(57)【要約】【課題】プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合容量結合型のプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】真空雰囲気に保持されるチャンバー１と、チャンバー１内に互いに平行に配置された第１および第２の電極２，１８と、第１および第２の電極２，１８の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構１０とを有する容量結合型のプラズマ処理装置１００において、第１の電極２は、ウエハＷを支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、第２の電極１８は、接地されたアノード電極として機能し、第２の電極１８の第１の電極２と対向する表面は導電体１８ｃからなる。【選択図】図１
2006165093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と
を有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、
前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、
前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、
前記第２の電極の前記第１の電極と対向する表面は導電体からなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空雰囲気に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と
を有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、
前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、
前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、
前記第２の電極は、本体と、前記本体の前記第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
真空雰囲気に保持されるチャンバーと、
前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と
を有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、
前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、
前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、
前記第２の電極は、前記第１の電極と対向する表面に絶縁膜が設けられた本体と、前記本体の前記第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電層は、直流的にフローティング状態であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電層に接続される可変直流電源をさらに有し、前記導電層は前記直流電源を介して接地されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導電層の厚さは、以下の式で表されるスキンデプスδ以上であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
δ＝（２／ωσμ）１／２（ただし、σ：導電率、μ：透磁率、ω：角周波数）
【請求項７】
前記導電層の前記第１の電極と対向する側の面積は、前記第１の電極に支持されている被処理基板の面積以上であることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導電層の材料の抵抗率をρ（Ω・ｍ２／ｍ）、厚さをｔ（ｍ）とした場合に、径方向の抵抗ρ／ｔがρ／ｔ≦１０００を満たすことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記導電層の材料の抵抗率をρ（Ω・ｍ２／ｍ）、厚さをｔ（ｍ）とした場合に、厚さ方向の抵抗ρ×ｔは、ρ×ｔ≦１を満たすことを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記導電層は、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｗ、Ｃのいずれかの材料で構成されていることを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記チャンバーの内壁表面に導電性表面層を有することを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第２の電極は、単一の導電体で構成されてい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１３】
前記第２の電極は、金属−セラミックス複合体で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２の電極の前記第１の電極と対向する側の面積は、前記第１の電極に支持された被処理基板の面積以上であることを特徴とする請求項１、請求項１２および請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記チャンバーの内壁表面に導電性表面層を有することを特徴とする請求項１、請求項１２、請求項１３および請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第１の電極に印加される高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程等において被処理基板に対しプラズマ処理を行う容量結合型のプラズマ処理装置に関する。
【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対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置としては、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処理装置は、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電力を供給して電極間に高周波電界を形成して高周波放電を生じさせる。そして、このような高周波放電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。例えば、半導体ウエハを載置する下部電極に高周波電力を供給する装置が知られている。この場合に、下部電極がカソード電極として機能し、上部電極がアノード電極として機能する。また、下部電極に印加される高周波電力は、プラズマ生成と被処理体に対する高周波バイアス印加の機能を兼備している。
【０００５】
このような容量結合型平行平板プラズマ処理装置においては、アノード電極として機能する上部電極としては、メタル汚染や消耗を防止するために、金属製のベースの表面に酸化皮膜やＹ２Ｏ３等の耐プラズマ性の高い絶縁性セラミックスのコーティング等を形成したものが用いられている。
【０００６】
電極間に生じる高周波放電によって生成されるプラズマは、電子とイオン電流が接地電位で中和されるように作用するため、上部電極の表面に形成された絶縁膜には接地電位に対する電位が発生する。この電位を基準にプラズマの電位も決まる。
【０００７】
ところで、近年、半導体等の製造プロセスにおけるデザインルールが益々微細化し、特にプラズマエッチングでは、より高い寸法精度が求められており、エッチングにおけるマスクや下地に対する選択比や面内均一性をより高くすることが求められている。そのため、チャンバー内のプロセス領域の低圧力化、低イオンエネルギー化が指向され、そのために４０ＭＨｚ以上といった従来よりも格段に高い周波数の高周波が用いられつつある。
【０００８】
しかしながら、このように低圧力化および低イオンエネルギー化が進んだことにより、従来は問題とならなかったプラズマ電位の面内不均一性を無視することができなくなりつつある。つまり、イオンエネルギーの高い従来の装置ではプラズマ電位が面内でばらついていても大きな問題は生じないが、より低圧でイオンエネルギーが低くなると、プラズマ電位の面内不均一が処理の不均一やチャージアップダメージを引き起こしやすくなるといった問題が生じる。
【０００９】
これに対し、特許文献１では、ウエハに印加される高周波バイアスによる高周波電流経路のうち、ウエハの外周付近における電流経路部分を対向電極のウエハ対向面に向かうように矯正する電流経路矯正手段を設けること、または高周波バイアスからみたアースまでのインピーダンスがウエハ面内で略均一となるようにするインピーダンス調整手段を設けることを開示している。それにより、高周波バイアスを印加した際に発生する自己バイアスのウエハ面内での均一性が高まり、チャージアップダメージ等のマイクロダメージを抑制できるとしている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術では、電流経路矯正手段やインピーダンス調整手段を設ける必要があり装置構成が複雑化することや、プラズマ処理の面内均一性に対しては必ずしも十分とはいえない等の問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１８５５４２号公報
【発明の開示】
【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、プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合型のプラズマ処理装置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、真空雰囲気に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、前記第２の電極の前記第１の電極と対向する表面は導電体からなることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
また、本発明の第２の観点では、真空雰囲気に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、前記第２の電極は、本体と、前記本体の前記第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１４】
さらに、本発明の第３の観点では、真空雰囲気に保持されるチャンバーと、前記チャンバー内に互いに平行に配置された第１および第２の電極と、前記第１および第２の電極の間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを有する容量結合型のプラズマ処理装置であって、前記第１の電極は、被処理基板を支持するとともに、高周波電力が印加されるカソード電極として機能し、前記第２の電極は、接地されたアノード電極として機能し、前記第２の電極は、前記第１の電極と対向する表面に絶縁膜が設けられた本体と、前記本体の前記第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
本発明によれば、従来のように接地されたアノード電極として機能する第２の電極の第１の電極と対向する表面（対向表面）が絶縁膜に覆われているのではなく、導電体からなるので、第２の電極の対向表面において径方向（面内方向）に電流が流れやすいため、第２の電極の対向表面の径方向の電位が均されて、径方向の電位勾配を極めて小さくすることができる。この効果により、アノード電極として機能する第２の電極の近傍でのプラズマ中のフローティング電位の勾配もなくなるので、カソード電極として機能する第１の電極に入射するイオンのエネルギー分布も均一化される。さらに、イオンエネルギーの均一化はプラズマ生成電子エネルギーの均一化にもなるので電子密度分布も均一になる。これにより、プラズマ処理の均一性が向上するとともに、チャージアップダメージを低減することができる。なお、プラズマ中のフローティング電位とプラズマ電位は、変化の挙動が同じなので、以下、プラズマ中のフローティング電位をプラズマ電位に置き換えて説明する。
【００１６】
また、第２の観点のように、第２の電極を、本体と、本体の第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有する構造とすることにより、本体の材質にかかわらず、第２の電極の対向表面を所望の導電性を有するものとすることができる。
【００１７】
さらに、第３の観点のように、第２の電極を、第１の電極と対向する表面に絶縁膜が設けられた本体と、本体の第１の電極と対向する表面に設けられた導電層とを有する構造とすることにより、従来から用いられていた絶縁膜の保護効果を確保しつつその上の導電層により上記効果を発揮することができる。また、既存の装置に導電層を形成するだけでよく簡便である。
【００１８】
上記第３の観点において、前記導電層は、直流的にフローティング状態であってもよいし、前記導電層に接続される可変直流電源をさらに有し、前記導電層は前記直流電源を介して接地されていてもよい。
【００１９】
上記第２および第３の観点において、前記導電層の厚さは、以下の式で表されるスキンデプスδ以上であることが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２（ただし、σ：導電率、μ：透磁率、ω：角周波数）
また、前記導電層の前記第１の電極と対向する側の面積は、前記第１の電極に支持されている被処理基板の面積以上であることが好ましい。さらに、前記導電層の材料の抵抗率をρ（Ω・ｍ２／ｍ）、厚さをｔ（ｍ）とした場合に、径方向の抵抗ρ／ｔがρ／ｔ≦１０００を満たすことが好ましく、厚さ方向の抵抗ρ×ｔは、ρ×ｔ≦１を満たすことが好ましい。さらにまた、前記導電層は、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｗ、Ｃのいずれかの材料で構成することができる。さらにまた、前記チャンバーの内壁表面に導電性表面層を有することが好ましい。
【００２０】
上記第１の観点において、前記第２の電極は、単一の導電体で構成することができる。この場合に、第２の電極の材料として、金属−セラミックス複合体を挙げることができる。また、前記第２の電極の前記第１の電極と対向する側の面積は、前記第１の電極に支持された被処理基板の面積以上であることが好ましい。さらに、前記チャンバーの内壁表面に導電性表面層を有することが好ましい。
【００２１】
上記いずれの観点においても、前記第１の電極に印加される高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ以上であることが好ましい。このように高い周波数の高周波電力を用いることにより、上記効果が有効に発揮される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、接地されたアノード電極として機能する第２の電極のカソード電極として機能する第１の電極との対向表面を導電体からなるものとすることにより、プラズマ処理の面内均一性が高く、かつチャージアップダメージが生じ難い容量結合型のプラズマ処理装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【００２４】
このプラズマエッチング装置１００は、気密に構成され、略円筒状をなすチャンバー１を有している。このチャンバー１は、本体が例えばアルミニウム等の金属からなり、その内壁表面に、酸化処理皮膜や、Ｙ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる皮膜（例えば溶射皮膜）のような絶縁膜が形成されている。チャンバー１は接地されている。
【００２５】
このチャンバー１内には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するとともに下部電極として機能する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えば表面が酸化処理されたアルミニウムで構成されている。チャンバー１の底壁からは支持テーブル２の外周に対応するようにリング状の支持部３が突出して形成されており、この支持部３の上にはリング状の絶縁部材４が設けられていて、支持テーブル２はその外縁部がこの絶縁部材４を介して支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング５が設けられている。絶縁部材４とチャンバー１周壁との間にはバッフル板１４が設けられている。また、支持テーブル２とチャンバー１の底壁との間には空洞部７が形成されている。
【００２６】
支持テーブル２の表面部分にはウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在されて構成されており、電極６ａにはスイッチ１３ａを介して直流電源１３が接続されている。そして電極６ａに直流電源１３から電圧が印加されることにより、静電力、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷが吸着される。
【００２７】
支持テーブル２内には冷媒流路８ａが設けられ、この冷媒流路８ａには冷媒配管８ｂが接続されており、冷媒制御装置８により、適宜の冷媒がこの冷媒配管８ｂを介して冷媒流路８ａに供給され、循環されるようになっている。これにより、支持テーブル２が適宜の温度に制御可能となっている。また、静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に熱伝達用の伝熱ガス、例えばＨｅガスを供給するための伝熱ガス配管９ａが設けられ、伝熱ガス供給装置９からこの伝熱ガス配管９ａを介してウエハＷ裏面に伝熱ガスが供給されるようになっている。これにより、チャンバー１内が排気されて真空に保持されていても、冷媒流路８ａに循環される冷媒の冷熱をウエハＷに効率良く伝達させることができ、ウエハＷの温度制御性を高めることができる。
【００２８】
支持テーブル２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線１２が接続されており、この給電線１２には整合器１１および高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。
【００２９】
一方、支持テーブル２に対向してその上方には上部電極でもあるシャワーヘッド１８（以下、上部電極１８とも記す）が設けられている。シャワーヘッド１８は、チャンバー１の天壁部分に嵌め込まれている。このシャワーヘッド１８は、金属または半導体、例えばカーボンやＳｉ等からなる本体１８ａと、メタル汚染やプラズマによる消耗、さらには傷の発生を防止するために、本体１８ａの支持テーブル２に対向する表面に設けられた絶縁膜１８ｂと、さらにその外側に設けられた導電層１８ｃとを有している。絶縁膜１８ｂは、酸化処理皮膜、またはＹ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる皮膜（例えば溶射皮膜）等で形成されている。本体１８ａの下部、絶縁膜１８ｂ、導電層１８ｃを貫通するように多数のガス吐出孔１７が設けられており、本体１８ａの上部にガス導入部１８ｄを有し、内部には空間１８ｅが形成されている。ガス導入部１８ｄにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給装置１５が接続されている。
【００３０】
上部電極１８はチャンバー１を介して接地されており、高周波電力が供給され下部電極として機能する支持テーブル２とともに一対の平行平板電極を構成している。そして、高周波電力が供給される下部電極としての支持テーブル２がカソード電極として機能し、接地された上部電極１８がアノード電極として機能する。
【００３１】
上述のように、導電層１８ｃの存在により、上部電極１８の支持テーブル２と対向する表面が導電体からなっているので、後で詳細に説明するように、上部電極１８の支持テーブル２と対向する表面に面内方向に沿って電流が流れ、面内の電界分布（接地電位に対する電位勾配）を小さくすることができ、これにより電極間空間のプラズマ電位が均一となって、ウエハＷに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。導電層１８ｃは上部電極１８の全面を覆っていることが好ましく、導電層１８ｃの面積はカソード電極（下部電極）に載置されているウエハＷの面積と同等以上の面積を有することが好ましい。導電層１８ｃの形成方法は特に限定されず、貼り合わせでも、溶射やＣＶＤ等の膜形成技術で形成しても構わない。
【００３２】
エッチングのための処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（ＣｐＨｑＦｒ）のような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。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ２ガス、Ｏ２ガス等を添加してもよい。また、アッシングに適用する場合には、処理ガスとして例えばＯ２ガス等を用いることができる。
【００３３】
このような処理ガスが、処理ガス供給装置１５からガス供給配管１５ａ、ガス導入部１８ｄを介して本体１８ａ内の空間１８ｅに至り、ガス吐出孔１７から吐出され、ウエハＷに形成された膜のエッチングに供される。
【００３４】
チャンバー１の底壁には、排気管１９が接続されており、この排気管１９には真空ポンプ等を含む排気装置２０が接続されている。そして排気装置２０の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー１の側壁上側には、ウエハＷの搬入出口２３を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００３５】
一方、チャンバー１の搬入出口２３の上下にチャンバー１を周回するように、同心状に、２つのリング磁石２１ａ，２１ｂが配置されており、支持テーブル２と上部電極１８との間の処理空間の周囲に磁界を形成するようになっている。このリング磁石２１ａ，２１ｂは、図示しない回転機構により回転可能に設けられている。
【００３６】
リング磁石２１ａ，２１ｂは、永久磁石からなる複数のセグメント磁石がリング状にマルチポール状態で配置されている。すなわち、リング磁石２１においては、隣接する複数のセグメント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おり、したがって、磁力線が隣接するセグメント磁石間に形成され、処理空間の周辺部のみに例えば０．０２〜０．２Ｔ（２００〜２０００Ｇａｕｓｓ）、好ましくは０．０３〜０．０４５Ｔ（３００〜４５０Ｇａｕｓｓ）の磁場が形成され、ウエハ配置部分は実質的に無磁場状態となる。これにより、適度のプラズマ閉じこめ効果を得ることができる。
【００３７】
ウエハ配置部分における実質的に無磁場状態とは、完全に磁場が存在しない場合のみならず、ウエハ配置部分にエッチング処理に影響を与える磁場が形成されず、実質的にウエハ処理に影響を与えない磁場が存在する場合も含む。
【００３８】
プラズマ密度およびイオン引き込み作用を調整するために、プラズマ生成用の高周波電力とプラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力とを重畳させてもよい。具体的には、図２に示すように、整合器１１に接続するプラズマ生成用の高周波電源１０の他に、イオン引き込み用の高周波電源２６を整合器１１ｂに接続し、これらを重畳させる。この場合に、イオン引き込み用の高周波電源２６としては、周波数が５００ＫＨｚ〜２７ＭＨｚが好ましい。これにより、イオンエネルギーを制御してエッチングレート等のプラズマ処理レートをより上昇させることができる。
【００３９】
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、制御部（プロセスコントローラ）５０に接続されて制御される構成となっている。具体的には、冷媒制御装置８、伝熱ガス供給装置９、排気装置２０、静電チャック６のための直流電源１３のスイッチ１３ａ、高周波電源１０、整合器１１等が制御される。
【００４０】
また、制御部５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００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１００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５１が接続されている。
【００４１】
さらに、制御部５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理を制御部５０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５２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等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００４２】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。
【００４３】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置の処理動作について説明する。
まず、図１のプラズマエッチング装置１００のゲートバルブ２４を開にして搬送アームにてエッチング対象層を有するウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２上に載置した後、搬送アームを退避させてゲートバルブ２４を閉にし、排気装置２０の真空ポンプにより排気管１９を介してチャンバー１内を所定の真空度にする。
【００４４】
その後、チャンバー１内に処理ガス供給装置１５からエッチングのための処理ガスを所定の流量で導入し、チャンバー１内を所定の圧力、例えば０．１３〜１３３．３Ｐａ（１〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に維持する。このように所定の圧力に保持した状態で高周波電源１０から支持テーブル２に、周波数が４０ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚの高周波電力を供給する。このとき、直流電源１３から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加され、ウエハＷは例えばクーロン力により吸着される。
【００４５】
このようにして下部電極である支持テーブル２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１８と下部電極である支持テーブル２との間の処理空間には高周波電界が形成され、これにより処理空間に供給された処理ガスがプラズマ化されて、そのプラズマによりウエハＷに形成されたエッチング対象層がエッチングされる。
【００４６】
このエッチングの際に、マルチポール状態のリング磁石２１ａ，２１ｂにより、処理空間の周囲に磁場を形成することにより、プラズマ閉じこめ効果が発揮され、本実施形態のようにプラズマの不均一が生じやすい高周波数の場合でも、プラズマをより均一に形成することが可能である。また、膜によってはこのような磁場の効果がない場合もあるが、その場合には、セグメント磁石を回転させて処理空間の周囲に実質的に磁場を形成しないようにして処理を行えばよい。
【００４７】
上記磁場を形成した場合には、支持テーブル２上のウエハＷの周囲に設けられた導電性または絶縁性のフォーカスリング５によりプラズマ処理の均一化効果を一層高めることができる。すなわち、フォーカスリング５がシリコンやＳｉＣ等の導電性材料で形成されている場合、フォーカスリング領域までが下部電極として機能するため、プラズマ形成領域がフォーカスリング５上まで広がり、ウエハＷの周辺部におけるプラズマ処理が促進されエッチングレートの均一性が向上する。またフォーカスリング５が石英等の絶縁性材料の場合、フォーカスリング５とプラズマ中の電子やイオンとの間で電荷の授受を行えないので、プラズマを閉じこめる作用を増大させることができエッチングレートの均一性が向上する。
【００４８】
また、上部電極１８は、その支持テーブル２と対向する表面が導電層１８ｃとなっているため、上部電極１８の表面において電界の面内均一性を高くすることができ、ウエハＷ対するプラズマ処理性を均一化することができる。このことについて以下にさらに詳細に説明する。
【００４９】
従来のプラズマエッチング装置の場合には、図３に示すように、メタル汚染やプラズマによる損耗を防止するため、上部電極１８の本体１８ａの表面には、酸化処理皮膜、またはＹ２Ｏ３等の絶縁セラミックスからなる皮膜（例えば溶射皮膜）のような絶縁膜１８ｂが形成され、それが最外層であるため、上部電極１８の表面は絶縁体であった。また、チャンバー１の内壁表面にも同様な絶縁膜が形成されていた。この状態で図４に示すように、高周波プラズマが生成されると、高周波電流は上部電極１８の表面の絶縁膜１８ｂを通過して本体１８ａ側へ流れるが、表面の絶縁膜１８ｂの径方向（面内方向）へは殆ど流れない。そのため、高周波プラズマにおいて、電子密度分布の不均一等の理由で上部電極１８表面の絶縁膜１８ｂが径方向に電位分布を持つと、それが均されず、その電位分布がそのまま残存し、そのためプラズマ電位の面内均一性が悪くなる。その結果、カソード電極である下部電極を構成する支持テーブル２に入射するイオンエネルギーの面内分布が生じ、ウエハエッチングの面内均一性が悪くなる。かつてのようにプラズマ形成用高周波電源の周波数が２７ＭＨｚ以下でプロセス圧力が高く（２〜１０Ｐａ程度）、高イオンエネルギーのプラズマの場合には、このような電極表面の径方向の電位分布は問題にならなかったが、最近のように高周波電源の周波数が４０ＭＨｚを超えて、低圧力（１．３Ｐａ以下）、低電子密度（１×１０１０以下）のプラズマとなり、処理ガスとして負性ガスが用いられると、プラズマの抵抗率が高いためにこのような不均一を助長し、しかもプロセス性能の要望から低イオンエネルギー（１００ｅＶ以下）の制御が必要とされており、このようなプラズマ電位の面内不均一によるエネルギーの不均一が無視できなくなる。このようなことにより、プラズマエッチング処理の面内不均一や、ウエハのチャージアップの不均一によるゲート酸化膜の絶縁破壊（チャージアップダメージ）が生じるようになる。
【００５０】
このような不都合を防止するため、本実施形態では、図５に示すように、本体１８ａの支持テーブル２に対向する表面に絶縁膜１８ｂを形成し、さらにその表面に導電層１８ｃを形成して上部電極１８を構成する。この状態で図６に示すように、高周波プラズマが生成されると、上部電極１８の対向表面において径方向（面内方向）に電流が流れやすいため、上部電極１８の対向表面の径方向の電位が均されて、上部電極１８の対向表面で径方向の電位勾配を極めて小さくすることができる。この効果により、アノード電極である上部電極１８の近傍でのプラズマ電位の勾配もなくなるので、カソード電極である下部電極を構成する支持テーブル２に入射するイオンのエネルギー分布も均一化される。さらに、イオンエネルギーの均一化はプラズマ生成電子エネルギーの均一化にもなるので電子密度分布も均一になる。これによりエッチング処理の面内均一性の向上を達成することができ、また、ゲート酸化膜の絶縁破壊等のチャージアップダメージを減少させることができる。
【００５１】
このような機能を発揮させるためには、導電層１８ｃの径方向の抵抗が低い方が好ましく、導電層１８ｃの材料の抵抗率をρ［Ω・ｍ２／ｍ］、厚さをｔ［ｍ］とした場合に、以下の（１）式で表され、略記してρ／ｔ［Ω］と表される導電層１８ｃの径方向の抵抗Ｒｒ［Ω］は、
Ｒｒ［Ω］＝ρ／ｔ［Ω］≦１０００［Ω］
を満たすことが好ましい。
【数１】
2006165093.tif 000003
また、以下の（２）式で表され、略記してρ・ｔ［Ω］と表される導電層１８ｃの厚さ方向の抵抗Ｒｚ［Ω］は、
Ｒｚ［Ω］＝ρ・ｔ［Ω］≦１［Ω］
を満たすことが好ましい。
【数２】
2006165093.tif 000004
導電層１８ｃの材料としては、Ｃｕ、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｗ、Ｃ（カーボン）等を用いることができる。導電層１８ｃの材料としては抵抗率が１００Ω・ｃｍ以下のものが好ましい。
【００５２】
導電層１８ｃの厚さは、以下の式で表されるスキンデプスδ以上であることが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２（ただし、σ：導電率、μ：透磁率、ω：プラズマ生成用高周波電源の角周波数）
高周波電流は部材の表皮部分しか流れず、高周波電流が流れる部分の厚さがスキンデプスδである。導電層１８ｃの厚さがスキンデプスδよりも小さくなると、高周波電流は導電層１８ｃの裏面側にも流れ、エネルギーロスが大きくなってしまう。
【００５３】
本実施形態では従来から用いられている保護機能を有する絶縁膜１８ｂの上に導電層１８ｃが形成されているので、従来と同様の保護機能を有しつつ上記効果を得ることができる。また、既存の上部電極に導電層を設けることにより、大きな改良を伴うことなく装置構成を実現することができる。
【００５４】
上述したように、導電層１８ｃの面積は、ウエハＷの面積と同等以上であることが好ましい。これにより、電位分布を均一化する効果をより高いものとすることができる。さらには、図７に示すように、チャンバー１の内壁表面に導電性表面層１ｂを形成することにより、より電流が流れやすくなり、電位分布均一化効果を一層高めることができる。なお、図７では、導電性表面層１ｂは上部電極１８の支持テーブル２側表面に形成された導電層１８ｃに連続して形成されているが、連続していなくても構わない。
【００５５】
上記構成においては、導電層１８ｃは絶縁膜１８ｂを介して形成されており、直流的に絶縁されたフローティング状態となっているが、図８に示すように導電層１８ｃに可変直流電源５５を接続し、電源５５を介して接地するようにしてもよい。
【００５６】
上部電極１８には、絶縁被膜１８ｂは必須なものではなく、図９に示すように、本体１８ａに直接導電層１８ｃを形成してもよい。これにより、本体１８ａの材料にかかわらず、所望の導電性を実現することができ、上記効果を有効に発揮させることができる。この場合に、導電層１８ｃとしては、耐プラズマ性や耐傷性の高いものを用いることが好ましい。
【００５７】
また、上部電極１８は所望の導電性を有する単一の導電体で構成されていてもよい。この場合には、耐プラズマ性等が問題となるので、耐プラズマ性の高い導電性材料、例えばＳｉＣ−Ａｌ、ＳｉＣ−Ｓｉ等の金属−セラミックス複合体を用いることが好ましい。
【００５８】
次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
まず、上部電極として本体の対向表面に２５０μｍのＹ２Ｏ３溶射皮膜を形成したのみのもの（従来）と、さらにその上に導電層としてＣｕテープを貼り付けたもの、およびＳｉテープを貼り付けたものを準備し、ウエハのプラズマ処理を行った。ウエハとしては３００ｍｍウエハを用い、上部電極としては直径３４０ｍｍのものを用いた。プラズマ処理は図１に示す装置を用いて行い、チャンバー内圧力：０．６６Ｐａ、処理ガス：Ｏ２ガス、流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ、高周波の周波数：１００ＭＨｚ、高周波電力：５００Ｗ、２４００Ｗの条件で行った。この際のウエハ直上の各位置のプラズマ電位をチャンバー内にプローブを挿入することで求め、接地電位（ＧＮＤ）に対するプラズマ電位Ｖｆの面内分布を求めた。
【００５９】
図１０は、導電層としてＣｕテープを貼り付けた上部電極と従来の上部電極を用いて高周波電力を５００Ｗにしてプラズマ処理を行った結果を示すものであり、図１１は、導電層としてＳｉテープを貼り付けた上部電極と従来の上部電極を用いて高周波電力を（ａ）は５００Ｗ、（ｂ）は２４００Ｗにしてプラズマ処理を行った結果を示すものである。これらに示すように、上部電極の対向表面に導電層を設けることにより、プラズマ電位の面内均一性が格段に良好になることが確認された。
【００６０】
次に、上部電極として本体の対向表面に２５０μｍのＹ２Ｏ３溶射皮膜を形成したのみのもの（従来）と、さらにその上に導電層としてＣｕテープを貼り付けたものを準備し、テストウエハのプラズマ処理を行い、チャージアップダメージ耐性を試験した。試験には、図１２に示す構造の素子を用いた。すなわち、Ｓｉ基板６１上に、厚さ４ｎｍのゲート酸化膜相当部分６２ａおよび厚さ５００ｎｍ素子分離領域６２ｂを有するＳｉＯ２膜を形成し、さらにその上にポリシリコン膜６３を形成し、このような素子をウエハ上に多数形成した。素子分離領域６２ｂの面積Ａをゲート酸化膜相当部分６２ａの面積Ｂの１０万倍と通常の素子よりも大きく設定してよりチャージアップダメージが発生しやすい構造とした。プラズマ処理の条件は、ウエハとしては３００ｍｍウエハを用い、上部電極としては直径３４０ｍｍのものを用いた。プラズマ処理は図１に示す装置を用いて行い、チャンバー内圧力：０．６６Ｐａ、処理ガス：Ｏ２ガス、流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ、高周波の周波数：１００ＭＨｚ、高周波電力：５００Ｗの条件で行った。この際の各素子のリーク電流を測定し、リーク電流が１×１０−９Ａ／μｍ２以上の場合を絶縁破壊が生じたものとし、それよりも小さい値の場合には絶縁破壊なしとした。
【００６１】
その結果を図１３に示す。この図に示すように、導電層を設けない表面が絶縁膜の上部電極を用いた場合には、絶縁破壊が多数の素子で生じ、絶縁破壊なしのものは４３％にすぎなかった。これに対して、上部電極の表面に導電層であるＣｕテープを貼り付けた場合には、全て絶縁破壊が生じなかった。
【００６２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、永久磁石からなる複数のセグメント磁石をチャンバーの周囲にリング状に配置してなるマルチポール状態のリング磁石を用いて処理空間の周囲に磁場を形成するようにしたが、このような磁場形成手段は必ずしも必要ではない。また、上記実施形態では本発明をプラズマエッチング装置に適用した場合について示したが、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等、他のプラズマ処理にも適用可能である。さらに、他の装置構成、導電層の材料等についても上記実施形態に限るものではなく、種々のものを用いることができる。さらにまた、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限らず他の基板のプラズマ処理にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】プラズマ生成用の高周波電源とイオン引き込み用の高周波電源を下部電極である支持テーブルに接続した状態を示す概略断面図。
【図３】従来のプラズマエッチング装置の上部電極としての電極板の構造を示す模式図。
【図４】従来のプラズマエッチング装置を用いた場合のプラズマ中の電子密度分布およびプラズマ電位分布を示す図。
【図５】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置の上部電極としての電極板の構造の一例を示す模式図。
【図６】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置を用いた場合のプラズマ中の電子密度分布およびプラズマ電位分布を示す図。
【図７】電極板の導電層に連続してチャンバーの内壁表面に導電性表面層を形成した装置構成を模式的に示す断面図。
【図８】電極板の導電層に可変直流電源を接続し、可変直流電源を介して接地した装置構成を模式的に示す断面図。
【図９】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマエッチング装置の上部電極としての電極板の構造の他の例を示す模式図。
【図１０】導電層としてＣｕテープを貼り付けた電極板と従来の電極板を用いて高周波電力を５００Ｗにしてウエハのプラズマ処理を行った際のプラズマ電位の面内分布を示す図。
【図１１】導電層としてＳｉテープを貼り付けた電極板と従来の電極板を用いて高周波電力を（ａ）は５００Ｗ、（ｂ）は２４００Ｗにしてプラズマ処理を行った際のプラズマ電位の面内分布を示す図。
【図１２】チャージアップダメージ耐性を試験するための素子構造を示す模式図。
【図１３】チャージアップダメージの発生頻度を従来と本発明とで比較して示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１；チャンバー
１ｂ；導電性表面層
２；支持テーブル（第１の電極）
５；フォーカスリング
１０，２６；高周波電源
１５；処理ガス供給装置
１８；上部電極、シャワーヘッド（第２の電極）
１８ａ；本体
１８ｂ；絶縁膜
１８ｃ；導電層
２０；排気装置
２１ａ，２１ｂ；リング磁石
１００；プラズマエッチング装置
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【図１】
2006165093.tif 000005
【図２】
2006165093.tif 000006
【図３】
2006165093.tif 000007
【図４】
2006165093.tif 000008
【図５】
2006165093.tif 000009
【図６】
2006165093.tif 000010
【図７】
2006165093.tif 000011
【図８】
2006165093.tif 000012
【図９】
2006165093.tif 000013
【図１０】
2006165093.tif 000014
【図１１】
2006165093.tif 000015
【図１２】
2006165093.tif 000016
【図１３】
2006165093.tif 000017