(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、
前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と
を具備し、
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、
前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、
前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設け、
前記導電性部材は、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出しており、前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記直流電源は、前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であり、前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、
前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と、
前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置と
を具備し、
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、
前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、
前記処理容器内にプラズマに露出するように設けられ、かつ、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、前記全体制御装置からの指令に基づいて接地されるように制御される導電性部材を前記処理容器内に設け、
前記導電性部材は、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出しており、前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に前記処理容器内に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、
前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、
前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、
前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と、
前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置と
を具備し、
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、
前記全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記第１電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力と相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内を前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して真空排気しつつ、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、
前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、
前記プラズマ処理方法は、
前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、
前記処理容器内に、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出するとともに、前記被覆部材の前記導電性材料を通して常時接地されている導電性部材を設け、前記第１電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１４】
被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と、前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置とを具備するプラズマ処理装置を用いて、前記第２電極に前記第１の高周波電力と前記第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内を前記排気装置により真空排気しつつ、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、
前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、
前記プラズマ処理方法は、
前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、
前記処理容器内に、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出するとともに、全体制御装置からの指令に基づいて前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されるように制御される導電性部材を設け、前記第１電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ５Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯのいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ４、およびＣＦ４、Ａｒ、およびＮ２、Ｈ２のいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜上の有機反射防止膜をエッチングする際、前記処理ガスとして、ＣＦ４、およびＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、およびＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、およびＣＦ４、Ｃ４Ｆ６のいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ４Ｆ６、ＣＦ４、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２のいずれかの組み合わせを使用することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１９】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶された読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ならびにコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。
【０００５】
具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である（例えば特許文献１）。
【０００６】
ところで、近年の微細加工の要求に対応して、マスクとして用いられるフォトレジストの膜厚が薄くなり、使用されるフォトレジストもＫｒＦフォトレジスト（すなわち、ＫｒＦガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジスト）から、約０．１３μｍ以下のパターン開口を形成することができるＡｒＦフォトレジスト（すなわち、ＡｒＦガスを発光源とした、より短波長のレーザー光で露光するフォトレジスト）に移行されつつある。
【０００７】
しかしながら、ＡｒＦフォトレジストは耐プラズマ性が低いため、ＫｒＦレジストではほとんど発生しなかったエッチング途中での表面の荒れが生じてしまうという問題がある。このため、開口部の内壁面に縦筋（ストライエーション）が入ったり、開口部が広がる（ＣＤの広がり）等の問題が生じ、フォトレジストの膜厚が薄いことと相俟って、良好なエッチング選択比でエッチングホールを形成することができないという不都合が生じている。
【０００８】
一方、この種のエッチング装置では、上部電極に供給したプラズマ生成用の高周波電力のパワーが小さい場合には、エッチング終了後に上部電極に堆積物（デポ）が付着し、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。また、パワーが大きい場合には、電極の削れが生じ、パワーが小さい場合とはプロセス特性が変化する。高周波電源からのパワーはプロセスによって適正な範囲が決まるため、どのようなパワーでもプロセスが変動しないことが望まれる。さらに、エッチングの際にはチャンバ壁にデポが生じ、連続エッチングプロセスの場合等に、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じるため、チャンバ壁への堆積物の付着の解消も求められる。
【０００９】
さらに、このような平行平板型容量結合型のエッチング装置では、チャンバ内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガス（例えば、ＣｘＦｙ、Ｏ２など）の場合に、チャンバ中心部のプラズマ密度が低くなるが、このような場合にプラズマ密度をコントロールすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１７３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができ、または電極への堆積物の付着を有効に解消することができ、または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができるプラズマ処理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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置とを具備し、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設け、前記導電性部材は、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出しており、前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
上記第１の観点に係るプラズマ処理装置において、前記直流電源は、前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であり、前記直流電源から前記第１電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置をさらに具備する構成とすることができる。また、前記第１電極の前記第２電極との対向面は、シリコン含有物質で形成することができる。
【００１５】
本発明の第２の観点では、被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置とを具備し、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、前記処理容器内にプラズマに露出するように設けられ、かつ、前記第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、前記全体制御装置からの指令に基づいて接地されるように制御される導電性部材を前記処理容器内に設け、前記導電性部材は、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出しており、前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。この場合に、前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されるようにすることができる。
【００１６】
上記第２の観点に係るプラズマ処理装置において、前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるものとすることができる。この場合に、前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることが好ましい。また、前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるようにすることができる。このような構成において、前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることが好ましい。そして、このように負の直流電圧が印加可能な構成において、前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることが好ましい。
【００１７】
本発明の第３の観点では、被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と、前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置とを具備し、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記全体制御装置からの指令に基づいて、前記第１電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第１の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第２の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記第１電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第１の接続と、前記直流電源の正極が前記第１電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第２の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第１の状態および前記第２の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。この場合に、前記第１の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第２の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることが好ましい。
【００１８】
本発明の第４の観点では、処理容器内に、第１電極および被処理基板を支持する第２電極を対向して配置し、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力と相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内を前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して真空排気しつつ、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、前記プラズマ処理方法は、前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、前記処理容器内に、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出するとともに、前記被覆部材の前記導電性材料を通して常時接地されている導電性部材を設け、前記第１電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００１９】
本発明の第５の観点では、被処理基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第１電極および被処理基板を支持する第２電極と、前記第２電極に相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、前記第２電極に相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットと、前記第１電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記処理容器の底部に設けられた排気口を介して前記処理容器内を真空排気する排気装置と、前記プラズマ処理装置全体を制御する全体制御装置とを具備するプラズマ処理装置を用いて、前記第２電極に前記第１の高周波電力と前記第２の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内を前記排気装置により真空排気しつつ、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第２電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記第１電極は上部電極であり、前記第２電極は下部電極であり、前記第２電極の側面には、導電性材料に絶縁材料を被覆してなる被覆部材を有し、前記プラズマ処理方法は、前記第１電極に直流電圧を印加する工程と、前記第１電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、前記処理容器内に、前記被覆部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出するとともに、全体制御装置からの指令に基づいて前記被覆部材の前記導電性材料を通して接地されるように制御される導電性部材を設け、前記第１電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００２０】
また、上記第４の観点および第５の観点に係るプラズマ処理方法において、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ５Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯのいずれかの組み合わせを使用することができる。また、同様に前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、ＣＦ４、およびＣＦ４、Ａｒ、およびＮ２、Ｈ２のいずれかの組み合わせを使用することもできる。さらに、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜上の有機反射防止膜をエッチングする際、前記処理ガスとして、ＣＦ４、およびＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、およびＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、およびＣＦ４、Ｃ４Ｆ６のいずれかの組み合わせを使用することができる。さらにまた、前記第２電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、Ｃ４Ｆ６、ＣＦ４、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ａｒ、Ｏ２、およびＣ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２のいずれかの組み合わせを使用することができる。
【００２１】
本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第４の観点および第５の観点のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被処理基板を支持する第２電極に対し、相対的に周波数の高い第１の高周波電力を印加する第１の高周波電力印加ユニットと、相対的に周波数の低い第２の高周波電力を印加する第２の高周波電力印加ユニットとを接続し、第１電極に直流電圧を印加する直流電源を接続するので、第２電極に、第１および第２の高周波電力印加ユニットから周波数の異なる高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成しかつ被処理基板にイオンを引き込みながらプラズマエッチングする際に、第１電極に直流電圧を印加することにより、（１）第１電極の自己バイアス電圧の絶対値を大きくして第１電極表面へのスパッタ効果、（２）第１電極におけるプラズマシースを拡大させ、形成されるプラズマが縮小化される効果、（３）第１電極近傍に生じた電子を被処理基板上に照射させる効果、（４）プラズマポテンシャルを制御する効果、（５）電子（プラズマ）密度を上昇させる効果、（６）中心部のプラズマ密度を上昇させる効果の少なくとも一つを奏することができる。また、第２電極の側面に設けられた部材に支持され、プラズマに露出するように側方に突出して、第１電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすための導電性部材を設けたので、異常放電を防止することができる。
【００２３】
上記（１）の効果により、第１電極の表面にプロセスガスに起因するポリマーとフォトレジストからのポリマーが付着した場合でも、ポリマーをスパッタして電極表面を清浄化することができる。それとともに、基板上に最適なポリマーを供給してフォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、電極自体がスパッタされることにより電極材料を基板上に供給してフォトレジスト膜等の有機マスクを強化することができる。
【００２４】
また、上記（２）の効果により、被処理基板上の実効レジデンスタイムが減少し、かつプラズマが被処理基板上に集中して拡散が抑えられ排気空間が減少するので、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜等の有機マスクがエッチングされ難くなる。
【００２５】
さらに、上記（３）の効果により、被処理基板上のマスク組成が改質され、フォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、高速の電子が被処理基板に照射されることから、シェーディング効果が抑制され、被処理基板の微細加工性が向上する。
【００２６】
さらにまた、上記（４）の効果により、プラズマポテンシャルを適切に制御して、電極や、チャンバ壁（デポシールド等）、処理容器内の絶縁材等の処理容器内部材へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。
【００２７】
さらにまた、上記（５）の効果により、被処理基板に対するエッチングレート（エッチング速度）を上昇させることができる。
【００２８】
さらにまた、上記（６）の効果により、処理容器内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスであっても、処理容器内の中心部のプラズマ密度が周辺に比べて低くなることを抑制でき（負イオンの生成を抑制でき）、プラズマ密度が均一化するようにプラズマ密度をコントロールすることができる。
【００２９】
これにより、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができる。または、電極への堆積物の付着を有効に解消することができる。または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【図３】図２のプラズマエッチング装置において、上部電極に直流電圧を印加した際のＶｄｃおよびプラズマシース厚の変化を示す図。
【図４】図２のプラズマエッチング装置において、ＨＡＲＣエッチングの条件を用い、印加する直流電圧を変化させた場合の電子密度の変化を示す図。
【図５】図２のプラズマエッチング装置において、Ｖｉａエッチングの条件を用い、印加する直流電圧を変化させた場合の電子密度の変化を示す図。
【図６】上記ＨＡＲＣエッチングで、第１の高周波電力を３０００Ｗ、第２の高周波電力を４０００Ｗにした場合のウエハ径方向の電子密度分布を示す図。
【図７】トレンチエッチングの条件を用い、直流電圧を印加した場合と印加しない場合とでウエハ径方向の電子密度分布を測定した結果を示す図。
【図８】図２のプラズマエッチング装置における、上部電極の電気的状態を表す図。
【図９】図２のプラズマエッチング装置における、上部電極の電気的状態を表す図。
【図１０】図２のプラズマエッチング装置における、上部電極の電気的状態を表す図。
【図１１】図２のプラズマエッチング装置において、プラズマを検出する検出器を設けた状態を示す断面図。
【図１２】図１のプラズマエッチング装置において、上部電極へ直流電圧を印加する際に異常放電を抑制するための波形を示す図。
【図１３】ＧＮＤブロックの他の配置例を示す概略図。
【図１４】ＧＮＤブロックのさらに他の配置例を示す概略図。
【図１５】ＧＮＤブロックの付着物防止例を説明するための図。
【図１６】ＧＮＤブロックの付着物を除去可能な装置構成の一例を示す概略図。
【図１７】図１８の装置におけるプラズマエッチング時における状態とクリーニング時における状態を説明するための概略図。
【図１８】図１８の装置におけるプラズマエッチング時における他の状態を示す概略図。
【図１９】ＧＮＤブロックの付着物を除去可能な装置構成の他の例を示す概略図。
【図２０】図２１の装置におけるプラズマエッチング時における状態とクリーニング時における状態を説明するための概略図。
【図２１】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックの一例を示す模式図。
【図２２】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックの他の例を示す模式図。
【図２３】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。
【図２４】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。
【図２５】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。
【図２６】ＤＣ的に接地されなくなることを防止する機能を備えたＧＮＤブロックのさらに他の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を単純化して模式的に示す断面図である。この図に示すように、この装置は、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９からプラズマ生成用の例えば４０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を印加するとともに、第２の高周波電源９０からイオン引き込み用の例えば２ＭＨｚの高周波（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ２周波印加タイプのプラズマエッチング装置であって、図示のように上部電極３４に可変直流電源５０を接続して所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるプラズマエッチング装置である。このプラズマエッチング装置について、図２を使ってさらに詳述する。
【００３２】
図２は本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。
【００３３】
チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。
【００３４】
サセプタ１６の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。
【００３５】
静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。
【００３６】
サセプタ支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。
【００３７】
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００３８】
下部電極であるサセプタ１６の上方には、サセプタ１６と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部および下部電極３４，１６間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極であるサセプタ１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
【００３９】
この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、サセプタ１６との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。
【００４０】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスとして、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）がガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
【００４１】
上記上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａを介して可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源であってもよい。この可変直流電源５０は、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ（制御装置）５１により制御されるようになっている。
【００４２】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａは、後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするためのものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。
【００４３】
チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられている。この円筒状接地導体１０ａは、その上部に天壁を有している。
【００４４】
下部電極であるサセプタ１６には、整合器８７を介して第１の高周波電源８９が電気的に接続され、また、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が接続されている。第１の高周波電源８９は、２７ＭＨｚ以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の高周波電源９０は、１３．５６ＭＨｚ以下の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。
【００４５】
整合器８７，８８は、それぞれ第１および第２の高周波電源８９，９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１および第２の高周波電源８９，９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００４６】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
【００４７】
デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さ部分には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられており、これにより後述するような異常放電防止効果を発揮する。
【００４８】
プラズマエッチング装置の各構成部は、制御部（全体制御装置）９５に接続されて制御される構成となっている。また、制御部９５には、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。
【００４９】
さらに、制御部９５には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理を制御部９５の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部９７が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部９７の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００５０】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出して制御部９５に実行させることで、制御部９５の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）は、この制御部９５を含むものとする。
【００５１】
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
【００５２】
このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、下部電極であるサセプタ１６に、第１の高周波電源８８からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波電力を所定のパワーで印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。
【００５３】
上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極であるサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
【００５４】
このプラズマエッチング装置では、下部電極であるサセプタ１６に第１の高周波電源８９から高い周波数領域（例えば、１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００５５】
本実施形態では、このようにしてプラズマが形成される際に、上部電極３４に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧が印加される。このとき、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面でのＶｄｃの絶対値が大きくなるように、可変直流電源５０からの印加電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。第１の高周波電源８９から高周波を印加してプラズマを生成した場合に、上部電極３４にポリマーが付着することがあるが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。また、可変直流電源５０からの電圧を調整して上部電極３４自体をスパッタして電極材料自体を半導体ウエハＷ表面に供給するようにすることにより、フォトレジスト膜表面でカーバイドを形成してフォトレジスト膜が強化され、かつスパッタされた電極材料がフロロカーボン系の処理ガス中のＦと反応して排気されることによりプラズマ中のＦ比率が減少してフォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。電極板３６がシリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物質の場合には、電極板３６表面でスパッタされたシリコンがポリマーと反応してフォトレジスト膜表面にＳｉＣが形成され、フォトレジスト膜が極めて強固なものとなり、しかも、ＳｉはＦと反応しやすいため、上記効果が特に大きい。したがって、電極板３６の材料としてはシリコン含有物質が好ましい。なお、この場合に、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
【００５６】
このように上部電極３４に直流電圧を印加して自己バイアス電圧Ｖｄｃが深くなった場合には、図３に示すように、上部電極３４側に形成されるプラズマシースの厚さが大きくなる。そして、プラズマシースが厚くなると、その分だけプラズマが縮小化される。例えば、上部電極３４に直流電圧を印加しない場合には上部電極側のＶｄｃが例えば−１００Ｖであり、図３の（ａ）に示すようにプラズマは薄いシース厚ｄ０を有する状態である。しかし、上部電極３４に−９００Ｖの直流電圧を印加すると上部電極側のＶｄｃが−９００Ｖとなり、プラズマシースの厚さは、Ｖｄｃの絶対値の３／４に比例するから、図３の（ｂ）に示すように、より厚いプラズマシースｄ１が形成され、その分プラズマが縮小化する。このように厚いプラズマシースを形成して、プラズマを適切に縮小化することにより、半導体ウエハＷ上の実効レジデンスタイムが減少し、かつプラズマがウエハＷ上に集中して拡散が抑えられ解離空間が減少する。これらにより、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。したがって、可変直流電源５０からの印加電圧は、上部電極３４におけるプラズマシースの厚さが所望の縮小化されたプラズマが形成される程度に厚くなるようにコントローラ５１により制御することが好ましい。この場合にも、可変直流電源５０からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
【００５７】
また、プラズマが形成される際には、上部電極３４近傍に電子が生成される。上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加すると、印加した直流電圧値とプラズマ電位との電位差により、電子は処理空間の鉛直方向へ加速される。可変直流電源５０の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子は半導体ウエハＷに照射される。照射された電子は、マスクとしてのフォトレジスト膜の組成を改質させ、フォトレジスト膜は強化される。したがって、可変直流電源５０の印加電圧値および印加電流値により上部電極３４近傍で生成する電子の量と、このような電子のウエハＷへの加速電圧を制御することで、フォトレジスト膜に対する所定の強化を図ることができる。
【００５８】
特に、半導体ウエハＷ上のフォトレジスト膜がＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用のフォトレジスト膜（以下、ＡｒＦレジスト膜と記す）である場合、ＡｒＦレジスト膜のポリマー構造は、以下の化学式（１）、（２）に示すような反応を経て、電子が照射されて化学式（３）の右辺のような構造となる。すなわち、電子が照射されると化学式（３）のｄ部に示すように、ＡｒＦレジスト膜の組成の改質が起こる（レジストの架橋反応）。このｄ部は、エッチング耐性（プラズマ耐性）を非常に強くする働きを有するので、ＡｒＦレジスト膜のエッチング耐性は飛躍的に増大する。このため、ＡｒＦレジスト膜の表面荒れを抑制することができ、ＡｒＦレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。
【００５９】
【化１】
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【００６０】
したがって、可変直流電源５０からの印加電圧値・電流値は、電子の照射によってフォトレジスト膜（特にＡｒＦレジスト膜）のエッチング耐性が強くなるように、コントローラ５１により制御することが好ましい。また、上述したように、上部電極３４に直流電圧を印加すると、プラズマが形成される際に上部電極３４近傍に生成された電子が処理空間の鉛直方向へ加速されるが、可変直流電源５０の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子を半導体ウエハＷのホール内に到達させることができ、シェーディング効果を抑制してボーイングのない良好な加工形状を得ることができ、加工形状の均一性を良好にすることができる。
【００６１】
加速電圧を制御された電子がウエハＷに入射する電子量として、直流電圧による電子電流量ＩＤＣ
を用いた場合に、プラズマからウエハに入射するイオン電流量Ｉｉｏｎとすると、ＩＤＣ＞（１／２）Ｉｉｏｎを満たすことが好ましい。Ｉｉｏｎ＝Ｚρｖｉｏｎｅ（ただし、Ｚ：荷数、ρ：流速密度、ｖｉｏｎ：イオン速度、ｅ：電子の電荷量１．６×１０−１９Ｃ）であり、ρは電子密度Ｎｅに比例するからＩｉｏｎはＮｅに比例する。
【００６２】
このように、上部電極３４に印加する直流電圧を制御して、上記上部電極３４のスパッタ機能またはプラズマの縮小化機能、さらには上記上部電極３４で生成される多量の電子の半導体ウエハＷへの供給機能が発揮されることにより、フォトレジスト膜の強化や最適ポリマーの供給、処理ガスの解離抑制等が図られ、フォトレジストの表面荒れ等を抑制することができ、フォトレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。それとともに、フォトレジストの開口部におけるＣＤの広がりを抑制することができ、より高精度のパターン形成を実現することができる。特に、これらスパッタ機能およびプラズマの縮小化機能および電子の供給機能の３つが適切に発揮されるように直流電圧を制御することにより、このような効果をより高めることができる。
【００６３】
なお、上記各機能のうちいずれが優勢に生じるかは処理条件等により異なり、これら機能の一つ以上が発揮され、上記効果を有効に奏するように、可変直流電源５０から印加される電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。
【００６４】
また、上部電極３４に印加する直流電圧を調整することにより、プラズマポテンシャルを制御することができる。これにより、上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１、内壁部材２６、絶縁性遮蔽部材４２へのエッチング副生物の付着を抑制する機能を有する。
【００６５】
エッチング副生物が上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１等に付着すると、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。特に、多層膜を連続してエッチングする場合、Ｓｉ系有機膜（ＳｉＯＣ）、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜、フォトレジストを半導体ウエハＷ上に順次積層した多層膜を連続してエッチングする場合には、各膜によってエッチング条件が異なるため、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じてしまう。
【００６６】
このようなエッチング副生物の付着はプラズマポテンシャルと上部電極３４やチャンバ壁等との間のポテンシャル差によって影響するため、プラズマポテンシャルを制御することができれば、このようなエッチング生成物の付着を抑制することができる。
【００６７】
以上、可変直流電源５０から上部電極３４に印加する電圧を制御することにより、プラズマポテンシャルを低下させることができ、上部電極３４やチャンバ壁を構成するデポシールド１１、さらにはチャンバ１０内の絶縁材（部材２６，４２）へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。プラズマポテンシャルＶｐの値としては、８０Ｖ≦Ｖｐ≦２００Ｖの範囲が好ましい。
【００６８】
さらに、上部電極３４に直流電圧を印加することによる他の効果として、印加した直流電圧によってプラズマが形成されることにより、プラズマ密度を高めてエッチングレートを上昇させることが挙げられる。
【００６９】
これは、上部電極に負の直流電圧を印加すると、電子が上部電極に入り難くなり電子の消滅が抑制されることと、イオンが上部電極に加速されて入ると電子が電極から出ることができ、その電子がプラズマ電位と印加電圧値の差で高速に加速され中性ガスを電離（プラズマ化）することで、電子密度（プラズマ密度）が増加するからである。
【００７０】
このことを実験結果に基づいて説明する。
図４は、下部電極であるサセプタ１６に印加する第１の高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ、第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚとし、圧力：４ＰａとしたＨＡＲＣエッチングの条件で、上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を０Ｖ、３００Ｖ、６００Ｖ、９００Ｖと変化させた際における、各高周波電力の出力と電子密度分布との関係を示す図である。また、図５は、同様の周波数の２つの高周波電力を印加し、圧力を６．７ＰａのＶｉａエッチングの条件で、同様に上部電極に印加する直流電圧の絶対値を０Ｖ、３００Ｖ、６００Ｖ、９００Ｖと変化させた際における、各高周波電力の出力と電子密度分布との関係を示す図である。これらの図に示すように、印加する直流電圧の絶対値が大きくなるに従って、電子密度（プラズマ密度）が上昇しているのがわかる。図６は、上記ＨＡＲＣエッチングで、第１の高周波電力を３０００Ｗ、第２の高周波電力を４０００Ｗにした場合のウエハ径方向の電子密度分布を示す図である。この図に示すように、印加する直流電圧の絶対値が大きくなるほど電子密度が高くなることがわかる。
【００７１】
さらにまた、プラズマが形成された場合に、上部電極３４に可変直流電源５０から直流電圧を印加することにより、トレンチエッチング時に特に中心部のプラズマ密度を上昇させることができる。トレンチエッチング時の条件のような、チャンバ１０内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスの場合には、チャンバ１０内の中心部のプラズマ密度が低くなる傾向にあるが、このように上部電極３４に直流電圧を印加して中心部のプラズマ密度を上昇させることにより、プラズマ密度が均一化するようにプラズマ密度をコントロールすることができる。
【００７２】
このことを実験結果によって説明する。
図２の装置において、半導体ウエハをチャンバ内に装入してサセプタ上に載置し、処理ガスとしてＣＦ４ガス、ＣＨＦ３ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスをチャンバ内に導入し、チャンバ内の圧力を２６．６Ｐａとし、第１の高周波電力を４０ＭＨｚで３００Ｗ、第２の高周波電力を３．２ＭＨｚで１０００Ｗとして下部電極であるサセプタに印加するというトレンチエッチングの条件で、上部電極への直流電圧を印加しない場合と−６００Ｗ印加した場合とでウエハ径方向の電子密度（プラズマ密度）分布を測定した。その結果を図７に示す。この図に示すように、直流電圧を印加しない場合には、ウエハ中心部の電子密度が他の部分よりも低いのに対し、直流電圧を印加することにより、ウエハ中心部の電子密度を上昇させて電子密度が均一化されていることが確認された。また、直流電圧を印加することにより、電子密度が全体的に上昇した。
【００７３】
以上のように、上部電極３４に印加する直流電圧を制御することにより、上述の上部電極３４のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、電子の供給機能、プラズマポテンシャル制御機能、電子密度（プラズマ密度）上昇機能、およびプラズマ密度コントロール機能の少なくとも一つを有効に発揮させることが可能である。
【００７４】
以上、上部電極３４に直流（ＤＣ）電圧を印加した場合の作用効果について説明した。
【００７５】
本実施形態では、上部電極に直流電圧を印加するプラズマエッチング装置として、下部電極にプラズマ形成用の第１の高周波（ＲＦ）電力およびイオン引き込み用の第２の高周波（ＲＦ）電力を印加する下部ＲＦ二周波印加型のプラズマエッチング装置を用いて説明したが、下部ＲＦ二周波印加型のプラズマエッチング装置の、他の容量結合型プラズマエッチング装置に対する優位点としては、以下が挙げられる。
【００７６】
まず、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加することで、ウエハにより近いところでプラズマを形成することができるので、またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので高効率である。これに対して、上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加するタイプの装置では、上部電極近傍にプラズマが生成されるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件では、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることが困難である。
【００７７】
また、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加することで、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。これに対して、下部電極に一周波の高周波電力を印加するタイプの装置では、プラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが不可能であり、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすのが困難である。
【００７８】
以上のように、ウエハに近いところでプラズマを形成することが可能でプラズマが広い領域に拡散せず、かつプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能な、下部ＲＦ二周波印加型のプラズマエッチング装置に、上部電極へ直流電圧を印加することによって、さらに上部電極のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、ウエハへの電子の供給機能、プラズマポテンシャルの制御機能、プラズマ密度の上昇機能、プラズマ密度コントロール機能の少なくとも一つを併せ持つことが可能になるので、近年のエッチング微細加工に適合したより高いパフォーマンスを有するプラズマエッチング装置を提供することができる。
【００７９】
なお、上部電極３４への直流電圧印加は選択的であってよい。上部電極３４への直流電圧印加が必要なエッチング条件においては、可変直流電源５０および図２に示したリレースイッチ５２をオンにし、上部電極３４への直流電圧印加が特に必要のないエッチング条件においては、可変直流電源５０およびリレースイッチ５２をオフにすればよい。
【００８０】
また、上部電極３４へ直流電圧を印加する際、上部電極３４が接地されていると直流電圧印加の機能がなくなるので、上部電極３４はＤＣ的にフローティングである必要がある。模式図として図８に示す。図８において電気的にキャパシター５０１、５０２、５０３を形成している箇所は、実際には誘電体が入ることになり、上部電極３４は誘電体を介して処理容器１０および接地導体１０ａに対してＤＣ的なフローティングとなっている。なお、高周波電源８９、９０から下部電極１６に印加された高周波電力は、処理空間を介して上部電極３４に到達し、キャパシター５０１、５０２、５０３を介して、接地された処理容器１０及び接地導体１０ａに到達する。
【００８１】
そして、可変直流電源５０およびリレースイッチ５２をオフにして、上部電極３４へ直流電圧を印加しない場合は、上部電極３４を接地状態またはＤＣ的にフローティング状態のいずれに可変可能としてもよい。図９の例では、上部電極３４へ直流電圧を印加しない場合は、接地導体１０ａと上部電極３４をスイッチ（可変装置）５０４により短絡させて上部電極３４を接地状態としているが、スイッチ（可変装置）５０４をオフにして上部電極３４をＤＣ的にフローティング状態としてもよい。
【００８２】
また、図１０のように、電気的にキャパシター５０１を形成している箇所を、電気的にキャパシタンスが可変できるように構成しても良い。これにより、上部電極のポテンシャルを可変することができる。
【００８３】
また、図１１に示すように、例えばプラズマ検出窓１０ａからプラズマの状態を検出する検出器５５を設け、その検出信号に基づいてコントローラ５１が可変直流電源５０を制御するようにすることにより、上述した機能を有効に発揮するような直流電圧を自動的に上部電極３４に印加することが可能である。
【００８４】
また、シース厚を検出する検出器あるいは電子密度を検出する検出器を設け、その検出信号に基づいてコントローラ５１が可変直流電源５０を制御するようにしてもよい。
【００８５】
ここで、下部ＲＦ二周波印加型で上部電極に直流電圧を印加するプラズマエッチング装置において、ウエハＷ上に形成された絶縁膜（例えばＬｏｗ−ｋ膜）をエッチングする際に、処理ガスとして使用するのが特に好ましいガスの組み合わせを下記に例示する。
【００８６】
ビアエッチングの条件におけるオーバーエッチング時に、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、（Ｃ５Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２）または（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２）または（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２）または（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｎ２、ＣＯ）が挙げられる。これにより、絶縁膜の下地膜（ＳｉＣ、ＳｉＮ等）に対する選択比を大きくとることができる。
【００８７】
また、トレンチエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、ＣＦ４または（ＣＦ４、Ａｒ）または（Ｎ２、Ｈ２）が挙げられる。これにより、絶縁膜のマスクに対する選択比を大きくとることができる。
【００８８】
また、絶縁膜上の有機反射防止膜をエッチングする条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、ＣＦ４または（ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８）または（ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８）または（ＣＦ４、Ｃ４Ｆ６）が挙げられる。
【００８９】
また、ＨＡＲＣエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、（Ｃ４Ｆ６、ＣＦ４、Ａｒ、Ｏ２）または（Ｃ４Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２）または（Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２）または（Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ａｒ、Ｏ２）または（Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２）が挙げられる。これにより、絶縁膜のエッチング速度を大きくすることができる。
【００９０】
なお上記に限られず、（ＣｘＨｙＦｚのガス／Ｎ２，Ｏ２等の添加ガス／希釈ガスの組み合わせ）を使用することが可能である。
【００９１】
ところで、上部電極３４に直流電圧を印加すると、上部電極３４に電子がたまり、チャンバ１０の内壁との間等に異常放電が生じるおそれがある。このような異常放電を抑制するため、本実施形態ではＤＣ的に接地されたパーツであるＧＮＤブロック（導電性部材）９１をチャンバ壁側のデポシールド１１に設けている。このＧＮＤブロック９１はプラズマ面に露出しており、デポシールド１１の内部の導電部に電気的に接続されており、可変直流電源５０から上部電極３４に印加された直流電圧電流は、処理空間を経てＧＮＤブロック９１に到達し、デポシールド１１を介して接地される。ＧＮＤブロック９１は導電体であり、Ｓｉ、ＳｉＣ等のシリコン含有物質であることが望ましい。Ｃも好適に用いることができる。このＧＮＤブロック９１により、上記上部電極３４にたまる電子を逃がすことができ、異常放電を防止することができる。ＧＮＤブロック９１の突出長さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９２】
また、異常放電を防止するために、上部電極３４に直流電圧を印加する場合に、適宜の手段により直流電圧に重畳して図１２に示すような極短い逆極性のパルスを周期的に与えて電子を中和する方法も有効である。
【００９３】
上記ＧＮＤブロック９１は、プラズマ形成領域に設けられていれば、その位置は図１の位置に限らず、例えば、図１３に示すように、サセプタ１６の周囲に設ける等、サセプタ１６側に設けてもよく、また図１４に示すように、上部電極３４の外側にリング状に設ける等、上部電極３４近傍に設けてもよい。ただし、プラズマを形成した際に、デポシールド１１等に被覆されているＹ２Ｏ３やポリマーが飛翔し、それがＧＮＤブロック９１に付着すると、ＤＣ的に接地されなくなって、異常放電防止効果を発揮し難くなるため、これらが付着し難いことが重要となる。そのためには、ＧＮＤブロック９１がＹ２Ｏ３等で被覆された部材から離れた位置であることが好ましく、隣接パーツとしてはＳｉや石英（ＳｉＯ２）等のＳｉ含有物質であることが好ましい。例えば、図１５の（ａ）に示すように、ＧＮＤブロック９１の周囲にＳｉ含有部材９３を設けることが好ましい。この場合に、Ｓｉ含有部材９３のＧＮＤブロック９１の下の部分の長さＬはＧＮＤブロック９１の突出長さＭ以上であることが好ましい。また、Ｙ２Ｏ３やポリマーの付着による機能低下を抑制するために、図１５の（ｂ）に示すように、ＧＮＤブロック９１として飛翔物が付着し難い凹所９１ａを設けることが有効である。また、ＧＮＤブロック９１の表面積を大きくして、Ｙ２Ｏ３やポリマーに覆われ難くすることも有効である。さらに、付着物を抑制するためには温度が高いことが有効であるが、上部電極３４にはプラズマ形成用の高周波電力が供給され、その近傍の温度が上昇するため、温度を上昇させて付着物を付着させない観点から上記図１４のように上部電極３４の近傍に設けることも好ましい。この場合、特に、上記図１４のように、上部電極３４の外側にリング状に設けることがより好ましい。
【００９４】
デポシールド１１等に被覆されているＹ２Ｏ３やポリマーの飛翔にともなうＧＮＤブロック９１への付着物の影響をより効果的に排除するためには、図１６に示すように、ＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加可能にするのが効果的である。すなわち、ＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加することにより、そこに付着した付着物がスパッタまたはエッチングされ、ＧＮＤブロック９１の表面をクリーニングすることができる。図１６の構成においては、ＧＮＤブロック９１に可変直流電源５０から電圧印加が可能なように、ＧＮＤブロック９１の接続を、可変直流電源５０側と接地ラインとで切り替える切替機構５３が設けられ、さらにＧＮＤブロック９１に負の直流電圧が印加された際に発生する直流電子電流を流入させる、接地された導電性補助部材９１ｂが設けられている。切替機構５３は、可変直流電源５０の接続を整合器４６側とＧＮＤブロック９１側との間で切り替える第１スイッチ５３ａと、ＧＮＤブロック９１の接地ラインへの接続をオン・オフする第２スイッチ５３ｂとを有している。なお、図５３の例では、ＧＮＤブロック９１が上部電極３４の外側にリング状に設けられ、導電性補助部材９１ｂがサセプタ１６の外周に設けられており、この配置が好ましいが、必ずしもこのような配置でなくてもよい。
【００９５】
図１６の構成の装置において、プラズマエッチング時には、通常、図１７の（ａ）に示すように、切替機構５３の第１スイッチ５３ａが上部電極３４側に接続され、可変直流電源５０が上部電極３４側に接続された状態となり、かつ第２スイッチ５３ｂがオンにされ、ＧＮＤブロック９１が接地ライン側に接続される。この状態においては、第１の高周波電源４８および可変直流電源５０から上部電極３４に給電されてプラズマが形成され、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から接地されているＧＮＤブロック９１および導電性補助部材９１ｂに流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このとき、ＧＮＤブロック９１の表面は、上述したようなＹ２Ｏ３やポリマー等の付着物で被覆されることがある。
【００９６】
このため、このような付着物をクリーニングする。このようなクリーニング時には、図１７の（ｂ）に示すように、切替機構５３の第１スイッチ５３ａをＧＮＤブロック９１側に切り替え、第２スイッチ５３ｂをオフにする。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、可変直流電源５０から負の直流電圧がＧＮＤブロック９１に印加される。これにより、直流電子電流はＧＮＤブロック９１から導電性補助部材９１ｂに流入する。逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。このため、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。
【００９７】
また、プラズマエッチング時の一部の期間において、図１８に示すように、第２スイッチ５３ｂをオフにし、ＧＮＤブロック９１をフローティング状態としてもよい。このとき、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から導電性補助部材９１ｂに流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このときＧＮＤブロック９１にはセルフバイアス電圧がかかり、その分のエネルギーをもって正イオンが入射され、プラズマエッチング時にＧＮＤブロック９１をクリーニングすることができる。
【００９８】
なお、上記クリーニング時においては、印加する直流電圧は小さくてよく、その際の直流電子電流は小さい。このため、図１６の構成において、リーク電流によりＧＮＤブロック９１に電荷がたまらないようにできる場合には、必ずしも導電性補助部材９１ｂは必要ない。
【００９９】
上記図１６の例では、クリーニング時に、可変直流電源５０の接続を上部電極３４側からＧＮＤ電極９１側に切り替え、直流電圧を印加した際の直流電子電流がＧＮＤブロック９１から導電性補助部材９１ｂへ流れるようにしたが、可変直流電源５０の正極を上部電極３４に接続し、負極をＧＮＤブロック９１に接続し、直流電圧を印加した際の直流電子電流がＧＮＤブロック９１から上部電極３４へ流れるようにしてもよい。この場合は、導電性補助部材は不要である。このような構成を図１９に示す。図１９の構成においては、プラズマエッチング時には、可変直流電源５０の負極が上部電極３４に接続され、かつＧＮＤブロック９１が接地ラインに接続され、クリーニング時には、可変直流電源５０の正極が上部電極３４に接続され、負極がＧＮＤブロック９１に接続されるように、接続を切り替える接続切替機構５７が設けられている。この接続切替機構５７は、上部電極３４に対する可変直流電源５０の接続を正極と負極との間で切り替える第１スイッチ５７ａと、ＧＮＤブロック９１に対する可変直流電源５０の接続を正極と負極との間で切り替える第２スイッチ５７ｂと、可変直流電源５０の正極または負極を接地するための第３スイッチ５７ｃとを有している。第１スイッチ５７ａと第２スイッチ５７ｂとは、第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の正極に接続されている際には第２スイッチ５７ｂが直流電源の負極に接続され、第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の負極に接続されている際には第２スイッチ５７ｂがオフになるように連動する連動スイッチを構成している。
【０１００】
図１９の構成の装置において、プラズマエッチング時には、図２０の（ａ）に示すように、接続切替機構５７の第１スイッチ５７ａが可変直流電源５０の負極側に接続され、可変直流電源５０の負極が上部電極３４側に接続された状態となり、かつ第２スイッチ５７ｂが可変直流電源５０の正極側に接続され、第３スイッチ５７ｃが可変直流電源５０の正極側に接続され（可変直流電源５０の正極を接地）、ＧＮＤブロック９１が接地ライン側に接続される。この状態においては、第１の高周波電源４８および可変直流電源５０から上部電極３４に給電されてプラズマが形成され、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極３４から接地されているＧＮＤブロック９１に流入する（正イオン電流の流れの向きは逆となる）。このとき、ＧＮＤブロック９１の表面は、上述したようなＹ２Ｏ３やポリマー等の付着物で被覆されることがある。
【０１０１】
一方、クリーニング時には、図２０の（ｂ）に示すように、接続切替機構５７の第１スイッチ５７ａを可変直流電源５０の正極側に切り替え、第２スイッチ５７ｂを可変直流電源５０の負極側に切り替え、さらに第３スイッチ５７ｃを未接続状態とする。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、ＧＮＤブロック９１には可変直流電源５０の負極から、上部電極３４には可変直流電源５０の正極から、直流電圧が印加され、これらの間の電位差により直流電子電流はＧＮＤブロック９１から上部電極３４に流入し、逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。このため、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。なお、この場合に可変直流電源５０は見かけ上フローティング状態であるが、一般的に電源にはフレーム接地ラインが設けられているので安全である。
【０１０２】
また、上記例では第３スイッチ５７ｃを未接続状態としたが、可変直流電源５０の正極側に接続のまま（可変直流電源５０の正極を接地）としてもよい。この状態においては、第１の高周波電源４８から上部電極３４に給電されてクリーニングプラズマが形成され、ＧＮＤブロック９１には可変直流電源５０の負極から直流電圧が印加され、直流電子電流はプラズマを介してＧＮＤブロック９１から上部電極３４に流入し、逆に正イオンはＧＮＤブロック９１に流入する。この場合においても、直流電圧を調整してＧＮＤブロック９１への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、ＧＮＤブロック９１表面をイオンスパッタすることができ、これによりＧＮＤブロック９１表面の付着物を除去することができる。
【０１０３】
なお、図１６よび図１９の例では、クリーニングの際にＧＮＤブロック９１に直流電圧を印加したが、交流電圧を印加してもよい。また、図１６の例において、上部電極に直流電圧を印加するための可変直流電源５０を用いてＧＮＤブロック９１に電圧を印加したが、別の電源から電圧を印加するようにしてもよい。また、図１６および図１９の例では、プラズマエッチング時にＧＮＤブロック９１を接地させ、クリーニング時にＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加する形態を説明したが、これに限られない。例えば、プラズマエッチング時にＧＮＤブロック９１に負の直流電圧を印加してもよい。また、上記のクリーニング時をアッシング時に置き換えてもよい。さらに、可変直流電源５０としてバイポーラ電源を用いた場合には、上記接続切替機構５７のような複雑なスイッチング動作は不要である。
【０１０４】
図１６の例における切替機構５３、図１９の例における接続切替機構５７の切り替え動作は、制御部９５からの指令に基づいて行われる。
【０１０５】
プラズマを形成した際において、Ｙ２Ｏ３やポリマーがＧＮＤブロック９１へ付着することによってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止する観点からは、ＧＮＤブロック９１の一部を他の部材で覆い、これらに相対移動を生じさせることにより、ＧＮＤブロック９１の新たな面が露出するようにすることが有効である。具体的には、図２１に示すように、ＧＮＤブロック９１を比較的大面積として、ＧＮＤブロック９１のプラズマが当たる表面の一部を矢印方向に移動可能なマスク材２１１で覆い、この保護板２１１を移動することにより、ＧＮＤブロック９１表面のプラズマに曝される部分を変えることを可能とすることを挙げることができる。この場合に駆動機構をチャンバ１０内に設けるとパーティクル発生を引き起こす懸念があるが、百時間に一度程度と少ない頻度でよいので大きな問題は生じない。また、図２２に示すように、例えば円柱状のＧＮＤブロック１９１を回転可能に設け、ＧＮＤブロック１９１の外周面の一部のみが露出可能なようにマスク材２１２で覆うようにし、ＧＮＤブロック１９１を回転させることにより、プラズマに曝されている部分を変えるようにすることも有効である。この場合には、駆動機構はチャンバ１０外に設けることができる。マスク材２１１，２１２としては、耐プラズマ性の高いもの、例えばＹ２Ｏ３等のセラミックスを溶射したアルミ板を用いることができる。
【０１０６】
また、同様にＧＮＤブロック９１が付着物によってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止するための他の手法としては、ＧＮＤブロック９１の一部を他の部材で覆い、この他の部材としてプラズマにより徐々にエッチングされるものを用いて、ＧＮＤブロック９１が常に導電性を失っていない面が露出するようにすることが有効である。例えば、図２３の（ａ）に示すように、段付きの保護膜２１３でＧＮＤブロック９１表面の一部を覆い、初期露出面９１ｃに接地機能を持たせる。この状態でプラズマ処理を例えば２００時間行うと、図２３の（ｂ）に示すように、ＧＮＤブロック９１の初期露出面９１ｃが導電性を失うが、その際に段付きの保護膜２１３の薄い部分がエッチングされてＧＮＤブロック９１の新露出面９１ｄが現れるようにする。これにより新露出面９１ｄが接地機能を発揮するようになる。このような保護膜２１３は、ＧＮＤブロック９１へ壁面材料が付着するのを防止する効果と、ＧＮＤブロック９１へのイオンの流入を減少させて汚染を防止する効果を有する。
【０１０７】
実際の適用においては、図２４に示すように、薄い層２１４を多数積層して各層を少しずつずらした保護膜２１３ａを用いることが好ましい。この場合に、１つの層２１４がプラズマによるエッチングによって消失する時間をＴｅとし、ＧＮＤブロック９１の露出した表面が汚染されて導電性を消失するまでの時間をＴｐとすると、かならずＴｅ＜Ｔｐを満たすように層２１４の厚さを設定することにより、ＧＮＤブロック９１において常に導電性を保った表面を確保することができる。層２１４の数としては、メンテナンスの周期よりもＧＮＤブロック９１の寿命のほうが長くなるように選ぶことが好ましい。また、メンテナンス性の向上のために、図示するように他とは異なる色を付けた層２１４ａを１層設けておき、例えばこの層２１４ａが一定面積以上となった時点で交換するようして交換時期を把握することができる。
【０１０８】
保護膜２１３、２１３ａとしては、プラズマにより適度にエッチングされるものが好ましく、例えば、フォトレジスト膜を好適に用いることができる。
【０１０９】
ＧＮＤブロック９１が付着物によってＤＣ的に接地されなくなることを簡易に防止するためのさらに他の方法としては、ＧＮＤブロック９１を複数設け、その中で接地機能を奏するものを順次切り替えていくことを挙げることができる。例えば、図２５に示すように、３つのＧＮＤブロック９１を設け、これらの一つのみを接地させるように切り替えスイッチ２１５を設ける。また、共通の接地ライン２１６には、電流センサー２１７を設けておき、そこに流れる直流電流をモニターする。接地されているＧＮＤブロック９１の電流を電流センサー２１７でモニターし、その電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しないとして別のＧＮＤブロック９１に切り替える。なお、ＧＮＤブロック９１の数は３〜１０個程度の範囲で適当な数を選択すればよい。
【０１１０】
以上の例においては、接地されていないＧＮＤブロックは電気的にフローティング状態となっているが、使っていないＧＮＤブロックを保護する観点から、切り替えスイッチ２１５を設ける代わりに、保護するためのポテンシャルを印加できるようにしてもよい。その例を図２６に示す。図２６では各ＧＮＤブロック９１に個別に接続された接地ライン２１８にそれぞれ可変直流電源２１９を設ける。これにより、接地機能を発揮させるべきＧＮＤブロック９１の電圧が０Ｖになるようにそれに対応する可変直流電源２１９の電圧を制御し、他のＧＮＤブロック９１については、電流が流れない電圧、例えば１００Ｖになるように対応する可変直流電源２１９の電圧を制御する。そして、接地機能を発揮させるべきＧＮＤブロック９１に接続されている接地ライン２１８に設けられた電流センサー２１７の電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しなくなったと判断して、別のＧＮＤブロック９１に対応する可変直流電源２１９の電圧値をそのＧＮＤブロックが接地機能を奏する値に制御する。
【０１１１】
なお、このように直流電源２１９からの印加電圧を−１ｋＶ程度の負の値とすることにより、それに接続されたＧＮＤブロック２１９をプラズマに直流電圧を与えるための電極として機能させることができる。ただし、この値があまり大きくてもプラズマへ悪影響を与えてしまう。また、ＧＮＤブロック９１に印加する電圧を制御することにより、ＧＮＤブロック９１に対するクリーニング効果を奏することができる。
【０１１２】
なお、上記第１の高周波電力および第２の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第１の高周波電力としては、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１６０ＭＨｚを挙げることができ、第２の高周波電力としては、３８０ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、３．２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。
【０１１３】
また、以上では、プラズマエッチング装置を例に説明したが、他のプラズマを用いて半導体基板を処理する装置にも適用可能である。例えばプラズマ成膜装置が挙げられる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…チャンバ（処理容器）
１６…サセプタ（下部電極）
３４…上部電極
４６ａ…ローパスフィルタ
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
８９…第１の高周波電源
９０…第２の高周波電源
９１…ＧＮＤブロック
Ｗ…半導体ウエハ（被処理基板）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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