(57)【要約】  平行平板型のプラズマ処理装置用の上部電極であって、所望の誘電体から形成された基材と、基材の表面のうち、少なくともプラズマ処理装置の下部電極に対向する側の表面の一部に所定のパターンで形成された導電体層と、基材における導電体層が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、導電体層とは電気的に独立した補助導電体層とを含み、スイッチを開閉操作することで、導電体層と補助導電体層との接続状態を操作する。
2013047575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型のプラズマ処理装置用の上部電極であって、
誘電体により形成された基材と、
前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、
前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を有することを特徴とする、上部電極。
【請求項２】
前記補助導電体部材に電気的に接続されたスイッチを有し、
前記スイッチを開閉操作することで、前記補助導電体部材と前記導電体部材との接続状態を操作することができることを特徴とする、請求項１に記載の上部電極。
【請求項３】
前記スイッチは、ダイオードスイッチであり、
前記ダイオードスイッチは、
前記補助導電体層に接続されたブロッキングコンデンサと、
前記ブロッキングコンデンサに対してアノードが直列に接続されたダイオードと、
前記ダイオードのアノード側に並列に接続されたリアクタンスと、
前記リアクタンスの反ダイオード側に接続されたバイパスコンデンサを有し、
前記バイパスコンデンサ及び前記ブロッキングコンデンサは、導電膜と誘電体膜を積層して構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の上部電極。
【請求項４】
前記ブロッキングコンデンサを構成する前記導電膜は、前記補助導電体部材に電気的に接続され、
前記バイパスコンデンサを構成する前記導電膜は、前記導電体部材に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の上部電極。
【請求項５】
前記導電体部材は、前記上部電極の外側から内側に向けて突出する櫛歯状のパターン、前記上部電極の外側から内側に向けて突出する三日月状のパターン、前記上部電極の外側から内側に向けて開口するパターンのいずれかの疎密のパターンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の上部電極。
【請求項６】
前記導電体部材により疎密のパターンが形成される領域における導電体部材及び補助導電体部材の占める割合は１〜４５％であることを特徴とする、請求項５に記載の上部電極。
【請求項７】
前記導電体部材は、前記櫛歯状の歯の本数、当該歯の長さ及び当該歯間の幅の少なくともいずれかにより疎密のパターンを形成することを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の上部電極。
【請求項８】
前記疎密のパターンは、少なくとも異なる３種類の長さの前記櫛歯状の歯により形成され、前記上部電極の中心から最も長い櫛歯の先端までの距離は３５〜５０ｍｍ、前記上部電極の中心から中間の長さの櫛歯の先端までの距離は６０〜９０ｍｍ、前記上部電極の中心から最も短い櫛歯の先端までの距離は１００〜１２５ｍｍであることを特徴とする、請求項７に記載の上部電極。
【請求項９】
前記上部電極の中心から最も長い櫛歯の先端までの領域における導電体部材及び補助導電体部材の占める割合は１〜７％であり、
前記上部電極の中心から中間の長さの櫛歯の先端までの領域における導電体部材及び補助導電体部材の占める割合は７〜１３％であり、
前記上部電極の中心から最も短い櫛歯の先端までの領域における導電体部材及び補助導電体部材の占める割合は１３〜２５％であることを特徴とする、請求項８に記載の上部電極。
【請求項１０】
前記導電体部材は、グラウンド電位であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の上部電極。
【請求項１１】
前記基材は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかから形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の上部電極。
【請求項１２】
前記基材と、前記導電体部材とを覆う保護部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の上部電極。
【請求項１３】
前記上部電極の基材には、複数のガス導入路が貫通して形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の上部電極。
【請求項１４】
上部電極と下部電極とが対向して配置された平行平板型のプラズマ処理装置であって、
前記上部電極は、
誘電体により形成された基材と、
前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、
前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を備えていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項１５】
平行平板型のプラズマ処理装置において、上部電極により形成される電界強度の分布を制御する方法であって、
前記上部電極は、
誘電体により形成された基材と、
前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、
前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を有し、
前記補助導電体部材と前記導電体部材との電気的な接続状態を操作することにより、前記上部電極の、前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面積に占める導電体の割合を変化させて、上部電極により形成される電界強度の分布を変化させることを特徴とする、電界強度分布の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行平板型のプラズマ処理装置用の上部電極、前記上部電極を備えたプラズマ処理装置及び前記プラズマ処理装置における電界強度分布の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマの作用により被処理体上にエッチングや成膜等の微細加工を施す装置としては、平行平板型（容量結合型）プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置等が実用化されている。このうち、平行平板型プラズマ処理装置では、対向して設けられた上部電極及び下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、その電界エネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成し、生成された放電プラズマによって被処理体を微細加工する。【０００３】
ところで、近年の更なる微細化の要請に伴い、１００ＭＨｚ程度の比較的高い周波数を持つ電力を供給し、高密度・低イオンエネルギーのプラズマを生成することが不可欠になってきている。その一方で、供給される電力の周波数が高くなると、高周波の電流が、表皮効果により電極（上部又は下部）のプラズマ側の表面を端部側から中心側に向かって流れる。これにより、電極の中心を腹にした定在波が形成され、電極の中心側の電界強度が電極の端部側の電界強度より高くなる。このため、電極の中心側にてプラズマの生成に消費される電界エネルギーは、電極の端部側にてプラズマの生成に消費される電界エネルギーよりも大きくなり、電極の端部側よりも電極の中心側にてガスの電離や解離が促進される。この結果、中心側のプラズマの電子密度は、端部側のプラズマの電子密度より高くなる。プラズマの電子密度が高い電極の中心側ではプラズマの抵抗率が低くなるため、対向電極でも電極の中心側に高周波（電磁波）による電流が集中して、プラズマ密度が不均一になる。【０００４】
これに対して、プラズマ密度の均一性を高めるために、電極のプラズマ面の中心部分にセラミックス等の誘電体を埋設することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０００−３２３４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プラズマの均一性をより高めるために、電極に埋設する誘電体をテーパ状に形成することも提案されている。この場合、誘電体の端部側では中心部側よりキャパシタンス成分が大きくなるため、フラット構造の誘電体を埋設した場合より誘電体の端部側にて電界強度が低下しすぎず、より均一な電界強度が得られる。【０００７】
ところで、近年のプラズマ処理装置においては、１台の装置によって複数の被処理体を異なる条件により連続的に処理することが望まれている。【０００８】
しかしながら、テーパ状の誘電体を埋設した電極を用いた場合であっても、例えばプラズマ密度や処理ガスの種類といったプラズマ処理の条件を変化させると、各条件ごとに電極面内における電界強度分布は異なったものとなる。つまり、複数の処理条件の全てにおいて均一な電界強度分布、換言すれば均一なプラズマ密度を得ることはできない。【０００９】
そのため、平行平板型プラズマ処理装置の電極には、プラズマ処理の条件を変化させた際に、電界強度分布を変化させることができる機能が求められている。【００１０】
上記問題に鑑み、本発明は、複数の異なる処理条件下においてもプラズマの均一性を高めることが可能な上部電極、プラズマ処理装置及び電界強度分布の制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、平行平板型のプラズマ処理装置用の上部電極であって、誘電体により形成された基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を有することを特徴とする、上部電極が提供される。【００１２】
かかる構成によれば、上部電極は、誘電体から形成された基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材とを有する。したがって、導電体部材と補助導電体部材の電位を独立に設定することができる。これにより、上部電極による電界強度分布を任意に変化させることができる。その結果、プラズマ条件が変化する状況下においても、所望の電界強度を得ることができる。【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の別の態様によれば、上部電極と下部電極とが対向して配置された平行平板型のプラズマ処理装置であって、前記上部電極は、誘電体により形成された基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を備えていることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の態様によれば、平行平板型のプラズマ処理装置において、上部電極により形成される電界強度の分布を制御する方法であって、前記上部電極は、誘電体により形成された基材と、前記基材の表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に、所定のパターンで且つ等電位に形成された導電体部材と、前記基材における前記導電体部材が形成された側と同じ表面に所定のパターンで形成され、前記導電体部材とは電気的に独立した補助導電体部材と、を有し、前記補助導電体部材と前記導電体部材との電気的な接続状態を操作することにより、前記上部電極の、前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面積に占める導電体の割合を変化させて、上部電極により形成される電界強度の分布を変化させることを特徴とする、電界強度分布の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る上部電極プラズマ処理装置及び電界強度分布の制御方法によれば、複数の異なる処理条件下においてもプラズマの均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】電極を流れる高周波を説明するための図である。
【図３】テーパ状の誘電体を電極に埋設した場合の電界強度を示した図である。
【図４】矩形状の誘電体を電極に埋設した場合と同等の電極における電界強度を示した図である。
【図５】導電体部材に疎密パターンを形成した上部電極の平面図である。
【図６】導電体部材に疎密パターンを形成した上部電極の縦断面図である。
【図７】導電体部材に形成された疎密パターン近傍の平面図である。
【図８】導電体部材に疎密パターンを形成した上部電極による電界強度を示した図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る上部電極の縦断面図である。
【図１１】ダイオードを用いて構成したスイッチの構成の概略を示す回路図である。
【図１２】ダイオードを用いて構成したスイッチを上部電極に実装した場合の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１３】ダイオードを用いて構成したスイッチを上部電極に実装した場合の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１４】ダイオードを用いて構成したスイッチを上部電極に実装した場合の構成の概略を示す縦断面図である。
【図１５】３種類の疎密パターンの電界強度を示した図である。
【図１６】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図１７】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図１８】各種疎密パターンにおける電界強度を示した図である。
【図１９】疎密パターンの櫛歯の長さを変化させた場合の電界強度を示した図である。
【図２０】疎密パターンの櫛歯の長さを示した図である。
【図２１】疎密パターンの櫛歯の形状を変化させた場合の電界強度を示した図である。
【図２２】疎密パターンのトランジション部を示した図である。
【図２３】一実施形態に係る上部電極の導電体層に疎密パターンを形成した場合のエッチングレートを示した図である。
【図２４】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図２５】上下電極間のギャップと電界強度との関係を示した図である。
【図２６】変形例に係る各種疎密パターンである。
【図２７】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図２８】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【図２９】一実施形態に係る上部電極の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００１８】
（プラズマ処理装置の全体構成）
まず、本発明の一実施形態に係る上部電極を有したプラズマ処理装置について説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１０の構成の概略を示す縦断面図である。本実施の形態に係るプラズマエッチング装置１０は、例えば平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００１９】
プラズマエッチング装置１０は、減圧可能な処理容器１００を有する。処理容器１００は、小径の上部チャンバ１００ａと大径の下部チャンバ１００ｂとから形成されている。処理容器１００は、例えばアルミニウム等の金属から形成され、接地されている。なお、下部チャンバ１００ｂには、後述する排気口２７０が設けられ、排気マニホールドとしても機能する。
【００２０】
処理容器１００の内部には、上部電極１０１と下部電極２１０とが対向して配置され、これにより、一対の平行平板電極が形成されている。下部チャンバ１００ｂの側面には、ゲートバルブＶが設けられている。ウエハＷは、このゲートバルブＶから処理容器１００の内部に搬入され、下部電極２１０に載置される。処理容器１００の内部では、処理ガスを導入して高周波電力のパワーによりプラズマが生成される。下部電極２１０に載置された基板、例えばウエハＷは、そのプラズマによりエッチング処理される。
【００２１】
上部電極１０１は、天板１０１ｄと上部基材１０１ａ、及び当該上部基材１０１ａの直下面に取り付けられて上部基材１０１ａとともにシャワーヘッドを形成する。また、天板１０１ｄと上部基材１０１aとの間にガス拡散部（導電体のベースプレート）１０１ｂを有している。天板１０１ｄ上には処理ガスを供給するためのガス供給管１０２が接続されている。処理ガスは、ガス供給管１０２を介してガス供給源２１５からガス拡散部１０１ｂへ供給される。その後処理ガスは、ガス拡散部１０１ｂにて拡散され、ガス拡散部１０１ｂに連通する複数のガス通路１０１ｅを経て、上部基材１０１ａを貫通する複数のガス導入路１０１ｆを介して複数のガス穴１０１ｃから処理容器内に導入される。
【００２２】
下部電極２１０は、アルミニウム等の金属から形成された基材２１０ａが絶縁層２１０ｂを介して支持台２１０ｃに支持されて構成され、電気的に処理容器１００から浮いた（絶縁された）状態になっている。支持台２１０ｃの下方部分はカバー２１６にて覆われている。支持台２１０ｃの下部電極の外周には、バッフル板２２０が設けられていて、処理容器１００内のガスの流れを制御する。
【００２３】
下部電極２１０には、冷媒流路２２１が設けられており、冷媒流路２２１に連通する冷媒導入管２２２のイン側から冷媒が導入される。導入された冷媒は、冷媒流路２２１を循環して冷媒導入管２２２のアウト側から排出される。これにより、下部電極２１０を所望の温度に制御できる。
【００２４】
下部電極２１０の直上には静電チャック機構２２５が配置されている。静電チャック機構２２５は、絶縁部材２２５ａと、当該絶縁部材２２５ｂ内に埋め込まれた電極部（金属シート部材）２２５ｂにより構成されている。電極部２２５ｂには直流電源２３５が接続され、直流電源２３５によって印加された直流電圧により、ウエハＷは下部電極２１０に静電吸着される。静電チャック機構２２５の外周には、例えばシリコンやポリシリコン等のシリコン系（ドープされたものも含む）の部材で形成されたフォーカスリング２３０が設けられており、プラズマをウエハ外周側に拡散してプラズマの均一性を維持する役割を果たしている。
【００２５】
下部電極２１０は、第1の整合器２４５を介して第1の高周波電源２５０に接続されている。第1の高周波電源２５０はプラズマ生成用の電源であって、例えば１００ＭＨｚの第１の高周波が出力される。処理容器１００内の供給された処理ガスは、第1の高周波電源２５０から下部電極２１０へ出力された高周波の電界エネルギーにより励起され、これにより生成された放電型のプラズマによってウエハＷにエッチング処理が施される。
【００２６】
また、下部電極２１０は、第２の整合器２６０を介して第２の高周波電源２６５に接続されている。第２の高周波電源２６５はウエハＷへのバイアス制御用の電源であって、例えば３ＭＨｚや１３ＭＨｚの第２の高周波が出力される。第２の高周波電源２６５から出力された第２の高周波はバイアス電圧として下部電極２１０へのイオンの引き込みに用いられる。
【００２７】
下部チャンバ１００ｂの底面には排気口２７０が設けられ、排気口２７０に接続された排気管２７１を介して排気装置２７５を駆動することにより、処理容器１００の内部を所望の真空状態に保つようになっている。
【００２８】
上部チャンバ１００ａの周囲には、マルチポールリング磁石２８０ａ、２８０ｂが配置されている。マルチポールリング磁石２８０ａ、２８０ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられていて、隣接する複数の異方性セグメント柱状磁石同士の磁極の向きが互いに逆向きになるように配置されている。その結果、上部電極１０１と下部電極２１０との間の処理空間の周辺部のみに磁場が形成される。このとき、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、処理空間にプラズマを閉じこめるように作用する。
【００２９】
次に、本発明の一実施形態にかかる上部電極１０１形態について説明するにあたり、従来の上部電極における問題について説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示したように、高周波電源２５０から、例えば１００ＭＨｚの高周波電力が下部電極２１０に印加されると、表皮効果（導体の表面を高周波電流が流れる現象）により高周波の電流は、下部電極２１０の表面を流れる。つまり、下部電極２１０の上部表面を端部側から中央部に向けて高周波電流が流れる。これにより、下部電極２１０の中心を腹にした定材波が形成され、下部電極２１０の中心側の電界強度が下部電極２１０の端部側の電界強度より高くなり、下部電極２１０の中心側では端部側よりガスの電離や解離が促進される。この結果、下部電極２１０の中心側のプラズマの電子密度は、端部側のプラズマの電子密度より高くなる。プラズマの電子密度が高い下部電極２１０の中心側ではプラズマの抵抗率が低くなるため、対向する上部電極１０１においても上部電極１０１の中心側に高周波による電流が集中して、さらにプラズマ密度の不均一が高まる。その結果、図２（ｂ）に示したように、周波数が高いほどウエハ中心部の電界強度が周辺部より高くなる。特に、１００ＭＨｚの高い周波数の高周波電力では電界強度の不均一性が高いため、プラズマ密度がより不均一に生成されてしまう。
【００３１】
プラズマの均一性を高めるため、既述のように電極にテーパ状の誘電体を埋設した場合について説明する。図３（ａ）に示したように、電極９２０に埋設する誘電体９２０ｂをテーパ状に形成する場合、電極９２０を構成する基材９２０ａのプラズマ面の中心部分にテーパ状の誘電体９２０ｂを埋設し、その基材９２０ａと誘電体９２０ｂの間を金属性接着剤９２５で接着する。誘電体９２０ｂとしては、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックスで構成する。そして、その表面に耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ２Ｏ３）などを溶射して保護層９３０を形成する。図３（ｂ）の曲線Ｅａ’、Ｅｂ’、Ｅｃ’は、厚さが同一でテーパ比φＡ／φＢが異なる誘電体９２０ｂを基材９２０ａに挿入した場合のウエハ中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する電界強度Ｅ(a.u.)を示す。曲線Ｅａ’、Ｅｂ’、Ｅｃ’の誘電体９２０ｂのテーパ比φＡ／φＢは、Ｅａ’＜Ｅｂ’＜Ｅｃ’の関係にある。ここでは、テーパ状の誘電体９２０ｂはアルミナで形成され、下部電極に１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力が印加される。その結果、誘電体９２０ｂの端部側では中心部よりキャパシタンス成分が大きくなるため、円筒状の誘電体を埋設した場合より誘電体の端部側にて電界強度が低下しすぎず、より均一な電界強度が得られていることがわかる。
【００３２】
しかしながら、基材９２０ａと誘電体９２０ｂとを接合するのは難しく、例えば金属の基材とセラミックス等の誘電体との接着剤による接合では、線膨張係数差を吸収するために一定の厚さ以上の接着剤層を緩衝材として用いる。そのため、一定の幅の接着剤層が表面に露出してしまう。また、接着剤層が露出しないように表面に誘電体を張り合わせると、金属基材との線膨張係数の差により応力が発生し、割れの懸念が生じる。
【００３３】
また、例えば誘電体の基材と金属被膜で覆われた誘電体との接着剤による接合では、上記の問題を解決することができるが、接着剤を用いることでの温度特性の悪化が懸念される。一方、温度特性の良好なロウ付けによる接合では、高温で行われる接合時の応力が蓄積されるため割れの懸念がある。
【００３４】
そこで、本発明者は、電極に誘電体の接合をせずに当該電極の電界強度の均一性を高める方法を見出した。即ち、電極に誘電体の接合をせずに当該電極の電界強度の均一性を高める場合、図４（ａ）に示したように、電極９０５の基材９０５ａに所定の表面処理、例えば、PVD法、プラズマ溶射法等を用いた表面処理を施すことで簡単に形成することができる。以下その形成方法について説明する。
【００３５】
電極９０５の形成にあたっては、先ず誘電体の基材９０５ａの表面を導電部材の導電体層９１０で覆う。この場合、プラズマ面側の基材９０５aの外周部から導電体層９１０が覆う先端部の位置は基板サイズと同じか、或いは基板より小さいか、又は基板より大きいかの位置が好ましい。より好ましくは、基板サイズである。さらにその基材９０５a及び導電体層９１０の表面に耐プラズマ性の高い誘電体部材、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３層）、ＹＦ３など周期律表３ａ族元素の酸化物及びフッ化物を溶射して保護層９１５を形成する。導電体層９１０は、プラズマ側の基材９０５ａの中央側の面には形成せず、基材９０５aの外周側の面にドーナッツ状に形成する。図４（ｂ）の曲線Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、大きさ及び厚さが同一な基材９０５ａに異なる内径のドーナッツ状の導電体層９１０を形成した場合の電界強度を示す。曲線Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃの内径は、Ｅａ＜Ｅｂ＜Ｅｃの関係にある。この場合も、基材はアルミナで形成され、下部電極に１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力を印加する。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、導電体層が設けられていないフラットな基材（FlatUEL）に比べて、電極９０５の中央側の領域のプラズマの電界強度が抑えられ、電極９０５の中央側の領域でのプラズマの電界強度の均一性が高められている。しかし、その電界強度分布には、導電体層９１０がある部分とない部分との境目（グラデーション）９１５aあたりで急峻な変化が見られる。よって、製作が容易な表面処理により、導電体層９１０をドーナッツ状に形成するのみでは、電極９０５領域全体での電界強度の均一性について図３のテーパ状の誘電体を埋め込んだ場合と同様の効果を得ることはできない。
【００３７】
（電極構造）
そこで、本発明者は、電極に誘電体の接合をせずに電界強度の均一性を高めるための上部電極１０５として、図５に示すように、誘電体の上部基材１０５ａのプラズマ側の面の外周部を導電体層で被膜し、これにより導電体層を形成した。これに加えて、形成された導電体層の表面に所定のパターンを形成する。図５は、上部電極１０５のプラズマ側（下部電極側）の面を示した図である。図６は、図５に１−１で示される断面から見た断面図である。
【００３８】
図６に示されるように、上部電極１０５は、上部基材１０５ａの表面を所定のパターンの、導電体部材としての導電体層１１０で覆い、さらにその表面に耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ２Ｏ３）などを溶射して形成された保護層１１５で覆われた構造となっている。このようにして、保護層１１５は上部基材１０５ａと導電体層１１０とを覆っている。
【００３９】
次に導電体層を所定のパターンで形成した構造における電界強度について、上部電極１０５のプラズマ面を、外周部、内周部及びその間のグラデーション部（図７のＧＲ０、ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４）に分けて説明する。導電体層１１０は上部電極１０５の外周部全体を覆っている。一方、導電体層１１０は上部電極１０５下面側の内周部には形成されていない。
【００４０】
図５に示した導電体層１１０の疎密のパターンは、上部電極１０５の導電体層１１０を外側から内側に向けて突出する櫛歯状のパターンである。具体的には、３種類の異なる長さの線状の櫛歯が内側に向けて突出している。ここでは、１本の幅が１°の６４本の櫛歯が、外周部の内周面側から３６０°等間隔に内側に向けて放射状に設けられている。３種類の櫛歯の配置位置には対称性があり、ここでは、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。上部電極１０５外周部の、導電体層１１０により完全に覆われている領域をＧＲ０、最も短い櫛歯が形成されている環状の領域をＧＲ１、中間の長さの櫛歯が形成されている環状の領域をＧＲ２、最も長い櫛歯が形成されている環状の領域をＧＲ３、上部電極１０５中心の、導電体層１１０が存在しない円状の領域をＧＲ４とすると、各領域ＧＲ０〜ＧＲ３の表面積に占める導電体層１１０の割合（以下、「導電体層占有率」という）は、領域ＧＲ０では１００％、領域ＧＲ１では１３〜２５％、領域ＧＲ２では７〜１３％、領域ＧＲ３では１〜７％とすることが好ましい。例えば、上部電極１０５において図７に示す領域ＧＲ０〜ＧＲ４における導電体層占有率は、領域ＧＲ０が１００％、領域ＧＲ１が１８％、領域ＧＲ２が９％、領域ＧＲ３が４．５％、領域ＧＲ４が０％となっている。このように、プラズマ面側の導電体層１１０は、外側が内側より密になるように疎密（グラデーション）のパターンが形成されている。
【００４１】
図８は、上記パターンの導電体層１１０を有する上部電極１０５を用いた場合のウエハ中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する電界強度Ｅ(a.u.)を示す。この場合にも、基材はアルミナで形成され、下部電極に１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力が印加される。これによれば、上部電極１０５のプラズマ側における誘電体と導電体層との中間部（グラデーション部）に長さの異なる突起状の導電体層１１０を形成することで、図８の曲線Ｅｐ１に示したように、上記テーパ状の誘電体を埋め込んだ場合と同様に、電界強度の分布をなだらかで均一なものにすることができる。このように、上部電極１０５の効果は、フラットな基材の場合の電界強度の分布を示した曲線Ｅｒ１と比べても顕著である。これにより、上部電極１０５において導電体層占有率を変化させることで、上部電極１０５における電界強度の分布を変化させることが確認できた。したがって、上部電極１０５において導電体層占有率を適切に設定することでウエハのエッチングレートを均一にすることができる。
【００４２】
また、上記の上部電極１０５の製造では、接合工程が不要となる。これにより、異種材料間の熱膨張差や接合時の残留応力によって、電極にクラックが生じたりチャンバ内が汚染されたりすることを防止できる。
【００４３】
図６に示したように、導電体層１１０は、上部基材１０５ａの側面や上面を被覆してもよいが、これに限られない。例えば、導電体層１１０は、上部基材１０５ａの表面のうち、少なくとも前記プラズマ処理装置の下部電極と対向する側の表面の一部に形成し、接地された処理容器１００に接続されることによりグランド電位となれば、上部基材１０５ａの側面や上面を被覆していなくてもよい。
【００４４】
ところで、本発明者は、この上部電極１０５を用いた場合であっても、例えば処理ガスの種類やプラズマ密度等のプラズマ処理の条件を変化させると、それに伴い上部電極１０５の電界強度分布も変化することを確認した。つまり、ある所定のプラズマ処理条件の下では均一な電界強度を得ることができていたとしても、条件を変更すると、均一な電界強度が得られなくなることがある。具体的には、プラズマ処理の条件として例えばプラズマ密度を変化させると、図７に曲線Ｅｐ１で示される電界強度分布は、例えば図７の曲線Ｅｐ２に示すように変化する。なお、図７のＥｐ１、Ｅｐ２は、プラズマ密度に依存する数値である処理空間における抵抗率を、それぞれ１０Ωｍ、１Ωｍとした場合を示している。
【００４５】
そこで、本発明者は、例えば領域ＧＲ１〜ＧＲ４において導電体層占有率をオンラインで変化させることができれば、上部電極による電界強度分布をオンラインで変化させることができる点に着目した。そこで、本実施の形態に係る上部電極１０１においては、連続的な処理の過程でプラズマ処理の条件が変化した場合でも、均一な電界強度分布が得られるように、上述の上部電極１０５の表面に所定のパターンで導電体層１１０を形成し、さらに導電体層１１０よりも上部電極１０５の中心側に、補助電極部材である補助導電体層を形成した構成としている。
【００４６】
例えば図９に示すように、補助導電体部材としての補助導電体層１２０は、上部電極１０１の外側から内側に向けて突出する櫛歯状の導電体層１１０のうち、例えば最も長い櫛歯の延長線上に直線状に形成された第1の補助導電体層１２０ａと、中間の長さの櫛歯の延長線上に直線状に形成された第２の補助導電体層１２０ｂを備えている。図９においては、第1の補助導電体層１２０ａが領域ＧＲ３に、第２の補助導電体層１２０ｂが領域ＧＲ４にそれぞれ形成された場合を描図している。
【００４７】
第1の補助導電体層１２０ａと第２の補助導電体層１２０ｂは互いに電気的に独立しており、且つ導電体層１１０とも電気的に独立している。
【００４８】
各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂは、例えば図１０に示すように、上部電極１０１の基材１０１ａの内部を上下方向に貫通する導電部材１２１ａ、１２１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。上部面側の導電体層１１０と導電部材１２１ａ,１２１ｂとは絶縁されており、互いに電気的に独立している。これにより、上部電極１０１の上面、即ち上部電極１０１における下部電極２１０と対向する側の面と反対側の表面から導通がとれるように構成されている。
【００４９】
各第１の補助導電体層１２０ａは、例えば上部電極１０１の上面において、導線１２２ａにより接続され、各第１の補助導電体層１２０ａの電位が同電位となるように構成されている。また、各第２の補助導電体層１２０ｂも同様に、上部電極１０１の上面において、導線１２２ｂにより接続され、各第２の補助導電体層１２０ｂの電位が同電位になっている。なお、導線１２２ａ、１２２ｂとしては、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂをそれぞれ接続して同電位にできればよく、その接続方法については本実施の形態に限定されない。
【００５０】
図１０に示すように、導線１２２ａ、１２２ｂには、それぞれスイッチ１２３ａ、１２３ｂが電気的に接続されている。スイッチ１２３ａ、１２３ｂの導線１２２ａ、１２２ｂと反対側の端部は、導電体層１１０に接続されている。したがって、このスイッチ１２３ａ、１２３ｂを開閉操作することで、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂの導電体層１１０との電気的な接続状態を、それぞれ独立して操作することができる。即ち、例えばスイッチ１２３ａを閉操作すると、各第１の補助導電体層１２０ａと導電体層１１０とを同電位とすることができる。また、スイッチ１２３ａを閉操作すると、各第２の補助導電体層１２０ｂと導電体層１１０とを同電位とすることができる。そのため、例えば領域Ｇ３と領域Ｇ４における導電体層占有率をオンラインで変化させ、それにより上部電極１０１による電界強度分布を変化させることができる。即ち、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂは、各スイッチ１２３ａ、１２３ｂを開放した状態では電気的に浮いた（絶縁された／フローティング）状態になっているため、導体としては機能しない。この場合、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂは、各領域Ｇ３、Ｇ４の導電体層占有率には寄与していない。
【００５１】
一方、各スイッチ１２３ａ、１２３ｂをそれぞれ閉操作すると、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂは導電体層１１０と接続されて同電位になる。その結果、各領域Ｇ３、Ｇ４における導電体層１１０の実質的な面積が増加し、導電体層占有率が上昇する。これにより、上部電極１０１による電界強度分布を変化させることができる。
【００５２】
なお、スイッチ１２３ａ、１２３ｂは必ずしも導電体層１１０に直接接続する必要はなく、例えば、導電体層１１０が処理容器１００に接続されることで接地電位となっている場合は、スイッチ１２３ａ、１２３ｂを処理容器１００に接続し、処理容器１００を介して各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂを導電体層１１０と同電位にしてもよい。また、各補助導電体層１２０ａ、１２０ｂは必ずしも導電体層１１０と同電位とする必要はなく、所定の値のインピーダンスを介して接地するようにしてもよい。このようにしても、上部電極１０１による電界の強度分布を変化させることができる。
【００５３】
また、スイッチ１２３ａ、１２３ｂとしては、例えば汎用のリレースイッチなどを用いることができる。また、例えばダイオードスイッチのような、半導体素子等により構成したスイッチを用いてもよい。図１１及び図１２を用いて、ダイオードスイッチを用いた場合のスイッチ１２４構成について説明する。図１１はスイッチ１２４の回路の一例、図１２はスイッチ１２４を上部電極１０１に実装する場合の構成の一例をそれぞれ示している。
【００５４】
図１１に示すように、スイッチ１２４は、補助導電体層１２０ａに対して直列に接続されたブロッキングコンデンサ１３０、ブロッキングコンデンサ１３０に対してアノードが直列に接続されたダイオード１３１、ダイオード１３１のアノード側に並列に接続されたリアクタンス１３２、リアクタンス１３２の反ダイオード１３１側に接続されたバイパスコンデンサ１３３を有している。ダイオード１３１のカソードは接地電位となっている。リアクタンス１３２には、バイパスコンデンサ１３３と並列にスイッチ素子１３４が接続されている。スイッチ素子１３４には、それぞれ極性の異なる直流電源であるスイッチ用電源１３５、１３６が接続されている。スイッチ用電源１３５は正極が、スイッチ用電源１３６は負極が、それぞれスイッチ素子１３４に接続されている。リアクタンス１３２とスイッチ素子１３４との間には、スイッチ用電源１３５、１３６によりダイオード１３１に電流を流すための抵抗１３７が設けられている。スイッチ素子１３４としては、例えば汎用のリレースイッチ等を用いることができる。
【００５５】
スイッチ１２４は、スイッチ素子１３４をスイッチ用電源１３５側に切替えることで、ダイオード１３１に順電流が流れ、これにより補助導電体層１２０ａと導電体層１１０とが電気的に接続される。反対に、スイッチ素子１３４をスイッチ用電源１３５側に切替えると、ダイオード１３１には電流が流れないため、補助導電体層１２０ａと導電体層１１０との導通が失われる。なお、いずれの場合においても、プラズマ励起用の高周波電力についてはリアクタンス１３２によりブロックされると共に、バイパスコンデンサ１３３によりグランドに落とされる。また、ダイオード１３１に印加される直流成分についてもブロッキングコンデンサ１３０により遮蔽されるので、スイッチ用電源１３５、１３６が補助導体層１２０ａの電位に影響を与えることがない。なお、ブロッキングコンデンサ１３０は必ずしも必要ではなく、スイッチ用電源１３５、１３６が補助導体層１２０ａの電位に与える影響に応じて任意に設置すればよい。
【００５６】
また、このスイッチ１２４を上部電極１０１に実装する場合は、例えば図１２に示すように、コンデンサ１３０、１３３を薄膜により形成することが提案できる。具体的には、上部電極１０１の基材１０１ａの上面に、導電体層１１０とは電気的に絶縁された導電膜１４０を形成し、この導電膜１４０と導電部材１２１ａとを接続する。導電膜１４０は、例えば銅テープやアルミ溶射などにより形成できる。導電膜１４０の上面には、例えばポリイミドテープなどの誘電体膜１４１を接合し、この誘電体膜１４１の上面にさらに導電膜１４２を接合することで、図１１に示すブロッキングコンデンサ１３０を形成する。
【００５７】
導電体層１１０の上面には、導電膜１４３が接合され、その上面に誘電体膜１４４、導電膜１４５が下からこの順に接合され、バイパスコンデンサ１３３が形成される。基材１０１ａ上の導電膜１４２には、導線１５０を介してダイオード１３１のアノードが接続され、導電体層１１０上の導電膜１４３には、カソードが接続される。導電膜１４２と導電膜１４５の間には、導線１５１を介してリアクタンス１３２が接続される。また、導電膜１４５には、導線１５２を介して抵抗１３７が接続される。この際、導線１４５を例えば上部電極１０１の天板１０１ｄを貫通して設け、抵抗１３７やスイッチ素子１３４を処理容器１００の外部に設けることで、プラズマによる熱の影響を受けないようにすることが好ましい。なお、図１２においては、補助導電体層１２０ａを、スイッチ１２３ａに代えてスイッチ１２４で接続する場合の例について示し、補助導電体層１２０ｂについては記載を省略しているが、当然ながら補助導電体層１２０ｂもスイッチ１２４を用いて接続できる。
【００５８】
このように、ダイオード１３１と薄膜により構成されたコンデンサ１３０、１３３によりスイッチ１２４を形成することで、例えば図１０のようにスイッチ１２３ａにリレーを用いた場合と比較して、スイッチ１２４の設置スペースを小さくすることができる。また、スイッチ１２３ａのようにリレーを用いた場合、リレーに対するプラズマによる熱の影響を避けるために、スイッチ１２３ａを処理容器１００の外部に配置する必要がある。その場合、スイッチ１２３ａと補助導電体層１２０ａを接続する導線１２２ａが長くなり、導線１２２ａの有するリアクタンス成分により高周波電力に対するインピーダンスが増加する。その結果、補助導電体層１２０ａの見かけ上のインピーダンスが増加し、補助導電体層１２０ａにより電界強度分布を変化させる機能が低下してしまう。つまり、スイッチ１２４を薄膜とダイオード１３１により構成することで、導電体層１１０の近傍に配置することが可能となる。その結果、補助導電体層１２０ａを接地するための導線１５０の長さを短くしてインピーダンスを低く抑えることで、より効果的に補助導電体層１２０ａによって電界強度分布を制御できる。
【００５９】
なお、図１２においては、導電体層１１０の上面に導電膜１４３を形成しているが、導電体層１１０の上面に誘電体膜１４４を直接接合して、導電体層１１０、誘電体膜１４４、導電膜１４５によりバイパスコンデンサ１３３を形成してもよい。また、スイッチ１２４は必ずしも基材１０１ａの上面に設ける必要はなく、例えば図１３に示すように基材１０１ａの下面に上に窪んだ窪み部１６０を形成し、この窪み部１６０にスイッチ１２４を配置してもよい。かかる場合、補助導体層１２０ａの上面に直接ブロッキングコンデンサ１３０を形成することで導電部材１２１ａが不要となるので、補助導電体層１２０ａの接地のためのインピーダンスをより小さくできる。その結果、補助導電体層１２０ａによる電界強度分布の制御をより効果的に行うことができる。また、例えば図１４に示すように基材１０１ａの厚み方向に沿って窪み部１６１を形成し、この窪み部１６１に基材１０１ａの上面と下面を跨ぐようにスイッチ１２４を配置してもよい。
【００６０】
なお、図１２ではダイオード１３１を用いたスイッチ１２４の例を示したが、ダイオード１３１に代えて、ＭＯＳＦＥＴなどの、他の半導体素子を用いてスイッチ１２４を構成してもよい。
【００６１】
（パターン評価１）
本実施の形態にかかる上部電極１０１は以上のように構成されており、補助導電体層１２０の評価に先立ち、先ず導電体層１１０のパターン評価について説明する。本発明者は、導電体層１１０のグラディエーション層に形成する３種類のパターンについて、その電界強度分布を調べた。その結果を図１５に示す。なお、図１５に示す結果は、純粋に導電体層１１０のパターンのみを評価するために、スイッチ１２３ａ、１２３ｂを共に開放した状態で測定したものである。
【００６２】
図１５は、上記導電体層１１０を有する上部電極１０１を用いた場合のウエハ中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する電界強度Ｅ(a.u.)を示している。この場合にも、基材はアルミナで形成され、下部電極に１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力が印加される。具体的には、３種類のパターンのいずれも、３種類の異なる長さの線状の櫛歯が内側に向けて突出している。３種類の櫛歯の配置位置には対称性がある。ここでは、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。三角のマークＥｐ１は、図８と同様に、１本の幅が１°で６４本の櫛歯パターンの場合の電界強度分布を示している。四角のマークＥｐ２は、１本の幅が２°で３２本の櫛歯パターンの場合の電界強度分布を示している。×のマークＥｐ３は、１本の幅が４°で１６本の櫛歯パターンの場合の電界強度分布を示している。
【００６３】
また、図１５には、比較例として、図８に示したフラットな電極の電界強度Ｅｒ１の分布、及び、図４（ａ）に示した基材９０５ａに表面処理を施した電極の電界強度Ｅｒ２の分布が示されている。これによれば、櫛歯のパターンを有する電極の電界強度Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３の分布は、フラットな電極の電界強度Ｅｒ１の分布より電極中央にて電界強度が低下し、均一性が高まっている。また、同電界強度Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３の分布は、表面処理を施した電極の電界強度Ｅｒ２の分布よりなだらかで均一性が高まっている。さらに、櫛歯のパターンの電界強度Ｅｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３を比較すると、櫛歯の本数はＥｐ１，Ｅｐ２，Ｅｐ３の順に減少し、櫛歯の本数が少なくなるほど、電界強度が外周から内周へ向かって単調に減少せず、Ｗ型に分布する傾向が強くなり、プラズマの均一性が悪くなる。この結果から、径方向でプラズマを均一にし、ばらつきのない良好なエッチングレートを確保するためには、導電体層１１０に形成するパターンの各櫛歯は２°以下、３２本以上であることが好ましい。
【００６４】
また、四角のマークＥｐ２及び×のマークＥｐ３の曲線は、周方向でグラフに示すような幅のバラツキを持っている。この結果から、周方向でプラズマを均一にし、ばらつきのない良好なエッチングレートを確保するためには、導電体層１１０に形成するパターンの各櫛歯は１°以下、本数は６４本以上であることがより好ましい。
【００６５】
（パターン評価２）
次に、本発明者は、導電体層１１０の他の３種類のパターンについて、その電界強度分布を調べた。３種類のパターン形状は、それぞれ図９、図１６、図１７に示されるとおりである。その電界強度分布を図１８のＥｐ４、Ｅｐ５、Ｅｐ６に示す。なお、図１８のＥｐ４、Ｅｐ５、Ｅｐ６も、スイッチ１２３ａ、１２３ｂを開放した状態において測定した電界強度分布である。
【００６６】
図１６に示した導電体層１１０の疎密のパターンでは、上部電極１０１の外側から内側に向けて突出する櫛歯は長短の２種類のみである。図１６では、８本の長い櫛歯及び８本の短い櫛歯が、外周部の内周面側から３６０°等間隔に内側に向けて交互に形成されている。
【００６７】
図１７に示した導電体層１１０の疎密のパターンは、図５で説明したパターンと同様に、３種類の異なる長さの線状の櫛歯が内側に向けて突出している。ここでは、６４本の櫛歯が、外周部の内周面側から３６０°等間隔に内側に向けて形成されている。３種類の櫛歯の配置位置には対称性があり、ここでは、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。図９の最も長い櫛歯の長さは、図１７の最も長い櫛歯の長さより長い点で、図９と図１７に示したパターンは異なっている。
【００６８】
図９及び図１７に示すパターンにおいても、導電体層１１０のうち、例えば最も長い櫛歯の延長線上に第1の補助導電体層１２０ａが、中間の長さの櫛歯の延長線上に第２の補助導電体層１２０ｂがそれぞれ形成されている。図１６に示すパターンにおいても、導電体層１１０のうち、例えば最も長い櫛歯の延長線上に第1の補助導電体層１２０ａが、中間の長さの櫛歯の延長線上に第２の補助導電体層１２０ｂがそれぞれ形成されている。
【００６９】
図１８は、導電体層１１０を有する上部電極１０１を用いた場合のウエハ中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する電界強度Ｅ(a.u.)を示す。この場合にも、基材はアルミナで形成され、下部電極に１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力が印加される。これによれば、櫛歯の本数が最も少ない図１６のパターンの電極の電界強度Ｅｐ４の分布は、ややＷ型となっていて、プラズマの均一性が悪い。一方、櫛歯の本数が多い図９及び図１７のパターンの電極の電界強度Ｅｐ５、Ｅｐ６の分布は均一であるため、図１６のパターンの電極を用いた場合よりプラズマの均一性は高くなる。この結果から、プラズマを均一にし、ばらつきのない良好なエッチングレートを確保するためには、導電体層１１０に形成するパターンの各櫛歯の本数は１６本より多くする必要があることが確認できる。
【００７０】
（パターン評価３）
次に、発明者は、導電体層１１０の疎密のパターンの櫛歯の長さを変化させた場合について、その電界強度分布の変化を調べた。その結果を図１９に示す。図１９は、図９に示すような３種類の異なる長さの櫛歯を６４本設け、上部電極１０１の中心から各櫛歯の先端までの距離ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３を変化させた場合の電界強度Ｅ(a.u.)の変化を示すグラフである。この場合も、純粋に導電体層１１０のパターンのみを評価するために、スイッチ１２３ａ、１２３ｂを共に開放した状態で測定している。
【００７１】
図１９の曲線Ｅｄ１は、図２０に示す最も長い櫛歯の先端までの距離ＧＲ１を４７．５ｍｍ、中間の長さの櫛歯の先端までの距離ＧＲ２を８０ｍｍ、最も短い櫛歯の先端までの距離ＧＲ３を１０５ｍｍ場合の電界強度分布を示している。曲線Ｅｄ２は、最も長い櫛歯の先端までの距離ＧＲ１を５５ｍｍ、中間の長さの櫛歯の先端までの距離ＧＲ２を９０ｍｍ、最も短い櫛歯の先端までの距離ＧＲ３を１０５ｍｍ場合の電界強度分布を示している。曲線Ｅｄ３は、上部電極１０１の中心から最も長い櫛歯の先端までの距離ＧＲ１と、中間の長さの櫛歯の先端までの距離ＧＲ２を共に１００ｍｍとし、最も短い櫛歯の先端までの距離ＧＲ３を１２０ｍｍとした場合、即ち櫛歯の長さを２種類とした場合の電界強度分布を示している。なお、いずれの場合も、上部電極１０１外周部の、導電体層１１０により完全に覆われている領域までの距離ＧＲ０は１２５ｍｍとした。曲線FlatUELは、図４（ｂ）に示したように、導電体層が設けられていないフラットな基材を用いた場合の電界強度分布である。
【００７２】
図１９に示すように、上部電極１０１の中心から各櫛歯の先端までの距離を短くすると、換言すれば、櫛歯の長さを長くすると、上記テーパ状の誘電体９２０ｂのテーパ比を相対的に大きくし、櫛歯の長さを長くするとテーパ比を相対的に小さくした場合と同じ効果が得られていることがわかる。具体的には、櫛歯の長さを長くするほど上部電極１０１の中心近傍の電界強度を低下させ、より均一な電界強度が得られていることがわかる。
【００７３】
（パターン評価４）
次に、発明者は、導電体層１１０の疎密のパターンの櫛歯の形状を変化させた場合について、ウェハＷ上の酸化膜をエッチングする際の電界強度分布の変化を調べた。その際の処理容器１００内の条件は、圧力２０ｍＴｏｒｒ、処理ガスＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝６０／４００／２０ｓｃｃｍとし、プラズマ生成用の高周波電力を１００ＭＨ／１０００Ｗ、バイアス制御用の高周波電力を１３ＭＨｚ／５５００Ｗとした。その結果を図２１に示す。
【００７４】
図２１の四角◇のマークＥｆ１は、導電体層１１０の疎密のパターンにおける各櫛歯の先端までの距離ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３を、それぞれ４０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍとした場合の電界強度分布によるエッチングレート分布を示している。四角□のマークＥｆ２は、ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３を、それぞれ４０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍとする点でＥｆ１とは同様であるが、導電体層１１０の疎密のパターンに、導電体層１１０の面積が連続的に変化するトランジション部を形成した場合の電界強度分布によるエッチングレート分布を示している。
【００７５】
トランジション部は、例えば図２２に示すように、導電体層１１０と当該導電体層１１０の疎密のパターンの境界、換言すれば、誘電体の基材１０１ａと導電体層１１０との境界に形成されている。このトランジション部は、上部電極１０１の内側から外側に向かって導電体層１１０が連続的に密になるように形成されており、例えば図２２に示すように、導電体層１１０の疎密のパターンの最外部の領域Ｘにおいて導電体層１１０の櫛歯の幅が徐々に広がるように形成されている。この際、導電体層１１０の疎密のパターンと導電体層１１０との境界は、下部電極２１０に載置されるウェハＷの外端部よりも内側に位置している。すなわち、上部電極１０１の中心から導電体層１１０の疎密のパターンの外周端部までの距離は、ウェハＷの半径よりも小さい。
【００７６】
図２１に示すように、櫛歯のみのパターンにおけるエッチングレートＥｆ１の分布は、ウェハＷの外周端部近傍において急峻なピークが存在する。一方、トランジション部を有するエッチングレートＥｆ２の分布は、ウェハＷの外周端部近傍での電界強度が低下し、より均一性が高まっている。この結果から、電界強度分布を均一にし、ばらつきのない良好なエッチングレートを確保するためには、導電体層１１０と当該導電体層１１０の疎密のパターンの境界にトランジション部を設けることが好ましい。また、トランジション部の外周端部は、ウェハＷの外周端部よりも内側に位置していることが好ましい。なお、本実施の形態におけるトランジション部は、疎密のパターンの境界に三角形状に形成したが、導電体層１１０の比率が連続的に変化するものであれば、その形状は任意に設定が可能であり、本実施の形態に限定されるものではない。
【００７７】
（パターン評価５）
次に、発明者は、導電体層１１０の有無によるエッチングレートへの影響について調べた。エッチングの条件は、処理容器１００内の条件が圧力２０ｍＴｏｒｒ、処理ガスＯ２＝２００ｓｃｃｍとし、プラズマ生成用の高周波電力を１００ＭＨ／１０００Ｗとし、ウェハＷ上に形成されたレジスト膜をエッチングした。その結果を図２３に示す。
【００７８】
図２３の四角のマークFlatUELは、導電体層が設けられていない、既述のフラットな基材の上部電極９０５を用いた場合のエッチングレートを示し、三角のマークＥｇ１は、トランジション部を有する上部電極１０１を用いた場合のエッチングレートを示す。トランジション部を有する導電体層１１０の疎密のパターンにおける各櫛歯の先端までの距離ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３は、それぞれ４０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍとし、図２１のＥｆ２の場合と同様に、トランジション部の外周端部をウェハＷの外周端部よりも内側に位置させた場合の電界強度分布を示している。
【００７９】
図２３に示すように、導電体層が設けられていない場合（FlatUEL）は、中心部のエッチングレートが外周部のエッチングレートより高くなる。その一方、疎密のパターンの導電体層１１０を設けた場合、中心部のエッチングレートがFlatUELの場合と比較して低下し、良好な均一性が得られる。この結果から、上部電極１０１に櫛歯のパターンを設けることで、エッチングレートの分布についても、上記テーパ状の誘電体を埋め込んだ場合と同様の効果を得られることが確認された。
【００８０】
なお、発明者によれば、均一な電界分布及びエッチングレートを得るためには、各櫛歯の先端までの距離は、ＧＲ１が３５〜５０ｍｍ、ＧＲ２が６０〜９０ｍｍ、ＧＲ３が１００〜１２５ｍｍとすることが好ましく、トランジション部を設ける場合は、ＧＲ０を１４０〜１４５ｍｍとし、領域Ｘの長さを１５〜２０ｍｍとすることが好ましい。さらには、トランジション部における導電体層１１０と上部基材１０１ａとの平均の比率を、４０％〜６０％とすることが好ましい。導電体層１１０を上記の範囲内とすることで、均一な電界分布が得られ、均一なエッチングを行うことができる。
【００８１】
（補助導電体層の評価）
次に、本発明者は、スイッチ１２３ａ、１２３ｂを閉操作した場合、図１８のＥｐ４に示される電界強度分布がどのように変化するかを調べた。その結果を、図１８のＥｐ７、Ｅｐ８に示す。図１８のＥｐ７は、スイッチ１２３ａのみを閉操作、即ち、第１の補助導電体層１２０ａのみを接地し、第２の補助導電体層１２０ｂは電気的に浮いた状態とした場合の電界強度分布を示している。Ｅｐ８は、スイッチ１２３ｂのみを閉操作、即ち、第２の補助導電体層１２０ｂのみを接地し、第１の補助導電体層１２０ａは電気的に浮いた状態とした場合の電界強度分布を示している。また、例えば被処理体の特性上、中央部分のエッチングレートを、外周部分のエッチングレートよりも高くすることが好ましい場合もありうる。そのような被処理体に対応するためには、図１７に示す上部電極１０１の補助導電体層１２０ａ、１２０ｂを、例えば図２４に示すように、領域ＧＲ４の全域及び領域ＧＲ３の導電体層１１０が設けられていない部位を覆うように形成れた補助導電体層１７０に置き換えた上部電極１０１を用いることが提案できる。補助導電体層１７０を接地することにより、電気的には上部電極１０１下面の全面を導電体層１１０で覆った場合、換言すればフラットな基材を用いた上部電極を使用した場合と同様に、中央部分の電界強度を高めることができると考えられるためである。この、補助導電体層１７０を有する上部電極１０１についても電界強度分布の変化について調べた。その結果を、図１８のＥｐ９に示す。
【００８２】
図１８に示すように、上部電極１０１の最も中心よりにある第１の補助導電体層１２０ａを接地した場合（図１８のＥｐ７）、第１の補助導電体層１２０ａに対応する位置で電界強度が高くなり、誘電体による電界強度の抑制効果を低減できることが確認された。
【００８３】
同様に、第１の補助導電体層１２０ａよりも上部電極１０１の外周方向よりに設けられた第２の補助導電体層１２０ｂを接地した場合（図１８のＥｐ８）、第２の補助導電体層１２０ｂに対応する位置で電界強度が高くなり、当該領域での誘電体による電界強度の抑制効果を低減できることが確認された。
【００８４】
したがって、本実施の形態にかかる上部電極１０１によれば、電気的に導電体層１１０と独立した補助導電体層１２０ａ、１２０ｂを設け、スイッチ１２３ａ、１２３ｂの操作により導電体層１１０との電気的な接続状態を操作することで、プラズマ条件が変化する状況下においても、所望の電界強度を得ることができる。
【００８５】
補助導電体層１７０を有する上部電極１０１において補助導電体層１７０を接地した場合（図１８のＥｐ９）、その電界強度分布はフラットな基材を用いた場合の電界強度分布（FlatUEL）と相似となることが確認された。これは、上述のとおり、補助導電体層１７０を接地することにより、上部電極１０１下面の全面を導電体層１１０で覆った場合、換言すれば、フラットな基材を用いた場合と電気的には等価になるためである。また、スイッチを開操作して補助導電体層１７０を電気的に導電体層１１０から浮いた状態にした場合、当該上部電極は電気的には図１３の上部電極１０１においてスイッチ１２３ａ、１２３ｂを開放した場合（図１８のＥｐ６）と同じ電界強度分布となることも併せて確認された。
【００８６】
（ギャップによる影響）
次に、発明者は、図５に示したパターンに対して、その電界強度分布のギャップによる影響を調べた。図５に示した疎密のパターンは、１本の幅が１°の６４本の櫛歯が、外周部の内周面側から３６０°等間隔に内側に向けて放射状に設けられているものである。
【００８７】
図２５は、図５の導電体層１１０を有する上部電極１０１を用いた場合のウエハ中心からの距離ｒ（ｍｍ）に対する電界強度Ｅ(a.u.)を示す。ただし、図２５に示した電界強度Ｅ／Ｅ０は、ウエハ中心の値で規格化されている。また、上部電極１０１と下部電極２１０とのギャップは、三角のマークが１０（ｍｍ）、×のマークが３０（ｍｍ）、アスタリスクのマークが５０（ｍｍ）を示す。
【００８８】
これによれば、ギャップが３０（ｍｍ）及び５０（ｍｍ）の場合、周方向のバラツキが小さい。これに対して、ギャップが１０（ｍｍ）の場合、周方向にグラフに示すような幅のバラツキを持っている。このようにギャップが１０（ｍｍ）の場合には、周方向のバラツキが顕著になる。通常のエッチング処理装置では、ギャップは２０〜５０ｍｍ程度であるため、１本の幅が１°の６４本の櫛歯のパターンであれば、電界強度分布の均一性は十分得られることが証明された。また、電極間の距離が短くなるほど、電極の更なる細分化が必要となる。
【００８９】
（変形例）
図２６は、導電体層１１０の有するパターンの変形例を示す。図２６（ａ）には、上部電極１０１の外側から内側に向けて三日月状に突出するパターンが示されている。三日月状の突出部分は、同じ方向に向いていても良く、対称性を持って異なる方向に向いていてもよい。ここでは、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。これによっても、上部電極１０１の外側が内側より密になるように導電体層１１０の疎密パターンを形成することができる。かかる場合、補助導電体層１２０も三日月状に形成してもよい。
【００９０】
図２６（ｂ）には、上部電極１０１の外側から内側に向けて突出する櫛歯状に類似するパターンが示されている。このパターンには対称性がある。また、このパターンでも、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。これによっても、上部電極１０１の外側が内側より密になるように導電体層１１０の疎密パターンを形成することができる。かかる場合においても、例えば補助導電体層１２０は、導電体層１１０と同様の対称性のパターン形状に形成してもよい。
【００９１】
図２６（ｃ）も、図２６（ｂ）の更なる変形例である。このパターンにも対称性がある。また、このパターンでも、最も長い櫛歯、最も短い櫛歯、中間の長さの櫛歯、最も短い櫛歯、最も長い櫛歯の順に配置されている。これによっても、上部電極１０１の外側が内側より密になるように導電体層１１０の疎密パターンを形成することができる。かかる場合においても、補助導電体層１２０は、導電体層１１０と同様の対称性のパターン形状に形成してもよい。
【００９２】
図２６（ｄ）には、上部電極１０１の外側から内側に向けて開口するパターンが示されている。開口径は、上部電極１０１の外側から内側に向けて大きくなっている。これによっても、上部電極１０１の外側が内側より密になるように導電体層１１０の疎密パターンを形成することができる。また、導体が存在しない開口の数に疎密をもたせることで、導電体層１１０の疎密パターンを形成することもできる。図２６（ｄ）に示す上部電極１０１においては、補助導電体層１２０は、図２６（ｄ）に斜線で示されるように、例えば導電体層１１０の開口の内側に形成される。
【００９３】
以上に説明したように、本実施形態及びその変形例によれば、上部電極１０１は、誘電体から形成された基材１０１aと、基材１０１aの下部電極２１０側の表面に形成された導電体層１１０と、補助導電体層１２０を有する。そして、導電体層１１０と、補助導電体層１２０とを任意に同電位にすることができる。これにより、上部電極１０１による電界強度分布を任意に変化させることができる。したがって、本実施の形態及びその変形例の上部電極１０１によれば、プラズマ条件が変化する状況下においても、所望の電界強度分布を得ることができる。また、導電体層１１０には、上部電極１０１の外側が内側より密になるように疎密のパターンが形成されている。このため、上部電極１０１と上部電極１０１とプラズマの間に生成されるシースとの合成キャパシタは、上部電極１０１の外側では内側より大きくなる。これにより、テーパ状に形成された誘電体を上部電極１０１に埋設した場合と同様に、プラズマの均一性をより高めることができる。
【００９４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９５】
例えば、導電体層１１０のパターンは上記例に限られず、櫛歯状の歯の本数、当該歯の長さ及び当該歯間の幅の少なくともいずれかにより疎密のパターンを形成することができる。
【００９６】
また、各領域ＧＲ１〜ＧＲ４における導電体層占有率を変化させるという点に着目すれば、例えば図２７〜図２９に示す上部電極３００も本発明の技術的範囲に属するものであることは明らかである。なお、図２７〜図２９ではガス穴の記載は省略している。
【００９７】
図２７に示す上部電極３００においては、円環状の補助導電体層１４０が、導電体層１１０の直径方向の内側に設けられている。図２７に示される補助導電体層３１０は、導電体層１１０よりも例えば０．５ｍｍ〜２０ｍｍ内側に配置されることが好ましい。また、補助導電体層１４０の幅Hは０．５ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００９８】
図２８に示す上部電極３００においては、導電体層１１０の直径方向の内側に、円弧状の補助導電体層３２０が同心円状に複数設けられている。図２８に示される補助導電体層３２０は、各々の長さが例えば０．５ｍｍ〜５０ｍｍに設定され、各補助導電体層３２０の間の周方向の距離Pは例えば０．５ｍｍ〜５０ｍｍに設定されている。なお、導電体層１１０と補助導電体層３２０との距離や、補助導電体層３２０の幅Hについては、図２７に示される補助導電体層１４０の場合と同じである。
【００９９】
例えば図２８のように、複数の補助導電体層３２０ａ〜３２０ｄを同心円状に形成された場合、例えば補助導電体層３２０ａと補助導電体層３２０ｃを同一の導線で、補助導電体層３２０ｂと補助導電体層３２０ｄを同一の導線１２２でそれぞれ接続し、個別にスイッチ１２３を設ける場合と、全ての補助導電体層３２０ａ〜３２０ｄを同一の導線１２２で接続してスイッチ１２３またはスイッチ１２４を一つ設けた場合とでは、スイッチを閉操作した場合の導電体層占有率の上昇の度合いが異なったものとなる。したがって、図２８のように補助導電体層３２０ａ〜３２０ｄが形成された場合、補助導電体層３２０ａ〜３２０ｄの形成された領域における導電体層占有率は、各補助導電体層３２０ａ〜３２０ｄと導線１２２及びスイッチ１２３、１２４との接続方法により任意に設定することができる。このように、接続方法により導電体層占有率を変化させる手法は、図２８に示す上部電極３００のみでなく、補助導電体層の配置や形状によらず図９に示す上部電極１０１などにも当然適用できる。具体的には、図９に示す上部電極１０１において、隣り合う補助導電体層１２０ｂを交互に同一の導線とスイッチに接続し、各スイッチを個別に操作することで、例えば半分の補助導電体層１２０ｂを接地状態にし、残りの半分の補助導電体層１２０ｂは電気的に浮いたままの状態とすることで、さらに細かく領域ＧＲ３における導電体層占有率を変化させることができる。
【０１００】
図２９に示す上部電極３００においては、導電体層１１０の直径方向の内側に、円弧状の補助導電体層３３０が同心円状に複数設けられている。図２９に示される補助導電体層３３０は、各々の長さが例えば５０ｍｍ〜２００ｍｍに設定され、各補助導電体層３３０の間の距離Pは例えば５０ｍｍ〜２００ｍｍに設定されている。なお、導電体層１１０と各補助導電体層３３０との距離や、各補助導電体層３３０の幅については、図２７に示される補助導電体層３１０の場合と同じである。
【０１０１】
また、導線１２２と各補助導電体層３３０ａ、３３０ｂの接続方法により、補助導電体層３３０が形成された領域における導電体層占有率を変化させることができる点も、図２８に示される補助導電体層３２０の場合と同じである。
【０１０２】
また、上部電極の基材は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかから形成されてもよい。導電体層は、アルミニウム（Ａｌ）でもよく、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo,）チタン（Ti）、タンタルTaでもよい。
【０１０３】
また、導電体層１１０、補助導電体層１２０、１４０、１５０、１６０及び保護層１１５は、すべて溶射（プラズマ溶射等）で形成することにより製造コストを低減することができる。例えば、導電体層１１０及び補助導電体層１２０、１４０、１５０、１６０は、基材に所定のマスキングを施した後、１００μｍ程度の厚さのアルミニウムのパターンを溶射することにより形成できる。しかしながら、導電体層１１０、補助導電体層１２０、１４０、１５０、１６０及び保護層１１５は、これに限らず、ＣＶＤ法やメタライズにより形成してもよい。なお、保護層１１５を５ｍｍ厚程度の板材で形成し、同等に機能させることも可能である。
【０１０４】
また、プラズマ生成用の高周波電源に印加される高周波電力は、例えば４０ＭＨｚ以上であればよい。
【０１０５】
また、被処理体は、いずれのサイズのシリコンウエハにも適用できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０        プラズマエッチング装置
１００      処理容器
１０１      上部電極
１０１ａ    基材
１１０      導電体層
１１５      保護層
１２０ａ、１２０ｂ      補助導電体層
１２３ａ、１２３ｂ      スイッチ
１２４      スイッチ
１３０      ブロッキングコンデンサ
１３１      ダイオード
１３２      リアクタンス
１３３      バイパスコンデンサ
１３４      スイッチ素子
１３５、１３６      スイッチ用電源
１３７      抵抗
２１０      下部電極
Ｅ          電界強度
【図１】
2013047575.tif 000003
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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2013047575.tif 000033
2013047575.tif 000034
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2013047575.tif 000036
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