
エネルギーを投入する方式の装置の場合には、ガス圧が
低いとプラズマ密度が低くなり、ガス圧が低すぎると、
プラズマの形成及び維持ができなくなってしまう。これ
に対し、本実施の形態では、図１５に示すように、電極
を介さずにエネルギーを投入するようにしたので、ガス
圧が低くても高いプラズマ密度が得られる。このため、
本実施の形態では、ガス圧を低くすることができ、結果
として、電子の平均自由行程が大きくなり、電極間隔の
制限がなくなるという利点があると共に、従来から知ら
れているように、エッチング特性が改善される等の利点
もある。

【００５４】以下、本実施の形態のプラズマ装置を使用
し、高周波電源の周波数とチャージダメージとの関係を
調べた結果について説明する。本願発明者らは、図１５
に示す装置を使用し、基板バイアス電極２に印加した高
周波電力によるプラズマシース電界の電子の加速効果を
調べた。使用したガスはアルゴン（Ａｒ）であり、ガス
流量は５０sccm、圧力は１０mTorr 、ＩＣＰ入力パワ
ー、すなわちコイル１１に入力する電力は５００Ｗであ
る。基板バイアス電極２に供給した高周波電力の周波数
は、１３．５６ＭＨｚ、１ＭＨｚ、６００ｋＨｚ、４０
０ｋＨｚ、２００ｋＨｚ又は１００ｋＨｚとした。な
お、このとき、対向電極３には高周波電力を供給してい
ない。

【００５５】プラスマの電子温度は、図７に示すラング
ミュアプローブ法により、基板バイアス電極２の中央部
の上方２０ｍｍの位置で測定した。図１６は、横軸に周
波数をとり、縦軸に電子温度をとって、その測定結果を
示す図である。この図１６から明らかなように、プラズ
マシース電界による電子の加速の効果は、基板バイアス
電極に供給する高周波電力の周波数に関係し、周波数が
１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲では電子温度の上昇は
殆どない。一方、基板バイアス電極２に１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を印加した場合には、電子温度が著しく
増加した。このことから、基板バイアス電極２に供給す
る高周波電力の周波数は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚとす
ることが好ましいことがわかる。

【００５６】次に、アルミニウム配線エッチング後の半
導体ウェハを除電プラズマに曝すことにより、本実施の
形態のプラズマ装置によるチャージダメージの低減効果
を調べた結果について説明する。プラズマ装置のチャン
バ１（ベルジャ）は、直径が５００ｍｍ、高さが２００
ｍｍ、厚さが５ｍｍの石英又はガラス製であり、このチ
ャンバ１の周囲にはコイル１１として、厚さが０．２ｍ
ｍ、幅が１０ｍｍ、長さが１０ｍの銅帯が５回巻きされ
ている。基板バイアス電極２と対向電極３との距離は５
ｃｍである。

【００５７】一方、サンプルである半導体ウェハ９上に
は厚さが８ｎｍのゲート酸化膜を介して形成された複数
のゲート電極が配列されている。各ゲート電極は、１辺
が１μｍの正方形である。これらのゲート電極は絶縁膜
に被覆されており、この絶縁膜上には厚さが０．８μｍ
のアルミニウム膜が形成されている。このアルミニウム
膜は前記絶縁膜に選択的に形成されたコンタクトホール
を介して前記ゲート電極に電気的に接続されている。な
お、アンテナ比が、１０⁴ 、１０⁵ 又は１０⁶オーダー
の３種類のサンプルを用意した。また、アルミニウム膜
の上には、厚さが１．６μｍのフォトレジストパターン
が形成されている。

【００５８】先ず、Ｃｌ₂ とＢＣｌ₃ との混合ガス中で
ゲート電極にチャージダメージを与えないようにして半
導体ウェハ９上のアルミニウム膜をエッチングした。そ
の後、この半導体ウェハ９を除電プラズマに曝した。こ
のときの条件は、コイル１１に周波数が３．４ＭＨｚの
高周波電力を供給し、対向電極３には周波数が１３．５
６ＭＨｚの高周波電力を供給し、基板バイアス電極２に
は周波数が４００ｋＨｚの高周波電力を供給した。ま
た、ガスはＡｒであり、ガス流量は５０sccm、圧力は１
０mTorr 、ＩＣＰ入力パワーは１ｋＷである。基板バイ
アス電極２に印加された高周波電力は５０Ｗである。そ
して、対向電極３に印加する高周波電力のパワーを、５
０Ｗ、１００Ｗ、１５０Ｗにして、チャージダメージに
よるゲート酸化膜の破壊率を調べた。その結果、高周波
電力のパワーが５０Ｗのときのゲート酸化膜の破壊率は
３４％、１００Ｗのときのゲート酸化膜の破壊率は１８
％、１５０Ｗときのゲート破壊率は４％であり、対向電
極に供給する高周波電力のパワーが大きいほど破壊率は
減少した。

【００５９】なお、対向電極３に供給する高周波電力の
周波数は、基板バイアス電極２に供給する高周波電力の
周波数よりも高いことが好ましい。しかし、対向電極３
に供給する高周波電力の周波数が基板バイアス電極２に
供給する高周波電力の周波数よりも若干低い場合であっ
ても、投入電力の大きさにより、上述の効果を得ること
ができる。

【００６０】（第３の実施の形態）図１７は本発明の第
３の実施の形態に係るプラズマ装置を示す断面図であ
る。チャンバ１０１は、チャンバ本体１０３と、このチ
ャンバ本体１０３に対し着脱自在な石英又はガラス板か
らなる蓋部１０２とにより構成されている。このチャン
バ１０１内には、半導体ウェハ１０９が載置される基板
バイアス電極１０８が設けられている。この基板バイア
ス電極１０８には高周波電源１１４からマッチング回路
１１５及びフィルタ１１６を介して高周波電力が供給さ
れる。また、蓋部１０２の下面には、対向電極１１０が
取付けられている。この対向電極１１０は、例えば図１
８に平面図を示すように複数の矩形の開口部１１０ａを
有している。この対向電極１１０には、高周波電源１１
１からマッチング回路１１２及びフィルタ１１３を介し
て高周波電力が供給される。

【００６１】なお、基板バイアス電極１０８と対向電極
１１０との間隔は、電子の平均自由行程の２倍以下に設
定されている。また、対向電極１１０に設けられる開口
部１１０ａの形状は、マイクロ波が通るものであればど
のような形状であってもよい。チャンバ１０１は、ガス
ボンベ及びマスフローコントローラ等により構成される
ガス供給部１０６に接続され、このガス供給部１０６か
ら所定のガスが供給される。また、チャンバ１０１は排
気ポンプ１０７に接続されている。

【００６２】また、チャンバ１０１の上方には誘電体板
１５３が配置されている。この誘電体板１５３は、導波
管１５２を介してマイクロ波発振器１５１に接続されて
いる。このように構成されたプラズマ装置を使用して、
半導体ウェハ１０９上のアルミニウム膜（図３４参照）
をエッチングする場合について説明する。まず、排気ポ
ンプ１０７によりチャンバ１０１内を排気した後、ガス
供給部１０６からチャンバ１０１内に例えばエッチング
ガスとしてＣｌ₂ ガスを供給する。そして、チャンバ１
０１内の圧力を約３mTorr に維持する。

【００６３】次に、マイクロ波発振器１５１を作動させ
る。そうすると、マイクロ波発振器１５１から出力され
たマイクロ波は導波管１５２を通り、誘電体板１５３に
到達して、この誘電体板１５３中に定在波が発生する。
この定在波は、蓋部１０２及び対向電極１１０の開口部
１１０ａを通してチャンバ１０１内に浸透する。この状
態で基板バイアス電極１０８に高周波電源１１４から１
００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を供給し、対向電極
１１０に高周波電源１１１から１０ＭＨｚ〜１００ＭＨ
ｚの高周波電力を供給する。この場合に、蓋部１０２を
介してチャンバ１０１内に浸透したマイクロ波によりプ
ラズマが加熱されるので、低圧でもプラズマ密度が高く
なる。

【００６４】このプラズマ中のイオンが半導体ウェハ１
０９上のレジスト開口部を通りアルミニウム膜に到達し
て、アルミニウム膜がエッチングされる。このとき、対
向電極１１０側では、対向電極１１０に供給された高周
波電力によりプラズマ中の電子が基板バイアス電極１０
８側に向けて加速される。この電子は半導体ウェハ１０
９に到達するまでの間にプラズマ中の分子に衝突し、電
子温度の異方性が減衰する。しかし、本実施の形態にお
いては、基板バイアス電極１０８と対向電極１１０との
間隔が電子の平均自由行程の２倍以下に設定されている
ので、図９（ｂ）の概念図に示すように、電子は十分な
電子温度異方性を保持したまま、レジスト開口部３６ａ
の底部にまで到達する。これにより、レジスト開口部３
６ａの底部に蓄積された正電荷が中和されて、チャージ
ダメージを回避することができる。

【００６５】なお、本実施の形態においても、図３
（ａ），（ｂ）に示すように、基板バイアス電極１０８
がアノードの期間は対向電極１１０に与えられる高周波
電力がオンとなり、基板バイアス電極１０８がカソード
の期間は対向電極１１０に与えられる高周波電力がオフ
となるように、第２の高周波電源１１１の出力を制御す
ることが好ましい。これにより、電子温度の上昇を抑え
つつ、電子を有効にレジスト開口部に侵入させることが
できる。

【００６６】また、本実施の形態においても、基板バイ
アス電極１０８と対向電極１１０との間隔を変更可能と
してもよい。更に、対向電極１１０は、図１９に示すよ
うに、石英又はガラスからなる蓋部１０２に埋め込まれ
ていてもよい。図１７に示す対向電極１１０では、エッ
チングにより発生したパーティクルが開口部１１０ａ内
に付着してマイクロ波がチャンバ１０１内に浸透するこ
とを阻害するおそれがある。しかし、図１９に示す対向
電極１１０は蓋部１０２内に埋め込まれているため、対
向電極１１０の開口部１１０ａの間にパーティクルが付
着することがない。また、蓋部１０２の表面に凹凸がな
いので、蓋部１０２に付着したパーティクルを容易に除
去することができる。

【００６７】（第４の実施の形態）図２０は本発明の第
４の実施の形態のプラズマ装置を示す図である。但し、
この図２０では、ガス供給部及び排気ポンプの図示を省
略している。チャンバ５１内には第１の電極５２、すな
わち基板バイアス電極が配置されており、この第１の電
極５２上に半導体ウェハを搭載する。この第１の電極５
２の上方には第２の電極５３、すなわち対向電極が配置
されている。また、チャンバ５１の外周にはコイル５６
が巻かれていて、このコイル５６には高周波電源６５か
ら高周波電力が供給される。

【００６８】第１の電極５２には高周波電源１１９ａか
らキャパシタ６２を介して高周波電力が供給される。こ
の高周波電源１１９ａは、信号発生器１１７から出力さ
れる信号に同期した周波数の高周波電力を出力する。信
号発生器１１７は、例えば周波数が１３．５６ＨＭｚの
信号を出力する。また、第２の電極５３には高周波電源
１１９ｂからキャパシタ６４を介して高周波電力が供給
される。この高周波電力１１９ｂも信号発生器１１７か
ら出力される信号に同期した周波数の高周波電力を出力
する。但し、高周波電源１１９ｂと信号発生器１１７と
の間には位相シフタ１１８が接続されており、この位相
シフタ１１８により高周波電源１１９ｂに与えられる信
号の位相を制御することができる。

【００６９】以下、このように構成されたプラズマ装置
において、チャージアップの低減の程度を調べた結果に
ついて説明する。前述した図１０に示す実験に使用した
のと同様のサンプル５９ａ，５９ｂを第１の電極５２上
に搭載した。第１の電極５２と第２の電極５３との間隔
は１６０ｍｍである。そして、サンプル５９ａを電圧計
７６ａに接続し、サンプル５９ｂを電圧計７６ｂに接続
した。

【００７０】チャンバ５１内にＡｒガスを導入し、チャ
ンバ５１内の圧力を２．５mTorr に維持した。また、第
１の電極５２に電圧（Ｖp-p ）が２００Ｖで周波数が１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、第２の電極５３
に電圧（Ｖp-p ）が３６０Ｖで周波数が１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を供給した。そして、位相シフタ１１８
により、高周波電源１１９ｂから出力される高周波電力
の位相を変化させて、サンプル５９ａ，５９ｂの電圧差
を調べた。

【００７１】図２１は、横軸に第１の電極５２に供給さ
れる高周波電力と第２の電極５３に供給される高周波電
力との位相差をとり、縦軸にサンプル５９ａ，５９ｂの
電圧差（DC self-bias potential difference ）をとっ
て、両者の関係を示す図である。但し、第２の電極５３
に高周波電力を供給しない場合のチャージング電圧（wi
thout counter bias）は約４４Ｖであった。この図２１
から、第１の電極５２と第２の電極５３とに供給する高
周波電力の位相差を制御することにより、チャージアッ
プが低減されることがわかる。また、この図から、本
来、第２の電極５３がアノードのときには高エネルギー
の電子が第１の電極５２側に移動しないはずであるにも
かかわらずチャージアップの低減効果があることがわか
る。このことから、高周波電力の１周期の時間に対し、
電極間を電子が移動するのにかかる時間が無視できない
ことがわかる。つまり、電極間の距離に応じて、チャー
ジアップの低減に最適な位相差は変化する。

【００７２】（第５の実施の形態）図２２は本発明の第
５の実施の形態に係るプラズマ装置を示す断面図、図２
３は同じくその上面図、図２４は同じくその対向電極を
示す上面図である。本実施の形態は、本発明をＴＣＰ
（Transformer Coupled Plasma）装置に適用したもので
ある。

【００７３】チャンバ１２１は、チャンバ本体１２１ａ
と、このチャンバ本体１２１ａに対し着脱自在なベルジ
ャー１２１ｂとにより構成されている。また、ベルジャ
ー１２１ｂの上壁部１２１ｃは誘電体材料により形成さ
れている。このチャンバ１２１内には基板バイアス電極
１２２が設けられており、この基板バイアス電極１２２
上に半導体ウェハ９を搭載する。この基板バイアス電極
１２２には、高周波電源１２４からマッチング回路１２
５及びキャパシタ１２６を介して周波数ＲＦ₁の高周波
電力が供給される。周波数ＲＦ₁ は１００ｋＨｚ〜１Ｍ
Ｈｚの範囲に設定される。

【００７４】ベルジャー１２１ｂの上には円板状の対向
電極１２３が基板バイアス電極１２２に対向するように
して配置されている。この対向電極１２３は銅板からな
り、図２４に示すように、放射状に多数のスリット１２
３ａが形成されている。この対向電極１２３には、高周
波電源１２７からマッチング回路１２８を介して周波数
ＲＦ₂ の高周波電力が供給される。周波数ＲＦ₂ は１０
ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲に設定される。また、基板
バイアス電極１２２と対向電極１２３との距離は約５０
ｍｍに設定されている。

【００７５】対向電極１２３の上方には、渦巻状のコイ
ル１３１が配置されている。このコイル１３１は、対向
電極１２３から電気的に分離されており、高周波電源１
３２からマッチング回路１３４を介して周波数ＲＦ₃ の
高周波電力が供給される。周波数ＲＦ₃ は１ＭＨｚ〜２
７ＭＨｚの範囲に設定される。チャンバ１２１は、ガス
ボンベ及びマスフローコントローラ等により構成される
ガス供給部１３０に接続されていて、このガス供給部１
３０から所定のガスが設定された流量で供給される。ま
た、チャンバ１２１は、排気ポンプ１３３に接続されて
いる。

【００７６】このように構成されたプラズマ装置におい
て、ガス供給部１３０からチャンバ１２１内に例えばエ
ッチングガスとしてＣｌ₂ 等のガスを供給し、排気ポン
プ１３３によりチャンバ１２１内を排気して、チャンバ
１２１内の圧力を１mTorr 〜３０mTorr とする。ここで
は、チャンバ１２１内の圧力を５mTorr に維持するとす
る。

【００７７】また、高周波電源１３２からコイル１３１
に周波数ＲＦ₃ が１ＭＨｚ〜２７ＭＨｚの高周波電力を
供給する。また、高周波電源１２４から基板バイアス電
極１２２に周波数ＲＦ₁ が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高
周波電力を供給するとともに、高周波電源１２７から対
向電極１２３に周波数ＲＦ₂ が１０ＭＨＺ〜１００ＭＨ
ｚの高周波電力を供給する。

【００７８】コイル１３１に供給された高周波電力によ
り、チャンバ１２１内に高周波の磁界が発生する。この
高周波の磁界により発生した電界によりプラズマが加熱
される。一方、基板バイアス電極１２１に供給された高
周波電力により半導体ウェハ９の電位がバイアスされ
て、プラズマ中のイオンが半導体ウェハ９に向かって加
速され、半導体ウェハ９上のアルミニウム膜等がエッチ
ングされる。

【００７９】また、対向電極１２３に供給された高周波
電力によって、上壁部１２１ａとプラズマシースとの間
のシース幅が周波数ＲＦ₃ で経時的に変動する。これに
より、プラズマ中の電子が半導体ウェハ９に向けて加速
される。チャンバ１２１内の圧力が３mTorr とすると電
子の平均自由行程は約５０ｍｍであり、５mTorr とする
電子の平均自由行程は約３０ｍｍであり、電極間の距離
はその２倍以内に設定されているので、加速された電子
の大部分が散乱されることなく半導体ウェハ９に到達す
る。これにより、チャージダメージやエッチング特性の
劣化を低減することができる。

【００８０】本実施の形態においては、コイル１３１に
より発生した高周波の磁界が対向電極１２３を通過する
際に対向電極１２３にうず電流が発生するが、図２４に
示すように対向電極１２３には放射状にスリット１２３
ａが設けられているので、うず電流による損失が比較的
少ない。なお、対向電極１２３は、図２５に示すよう
に、誘電体材料により構成される上壁部１２１ｃに埋め
込まれていてもよい。この場合も、上記と同様の効果が
得られる。

【００８１】（第６の実施の形態）図２６は本発明の第
６の実施の形態に係るプラズマ装置を示す断面図であ
る。なお、本実施の形態において、図２２と同一物とは
同一符号を付してその詳しい説明は省略する。チャンバ
１２１の上壁部１２１ｃは誘電体材料により形成されて
おり、対向電極１２３は上壁部１２１ｃ内に埋め込まれ
ている。この対向電極１２３は、接地されている。

【００８２】また、チャンバ１２１の内側には絶縁膜１
４７が被覆されている。この絶縁膜１４７の厚さは、対
向電極１２３よりも下側に存在する上壁部１２１ｃの厚
さに比べて十分に厚く、例えば１０倍程度に設定されて
いる。半導体ウェハ９が載置される基板バイアス電極１
２２には、高周波電源１２４からマッチング回路１２５
及びキャパシタ１２６を介して周波数ＲＦ₁ が１００ｋ
Ｈｚ〜１ＭＨｚの高周波電力が供給されるとともに、高
周波電源１４４からマッチング回路１４５及びキャパシ
タ１４６を介して周波数ＲＦ₂ が１０ＭＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚの高周波電力が供給される。

【００８３】このように構成された本実施の形態のプラ
ズマ処理装置において、基板バイアス電極１２２上に半
導体ウェハ９を搭載し、チャンバ１２１内にエッチング
ガスとして例えばＣｌ₂ を導入し、排気ポンプ１３３を
作動させてチャンバ１２１内の圧力を例えば５mTorr に
維持する。そして、基板バイアス電極１２２に高周波電
源１２４，１４４から周波数ＲＦ₁ ，ＲＦ₂ の高周波電
力を供給すると共に、コイル１３１に高周波電源１３２
から周波数ＲＦ₃ の高周波電力を供給する。そうする
と、コイル１３１により発生した高周波の磁界によりチ
ャンバ１２１内にプラズマが発生する。このプラズマの
電位は高周波電源１４４から供給される高周波電力によ
り変調され、接地電位に維持された対向電極１２３の近
傍の電子が基板バイアス電極１２２に向けて加速され
る。これにより、本実施の形態においても、第５の実施
の形態と同様の効果が得られる。

【００８４】本実施の形態においては、チャンバ１２１
の内側に絶縁膜１４７が厚く形成されているので、プラ
ズマとチャンバ側壁との間の電気的結合を小さくするこ
とができる。また、本実施の形態において、図２７
（ａ）に示すように、第１の高周波電源１２４の出力電
圧が正の期間に第２の高周波電源１４４の出力がオンと
なるように、第２の高周波電源１４４の出力を制御して
もよい。また、図２７（ｂ）に示すように、高周波電源
１２４による基板バイアス電圧がプラズマ空間電位に対
し正となる期間に高周波電源１４４の出力がオンとなる
ように、高周波電源１４４の出力を制御してもよい。こ
れにより、プラズマの加熱を抑制し、電子を有効に半導
体ウェハに到達させることができる。

【００８５】（第７の実施の形態）図２８は本発明の第
８の実施の形態に係るプラズマ装置を示す断面図であ
る。なお、図２８において、図２６と同一物には同一符
号を付してその詳しい説明は省略する。本実施の形態に
おいては、半導体ウェハ９が搭載される電極１２２を接
地に接地し、電極１２２に対向する電極１２３に、高周
波電源１２４からマッチング回路１２５ａを介して周波
数が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を供給すると
ともに、高周波電源１４４からマッチング回路１４５ａ
を介して周波数が１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電
力を供給する。

【００８６】本実施の形態においても、第６の実施の形
態と同様の効果が得られる。 （第８の実施の形態）図２９は本発明の第８の実施の形
態に係るプラズマ装置を示す断面図である。本実施の形
態において、図１５と同一物には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。

【００８７】本実施の形態においては、チャンバ１の外
周の例えば４箇所に、ヘリコン波プラズマ発生部１６０
が設けられている。このヘリコン波プラズマ発生部１６
０は、チャンバ１に接続した筒部１６３と、この筒部１
６３の周囲に配置されたアンテナ１６１と、筒部１６３
とチャンバ１との接続部の近傍に配置されて磁場を発生
させるコイル１６２とにより構成されている。このコイ
ル１６２には、電源（図示せず）から直流電流が供給さ
れる。そして、アンテナ１６１にはマッチングボックス
１６７を介して高周波電源１６８に接続されている。

【００８８】本実施の形態のプラズマ装置において、ガ
ス供給部１０からチャンバ１内に供給されたガスは、ヘ
リコン波プラズマ発生部１６０の筒部１６３内に進入す
る。一方、高周波電源１６８からマッチングボックス１
６７を介してアンテナ１６１に高周波信号が供給され、
アンテナ１６１から筒部１６３の内側に電磁波が放出さ
れ、筒部１６３の内側でヘリコン波プラズマが発生す
る。このプラズマは、コイル１６２により発生した磁場
の作用によりチャンバ１内側の電極２，３間に流れ出
る。対向電極３には高周波電源７から高周波電力が供給
されているので、第２の実施の形態と同様に、半導体ウ
ェハ９のエッチング時におけるチャージアップを回避す
ることができる。

【００８９】なお、チャンバ１内にガスを供給するガス
供給部１０に替えて、又はガス供給部１０と同時に、図
３０に示すように、ヘリコン波プラズマ発生部１０６の
内側に直接ガスを供給する手段を設けてもよい。 （その他の実施の形態）上述の各実施の形態において
は、プラズマ生成手段としてＩＣＰ、ＴＣＰ、マイクロ
波、ヘリコン波によりプラズマを生成する場合について
説明したが、その他に、ＥＣＲ、ＵＨＦ（Ultra High F
requency）等によりがプラズマを生成するものであって
もよい。

【００９０】また、図１５に示すように、チャンバ内に
磁界を発生させるためのコイル１１ａは、ベルジャー１
ｂの側部に巻かれていてもよく、図３１（ａ），（ｂ）
に示すように、ドーム状のベルジャー１７０，１７１の
上部の湾曲した部分に配置されていてもよい。更に、上
述の各実施の形態では、基板に高周波電力を供給するこ
とによりバイアス電圧を印加していたが、バイアスを必
要としないプラズマクリーニングなどのプロセスでは、
基板バイアス電圧を印加しなくても、対向電極へのバイ
アスで電子を基板に打ち込める作用効果は同様である。

【００９１】更にまた、上述の各実施の形態においては
いずれもプラズマエッチングの場合について説明した
が、本発明はプラズマＣＶＤ法に適用することも可能で
ある。図３２はプラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を形成
した半導体装置を示す図である。この半導体装置は、シ
リコン基板１５上に絶縁膜１６を介してアルミニウム
（Ａｌ）電極１８を形成し、これらのアルミニウム電極
１８を被覆するように絶縁膜１７を形成した後、該絶縁
膜１７に開口部１７ａを設け、その後プラズマＣＶＤ法
により全面にＴｉＮ膜１９を形成したものである。この
ＴｉＮ膜１９を形成する際に、前述の各実施の形態のい
ずれかに示すプラズマ装置を使用する。これにより、Ｔ
ｉＮ膜１９の形成時に絶縁膜１６，１７にチャージダメ
ージが発生することを防止できる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１及び第２の電極を対向させて配置し、第１の電極に
例えば１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を供給して
チャンバ内にプラズマを発生させる。また、第２の電極
に例えば１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電力を供給
する。この第２の電極に供給される高周波電力により発
生するプラズマシース電界により、第２の電極の近傍の
電子が第１の電極に向けて加速される。これにより、プ
ラズマ中の電子の第１の電極に向かう速度成分が増加
し、電子がレジスト開口部の底部まで到達して正の電荷
が中和され、チャージアップが抑制され、エッチングが
均一にできるという効果を奏する。

【００９３】また、本願の他の発明によれば、半導体ウ
ェハを搭載する第１の電極に第１の周波数の高周波電力
を供給し、前記第１の電極に対向する対向電極に前記第
１の周波数よりも高周波の第２の高周波電力を供給す
る。そして、コイルに第３の高周波電力を供給してチャ
ンバ内に高周波の磁界を発生させ、この磁界によりチャ
ンバ内にプラズマを発生させる。そうすると、プラズマ
中のイオンは第１の電極がカソードの期間に半導体ウェ
ハに到達し、電子は第１の電極がアノードであり、且つ
第２の電極が負の期間に半導体ウェハに到達する。これ
により、正の電荷が中和されてチャージダメージを回避
され、エッチングが均一にできるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ装置
を示す断面図である。

【図２】基板バイアス電極と対向電極との距離と電子の
平均自由行程との関係を示す図である。

【図３】（ａ）は基板バイアス電極及び対向電極に供給
する高周波電力の波形の一例を示す図、（ｂ）は基板バ
イアス電極及び対向電極に供給する高周波電力の波形の
他の例を示す図である。

【図４】対向電極に供給する高周波電力をオン−オフす
る制御機構を設けたプラズマ装置を示す図である。

【図５】図４のＡ点、Ｂ点及びＣ点における波形を示す
図である。

【図６】基板バイアス電極の上下機構を示す図である。

【図７】ラングミュアプローブ法によるプラズマの電子
温度の測定方法を示す図である。

【図８】電子温度とチャージダメージとの関係を示す図
である。

【図９】（ａ）は等方的な速度成分をもった電子を示す
概念図、（ｂ）は半導体ウェハに向かう方向に大きな異
方性をもった電子を示す概念図である。

【図１０】電子の平均自由行程とチャージアップとの関
係を調べるのに使用したプラズマ装置を示す模式図であ
る。

【図１１】電子の平均自由行程とチャージアップとの関
係を調べるのに使用したサンプルを示す断面図である。

【図１２】（ａ）は電極間の距離とチャージアップの低
減電圧との関係を示す図、（ｂ）は試料印加電圧と自己
バイアス電圧との関係を示す図である。

【図１３】アスペクト比が２のホールパターン及びオー
プンスペースのセルフバイアス電圧を示す図である。

【図１４】アスペクト比が２のホールパターンとオープ
ンスペースとのセルフバイアス電圧の差を示す図であ
る。

【図１５】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す模式図である。

【図１６】第１の電極に供給する高周波電力の周波数と
電子温度との関係を示す図である。

【図１７】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図１８】第３の実施の形態に係るプラズマ装置の対向
電極を示す平面図である。

【図１９】対向電極が埋め込まれた蓋部を示す断面図で
ある。

【図２０】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図２１】第１及び第２の電極に供給される高周波電力
の位相差と電圧差との関係を示す図である。

【図２２】本発明の第５の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図２３】同じくその上面図である。

【図２４】同じくその対向電極を示す上面図である。

【図２５】第５の実施の形態の変形例を示す模式図であ
る。

【図２６】本発明の第６の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図２７】（ａ）は同じくその第１の高周波電源及び第
２の高周波電源の出力波形の一例を示す図であり、
（ｂ）は同じくその第１の高周波電源及び第２の高周波
電源の出力波形の他の例を示す図である。

【図２８】本発明の第７の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図２９】本発明の第８の実施の形態に係るプラズマ装
置を示す断面図である。

【図３０】第８の実施の形態の変形例のプラズマ装置を
示す断面図である。

【図３１】（ａ）はベルジャー上部の湾曲部にコイルが
配置されたプラズマ装置の一例を示す断面図、（ｂ）は
ベルジャー上部の湾曲部にコイルが配置されたプラズマ
装置の他の例を示す断面図である。

【図３２】プラズマＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を形成した
半導体装置を示す図である。

【図３３】従来のプラズマ装置を示す断面図である。

【図３４】プラズマ装置内でプラズマエッチング中の半
導体ウェハの一部を示す断面図である。

【図３５】電子シェーディング効果を示す模式図であ
る。

【図３６】チャージダメージの発生を示す模式図であ
る。

【図３７】アスペクト比が異なる部分でのセルフバイア
ス電圧の差を示す図である。

【符号の説明】

１，２１，５１，１０１，１２１ チャンバ ２，２２，４１，５２，１０８，１２２ 基板バイアス
電極（第１の電極） ３，２３，５３，１１０，１２３ 対向電極（第２の電
極） ４，７，１２，２４，６１，６３，６５，１１１，１１
４，１２４，１２７，１３２，１４４ 高周波電源 ５，８，２５，１１３，１１６ フィルタ ６，２６，６２，６４，１２６，１４６ キャパシタ ９，３１，４２，１０９ 半導体ウェハ １０，２７，１０６，１３０ ガス供給部 １１，５６，１３１ コイル １３，２８，１０７，１３３ 排気ポンプ １５，７１ シリコン基板 １６，１７，１４７ 絶縁膜 １８ Ａｌ電極 １９ ＴｉＮ膜 ３２ ゲート酸化膜 ３３ ゲート電極 ３４ コンタクトホール ３５ アルミニウム膜 ３６ レジスト ３７ スクライブライン ７２ ＳｉＯ₂ 膜 １１２，１１５，１２５，１２８，１３４，１４５ マ
ッチング回路 １１７ 信号発生器 １１８ 位相変換器 １５１ マイクロ波発振器 １５２ 導波管 １５３ 誘導体板

フロントページの続き (72)発明者 小杉 眞人 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富 士通株式会社内 (72)発明者 橋本 浩一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富 士通株式会社内

Claims (47)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバと、 前記チャンバ内に配置されて半導体ウェハが搭載される
   第１の電極と、 前記第１の電極に対向し且つ前記第１の電極から電子の
   平均自由行程の２倍以下の距離をおいて配置された第２
   の電極と、 前記第１の電極に第１の周波数の高周波電力を供給する
   第１の高周波電源と、 前記第２の電極に前記第１の周波数よりも周波数が高い
   第２の周波数の高周波電力を供給する第２の高周波電源
   と、 前記チャンバ内にガスを供給するガス供給手段と、 前記チャンバ内を排気する排気ポンプとを有することを
   特徴とするプラズマ装置。
2. 【請求項２】 前記第１の周波数は、１００ｋＨｚ乃至
   １ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のプラ
   ズマ装置。
3. 【請求項３】 前記第２の周波数は、１０ＭＨｚ乃至４
   ０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のプラ
   ズマ装置。
4. 【請求項４】 前記第２の周波数は、４０ＭＨｚ乃至１
   ００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のプ
   ラズマ装置。
5. 【請求項５】 前記第２の周波数は、前記第１の周波数
   の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載のプラ
   ズマ装置。
6. 【請求項６】 チャンバと、 前記チャンバ内に配置されて半導体ウェハが搭載される
   第１の電極と、 前記第１の電極に対向して配置された第２の電極と、 前記第１の電極に接続される第１の電源と前記第２の電
   極に接続される第２の電源と、 前記チャンバ内にガスを供給するガス供給手段と、 前記チャンバ内を排気する排気手段と、 前記ガスに前記第１及び第２の電極を介すことなくエネ
   ルギーを投入してプラズマを生成するエネルギー投入手
   段とを有し、前記第１の電源及び前記第２の電源の少な
   くとも一方は高周波電力を供給する高周波電源であるこ
   とを特徴とするプラズマ装置。
7. 【請求項７】 前記第１の電源は、１００ｋＨｚ乃至１
   ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源であることを
   特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
8. 【請求項８】 前記第２の電源は、１０ＭＨｚ乃至４０
   ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源であることを
   特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
9. 【請求項９】 前記第２の電源は、４０ＭＨｚ乃至１０
   ０ＭＨｚの高周波電力を供給する高周波電源であること
   を特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の電源は、第１の周波数の高
    周波電力を供給する高周波電源であり、前記第２の電源
    は第２の周波数の高周波電力を供給する高周波電源であ
    り、該第２の周波数は、該第１の周波数の整数倍である
    ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
11. 【請求項１１】 前記第１及び第２の電極間の距離が電
    子の平均自由行程の２倍以下に設定されていることを特
    徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
12. 【請求項１２】 前記チャンバの上部は誘電体材料から
    なり、前記第２の電極は前記チャンバの上部に埋め込ま
    れていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ装
    置。
13. 【請求項１３】 前記第１の電源は、第１の周波数の高
    周波電力を供給する高周波電源であり、 前記第２の電源は、前記第１の電極がアノードの期間に
    前記第２の電極に第２の周波数の高周波電力を供給する
    高周波電源であることを特徴とする請求項６に記載のプ
    ラズマ装置。
14. 【請求項１４】 前記エネルギー投入手段は、前記チャ
    ンバ内にマイクロ波を放出するマイクロ波放出器である
    ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
15. 【請求項１５】 前記チャンバの上部は誘電体材料から
    なり、 前記第２の電極はスリット又は孔が設けられていて前記
    チャンバの上部に埋め込まれ、 前記マイクロ波放出器は前記チャンバの上部に接続され
    ていることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ装
    置。
16. 【請求項１６】 前記エネルギー投入手段は、前記チャ
    ンバ内に高周波の磁界を発生させる導電性コイルであ
    り、 前記導電性コイルには、第３の周波数の高周波電力を供
    給する第３の電源が接続されていることを特徴とする請
    求項６に記載のプラズマ装置。
17. 【請求項１７】 前記導電性コイルは、前記チャンバの
    周囲に巻かれていることを特徴とする請求項１６に記載
    のプラズマ装置。
18. 【請求項１８】 前記導電性コイルは、前記チャンバの
    上方と前記第２の電極の側方に配置されていることを特
    徴とする請求項１６に記載のプラズマ装置。
19. 【請求項１９】 前記導電性コイルは前記第２の電極の
    上方に配置され、前記第２の電極には孔又はスリットが
    設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のプ
    ラズマ装置。
20. 【請求項２０】 前記第１の電源は定電圧電源であり、 前記第２の電源は高周波電源であり、 前記第２の電極にはさらに第４の周波数の高周波電力を
    供給する第４の電極が接続されていることを特徴とする
    請求項１６に記載のプラズマ装置。
21. 【請求項２１】 前記第２の電源は定電圧電源であり、 前記第１の電源は高周波電源であり、 前記第１の電極にはさらに第４の周波数の高周波電力を
    供給する第４の電源が接続されていることを特徴とする
    請求項１６に記載のプラズマ装置。
22. 【請求項２２】 前記チャンバの内壁面のうち少なくと
    も前記第１及び第２の電極の間の側方の内壁面を覆う絶
    縁膜を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記
    載のプラズマ装置。
23. 【請求項２３】 前記プラズマ投入手段は、前記第１及
    び第２の電極間の側方に設けられた電磁波発生器である
    ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマ装置。
24. 【請求項２４】 チャンバ内の第１の電極上に半導体ウ
    ェハを搭載し、該第１の電極から電子の平均自由工程の
    ２倍以下の距離をおいて該第１の電極に対向させて第２
    の電極を配置し、 前記チャンバ内にガスを供給し、前記第１の電極に第１
    の周波数の第１高周波電力を供給するとともに、前記第
    １の周波数よりも周波数が高い第２の周波数の第２高周
    波電力を前記第２の電極に供給して前記チャンバ内にプ
    ラズマを発生させることを特徴とするプラズマ処理方
    法。
25. 【請求項２５】 前記第１の周波数は、１００ｋＨｚ乃
    至１ＭＨｚであることを特徴とする請求項２４に記載の
    プラズマ処理方法。
26. 【請求項２６】 前記第２の周波数は、１０ＭＨｚ乃至
    ４０ＭＨｚであることを特徴とする請求項２４に記載の
    プラズマ処理方法。
27. 【請求項２７】 前記第２の周波数は、４０ＭＨｚ乃至
    １００ＭＨｚであることを特徴とする請求項２４に記載
    のプラズマ処理方法。
28. 【請求項２８】 前記第２高周波電力は、前記第１の電
    極がアノードの期間に供給されることを特徴とする請求
    項２４に記載のプラズマ処理方法。
29. 【請求項２９】 チャンバ内の第１の電極上に半導体ウ
    ェハを搭載し、 前記第１の電極に第１の周波数の第１高周波電力を供給
    し、 前記第１の電極に対向させて第２の電極を配置し、 前記チャンバ内にガスを供給し、 前記第１及び第２の電極を介すことなく前記ガスにエネ
    ルギーを投入してプラズマを発生させることを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
30. 【請求項３０】 前記第１の周波数は、１００ｋＨｚ乃
    至１ＭＨｚであることを特徴とする請求項２９に記載の
    プラズマ処理方法。
31. 【請求項３１】 前記第２の電極には第２の周波数の第
    ２高周波電力を供給することを特徴とする請求項２９に
    記載のプラズマ処理方法。
32. 【請求項３２】 前記第２の周波数は、１０ＭＨｚ乃至
    ４０ＭＨｚであることを特徴とする請求項３１に記載の
    プラズマ処理方法。
33. 【請求項３３】 前記第２の周波数は、４０ＭＨｚ乃至
    １００ＭＨｚであることを特徴とする請求項３１に記載
    のプラズマ処理方法。
34. 【請求項３４】 前記第２の周波数は、前記第１の周波
    数の整数倍であることを特徴とする請求項３１に記載の
    プラズマ処理方法。
35. 【請求項３５】 前記第２の周波数は、前記第１の周波
    数よりも高いことを特徴とする請求項３１記載のプラズ
    マ処理方法。
36. 【請求項３６】 前記第２高周波電力は、前記第１の電
    極がアノードの期間に供給することを特徴とする請求項
    ３１に記載のプラズマ処理方法。
37. 【請求項３７】 前記エネルギーの投入は、前記チャン
    バ内に高周波の磁界を発生させることであり、 前記第２の電極に第２の周波数の第２高周波電力を供給
    することを特徴とする請求項２９に記載のプラズマ処理
    方法。
38. 【請求項３８】 前記エネルギーの投入は、前記チャン
    バ内に高周波の磁界を発生させることであり、 前記第２の電極を一定の電位に保持し、 前記第１の電極にさらに第２の周波数の第２高周波電力
    を供給することを特徴とする請求項２９に記載のプラズ
    マ処理方法。
39. 【請求項３９】 前記第２の電極を接地電位に保持する
    ことを特徴とする請求項３８に記載のプラズマ処理方
    法。
40. 【請求項４０】 チャンバ内の第１の電極上に半導体ウ
    ェハを搭載し、 前記第１の電極に対向させて第２の電極を配置し、 前記チャンバ内にガスを供給し、前記ガスに前記第１及
    び第２の電極を介すことなくエネルギーを投入してプラ
    ズマを発生させ、 前記第２の電極に第１の周波数の第１高周波電力を供給
    することを特徴とするプラズマ処理方法。
41. 【請求項４１】 前記第１の周波数は、１０ＭＨｚ乃至
    ４０ＭＨｚであることを特徴とする請求項４０に記載の
    プラズマ処理方法。
42. 【請求項４２】 前記第１の周波数は、４０ＭＨｚ乃至
    １００ＭＨｚであることを特徴とする請求項４０に記載
    のプラズマ処理方法。
43. 【請求項４３】 前記エネルギーの投入は、前記チャン
    バ内へのマイクロ波の導入であることを特徴とする請求
    項４０に記載のプラズマ処理方法。
44. 【請求項４４】 前記エネルギーの投入は、前記チャン
    バ内に高周波の磁界を発生させることであり、 前記第１の電極を一定の電位に保持し、 前記第２の電極にさらに第２の周波数の第２高周波電力
    を供給することを特徴とする請求項４０に記載のプラズ
    マ処理方法。
45. 【請求項４５】 前記第１の電極を接地電位に保持する
    ことを特徴とする請求項４４に記載のプラズマ処理方
    法。
46. 【請求項４６】 前記第１及び第２の電極間の距離を電
    子の平均自由行程の２倍以下に設定することを特徴とす
    る請求項２９又は４０に記載のプラズマ処理方法。
47. 【請求項４７】 前記エネルギーの投入は、前記第１の
    電極と前記第２の電極の側方の領域で行われ、該領域で
    生成されたプラズマを前記第１の電極と前記第２の電極
    の間に導入することを特徴とする請求項２９又は４０に
    記載のプラズマ処理方法。