(57)【要約】【課題】基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる載置台を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１０の載置台１２は、第１の高周波電源２８及び第２の高周波電源２９に接続される下部電極２０と、該下部電極２０の上面中央部分において埋設される誘電体層２１と、該誘電体層２１の上に載置される静電チャック２２とを有し、該静電チャック２２が有する電極膜３７は以下の条件を満たす。δ／ｚ  ≧  ８５  （但し、δ＝（ρｖ／（μπｆ））１／２）  且つウエハＷの表面抵抗率  ＞  電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率但し、ｚ：電極膜３７の厚さ（ｍ）、δ：第１の高周波電源２８から供給される高周波電力に対する電極膜３７のスキンデプス、ｆ：上記高周波電力の周波数（Ｈｚ）、π：円周率、μ：電極膜３７の透磁率（Ｈ／ｍ）、ρｖ：電極膜３７の比抵抗（Ω・ｍ）【選択図】図３
2010080597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、
該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、
該誘電体層の上に載置される静電チャックとを備え、
該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を有することを特徴とする載置台。
δ／ｚ  ≧  ８５  （但し、δ＝（ρｖ／（μπｆ））１／２）  且つ
前記基板の表面抵抗率  ＞  前記電極膜の中央部分における表面抵抗率
但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρｖ：前記電極膜の比抵抗
【請求項２】
基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、
プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、
該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、
該誘電体層の上に載置される静電チャックとを備え、
該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を有することを特徴とする載置台。
１１５Ω／□  ≦  ρｓ  且つ
前記基板の表面抵抗率  ＞  前記電極膜の中央部分における表面抵抗率
但し、ρｓ：前記電極膜の表面抵抗率
【請求項３】
前記電極膜は以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の載置台。
前記電極膜の周縁部分における表面抵抗率  ＞  前記電極膜の中央部分における表面抵抗率
【請求項４】
前記電極膜における前記周縁部分及び前記中央部分の境界は、前記誘電体層の周縁端よりも１０ｍｍ以上前記導電体部材の周縁側に位置し、
前記電極膜の中央部分における表面抵抗率は２×１０２Ω／□以下であることを特徴とする請求項３記載の載置台。
【請求項５】
前記プラズマ生成用の高周波電源は４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の載置台。
【請求項６】
前記イオン引き込み用の高周波電源は１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の載置台。
【請求項７】
前記基板の表面抵抗率は２６Ω／□以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の載置台。
【請求項８】
基板が載置される載置台を備え、
前記載置台は、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを有するプラズマ処理装置であって、
前記静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
δ／ｚ  ≧  ８５  （但し、δ＝（ρｖ／（μπｆ））１／２）  且つ
前記基板の表面抵抗率  ＞  前記電極膜の中央部分における表面抵抗率
但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρｖ：前記電極膜の比抵抗
【請求項９】
基板が載置される載置台を備え、
前記載置台は、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを有するプラズマ処理装置であって、
前記静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ以下の条件を満たす電極膜を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
１１５Ω／□  ≦  ρｓ  且つ
前記基板の表面抵抗率  ＞  前記電極膜の中央部分における表面抵抗率
但し、ρｓ：前記電極膜の表面抵抗率
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理が施される基板が載置される載置台及び該載置台を備えるプラズマ処理装置に関し、特に、誘電体層が埋設された載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、処理ガスから生じたプラズマを用いて半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理、例えば、ドライエッチングやアッシングが施される。このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、例えば平行平板状の一対の電極が上下に対向されて配置され、該対向する電極の間に高周波電力が印加されて処理ガスからプラズマが生じる。プラズマ処理が施される際、ウエハは載置台としての下側の電極上に載置される。
【０００３】
近年、プラズマ処理ではイオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを用いることが多く、これに対応して、電極の間に印加される高周波電力の周波数が従来（例えば、１０数ＭＨｚ程度）と比べて、例えば１００ＭＨｚと非常に高い。ところが、印加する高周波電力の周波数を上昇させると、電極表面の中央部分、すなわち、ウエハの中央部分に対向する空間で電界の強度が強くなる一方で、電極表面の周縁部分に対向する空間では電界の強度が弱くなることが確認されている。このように電界の強度分布が不均一になると、発生するプラズマの電子密度も不均一となるため、例えば、イオンを用いるドライエッチングではウエハの位置によってエッチング速度が異なり、その結果、ドライエッチングの面内均一性を確保するのが困難であるという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、下側の電極（載置台）の対向表面の中央部分にセラミックス等の誘電体層を埋設することによって電界の強度分布を均一にし、プラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１０（Ａ）に示すように、プラズマ処理装置８０では下部電極８１へ高周波電源８２から高周波電力を供給すると、表皮効果によって下部電極８１の表面を伝播して上部に達した高周波電流は、ウエハＷに沿って中央部分に向かいつつ、一部がウエハＷの中央部分から下部電極８１側に漏れて、その後下部電極８１内を外側へ向かって流れる。ここで、誘電体層８３が埋設されている部位では、高周波電流が他の部位よりも深く潜ることができ、これにより、下部電極８１の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生する。その結果、ウエハＷの中央部分に対向する空間における電界の強度を下げることができ、ウエハＷに対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができる。
【０００６】
プラズマ処理は減圧雰囲気で行われる場合が多いため、図１０（Ｂ）に示すように、プラズマ処理装置８０ではウエハＷの固定に静電チャック８４が用いられる。静電チャック８４では、誘電体、例えば、アルミナからなる下側部材及び上側部材の間に導電性の電極膜８５が挟まれる。プラズマ処理では、該電極膜８５へ高圧直流電源８６から高圧直流電力を供給して静電チャック８４の上側部材表面に生じるクーロン力によってウエハＷを静電吸着して固定する。
【特許文献１】特開２００４−３６３５５２号公報（第１５頁第８４〜８５段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プラズマ処理装置８０の各構成部品は高周波電流に関する電気回路を構成すると考えられる一方、ウエハＷはシリコン等の半導体からなるため、該ウエハＷも電気回路の構成要素と考えられる。ここで、ウエハＷが静電チャック８４に静電吸着される際、該ウエハＷと電極膜８５とは互いに平行となるため、該ウエハＷと電極膜８５とは上記電気回路において並列に配置された抵抗に該当すると考えられる。
【０００８】
したがって、ウエハＷを流れる高周波電流の値は、該ウエハＷの抵抗値と電極膜８５の抵抗値とのバランスによって左右される。例えば、電極膜８５の抵抗値がウエハＷの抵抗値よりも大きい場合、高周波電流は主としてウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へと流れる（図１１（Ａ））。このとき、図１１（Ｂ）に示すように、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けて大きな電位差が生じ、該電位差に起因してゲート酸化膜８７がチャージアップして劣化するという問題があった。
【０００９】
また、電極膜８５の抵抗値が極端に小さい場合、ウエハＷの中央部分から下部電極８１側に漏れる高周波電流が電極膜８５を流れ易くなるため、該中央部分において高周波電流が深く潜ることができない。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させることができず、電界の強度分布が不均一になり、ウエハＷの中央部分に対向する空間においてプラズマの電子密度が高くなるため、ウエハＷにおいて中央部分から周縁部分に向けて直流的な電流が流れる。このときも、ウエハＷ上の半導体デバイスにおいてゲート酸化膜８７がチャージアップして劣化するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる載置台及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「δ／ｚ≧８５（但し、δ＝（ρｖ／（μπｆ））１／２）」且つ条件「前記基板の表面抵抗率＞前記電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有することを特徴とする。但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρｖ：前記電極膜の比抵抗。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２記載の載置台は、基板が載置されるプラズマ処理装置用の載置台であって、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを備え、該静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「１１５Ω／□≦ρｓ」且つ条件「前記基板の表面抵抗率＞前記電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有することを特徴とする。但し、ρｓ：前記電極膜の表面抵抗率。
【００１３】
請求項３記載の載置台は、請求項１又は２記載の載置台において、前記電極膜は条件「前記電極膜の周縁部分における表面抵抗率＞前記電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たすことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の載置台は、請求項３記載の載置台において、前記電極膜における前記周縁部分及び前記中央部分の境界は、前記誘電体層の周縁端よりも１０ｍｍ以上前記導電体部材の周縁側に位置し、前記電極膜の中央部分における表面抵抗率は２×１０２Ω／□以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の載置台は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の載置台において、前記プラズマ生成用の高周波電源は４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の載置台は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の載置台において、前記イオン引き込み用の高周波電源は１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給することを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の載置台は、請求項１又は２記載の載置台において、前記基板の表面抵抗率は２６Ω／□以上であることを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項８記載のプラズマ処理装置は、基板が載置される載置台を備え、前記載置台は、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを有するプラズマ処理装置であって、前記静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「δ／ｚ≧８５（但し、δ＝（ρｖ／（μπｆ））１／２）」且つ条件「前記基板の表面抵抗率＞前記電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有することを特徴とする。但し、ｚ：前記電極膜の厚さ、δ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力に対する前記電極膜のスキンデプス、ｆ：前記プラズマ生成用の高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π：円周率、μ：前記電極膜の透磁率、ρｖ：前記電極膜の比抵抗。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項９記載のプラズマ処理装置は、基板が載置される載置台を備え、前記載置台は、プラズマ生成用の高周波電源及びイオン引き込み用の高周波電源に接続される導電体部材と、該導電体部材の上面中央部分において埋設される誘電体層と、該誘電体層の上に載置される静電チャックとを有するプラズマ処理装置であって、前記静電チャックは高圧直流電源に接続され、且つ条件「１１５Ω／□≦ρｓ」且つ条件「前記基板の表面抵抗率＞前記電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有することを特徴とするプラズマ処理装置。但し、ρｓ：前記電極膜の表面抵抗率。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の載置台及び請求項８記載のプラズマ処理装置によれば、条件「δ／ｚ≧８５」及び条件「基板の表面抵抗率＞電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有する静電チャックを備える。δ（スキンデプス）は電極膜において電界の強度が１／ｅだけ減少する厚みであり、δが大きいほど電界が電極膜を透過し易くなるため高周波電流が該電極膜を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、δ／ｚ≧８５であれば、プラズマ生成用の高周波電源からの高周波電流の大部分は電極膜を流れることなく該電極膜を厚さ方向に透過して誘電体層へ向けて深く潜ることができる。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて基板に対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができ、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。また、基板の表面抵抗率が電極膜の中央部分における表面抵抗率よりも大きいため、イオン引き込み用の高周波電源からの高周波電流は基板の周縁部分を流れた後、基板の中央部分ではなく電極膜の中央部分を流れる。これにより、基板の中央部分において電位は変化しないため、基板の周縁部分から基板の中央部分へ向けて大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。
【００２１】
請求項２記載の載置台及び請求項９記載のプラズマ処理装置によれば、条件「１１５Ω／□  ≦ρｓ」及び条件「基板の表面抵抗率＞電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有する静電チャックを備える。電極膜の表面抵抗率が大きいほど高周波電流が電極膜を流れ難くなるため高周波電流が該電極膜を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、１１５Ω／□  ≦ρｓであれば、プラズマ生成用の高周波電源からの高周波電流の大部分は電極膜を流れることなく該電極膜を厚さ方向に透過して誘電体層へ向けて深く潜ることができ、その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて基板に対向する空間における電界の強度分布を均一にすることができ、基板において直流的な電流の発生を防止することができる。また、基板の表面抵抗率が電極膜の中央部分における表面抵抗率よりも大きいため、イオン引き込み用の高周波電源からの高周波電流は基板の周縁部分を流れた後、基板の中央部分ではなく電極膜の中央部分を流れる。これにより、基板の中央部分において電位は変化しないため、基板の周縁部分から基板の中央部分へ向けて大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、基板上の半導体デバイスにおける絶縁膜の劣化を防止することができる。
【００２２】
請求項３記載の載置台によれば、条件「電極膜の周縁部分における表面抵抗率＞電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜を有する静電チャックを備えるので、電極膜において周縁部分よりも中央部分に多くの高周波電流が流れる。すなわち、誘電体層の上方において高周波電流に起因するエネルギーが集中するため、ＴＭモードの空洞円筒共振が発生し易く、これにより、電極膜の中央部分（すなわち、基板の中央部分）に対向する空間における電界の強度を確実に下げることができる。
【００２３】
請求項４記載の載置台によれば、電極膜における周縁部分及び中央部分の境界は、誘電体層の周縁端よりも１０ｍｍ以上導電体部材の周縁側に位置するので、電極膜において基板よりも表面抵抗率の低い部分が大きくなり、高周波電流がより積極的に基板よりも電極膜を流れる。これにより、基板を流れる高周波電流の量を少なくすることができ、もって基板において大きな電位差が生じるのを防止することができる。また、誘電体層の上方に位置する電極膜の中央部分により多くの高周波電流が流れて該高周波電流に起因するエネルギーがより集中するため、より確実にＴＭモードの空洞円筒共振を発生させることができる。
【００２４】
請求項５記載の載置台によれば、イオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを発生させることができる。
【００２５】
請求項６記載の載置台によれば、プラズマ中のイオンを載置台に載置された基板に向けて確実に引き込むことができる。
【００２６】
請求項７記載の載置台によれば、基板の表面抵抗率は２６Ω／□以上である。一般に流通する基板の表面抵抗率は２６Ω／□以上であるので、条件「基板の表面抵抗率＞電極膜の中央部分における表面抵抗率」を満たす電極膜では、一般に流通する基板に関して、高周波電流を基板の中央部分ではなく電極膜の中央部分に確実に流すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る載置台を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は直径が、例えば、３００ｍｍの半導体ウエハ（基板）にプラズマエッチング、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やアッシングを施すように構成されている。
【００２９】
図１において、プラズマ処理装置１０は、例えば、真空チャンバからなる処理容器１１と、該処理容器１１内の底面中央部分に配設された載置台１２と、該載置台１２の上方に載置台１２と対向するように設けられた上部電極１３とを備える。
【００３０】
処理容器１１は小径の円筒状の上部室１１ａと、大径の円筒状の下部室１１ｂとを有する。上部室１１ａと下部室１１ｂとは互いに連通しており、処理容器１１全体は気密に構成される。上部室１１ａ内には載置台１２や上部電極１３が格納され、下部室１１ｂ内には載置台１２を支えると共に冷媒やバックサイドガス用の配管を収めた支持ケース１４が格納される。
【００３１】
下部室１１ｂの底面には排気口１５が設けられ、該排気口１５には排気管１６を介して排気装置１７が接続される。該排気装置１７はＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ、ＤＰ（Dry Pump）やＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）を有し（いずれも図示しない）、ＡＰＣバルブ等は制御部（図示しない）からの信号によって制御され、処理容器１１内全体を真空排気して所望の真空度に維持する。一方、上部室１１ａの側面にはウエハＷの搬出入口１８が設けられており、該搬出入口１８はゲートバルブ１９によって開閉可能である。また、上部室１１ａと下部室１１ｂとはアルミニウム等の導電性の部材から構成され、且つ接地される。
【００３２】
載置台１２は、例えば、導電体であるアルミニウムからなる台状部材であるプラズマ生成用の下部電極２０（導電体部材）と、後述の処理空間内において電界の強度を均一にするために下部電極２０の上面中央部分に埋設された、例えば、誘電体であるセラミックスからなる誘電体層２１と、ウエハＷを載置面において静電吸着して固定するための静電チャック２２とを有する。載置台１２では、下部電極２０、誘電体層２１及び静電チャック２２がこの順で積層されている。また、下部電極２０が支持ケース１４上に設置された支持台２３に絶縁部材２４を介して固定され、処理容器１１に対して電気的に十分浮いた状態になっている。
【００３３】
下部電極２０内には冷媒を通流させるための冷媒流路２５が形成され、冷媒が冷媒流路２５を流れることによって下部電極２０が冷却され、静電チャック２２上面の載置面に載置されたウエハＷが所望の温度に冷却される。
【００３４】
静電チャック２２は、誘電体からなり、導電性の電極膜３７を内包する。該電極膜３７は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）に炭化モリブデン（ＭｏＣ）を含有させた電極材料からなる。静電チャック２２はウエハＷを確実に静電吸着するために、該ウエハＷと同じように円板状を呈するので、該静電チャック２２に内包される電極膜３７も円板状を呈する。また、電極膜３７は、後述するように、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が周縁部分３７ｂにおける表面抵抗率よりも小さい。電極膜３７には高圧直流電源４２が接続され、電極膜３７に供給された高圧直流電力は静電チャック２２の載置面及びウエハＷの間にクーロン力を生じさせてウエハＷを静電吸着して固定する。
【００３５】
また、静電チャック２２には載置面とウエハＷの裏面との間の熱伝達性を高めるためのバックサイドガスを放出する貫通孔２６が開口している。該貫通孔２６は、下部電極２０内等に形成されたガス流路２７と連通しており、該ガス流路２７を介してガス供給部（図示しない）から供給されたヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが放出される。
【００３６】
下部電極２０には、周波数が、例えば、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給する第１の高周波電源２８（プラズマ生成用の高周波電源）と、第１の高周波電源２８よりも周波数の低い、例えば、１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給する第２の高周波電源２９（イオン引き込み用の高周波電源）とがそれぞれ整合器３０、３１を介して接続される。第１の高周波電源２８より供給される高周波電力は、後述する処理ガスからプラズマを生じさせ、第２の高周波電源２９より供給される高周波電力は、ウエハＷにバイアス電力を供給してプラズマ中のイオンをウエハＷに引き込む。
【００３７】
また、下部電極２０の上面外縁部には、静電チャック２２を囲むようにフォーカスリング３２が配置される。フォーカスリング３２は後述する処理空間内においてプラズマをウエハＷが対向する空間よりも広げてウエハＷの面内におけるエッチング速度の均一性を向上させる。
【００３８】
支持台２３の下部外側には該支持台２３を取り囲むようにバッフル板３３が設けられる。バッフル板３３は、上部室１１ａ内の処理ガスをバッフル板３３と上部室１１ａ壁部との間に形成された隙間を介して下部室１１ｂへ通流させることにより、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たすとともに、後述する処理空間内のプラズマが下部室１１ｂへ漏洩するのを防止する。
【００３９】
また、上部電極１３は、上部室１１ａ内に面する導電材からなる天井電極板３４と、該天井電極板を釣支する電極板支持体３５と、該電極板支持体３５内に設けられたバッファ室３６とを有する。バッファ室３６にはガス導入管３８の一端が接続され、該ガス導入管３８の他端は処理ガス供給源３９に接続される。処理ガス供給源３９は、処理ガス供給量の制御機構（図示しない）を有し、処理ガスの供給量の制御を行う。また、天井電極板３４には、該天井電極板３４を貫通してバッファ室３６及び上部室１１ａ内を連通させる多数のガス供給孔４０が形成される。
【００４０】
上部電極１３では処理ガス供給源３９からバッファ室３６に供給された処理ガスがガス供給孔４０を介して上部室１１ａ内へ分散供給されるので、上部電極１３は処理ガスのシャワーヘッドとして機能する。また、上部電極１３が上部室１１ａの壁部に固定されることによって上部電極１３と処理容器１１との間には導電路が形成される。
【００４１】
プラズマ処理装置１０では、上部室１１ａの周囲においてゲートバルブ１９の上下に２つのマルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂが配置される。マルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂでは、複数の異方性セグメント柱状磁石（図示しない）がリング状の磁性体のケーシング（図示しない）に収容され、該ケーシング内において隣接する複数のセグメント柱状磁石の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置される。これにより、磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上部電極１３と下部電極２０との間に位置する処理空間の周辺に磁場が形成され、該磁場によって処理空間へプラズマを閉じこめる。なお、プラズマ処理装置１０の装置構成をマルチポールリング磁石４１ａ、４１ｂを備えない装置構成としてもよい。
【００４２】
プラズマ処理装置１０では、ウエハＷにＲＩＥやアッシングを施す際、処理容器１１内の圧力を所望の真空度に調整した後、処理ガスを上部室１１ａ内に導入して第１の高周波電源２８及び第２の高周波電源２９から高周波電力を供給することにより、処理ガスからプラズマを生じさせると共に、該プラズマ中のイオンをウエハＷに引き込む。このとき、イオンのエネルギーが低く且つ電子密度の高いプラズマを発生させるためには、第１の高周波電源２８が４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給するのがよく、さらに、プラズマ中のイオンをウエハＷに向けて確実に引き込むには、第２の高周波電源２９が１３．５６ＭＨｚ以下の高周波電力を供給するのがよい。第１の高周波電源２８や第２の高周波電源２９から供給された高周波電力は、下部電極２０→プラズマ→上部電極１３→処理容器１１の壁部→接地からなる経路を流れる。
【００４３】
プラズマ処理装置１０では、第１の高周波電源２８が供給する高周波電力の周波数が高い（４０ＭＨｚ以上）ので、処理空間においてウエハＷの中央部分に対向する部分の電界の強度が強くなる傾向がある。この傾向を解消して処理空間において電界の強度分布を均一にするために、プラズマ処理装置１０は下部電極２０に誘電体層２１を備える。該誘電体層２１の存在により、第１の高周波電源２８からの高周波電流は、ウエハＷの中央部分から静電チャック２２を介して下部電極２０の誘電体層２１に向けて深く潜る。その結果、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生し、処理空間における電界の強度分布を均一にする。
【００４４】
このプラズマ処理装置１０では、第１の高周波電源２８、下部電極２０、誘電体層２１、静電チャック２２、電極膜３７（中央部分３７ａ、周縁部分３７ｂ）、ウエハＷ及び処理空間に発生するプラズマＰＺ等（図２（Ａ））が、図２（Ｂ）に示すような電気回路４３を構成する。また、第２の高周波電源２９等（図３（Ａ））が、図３（Ｂ）に示すような電気回路４４を構成する。
【００４５】
図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）において、キャパシタＣＩは誘電体層２１のキャパシタであり、キャパシタＣｃ１は下部電極２０及び静電チャック２２の間のキャパシタであり、キャパシタＣｃ２は静電チャック２２及びウエハＷの間のキャパシタであり、キャパシタＣＴはゲート酸化膜のキャパシタであり、キャパシタＣＰはプラズマＰＺのシースキャパシタであり、抵抗ＲＣはプラズマＰＺの抵抗であり、抵抗ＲＷはウエハＷの抵抗であり、抵抗ＲＥＩは電極膜３７の中央部分３７ａの抵抗であり、抵抗ＲＥＯは電極膜３７の周縁部分３７ｂの抵抗である。
【００４６】
図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）の電気回路４３（４４）では、下部電極２０の中央部分においてのみ誘電体層２１が存在するため、下部電極２０の中央部分に対応する回路４３ａ（４４ａ）と、下部電極２０の周縁分に対応する回路４３ｂ（４４ｂ）とが存在していると考えられ、回路４３ａ（４４ａ）と回路４３ｂ（４４ｂ）とはウエハＷの抵抗ＲＷ並びに電極膜３７の抵抗ＲＥＩ及びＲＥＯによってブリッジされる。また、ウエハＷが静電チャック２２の載置面に載置される際、該ウエハＷと電極膜３７は互いに平行となるため、抵抗ＲＷと、抵抗ＲＥＩ及びＲＥＯとは電気回路的に並行に配置されることとなる。
【００４７】
第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において、電極膜３７の抵抗ＲＥ（特にＲＥＯ）が小さいと、ウエハＷの中央部分から静電チャック２２を厚さ方向へ透過する第１の高周波電源２８からの高周波電流は、さらに誘電体層２１に向けて潜る代わりに電極膜３７の中央部分３７ａから周縁部分３７ｂへ流れ、誘電体層２１へ殆ど到達しない。その結果、誘電体層２１へ潜る高周波電流に起因し且つ電極膜３７を透過する電界を発生させることが困難となる。この現象を以下に説明する。
【００４８】
本実施の形態では、電極膜３７を透過する電界の減少の程度を示す指標として、電極膜３７のスキンデプスδを用いる。スキンデプスδとは電極膜３７を透過する電界が１／ｅだけ減少する厚みであり、スキンデプスδが大きいと電界が減少しにくく、電界が電極膜３７をよく透過し、スキンデプスδが小さいと電界が減少し易く、電界が電極膜３７を透過しにくい。スキンデプスδは下記式（１）で表される。
δ＝（２ρｖ／（μω））１／２＝（ρｖ／（μπｆ））１／２  …  （１）
ここで、μは電極膜３７の透磁率（Ｈ／ｍ）であり、ωは２πｆ（π：円周率、ｆ：第１の高周波電源２８から供給される高周波電力の周波数（Ｈｚ））であり、ρｖは電極膜３７を構成する電極材料の比抵抗（Ω・ｍ）である。
【００４９】
また、電極膜３７中に形成される電界Ｅはマクスウェルの方程式から下記式（２）で表される。
Ｅ＝Ｅ０・ｅｘｐ（−ｉωｔ）・ｅｘｐ（ｉｚ／δ）・ｅｘｐ（−ｚ／δ）  …  （２）
ここで、ｚは電極膜３７の厚さ（ｍ）であり、Ｅ０は電極膜３７に入射する電界の強度である。
【００５０】
すなわち、第１の高周波電源２８から供給される高周波電力の電界が電極膜３７を透過する透過率「Ｅ／Ｅ０」は、下記式（３）に示すように、「ｅｘｐ（−ｚ／δ）」に比例する。
Ｅ／Ｅ０∝ｅｘｐ（−ｚ／δ）  …  （３）
上記式（３）より「ｚ／δ」の値が「０」に近づくほど電界の透過率は１．０（１００％）に近づき、「δ」が小さいほど電界の透過率が低くなる。ここで、電極膜３７の抵抗ＲＥが小さいことは電極膜３７の比抵抗ρｖが小さいことに他ならないので、抵抗ＲＥが小さいと「（ρｖ／（μπｆ））１／２」で示されるスキンデプスδが小さくなり、電極膜３７を透過する電界を発生させることが困難となる。
【００５１】
電極膜３７を透過する電界が殆ど発生しないと、下部電極２０の中央部分においてＴＭモードの空洞円筒共振が発生せず、処理空間におけるウエハＷの中央部分に対向する部分（以下、「中央空間」という。）の電界の強度が、処理空間におけるウエハＷの周縁部分に対向する部分の電界の強度よりも大きくなり、中央空間においてプラズマの電子密度が高くなる。その結果、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布が不均一になる。
【００５２】
また、このとき、処理空間におけるプラズマの電子密度分布の不均一に起因して電気回路４３における、抵抗ＲＣ、キャパシタＣＰ、キャパシタＣＴ、及び抵抗ＲＷによって構成される回路において直流的な電流（図２（Ｂ）において破線矢印で示す）が発生する。直流的な電流がウエハＷを流れるとき、ウエハＷ上の半導体デバイス（以下、単に「デバイス」という。）においてゲート酸化膜（絶縁膜）がチャージアップしてダメージを受けて劣化する。
【００５３】
第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布を均一にし、且つデバイスにおいてゲート酸化膜の劣化を防止するには、第１の高周波電源２８からの高周波電流が電極膜３７を流れるのを抑制し、該高周波電流を誘電体層２１に向けて深く潜らせて電極膜３７を透過する電界を発生させる必要があるが、このためには上記式（３）より、「δ／ｚ」を大きくすればよい。また、「δ／ｚ」を大きくするには、スキンデプスδを大きくすればよい。スキンデプスδは、上述したように「（ρｖ／（μπｆ））１／２」で表されるため、スキンデプスδを大きくするには、周波数が一定の場合、比抵抗ρｖの大きな電極材料を使用して電極膜３７の抵抗ＲＥを大きくすればよい。また、高周波電力の周波数が高いほどスキンデプスδは小さくなるので（δ∝（１／ω）＝（１／２πｆ））、高周波電力の周波数を高くした場合には、電極膜３７の構成材料として比抵抗ρｖのより大きな電極材料を使用すればよい。
【００５４】
本発明者は、処理空間におけるプラズマの電子密度分布の不均一を防止して、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布を均一にし、且つデバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化を防止するためのδ／ｚ（及び抵抗ＲＥ）を見出すべく、δ／ｚ（及び抵抗ＲＥ）の値が異なる複数の電極膜３７を準備した。そして、各電極膜３７を用いてプラズマ処理装置１０においてウエハＷのフォトレジストにアッシングを施し、各ウエハＷの面内におけるフォトレジストのエッチング速度の分布を観測し、その結果を図４のグラフに示した。以下、電極膜３７の抵抗ＲＥから該電極膜３７の厚さの影響を取り除くべく、電極膜３７の抵抗値を表面抵抗率ρｓで表した。表面抵抗率ρｓは下記式（４）で表される単位面積あたりの抵抗値を示す値であり、電極膜３７を構成する電極材料の物性値（比抵抗ρｖ）及び該電極膜３７の厚さで決まる。
ρｓ＝ρｖ／ｚ  （Ω／□）  …  （４）
ここで用いた各電極膜３７のδ／ｚ（及びρｓ）は、７５１８（及び８．９×１０５Ω／□）、６７１１（及び２．６７×１０５Ω／□）、２９７（及び１７４０Ω／□）、１９５（及び７５０Ω／□）、１２４（及び３０４Ω／□）、１０３（及び２０８Ω／□）、９２（及び１６６Ω／□）、８５（及び１１５Ω／□）、並びに４７（及び３５Ω／□）であった。
【００５５】
また、このときのアッシングでは、処理ガスとしてＯ２単ガスを流量１００ｓｃｃｍで上部室１１ａ内に導入し、第１の高周波電源２８が供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに設定し、且つその値を２０００Ｗに設定したが、第２の高周波電源２９からは高周波電力を供給しなかった。
【００５６】
図４のグラフでは、横軸がウエハＷの中心からの距離であり、縦軸がエッチング速度（ｎｍ／分）である。また、破線がδ／ｚ（及び表面抵抗率）＝４７（３５Ω／□）の場合に該当し、他の実線がδ／ｚ（及び表面抵抗率）≧８５（及び１１５Ω／□）の場合に該当する。
【００５７】
図４のグラフより、δ／ｚを８５以上（ρｓを１１５Ω／□以上）にすれば、ウエハＷの面内におけるエッチング速度の分布をほぼ均一にすることができるのが分かった。また、エッチング速度の分布をほぼ均一にできるのは、処理空間におけるプラズマの電子密度分布がほぼ均一であると考えられるため、δ／ｚを８５以上（ρｓを１１５Ω／□以上）にすれば、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化をほぼ防止することができるのが分かった。本実施の形態では、上述したエッチング速度の分布の観測結果に基づいて、δ／ｚを８５以上（ρｓを１１５Ω／□以上）に設定する。
【００５８】
また、電気回路４４において、第２の高周波電源２９から高出力の高周波電力が供給されると、下部電極２０の中央部分に対応する回路４４ａには誘電体層２１のキャパシタＣＩが存在するため、第２の高周波電源２９からの高周波電流は主として回路４４ａではなく下部電極２０の周縁部分に対応する回路４４ｂを流れ、やがて回路４４ａへ還流する（図３（Ｂ）において太実線矢印で示す）。
【００５９】
ここで、上述したように、第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において処理空間におけるプラズマの電子密度分布の不均一を防止するために、電極膜３７の抵抗ＲＥが大きく設定されるため、電極膜３７の抵抗ＲＥがウエハＷの抵抗ＲＷよりも大きくなる場合がある。電極膜３７の抵抗ＲＥをウエハＷの抵抗ＲＷよりも大きく設定していた場合、回路４４ａへ還流する高周波電流は主として電極膜３７ではなくウエハＷをその周縁部分から中央部分へ流れる。このとき、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けて大きな電位差が生じ、ウエハＷの面内におけるゲート酸化膜（絶縁膜）のチャージのバランスが崩れる。その結果、ウエハＷ上のデバイスにおいてゲート酸化膜がチャージアップしてダメージを受けて劣化する。
【００６０】
第２の高周波電源２９から高出力の高周波電力が供給される場合において、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化を防止するためには、第２の高周波電源２９からの高周波電流がウエハＷにおいて周縁部分から中央部分へと流れるのを防止する必要があるが、そのためにはウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分に高周波電流を流せばよい。
【００６１】
高周波電流をウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分に流すためには、電極膜３７の中央部分３７ａにおける抵抗ＲＥＩをウエハＷの抵抗ＲＷよりも小さくして、ウエハＷの周縁部分を流れた高周波電流がウエハＷの中央部分を流れにくくなるようにすればよい。本実施の形態では、これに対応して、電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率がウエハＷにおける表面抵抗率よりも小さく設定される。これにより、図５（Ａ）に示すように、ウエハＷの周縁部分を流れた高周波電流はウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分３７ａを流れる。このとき、ウエハＷにおける電位は、図５（Ｂ）に示すように、周縁部分においては変化するものの、中央部分においては高周波電流が流れないために変化しない。その結果、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けて大きな電位差が生じることがなく、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、上述したように、第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において処理空間におけるプラズマの電子密度分布の不均一を防止するためには電極膜３７の抵抗ＲＥが大きく設定されるのが好ましいため、少なくとも電極膜３７の周縁部分３７ｂにおける抵抗ＲＥＯはウエハＷの抵抗ＲＷよりも大きく設定される。したがって、電極膜３７においては、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が周縁部分３７ｂにおける表面抵抗率よりも小さくなる。
【００６３】
本発明者は、高周波電流をウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分に流すための電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率を見出すべく、複数の中央部分３７ａにおける表面抵抗率（２×１０３Ω／□、２×１０２Ω／□、２×１０Ω／□、２Ω／□）について、第２の高周波電源２９から高出力の高周波電力が供給されるときの電位分布のシミュレーションを行った。このときの、ウエハＷの表面抵抗率は２６Ω／□であり、電極膜３７の周縁部分３７ｂにおける表面抵抗率は２×１０５Ω／□であり、第２の高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数は２ＭＨｚであった。なお、比較のために電極膜３７の全面の表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合についても電位分布のシミュレーションを行った。
【００６４】
また、このときに、電極膜３７における中央部分３７ａ及び周縁部分３７ｂの境界の最適位置を見いだすべく、複数の境界の位置（境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合、境界の位置が誘電体層２１の周縁端と同じ位置に位置する場合、境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも−１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合）について上記電位分布のシミュレーションを行った。
【００６５】
図６は、第２の高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数が２ＭＨｚであるときのウエハＷにおける電位分布のシミュレーションの結果であり、図６（Ａ）は、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも−１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合における電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図６（Ｂ）は、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端と同じ位置に位置する場合における電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフであり、図６（Ｃ）は、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも＋１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合における電位分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００６６】
各グラフにおいて、電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「◆」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０２Ω／□である場合の結果は「■」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０Ω／□である場合の結果は「▲」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２Ω／□である場合の結果は「●」で示され、電極膜３７の全面の表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「×」で示されている。
【００６７】
図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）のグラフを比較すると、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも−１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合（図６（Ａ））や上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端と同じ位置に位置する場合（図６（Ｂ））では、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けての電位差が依然として大きいが、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも＋１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する場合（図６（Ｃ））では、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０２Ω／□以下、特に２×１０Ω／□以下であると、高周波電流がウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分を流れてウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けての電位差が小さくなることが分かった。
【００６８】
また、本発明者は、第２の高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数が２ＭＨｚであるときと同様に、第２の高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数は１３ＭＨｚであるときの電位分布のシミュレーションを行った。
【００６９】
図７は、第２の高周波電源２９から供給される高周波電力の周波数が１３ＭＨｚであるときのウエハＷにおける電位分布のシミュレーションの結果であり、図７において、電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「◆」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０２Ω／□である場合の結果は「■」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が１×１０２Ω／□である場合の結果は「□」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０Ω／□である場合の結果は「▲」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２Ω／□である場合の結果は「●」で示されている。なお、図７に結果を示すシミュレーションでは、上記境界の位置が誘電体層２１の周縁端よりも＋１０ｍｍほど下部電極２０の周縁側に位置する。
【００７０】
図７のグラフからも中央部分３７ａにおける表面抵抗率が１×１０２Ω／□以下、特に２×１０Ω／□以下であると、高周波電流がウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分を流れてウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けての電位差が小さくなることが分かった。
【００７１】
本実施の形態では、上述した電位分布のシミュレーションの結果に基づいて、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化を防止するために、上記境界の位置を誘電体層２１の周縁端よりも１０ｍｍ以上下部電極２０の周縁側に位置させるとともに、電極膜３７の周縁部分３７ｂにおける表面抵抗率を２×１０５Ω／□以上に設定し、且つ中央部分３７ａにおける表面抵抗率を２×１０２Ω／□以下、好ましくは２×１０Ω／□以下に設定する。
【００７２】
なお、電極膜３７の中央部分３７ａの表面抵抗率を小さくすると、第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において処理空間におけるプラズマの電子密度分布が不均一になるおそれがある。そこで、本発明者は、第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給されるときのシース電界強度分布のシミュレーションを行った。このときも、複数の中央部分３７ａにおける表面抵抗率（２×１０３Ω／□、２×１０２Ω／□、２×１０Ω／□、２Ω／□）についてシース電界強度分布のシミュレーションを行い、比較のために電極膜３７の全面の表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合についてもシース電界強度分布のシミュレーションを行った。
【００７３】
図８は、第１の高周波電源２８から供給される高周波電力の周波数が１００ＭＨｚであるときのシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００７４】
図８のグラフにおいても、電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「◆」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０２Ω／□である場合の結果は「■」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０Ω／□である場合の結果は「▲」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２Ω／□である場合の結果は「●」で示され、電極膜３７の全面の表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「×」で示されている。
【００７５】
図８のグラフに示されるように、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□〜２Ω／□の間で変化してもシース電界強度分布は精々４％程度しか変化しないことが確認された。
【００７６】
図９は、第１の高周波電源２８から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚであるときのシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００７７】
図９のグラフでは、電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□である場合の結果は「◆」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０２Ω／□である場合の結果は「■」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が１×１０２Ω／□である場合の結果は「□」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０Ω／□である場合の結果は「▲」で示され、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２Ω／□である場合の結果は「●」で示されている。
【００７８】
図９のグラフに示されるように、中央部分３７ａにおける表面抵抗率が２×１０３Ω／□〜２Ω／□の間で変化してもシース電界強度分布は精々１％程度しか変化しないことが確認された。
【００７９】
以上より、本実施の形態における中央部分３７ａの表面抵抗率の設定範囲では第１の高周波電源２８から高出力の高周波電力が供給される場合において処理空間におけるプラズマの電子密度分布が不均一にならないことが確認された。
【００８０】
本実施の形態に係る載置台１２によれば、条件「δ／ｚ≧８５」及び条件「ウエハＷの表面抵抗率＞電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率」を満たす電極膜３７を有する静電チャック２２を備える。スキンデプスδが大きいほど電界が電極膜３７を透過し易くなるため、高周波電流が電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１に向けて深く潜り易い。したがって、δ／ｚ≧８５であれば、第１の高周波電源２８からの高周波電流の大部分は電極膜３７を流れることなく該電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１へ向けて深く潜ることができる。その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて処理空間におけるプラズマの電子密度分布をほぼ均一にすることができる。また、ウエハＷの表面抵抗率が電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率よりも大きいため、第２の高周波電源２９からの高周波電流はウエハＷの周縁部分を流れた後、ウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分３７ａを流れる。これにより、ウエハＷの中央部分において電位は変化しないため、ウエハＷの周縁部分からウエハＷの中央部分へ向けて大きな電位差が生じるのを防止することができる。その結果、デバイスにおいてチャージアップダメージによるゲート酸化膜の劣化を防止することができる。
【００８１】
また、本実施の形態に係る載置台１２によれば、電極膜３７は条件「１１５Ω／□  ≦ρｓ」を満たす。電極膜３７の表面抵抗率が大きいほど高周波電流が電極膜３７を流れ難くなるため高周波電流が該電極膜３７を厚さ方向に透過して深く潜り易い。したがって、１１５Ω／□  ≦ρｓであれば、第１の高周波電源２８からの高周波電流の大部分は電極膜３７を流れることなく該電極膜３７を厚さ方向に透過して誘電体層２１へ向けて深く潜ることができ、その結果、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させて処理空間におけるプラズマの電子密度分布をほぼ均一にすることができる。
【００８２】
上述した載置台１２では、電極膜３７が、条件「電極膜３７の周縁部分における表面抵抗率＞電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率」を満たすので、電極膜３７において周縁部分３７ｂよりも中央部分３７ａに多くの高周波電流が流れる。すなわち、誘電体層２１の上方において高周波電流に起因するエネルギーが集中するため、ＴＭモードの空洞円筒共振が発生し易く、これにより、電極膜３７の中央部分３７ａ（すなわち、ウエハＷの中央部分）に対向する空間における電界の強度を確実に下げることができる。
【００８３】
また、上述した載置台１２では、電極膜３７における周縁部分３７ｂ及び中央部分３７ａの境界は、誘電体層２１の周縁端よりも１０ｍｍ以上下部電極２０の周縁側に位置するので、電極膜３７においてウエハＷよりも表面抵抗率の低い部分が大きくなり、高周波電流がより積極的にウエハＷよりも電極膜３７を流れる。これにより、ウエハＷを流れる高周波電流の量を少なくすることができ、もってウエハＷにおいて大きな電位差が生じるのを防止することができる。また、誘電体層２１の上方に位置する電極膜３７の中央部分により多くの高周波電流が流れて該高周波電流に起因するエネルギーがより集中するため、より確実にＴＭモードの空洞円筒共振を発生させることができる。
【００８４】
本実施の形態では、ウエハＷの表面抵抗率は２６Ω／□以上に設定される。一般に流通するウエハＷの表面抵抗率は２６Ω／□以上であるので、条件「ウエハＷの表面抵抗率＞電極膜３７の中央部分３７ａにおける表面抵抗率」を満たす電極膜３７では、一般に流通するウエハＷに関して、第２の高周波電源２９からの高周波電流をウエハＷの中央部分ではなく電極膜３７の中央部分３７ａに確実に流すことができる。
【００８５】
なお、上述した本実施の形態では、ＲＩＥやアッシングが施される基板が半導体ウエハＷであったが、ＲＩＥやアッシングが施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態に係る載置台を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置において第１の高周波電源から高出力の高周波電力が供給される場合を説明するための図であり、図２（Ａ）は静電チャック近傍の構成を概略的に示す部分断面図であり、図２（Ｂ）は第１の高周波電源等からなる電気回路を示す図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置において第２の高周波電源から高出力の高周波電力が供給される場合を説明するための図であり、図３（Ａ）は静電チャック近傍の構成を概略的に示す部分断面図であり、図３（Ｂ）は第２の高周波電源等からなる電気回路を示す図である。
【図４】δ／ｚの値が異なる複数の電極膜を用いた場合の各ウエハの面内におけるフォトレジストのエッチング速度の分布を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係る載置台における電極膜の中央部分における表面抵抗率の設定の効果を説明するための図であり、図５（Ａ）は第２の高周波電源からの高周波電流の流れを示す図であり、図５（Ｂ）はウエハにおける電位分布を示す図である。
【図６】第２の高周波電源から供給される高周波電力の周波数が２ＭＨｚであるときのウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果であり、図６（Ａ）は、電極膜における中央部分及び周縁部分の境界の位置が誘電体層の周縁端よりも−１０ｍｍほど下部電極の周縁側に位置する場合を示し、図６（Ｂ）は、上記境界の位置が誘電体層の周縁端と同じ位置に位置する場合を示し、図６（Ｃ）は、上記境界の位置が誘電体層の周縁端よりも１０ｍｍほど下部電極の周縁側に位置する場合を示す。
【図７】第２の高周波電源から供給される高周波電力の周波数が１３ＭＨｚであるときのウエハにおける電位分布のシミュレーションの結果である。
【図８】第１の高周波電源から供給される高周波電力の周波数が１００ＭＨｚであるときのシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図９】第１の高周波電源から供給される高周波電力の周波数が４０ＭＨｚであるときのシース電界強度分布のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１０】従来のプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能なプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図であり、図１０（Ａ）は静電チャックが配置されていない場合であり、図１０（Ｂ）は静電チャックが配置されている場合である。
【図１１】従来のプラズマ処理装置の載置台における電極膜における高周波電流及びウエハにおける電位を説明するための図であり、図１１（Ａ）は高周波電流の流れを示す図であり、図１１（Ｂ）はウエハにおける電位分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
Ｗ  ウエハ    
１０  プラズマ処理装置
１１  チャンバ
１２  載置台
２０  下部電極
２１  誘電体層
２２  静電チャック
２８  第１の高周波電源
２９  第２の高周波電源
３７  電極膜
３７ａ  中央部分
３７ｂ  周縁部分
【図１】
2010080597.tif 000003
【図２】
2010080597.tif 000004
【図３】
2010080597.tif 000005
【図４】
2010080597.tif 000006
【図５】
2010080597.tif 000007
【図６】
2010080597.tif 000008
【図７】
2010080597.tif 000009
【図８】
2010080597.tif 000010
【図９】
2010080597.tif 000011
【図１０】
2010080597.tif 000012
【図１１】
2010080597.tif 000013