(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハープラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される電極であって、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される下部電極と、
前記下部電極より上に離間して配置され、ドープ半導体材料から形成される電極であって、電極内のドーピング濃度が、電極の中心から周縁部に向かって放射状に変化するように構成される上部電極と、
前記上部電極に接続され、前記チャンバに対する前記上部電極の電位を制御するように構成される複数の電圧源と
を備え、
前記上部電極は、前記ドーピング濃度が異なる複数の領域からなり、前記領域毎に、前記各電圧源から、異なる直流電圧が印加される
半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項２】
前記上部電極内部の所定の位置におけるドーピング濃度に基づき、前記上部電極の所定の位置を通る電気抵抗を制御し、前記上部電極の所定の位置を通る電気抵抗が、前記所定の位置における上部電極の電位に影響を与える請求項１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項３】
前記上部電極がドープシリコン材料から形成される請求項１または請求項２記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項４】
前記上部電極が前記チャンバから電気的に絶縁され、前記チャンバが電気接地として作用する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置であって、
前記上部電極は、プラズマを生成し、下部電極と上部電極との間の空間にプラズマを閉じ込めるように構成されており、
前記上部電極の中心領域と基準接地との間に接続されるインピーダンス制御装置で、前記上部電極の中心領域を通る高周波電流伝送路を制御して、高周波電流伝送路の制御によりプラズマの閉じ込め制御を可能にするように構成されるインピーダンス制御装置
を備える半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項６】
前記インピーダンス制御装置が、低周波インピーダンスを増大させるように構成される請求項５記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項７】
前記インピーダンス制御装置が、前記上部電極の周縁部近傍の電力集中の増大を可能にし、上部電極の周縁部近傍の電力集中の増大により、プラズマ閉じ込めが強化されるように構成される請求項５または請求項６記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
【請求項８】
プラズマ閉じ込め制御方法であって、
チャンバと、前記チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される電極であって、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される下部電極と、前記下部電極より上に離間して配置され、ドープ半導体材料から形成され、ドーピング濃度が異なる複数の領域からなる電極であって、電極内の前記ドーピング濃度が、電極の中心から周縁部に向かって放射状に変化するように構成された上部電極と、前記ドーピング濃度の異なる領域毎に異なる直流電圧を印加する複数の電圧源とを備えたプラズマ処理装置において、
チャンバ内部の下部電極と上部電極との間でプラズマを生成する工程と、
前記上部電極上の電位が制御され、前記上部電極上の電位の制御に応じてプラズマの電位が変化して、前記チャンバ内部のプラズマ閉じ込めに影響を与えるように、前記上部電極と前記チャンバとの間に接続される前記電圧源を制御する工程と、
を備えるプラズマ閉じ込め制御方法。
【請求項９】
前記電圧源が、高周波電流に対して低インピーダンスを与える直流電圧源である請求項８記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
【請求項１０】
前記電圧源を制御して、前記チャンバに対するプラズマの電位を低下させ、プラズマ電位の低下によりプラズマ閉じ込めを保持する請求項８記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
【請求項１１】
請求項８記載のプラズマ閉じ込め制御方法であって、更に
プラズマと前記チャンバとの間の電界強さを低下させ、電界強さの低下によりプラズマ閉じ込めを保持するように、前記電圧源の極性を確立する工程を備える
プラズマ閉じ込め制御方法。
【請求項１２】
前記電圧源を制御する工程は、前記上部電極の各部の電位をそれぞれ制御する前記複数の電圧源を独立に制御することにより、前記上部電極の全体にわたる電位プロファイルの確立を可能にする請求項８記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体ウエハー（以下、「ウエハー」）の製造工程では、ウエハーをプラズマに暴露してプラズマの反応性成分によりウエハー表面を改質する処理が行われることが多い。ウエハーのプラズマ処理は通常チャンバ内で行われる。チャンバ内で、反応ガスに高周波（ＲＦ）電力をかけると、反応ガスがプラズマに変換される。ここで、反応ガスの流量が高い場合には、チャンバ内でのプラズマ閉じ込めに損失が生じる。プラズマ閉じ込めの損失は、プラズマとチャンバとの間の領域におけるパッシェン破壊に起因すると考えられる。
【０００２】
中性ガスに導入された電子は、中性ガスを貫通する電場の存在によりエネルギーを獲得する一方で、中性ガス分子との衝突によりエネルギーを失う。電子の平均エネルギーゲインが中性ガスをイオン化させるのに十分大きければ、プラズマ破壊が生じる。パッシェンモデルでは、電子と中性ガス分子との間の衝突の影響を積（Ｐ＊ｄ）で表す。ここで、（Ｐ）は中性ガスの圧力、（ｄ）は装置の特性スケールの長さ（すなわち、高電位領域と接地との間の距離）を示す。パッシェンモデルにより、プラズマ閉じ込めができない反応ガス流量の閾値傾向の多くを定性的に説明することができる。従来、上記積（Ｐ＊ｄ）を最小化することに、プラズマ閉じ込め研究の多くが費やされてきた。ただし、積（Ｐ＊ｄ）を最小化するためには、既存のプラズマ処理システムを実質的に再設計する必要がある。このため、プラズマ処理システムの再設計をできるだけ少なくして、プラズマ閉じ込めを強化する別の方法が求められてきた。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一つの態様は、チャンバと、下部電極と、上部電極と、を備える半導体ウエハープラズマ処理装置である。下部電極は、チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される。また、下部電極は、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される。上部電極は、下部電極より上に、かつ、距離をあけて配置される。また、上部電極は、チャンバから電気的に絶縁される。半導体ウエハープラズマ処理装置は、さらに、上部電極に接続される電圧源を備える。電圧源は、チャンバに対する上部電極の電位を制御するように構成される。上部電極の電位を制御することによって、下部電極と上部電極との間に生成されるプラズマの電位に影響を与える。従って、電圧源を用いて上部電極の電位を制御することにより、プラズマ電位の制御が可能になる。
【０００４】
本発明の別の態様は、チャンバと、下部電極と、上部電極と、インピーダンス制御装置と、を備える半導体ウエハープラズマ処理装置である。下部電極は、チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される。また、下部電極は、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される。上部電極は、下部電極より上に、かつ、距離をあけて配置される。また、下部電極と上部電極との間の空間でプラズマが生成され、この空間にプラズマが閉じ込められる。インピーダンス制御装置は、上部電極の中心領域と基準接地との間に接続される。また、インピーダンス制御装置は、上部電極の中心領域を通る高周波電流伝送路を制御するように構成される。インピーダンス制御装置による高周波電流伝送路の制御によりプラズマの閉じ込め制御が可能になる。
【０００５】
本発明のさらに別の態様は、チャンバ内に下部電極を備える半導体ウエハープラズマ処理装置である。下部電極は、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される。また、下部電極は、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される。さらに、下部電極より上に、かつ、距離をあけて上部電極が配置される。上部電極は、ドープ半導体材料から形成される。上部電極内のドーピング濃度は、上部電極の中心から周縁部に向かって放射状に変化する。
【０００６】
本発明のまた別の態様は、プラズマ閉じ込め制御方法である。プラズマ閉じ込め制御方法は、チャンバ内部の下部電極と上部電極との間でプラズマを生成する工程と、上部電極とチャンバとの間に接続される電圧源を制御する工程と、を備える。電圧源の制御により、上部電極上の電位が制御される。この上部電極上の電位の制御に応じて、プラズマの電位が変化して、チャンバ内部のプラズマ閉じ込めに影響を与える。
【０００７】
また、本発明は、以下の適用例または態様としても実現可能である。
［適用例１］
半導体ウエハープラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される電極であって、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される下部電極と、
前記下部電極より上に離間して配置され、前記チャンバから電気的に絶縁される上部電極と、
前記上部電極に接続され、前記チャンバに対する前記上部電極の電位を制御するように構成される電圧源で、前記電圧源を用いて前記上部電極の電位を制御することによって、前記下部電極と前記上部電極との間に生成されるプラズマの電位に影響を与えるように構成される電圧源と
を備える半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例２］
前記電圧源が直流電圧源である適用例１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例３］
前記電圧源を用いて前記上部電極の電位を制御することによって、前記チャンバに対するプラズマの電位を低下させて、プラズマ電位の低下によりプラズマ閉じ込めを可能にする適用例１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例４］
前記電圧源は、プラズマの電位よりも低い電位レベルの前記上部電極の電位を保持するように構成される適用例１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例５］
前記電圧源は、前記チャンバを通る高周波電流に対して低インピーダンスを与えるように構成される、適用例１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例６］
前記上部電極が、中心部と、前記中心部の外側に同心円状に配置される一つあるいは複数の環状部とを備え、前記上部電極の隣接部が誘電体により互いに電気的に分離され、前記上部電極の各部が対応する各電圧源に接続される適用例１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例７］
各電圧源が、前記各電圧源に接続される前記上部電極各部の電位を制御し、前記上部電極全体にわたる電位プロファイルの確立が可能なように構成される適用例６記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例８］
半導体ウエハープラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される電極であって、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される下部電極と、
前記下部電極より上に離間して配置され、プラズマを生成し、下部電極と上部電極との間の空間にプラズマを閉じ込めるように構成される上部電極と、
前記上部電極の中心領域と基準接地との間に接続されるインピーダンス制御装置で、前記上部電極の中心領域を通る高周波電流伝送路を制御して、高周波電流伝送路の制御によりプラズマの閉じ込め制御を可能にするように構成されるインピーダンス制御装置と
を備える半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例９］
前記インピーダンス制御装置が、低周波インピーダンスを増大させるように構成される適用例８記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１０］
前記インピーダンス制御装置が、前記上部電極の周縁部近傍の電力集中の増大を可能にし、上部電極の周縁部近傍の電力集中の増大により、プラズマ閉じ込めが強化されるように構成される適用例８記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１１］
半導体ウエハープラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、チャンバ内を通して高周波電流を伝送するように構成される電極であって、高周波電流によりチャンバ内に発生するプラズマに暴露される半導体ウエハーを保持するように配置される下部電極と、
前記下部電極より上に離間して配置され、ドープ半導体材料から形成される電極であって、電極内のドーピング濃度が、電極の中心から周縁部に向かって放射状に変化するように構成される上部電極と
を備える半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１２］
前記上部電極内部の所定の位置におけるドーピング濃度に基づき、前記上部電極の所定の位置を通る電気抵抗を制御し、前記上部電極の所定の位置を通る電気抵抗が、前記所定の位置における上部電極の電位に影響を与える適用例１１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１３］
前記上部電極がドープシリコン材料から形成される適用例１１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１４］
前記上部電極が前記チャンバから電気的に絶縁され、前記チャンバが電気接地として作用する適用例１１記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１５］
前記上部電極に接続され、前記チャンバに対する前記上部電極の電位を制御するように構成される電圧源をさらに備える適用例１４記載の半導体ウエハープラズマ処理装置。
［適用例１６］
プラズマ閉じ込め制御方法であって、
チャンバ内部の下部電極と上部電極との間でプラズマを生成する工程と、
前記上部電極上の電位が制御され、前記上部電極上の電位の制御に応じてプラズマの電位が変化して、前記チャンバ内部のプラズマ閉じ込めに影響を与えるように、前記上部電極と前記チャンバとの間に接続される電圧源を制御する工程と、
を備えるプラズマ閉じ込め制御方法。
［適用例１７］
前記電圧源が、高周波電流に対して低インピーダンスを与える直流電圧源である適用例１６記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
［適用例１８］
前記電圧源を制御して、前記チャンバに対するプラズマの電位を低下させ、プラズマ電位の低下によりプラズマ閉じ込めを保持する適用例１６記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
［適用例１９］
適用例１６記載のプラズマ閉じ込め制御方法であって、更に
プラズマと前記チャンバとの間の電界強さを低下させ、電界強さの低下によりプラズマ閉じ込めを保持するように、前記電圧源の極性を確立する工程を備える
プラズマ閉じ込め制御方法。
［適用例２０］
前記電圧源を制御する工程は、前記上部電極の各部の電位をそれぞれ制御する複数の電圧源を独立に制御することにより、前記上部電極の全体にわたる電位プロファイルの確立を可能にする適用例１６記載のプラズマ閉じ込め制御方法。
本発明の他の態様や利点は、添付図面を参照した以下の本発明の実施例の詳細な説明から、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。
【図３】本発明の更に別の実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施例として、インピーダンス制御装置を含む半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。
【図５】本発明の一実施例として、プラズマ閉じ込め制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、本発明の完全な理解を助ける目的で、多くの具体的な詳細が記載されている。ただし、当業者には自明であるが、これらの具体的な詳細の一部または全部を省略した形態でも本発明は実施可能である。また、本発明理解の便を図って、周知の工程や操作の詳細な説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システム１００を示す概略構成図である。システム１００は、その内部でプラズマ１０９を生成し、基板１０４をプラズマに暴露可能なプラズマ処理チャンバ（以下、「チャンバ」）１０１を有する。ここで、基板１０４は、半導体ウエハー、あるいは、電子的要素を内部で規定する他のいかなる種類の基板でもよい。チャンバ１０１は、下部電極１０３と上部電極１０５とを備える。処理操作の際に、ＲＦ電源１１７により生成された高周波（ＲＦ）電力は、連結部１１９および１２１を介して、照合ネットワーク１１５から下部電極１０３に送られる。電源１１７から負荷に対してＲＦ電力が正しく伝送されたことを実証するために適当なインピーダンス照合を実施するように、照合ネットワーク１１５を構成することが望ましい。下部電極１０３で受信したＲＦ電力は、チャンバ１０１の内部空間を通り、基準接地に対して制御電位に維持された上部電極１０５に伝達される。本実施例では、チャンバ１０１が、基準接地として作用する。
【００１１】
上部電極１０５は、連結部１２５を介して、直流（ＤＣ）電圧源１２３に接続され、ＤＣ電圧源１２３は、連結部１２７を介して、基準接地に接続される。上部電極１０５と基準接地との間にフィルタネットワーク１２２が接続され、ＤＣ電圧源１２３を迂回して接地に直接ＲＦ電流を伝送可能な手段として機能する。上部電極１０５をチャンバ１０１から電気的に絶縁させる構成が望ましい。本実施例では、上部電極１０５は、誘電体１１３によりチャンバ１０１から電気的に絶縁されている。円盤状上部電極を用いた本実施例では、誘電体１１３は環状体でもよい。上部電極１０５が電気的に絶縁されているため、接地に対する、すなわち、チャンバ１０１に対する上部電極１０５の電位は、ＤＣ電圧源１２３で制御可能である。さらに、プラズマ１０９の電位は上部電極１０５の電位に影響されるため、ＤＣ電圧源１２３により上部電極１０５の電位を制御することによって、プラズマ１０９の電位を制御することができる。
【００１２】
処理操作では、制御下で反応ガスをチャンバ１０１内部に供給すると、チャンバ１０１内部を介して、すなわち、反応ガスを介して、下部電極１０３から上部電極１０５に伝送されるＲＦ電力の作用により、反応ガスがプラズマ１０９に変換される。チャンバ１０１内の所定の位置におけるプラズマ１０９の濃度は、チャンバ１０１内の所定の位置を通って伝送されるＲＦ電力の量に比例する。従って、チャンバ１０１内の所定の位置を通って伝送されるＲＦ電力量を大きくすることにより、チャンバ１０１内の所定の位置におけるプラズマ１０９の濃度が増大し、また、その逆も成立する。
【００１３】
下部電極１０３と上部電極１０５との間に存在する、基板１０４上の空間を取り囲むように、チャンバ１０１内に一組の閉じ込めリング１１１を設置する。ここで、図１に示す閉じ込めリング１１１の数は単なる一例に過ぎず、図１の数よりも閉じ込めリング１１１の数を多くすることも少なくすることもできる。閉じ込めリング１１１の作用により、基板１０４上の空間にプラズマ１０９が閉じ込められる。もっと具体的に言えば、隣接する閉じ込めリング１１１間の溝でプラズマ１０９が消滅する。隣接する閉じ込めリング１１１間の溝の内周と外周との間の電位により、溝のプラズマ１０９閉じ込め能力が左右される。すなわち、閉じ込めリング１１１の外側領域に対してプラズマ１０９の電位を制御することにより、プラズマ１０９の閉じ込め制御が可能になる。一般に、チャンバ１０１に対してプラズマ１０９の電位を低くすれば、プラズマ１０９の閉じ込めが容易になる。
【００１４】
本発明の説明の簡明さを図って特に言及はしないが、プラズマ処理チャンバ１０１並びにシステム１００は、上記以外にも多くの特徴や構成要素を備える。本発明は、主に、上部電極１０５の電位の制御および/あるいはチャンバ１０１を通るＲＦ電力の伝送路の制御に基づく、チャンバ１０１内プラズマ１０９の電位制御に関する。
【００１５】
図１に示す例では、ＤＣ電圧源１２３は、上部電極１０５の中心近傍に接続される。ＤＣ電圧源１２３により上部電極１０５の電位を制御することにより、チャンバ１０１に対するプラズマ１０９の電位を低下させることができる。従って、ＤＣ電圧源１２３を用いて、チャンバ１０１に対するプラズマ１０９の電位に「バイアスをかける」ことができる。プラズマ１０９の電位にバイアスをかけて、閉じ込めリング１１１とチャンバ１０１との間に存在する電界が低下するように、ＤＣ電圧源１２３の極性を設定する。閉じ込めリング１１１とチャンバ１０１との間の電界強さの低下に伴って、プラズマ閉じ込め能力が増大する。プラズマ閉じ込めを最適化するように、ＤＣ電圧源１２３の電圧レベルを設定することができる。プラズマ閉じ込めの最適化に必要な所定電圧レベル、すなわち、最適電圧レベルは、チャンバの特定細部構造によって変動するが、チャンバ１０１に対するプラズマ１０９の電位よりも低くなければならない。
【００１６】
ＲＦ電流に対して短絡を与える「理想」電圧源として、ＤＣ電圧源１２３を構成することができる。あるいは、「理想」電圧源ではなく、ＲＦ電流に対して低インピーダンスを与えるように、ＤＣ電圧源１２３を構成することもできる。更に、ＲＦ電流に対して一定のインピーダンスを与えるように、ＤＣ電圧源１２３を構成することもできる。
【００１７】
周知のように、プラズマ閉じ込め処理システムでは、反応ガスの流量が高いとプラズマ閉じ込めに損失が生じるという問題がある。ＤＣ電圧源１２３を用いてプラズマ１０９の電位を制御することにより、閉じ込めリング１１１とチャンバ１０１との間の電界を低下させて、その結果、プラズマ閉じ込めウィンドウを拡大することができる。プラズマ閉じ込めウィンドウを拡大すれば、反応ガスの流量が高くなってもプラズマの閉じ込めが可能になる。従って、ＤＣ電圧源１２３によりプラズマ閉じ込めウィンドウを拡大することによって、ガス流量等のプラズマ処理パラメータを確立する際のフレキシビリティを高めることができる。
【００１８】
プラズマ電位の高度制御により、ガス流量の増加が許容可能な範囲を超えて、処理制御を拡張することができる。例えば、プラズマ電位の高度制御により、ウエハー１０４の表面上におけるイオンエネルギー分布の調節が可能になる。ウエハー１０４の表面上におけるイオンエネルギー分布の調節は、ウエハー１０４表面全体にわたるエッチングプロファイルに影響する。もっと具体的に言えば、プラズマ１０９と下部電極１０３表面との間の電位は、プラズマ１０９とウエハー１０４との間の領域、すなわち鞘状領域をイオンが移動することにより生じるエネルギーを規定する。ＤＣ電圧源１２３によってプラズマ電位を操作することにより、鞘状領域を隔てた電位差を操作することが可能になる。鞘状領域を隔てた電位差の操作は、ウエハー１０４に接するイオンエネルギー分布に直接的な影響を与える。
【００１９】
状況によっては、プラズマ電位をより空間的に制御することが望ましい。上部電極１０５上における電位の空間的な制御を増強することにより、プラズマ電位の空間的制御の拡張が可能である。図２は、本発明の別の実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。図２のプラズマ処理システムは、上部電極１０５とＤＣ電圧源１２３とを除き、上述した図１のプラズマ処理システムと基本的に同様の構成である。図２の実施例では、上部電極は、中心部１０５Ａ１と、環状部１０５Ａ２と、環状部１０５Ａ３とから形成され、環状部は中心部の外側に同心円状に配置される。上部電極の隣接部は、誘電体領域１２９Ａおよび１２９Ｂにより、互いに電気的に分離される。図２の実施例に示した上部電極の区分構造は単に例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。上部電極の各部の数や大きさ、並びに、対応するＤＣ電圧源の数や大きさは、プラズマ処理要件を満たす限り任意に設定可能である。
【００２０】
上部電極の各部（１０５Ａ１、１０５Ａ２、１０５Ａ３）は、各ＤＣ電圧源（１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ）に接続される。ＤＣ電圧源１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃは、上述した図１に示す実施例のＤＣ電圧源１２３と同様に構成される。上部電極の各部（１０５Ａ１、１０５Ａ２、１０５Ａ３）と基準接地との間にフィルタネットワーク１２３が接続され、各ＤＣ電圧源（１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃ）を迂回して接地に直接ＲＦ電流を伝送可能な手段として機能する。各ＤＣ電圧源１２３Ａないし１２３Ｃを用いることにより、チャンバ１０１に対して上部電極の各部が異なった電位を保持することができる。従って、上部電極を区分化することにより、プラズマ１０９上における電位分布を確立することが可能になる。プラズマ１０９内部の電位分布に影響を与えることにより、上部電極の区分構造における電位分布と組み合わせて、ウエハー１０４上のエッチング特性が左右される。
【００２１】
図３は、本発明の更に別の実施例として、半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。図３のプラズマ処理システムは、上部電極１０５とＤＣ電圧源１２３とを除き、上述した図１のプラズマ処理システムと基本的に同様の構成である。図３の実施例では、上部電極は、ドープシリコン等のドープ半導体材料から形成され、上部電極内のドーピング濃度は、上部電極の中心から周縁部に向かって放射状に変化する。例えば、一実施形態において、上部電極は、第一ドーピング濃度の中心部１０５Ｂ１と、第二ドーピング濃度の環状部１０５Ｂ２と、第三ドーピング濃度の環状部１０５Ｂ３とから形成され、環状部は中心部の外側に同心円状に配置される。図３の実施例に示した上部電極の区分構造は単に例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。プラズマ処理要件を満たす限り、任意のドーピングプロファイルに従って上部電極の区分構造を設定可能である。
【００２２】
図３の実施例において、上部電極内部の所定の位置におけるドーピング濃度に基づき、上部電極の所定の位置を通る電気抵抗を制御することができる。上部電極の所定の位置を通る電気抵抗は、所定の位置における上部電極の電位に影響を与える。従って、上部電極のドーピングプロファイルに応じて、プラズマ１０９上に電位分布を確立することができる。上述したように、プラズマ１０９内部の電位分布に影響を与えることにより、上部電極の電位分布と組み合わせて、ウエハー１０４上のエッチング特性が左右される。一実施形態において、上部電極（１０５Ｂ１ないし１０５Ｂ３）がチャンバ１０１から電気的に絶縁される。この実施例で、一つあるいは複数の電圧源を上部電極に接続して、上部電極上の電位分布を制御するようにしてもよい。
【００２３】
図４は、本発明の一実施例として、インピーダンス制御装置１３３を含む半導体ウエハー処理用のプラズマ処理システムを示す概略構成図である。図４のプラズマ処理システムは、ＤＣ電圧源１２３を除き、上述した図１のプラズマ処理システムと基本的に同様の構成である。図４の実施例では、ＤＣ電圧源１２３は不要であるが、ＤＣ電圧源１２３を備える構成でもかまわない。図４のプラズマ処理システムは、上部電極の中心領域と基準接地、すなわち、チャンバ１０１との間に接続されるインピーダンス制御装置１３３を備える。インピーダンス制御装置１３３は、上部電極１０５の中心領域を通るＲＦ電流伝送路を制御する。ＲＦ電流伝送路を制御することによりプラズマの閉じ込め制御を実行することができる。
【００２４】
例えば、下部電極が２ＭＨｚと２７ＭＨｚの両方の周波数でＲＦ電力を伝送するように制御されている場合、インピーダンス制御装置１３３はフィルタネットワーク、すなわち、並列接続されたインダクタとコンデンサとして機能し、上部電極１０５の中心領域を通る２ＭＨｚのＲＦ電流に対して高インピーダンスを与える。従って、２ＭＨｚのＲＦ電流に対して上部電極１０５の周縁部近傍の伝送路が優位になり、その結果、上部電極１０５周縁部近傍の電力集中が増大する。上部電極１０５の周縁部近傍における電力集中の増大により、プラズマ１０９の閉じ込めが強化、すなわち、増進される。
【００２５】
図５は、本発明の一実施例として、プラズマ閉じ込め制御方法を示すフローチャートである。図５の方法は、図１及び図２に基づいて上述したプラズマ処理システムを用いて実行される。このプラズマ閉じ込め制御方法は、チャンバ内部において下部電極と上部電極との間でプラズマを発生させる工程５０１と、上部電極上の電位が制御されるように、上部電極とチャンバとの間に接続される電圧源を制御する工程５０３と、を備える。例えば、電圧源は低インピーダンスをＲＦ電流に与えるＤＣ電圧源でもよい。上部電極上の電位の制御に応じて、生成されたプラズマの電位が変化して、チャンバ内部のプラズマ閉じ込めに影響を与える。
【００２６】
一実施形態では、チャンバに対するプラズマ電位が低下するように電圧源が制御される。この場合、プラズマ電位の低下により、プラズマ閉じ込めが保持される。また、プラズマ閉じ込め制御方法が、さらに、プラズマとチャンバとの間の電界強さを低下させ、電界強さの低下によりプラズマ閉じ込めを保持するように、電圧源の極性を確立する工程を備えるようにしてもよい。別の実施形態として、工程５０３が、上部電極の各部の電位をそれぞれ制御する複数の電圧源を独立に制御するような構成も可能である。上部電極の各部の電位を独立に制御することにより、上部電極の全体にわたる電位プロファイルの確立が可能になる。上部電極全体にわたる電位プロファイルの確立を利用して、プラズマ電位を制御することができる。
【００２７】
上述した実施例のプラズマ処理チャンバ１０１は、プラズマ閉じ込め機構として閉じ込めリング１１１を備える。ただし、閉じ込めリング１１１に加えて、他の閉じ込め機構もプラズマ処理チャンバ１０１に備えるようにしてもよい。プラズマ処理チャンバ１０１内に所定の閉じ込め機構を実現する構成にかかわらず、閉じ込めリング１１１を介したプラズマからチャンバ壁への電位降下の結果、電界がイオン閉じ込め強化に十分な大きさになれば、プラズマ閉じ込めを強化することができる。従って、プラズマ処理チャンバ１０１内部で実現される所定の閉じ込め機構に関係なく、ＤＣ電圧源１２３を用いて、プラズマからチャンバ壁への電位降下に影響を与えることにより、プラズマ閉じ込めを強化することが可能になる。
【００２８】
以上、いくつかの実施例に従って本発明を詳述したが、当業者には自明のように、上述した実施例の詳細や図面に示す構造は、様々な態様で変更、追加、置き換え等が可能である。従って、本発明は、本発明の要旨の範囲内における種々の変更、追加、置換等を含むものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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