(57)【要約】【課題】電極板の破損を防止できると共に、部品点数の増加を防止してメンテナンス性の悪化を防止できる電極アッセンブリを提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１は、電極板３２と、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなるクーリングプレート（Ｃ／Ｐ）３４と、電極板３２及びＣ／Ｐ３４の間に介在し、半導体材料からなるスペーサー３７とを有する上部電極アッセンブリを備える。Ｃ／Ｐ３４には、アルマイトが存在せずアルミニウムが露出するように固定具の座面３４ｂが形成され、電極板３２には、ボルト６３のねじ部と螺合するねじ孔３２ｂが形成されている。Ｃ／Ｐ３４、スペーサー３７及び電極板３２を導通材料からなるボルト６３で締結した際に、ボルト６３がＣ／Ｐ３４の座面３４ｂに接触すると共に電極板３２のねじ孔３２ｂに螺合することにより、Ｃ／Ｐ３４と電極板３２とが導通する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置が備える電極アッセンブリであって、
導電材料からなる電極支持体と、
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、
多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、
前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーと、
前記中間部材の下面と前記スペーサーの上面との間において同心円に形成される多数の第１の環状溝と、前記スペーサーの下面と前記電極板の上面との間において同心円に形成される多数の第２の環状溝とを備え、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、
前記第１のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第１の環状溝に連通し、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第２の環状溝に連通し、
前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、
前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とする電極アッセンブリ。
【請求項２】
プラズマ処理装置が備える電極アッセンブリであって、
導電材料からなる電極支持体と、
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、
多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、
前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーとを備え、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、
前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は、同一直線上に配置されることなく連通し、
前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、
前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とする電極アッセンブリ。
【請求項３】
前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔が同一直線上に配置されないことを特徴とする請求項１記載の電極アッセンブリ。
【請求項４】
前記第３のガス通気孔は、前記スペーサーを螺旋状に貫通するように形成されることを特徴とする請求項２記載の電極アッセンブリ。
【請求項５】
前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔、前記第３のガス通気孔、前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝により構成されるガス流路のコンダクタンスは、６．９×１０５〜２．１×１０６であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極アッセンブリ。
【請求項６】
前記スペーサーは、多孔質材からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電極アッセンブリ。
【請求項７】
前記電極板と前記スペーサーとは電気的に導通することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電極アッセンブリ。
【請求項８】
前記スペーサーと前記中間部材との位置決めを行うための円筒状の位置決めピンを備え、
前記位置決めピンの断面形状はＣ字状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電極アッセンブリ。
【請求項９】
前記スペーサー及び前記電極板は、シリコン又は炭化珪素からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電極アッセンブリ。
【請求項１０】
基板を収容する処理室と、前記処理室内に配置された前記基板を載置し、下部電極として機能する載置台と、前記処理室内において前記載置台に対向し、上部電極として機能する電極アッセンブリと、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを備え、前記載置台に載置された前記基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記電極アッセンブリは、
導電材料からなる電極支持体と、
表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、
多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、
前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーと、
前記中間部材の下面と前記スペーサーの上面との間において同心円に形成される多数の第１の環状溝と、前記スペーサーの下面と前記電極板の上面との間において同心円に形成される多数の第２の環状溝とを有し、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、
前記第１のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第１の環状溝に連通し、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第２の環状溝に連通し、
前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、
前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、
前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スペーサーは、多孔質材からなることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記電極板と前記スペーサーとは電気的に導通することを特徴とする請求項１０又は１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記スペーサーと前記中間部材との位置決めを行うための円筒状の位置決めピンを備え、
前記位置決めピンの断面形状はＣ字状であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記電極板は、環状の第１の電極板と、前記第１の電極板の内側に絶縁して配置される第２の電極板とからなり、
前記処理ガス供給手段から処理ガスを前記第１の電極板を介して前記処理室内に供給される前記処理スの流量と、前記第２の電極板を介して前記処理室内に供給される前記処理ガスの流量との比率を調整する流量制御装置を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔が同一直線上に配置されないことを特徴とする請求項１０乃至１４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、電極アッセンブリ及びプラズマ処理装置に関し、特に、ガス通気孔を有する電極板を備える電極アッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板としての半導体デバイス用のウエハに所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置は、ウエハを収容する処理室を備え、処理室内には、ウエハを載置し下部電極として機能する載置台（以下、「サセプタ」という。）と、サセプタに対向する上部電極とが配置されている。また、載置台及び上部電極の少なくとも一方には高周波電源が接続され、載置台及び上部電極は処理室内空間に高周波電力を印加する。
【０００３】
このプラズマ処理装置では、処理室内空間に供給された処理ガスを高周波電力によってプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、イオンやラジカルをウエハに導いて、ウエハに所望のプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。
【０００４】
上部電極は、処理室内空間に面する上部電極板と、外部から供給される処理ガスが導入され且つ下部が開放されたバッファ室を有する電極支持体と、上部電極板及び電極支持体の間に介在し且つバッファ室の下部を閉塞するクーリングプレートとを有する。ここで、上部電極板とクーリングプレートと電極支持体とは電極アッセンブリを構成する。また、上部電極板及びクーリングプレートはそれぞれを貫通する複数のガス通気孔を有する。上部電極において、上部電極板のガス通気孔はクーリングプレートのガス通気孔と連通し、連通したガス通気孔はバッファ室の処理ガスを処理室内空間に導く。
【０００５】
従来のプラズマ処理装置では、ウエハに所望のプラズマ処理を繰り返し施すと、イオン等によって上部電極板が削られて上部電極板のガス通気孔が拡大する。また、上部電極板のガス通気孔とクーリングプレートのガス通気孔とは同一直線上に配置されている。そのため、ウエハに所望のプラズマ処理を施す際、処理室内空間で発生したイオンが上部電極板のガス通気孔を逆流し、クーリングプレートのガス通気孔に侵入することがあった。上部電極板は半導体のシリコン（Ｓｉ）からなるが、クーリングプレートは導体のアルミニウム（Ａｌ）からなるため、クーリングプレートのガス通気孔において侵入したイオンに起因して異常放電が発生し、これにより、上部電極板が破損するという問題があった。
【０００６】
そこで、近年、上部電極板のガス通気孔に挿入される円柱状の埋込部材が開発されている。この埋込部材は外周面に形成された螺旋状の溝を有し、上部電極板のガス通気孔を逆流して溝に侵入したイオンを、溝の壁面に衝突させることによってイオンのエネルギーを消失させ、これにより、イオンがクーリングプレートのガス通気孔に侵入するのを防止して上部電極板の破損を防止する（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した埋込部材をプラズマ処理装置に適用する場合、上部電極板のガス通気孔は多数存在するので、多数の埋込部材を必要とし、部品点数の増加を招くという問題がある。
【０００９】
また、埋込部材はイオンの衝突によって消耗するため、所定の交換時期毎に交換する必要があるが、上述したようにプラズマ処理装置では、多数の埋込部材を必要とするため、交換作業が煩雑となり、メンテナンス性が悪化するという問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、電極板の破損を防止できると共に、部品点数の増加を防止してメンテナンス性の悪化を防止できる電極アッセンブリ及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の電極アッセンブリは、プラズマ処理装置が備える電極アッセンブリであって、導電材料からなる電極支持体と、表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーと、前記中間部材の下面と前記スペーサーの上面との間において同心円に形成される多数の第１の環状溝と、前記スペーサーの下面と前記電極板の上面との間において同心円に形成される多数の第２の環状溝とを備え、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、前記第１のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第１の環状溝に連通し、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第２の環状溝に連通し、前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の電極アッセンブリは、プラズマ処理装置が備える電極アッセンブリであって、導電材料からなる電極支持体と、表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーとを備え、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は、同一直線上に配置されることなく連通し、前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の電極アッセンブリは、請求項１記載の電極アッセンブリにおいて、前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔が同一直線上に配置されないことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の電極アッセンブリは、請求項２記載の電極アッセンブリにおいて、前記第３のガス通気孔は、前記スペーサーを螺旋状に貫通するように形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の電極アッセンブリは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電極アッセンブリにおいて、前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔、前記第３のガス通気孔、前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝により構成されるガス流路のコンダクタンスは、６．９×１０５〜 ２．１×１０６であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の電極アッセンブリは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電極アッセンブリにおいて、前記スペーサーは多孔質材からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の電極アッセンブリは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電極アッセンブリにおいて、前記電極板と前記スペーサーとは電気的に導通することを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の電極アッセンブリは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電極アッセンブリにおいて、前記スペーサーと前記中間部材との位置決めを行うための円筒状の位置決めピンを備え、前記位置決めピンの断面形状はＣ字状であることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の電極アッセンブリは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電極アッセンブリにおいて、前記スペーサー及び前記電極板は、シリコン又は炭化珪素からなることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に配置された前記基板を載置し、下部電極として機能する載置台と、前記処理室内において前記載置台に対向し、上部電極として機能する電極アッセンブリと、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段とを備え、前記載置台に載置された前記基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記電極アッセンブリは、導電材料からなる電極支持体と、表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなり、前記電極支持体の下方に形成されるバッファ室を閉塞し、多数の第１のガス通気孔を有する中間部材と、多数の第２のガス通気孔を有し、半導体材料からなる電極板と、前記中間部材と前記電極板との間に介在し、多数の第３のガス通気孔を有するスペーサーと、前記中間部材の下面と前記スペーサーの上面との間において同心円に形成される多数の第１の環状溝と、前記スペーサーの下面と前記電極板の上面との間において同心円に形成される多数の第２の環状溝とを有し、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板は、この順に積層されて、ねじ部を有する固定具により締結され、前記第１のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第１の環状溝に連通し、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔は前記第２の環状溝に連通し、前記中間部材には、前記アルマイト処理によるアルマイトが存在せず前記アルミニウムが露出する、前記固定具の座面が形成され、前記電極板は、前記固定具の前記ねじ部と螺合するねじ孔を有し、前記中間部材、前記スペーサー及び前記電極板を導通材料からなる前記固定具で締結した際に、前記固定具が前記中間部材の前記座面に接触すると共に前記電極板の前記ねじ孔に螺合することにより、前記中間部材と前記電極板とが導通することを特徴とする。
【００２１】
請求項１１記載のプラズマ処理装置は、請求項１０記載のプラズマ処理装置において、前記スペーサーは、多孔質材からなることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１記載のプラズマ処理装置は、請求項１０又は１１記載のプラズマ処理装置において前記電極板と前記スペーサーとは電気的に導通することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記スペーサーと前記中間部材との位置決めを行うための円筒状の位置決めピンを備え、前記位置決めピンの断面形状はＣ字状であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記電極板は、環状の第１の電極板と、前記第１の電極板の内側に絶縁して配置される第２の電極板とからなり、前記処理ガス供給手段から処理ガスを前記第１の電極板を介して前記処理室内に供給される前記処理スの流量と、前記第２の電極板を介して前記処理室内に供給される前記処理ガスの流量との比率を調整する流量制御装置を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第１のガス通気孔、前記第２のガス通気孔及び前記第３のガス通気孔が同一直線上に配置されないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１及び請求項２に記載の電極アッセンブリ及び請求項１０記載のプラズマ処理装置によれば、電極板と中間部材とを確実に電気的に導通させることができるので、電極板が帯電して第２のガス通気孔に電界が発生するのを防止でき、もって、電界によって第２のガス通気孔に侵入したイオンが活性化されて中間部材に設けられた第１の通気孔へ侵入するのを防止することができる。これにより、第２のガス通気孔に侵入したプラズマによる異常放電に起因して電極板が破損するのを防止できると共に、電極アッセンブリからのパーティクルの発生を防止して均一なプラズマ処理を行うことができる。また、装置の部品点数の増加を防止して、コストを抑制すると共に、メンテナンス性を向上させることができる。
【００２７】
請求項３記載の電極アッセンブリ及び請求項１５記載のプラズマ処理装置によれば、第１のガス通気孔に侵入したプラズマのエネルギーを衝突によって消失させることができ、これにより、第１のガス通気孔に侵入したプラズマが第２のガス通気孔へ侵入するのを確実に防止することができる。
【００２８】
請求項４記載の電極アッセンブリによれば、第１のガス通気孔に侵入したプラズマのエネルギーを衝突によって消失させることができ、これにより、第１のガス通気孔に侵入したプラズマが第２のガス通気孔へ侵入するのを確実に防止することができる。
【００２９】
請求項５記載の電極アッセンブリによれば、処理ガスの供給効率を従来のプラズマ処理装置と同程度に維持することができ、もって基板処理の効率低下を防止できる。
【００３０】
請求項６記載の電極アッセンブリ及び請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、第１のガス通気孔に侵入したプラズマのエネルギーを多孔質材中の孔の壁面との衝突によって消失させることができ、これにより、第１のガス通気孔に侵入したプラズマが第２のガス通気孔へ侵入するのを確実に防止することができる。
【００３１】
請求項７記載の電極アッセンブリ及び請求項１２記載のプラズマ処理装置によれば、電極板が帯電して第１のガス通気孔に電界が発生するのを防止でき、もって、電界によって第１のガス通気孔に侵入したプラズマが活性化されて第２のガス通気孔へ侵入するのを防止することができる。
【００３２】
請求項８記載の電極アッセンブリ及び請求項１３記載のプラズマ処理装置によれば、位置決めピンが熱膨張を吸収することができ、もって、スペーサーが破損するのを防止することができる。
【００３３】
請求項９記載の電極アッセンブリによれば、第１のガス通気孔において、侵入したプラズマに起因する異常放電が発生するのを防止することができ、もって、電極板が破損するのを確実に防止できる。
【００３４】
請求項１４記載のプラズマ処理装置によれば、処理室内におけるラジカルの空間的な分布特性を任意に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１における上部電極周りの概略構成を示す拡大断面図である。
【図３】図２におけるスペーサーをクーリングプレート側から眺めた平面図である。
【図４】図２におけるスペーサーガス通気孔、電極板ガス通気孔及びＣ／Ｐガス通気孔の配置の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の変形例を示す図であり、（Ｂ）は第２の変形例を示す図であり、（Ｃ）は第３の変形例を示す図であり、（Ｄ）は第４の変形例を示す図であり、（Ｅ）は第５の変形例を示す図である。
【図５】ボルトによるＣ／Ｐ、スペーサー及び上部電極板の締結構造を示す断面図である。
【図６】位置決めピンによるスペーサー及びＣ／Ｐの位置決め方法を示す斜視図である。
【図７】チャンバ蓋及びＣ／Ｐの間に配置されたＯリングを示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置における上部電極周りの概略構成を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００３９】
図１において、プラズマ処理装置１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、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理室）１０を備える。チャンバ１０は保安接地されている。
【００４０】
チャンバ１０の底部には、セラミック等の絶縁板１１を介して円柱状のサセプタ支持台１２が配置され、このサセプタ支持台１２の上に、例えば、アルミニウムからなるサセプタ１３が配置されている。サセプタ１３は下部電極を構成し、エッチング処理が施される基板、例えば、半導体ウエハＷを載置する。
【００４１】
サセプタ１３の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１４が配置されている。静電チャック１４は導電膜からなる下部電極板１５と、下部電極板１５を狭持する一対の絶縁層又は絶縁シートとからなり、下部電極板１５には直流電源１６が後述する接続端子５８及び可動給電棒６７を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって半導体ウエハＷを吸着保持する。
【００４２】
また、静電チャック１４の上面において半導体ウエハＷが吸着保持される部分には、静電チャック１４の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン５６が配置されている。これらのプッシャーピン５６は、モータ（図示せず）にボールねじ（図示せず）を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して静電チャック１４の上面から自在に突出する。半導体ウエハＷにエッチング処理を施す場合において静電チャック１４が半導体ウエハＷを吸着保持するときには、プッシャーピン５６は静電チャック１４に収容され、エッチング処理が施された半導体ウエハＷをプラズマ生成空間Ｓから搬出するときには、プッシャーピン５６は静電チャック１４の上面から突出して半導体ウエハＷを静電チャック１４から離間させて上方へ持ち上げる。
【００４３】
静電チャック１４の周囲且つサセプタ１３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（Ｓｉ）からなるフォーカスリング１７が配置され、フォーカスリング１７の周囲には、フォーカスリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、サセプタ１３及びサセプタ支持台１２の側面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状の内壁部材１８が貼り付けられている。
【００４４】
サセプタ支持台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する冷媒室１９が配置されている。冷媒室１９には、外付けのチラーユニット（図示しない）から配管２０ａ，２０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒室１９は冷媒の温度によってサセプタ１３上の半導体ウエハＷの処理温度を制御する。
【００４５】
また、伝熱ガス供給機構（図示しない）から伝熱ガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガスがガス供給ライン２１を介して静電チャック１４の上面及び半導体ウエハＷの裏面の間に供給される。
【００４６】
サセプタ１３の上方には、サセプタ１３と平行且つ対向するように上部電極２２が配置されている。ここで、サセプタ１３及び上部電極２２の間の空間はプラズマ生成空間Ｓ（処理室内空間）として機能する。上部電極２２は、サセプタ１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状又はドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極２４とで構成される。プラズマ生成に関して、外側上部電極２３が主で、内側上部電極２４は補助のとなる関係を有している。
【００４７】
図２は、図１における上部電極周りの概略構成を示す拡大断面図である。
【００４８】
図２において、外側上部電極２３と内側上部電極２４との間には、例えば、０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、ギャップに、例えば、石英からなる誘電体２５が配置される。また、このギャップには石英からなる誘電体２５の代わりにセラミック体を配置してもよい。外側上部電極２３と内側上部電極２４とが誘電体２５を挟むことによってコンデンサが形成される。コンデンサのキャパシタンスＣ１は、ギャップの大きさと誘電体２５の誘電率とに応じて所望の値に選定又は調整される。また、外側上部電極２３とチャンバ１０の側壁との間には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）若しくはイットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。
【００４９】
外側上部電極２３は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体、例えば、シリコンで構成されるのがよい。外側上部電極２３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９及び給電筒３０を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部高周波電源３１は、１３．５ＭＨｚ以上の周波数、例えば、６０ＭＨｚの高周波電圧を出力する。上部整合器２７は、上部高周波電源３１の内部（又は出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させ、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に、上部高周波電源３１の出力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。また、上部整合器２７の出力端子は上部給電棒２８の上端に接続されている。
【００５０】
給電筒３０は、略円筒状又は円錐状の導電板、例えば、アルミニウム板又は銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して上部給電棒２８の下端部に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状の接地導体１０ａを構成している。円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材３１によって上部給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９からみた負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３及び円筒状接地導体１０ａによって給電筒３０及び外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。
【００５１】
内側上部電極２４は、多数の電極板ガス通気孔３２ａ（第１のガス通気孔）を有する、例えば、シリコンや炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体材料からなる上部電極板３２と、上部電極板３２を着脱可能に支持する導電材料、例えば、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなる電極支持体３３とを有する。上部電極板３２はボルト（図示しない）によって電極支持体３３に締結される。ボルトの頭部は上部電極板３２の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護される。
【００５２】
上部電極板３２において各電極板ガス通気孔３２ａは上部電極板３２を貫通する。電極支持体３３の内部には、後述する処理ガスが導入されるバッファ室が形成され、バッファ室は、例えば、Ｏリングからなる環状隔壁部材４３で分割された２つのバッファ室、すなわち、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６からなり、下部が開放されている。電極支持体３３の下方には、バッファ室の下部を閉塞するクーリングプレート（以下、「Ｃ／Ｐ」という。）３４（中間部材）が配置されている。Ｃ／Ｐ３４は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなり、多数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ（第２のガス通気孔）を有する。Ｃ／Ｐ３４において各Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａはＣ／Ｐ３４を貫通する。
【００５３】
また、上部電極板３２及びＣ／Ｐ３４の間には、シリコンや炭化珪素等の半導体材料からなるスペーサー３７が介在する。
【００５４】
図３は、図２におけるスペーサーをクーリングプレート側から眺めた平面図である。
【００５５】
図３において、スペーサー３７は円板状部材であり、Ｃ／Ｐ３４に対向する表面（以下、単に「上面」という。）において円板と同心に形成された多数の上面環状溝３７ｂと、スペーサー３７を貫通し且つ各上面環状溝３７ｂの底部において開口する多数のスペーサーガス通気孔３７ａ（第３のガス通気孔）を有する。各上面環状溝３７ｂは、スペーサー３７及びＣ／Ｐ３４をアッセンブリした場合に各Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａと対向するように配置されている。
【００５６】
また、スペーサー３７は上部電極板３２に対向する表面（以下、単に「下面」という。）において円板と同心に形成された多数の下面環状溝３７ｃを有する。下面環状溝３７ｃも、スペーサー３７及び上部電極板３２をアッセンブリした場合に各電極板ガス通気孔３２ａと対向するように配置されている。また、各スペーサーガス通気孔３７ａも下面環状溝３７ｃの底部において開口する。スペーサーガス通気孔３７ａ、上面環状溝３７ｂ及び下面環状溝３７ｃはスペーサーガス流路を構成し、スペーサーガス流路はＣ／Ｐガス通気孔３４ａ及び電極板ガス通気孔３２ａを連通する。
【００５７】
ここで、スペーサー３７の厚さは、スペーサー３７及びＣ／Ｐ３４の積層厚さが従来のプラズマ処理装置におけるクーリングプレートの厚さと同じになるように設定される。これにより、上部電極板３２の厚さを従来のプラズマ処理装置における上部電極板の厚さと同じにすることができ、上部電極板３２として従来のプラズマ処理装置における上部電極板を使用することが可能となる。本実施の形態では、上述した上部電極板３２、スペーサー３７、Ｃ／Ｐ３４及び電極支持体３３が上部電極アッセンブリを構成し、プラズマ処理装置１のメンテナンス等において上部電極アッセンブリはまとめて交換可能である。
【００５８】
図２に戻り、内側上部電極２４は、後述する処理ガス供給源３８からバッファ室に導入された処理ガスを、Ｃ／Ｐ３４のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサー３７のスペーサーガス流路及び上部電極板３２の電極板ガス通気孔３２ａを介して、プラズマ生成空間Ｓに供給する。ここで、中心バッファ室３５と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路及び電極板ガス通気孔３２ａとは中心シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成し、周辺バッファ室３６と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路及び電極板ガス通気孔３２ａとは周辺シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成する。
【００５９】
また、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドのいずれにおいても、スペーサーガス通気孔３７ａ、電極板ガス通気孔３２ａ及びＣ／Ｐガス通気孔３４ａは同一直線上に配置されず、ラビリンスを構成する。すなわち、上述した３つのガス通気孔のうち、いずれか１つのガス通気孔の中心軸上に、残りの２つのいずれか一方のガス通気孔が配置されることがない。ここで、スペーサーガス通気孔３７ａ、電極板ガス通気孔３２ａ及びＣ／Ｐガス通気孔３４ａの配置は図２に示す配置に限られず、図４に示すような配置であってもよい。
【００６０】
例えば、図４（Ａ）において、スペーサーガス通気孔３７ａ及び電極板ガス通気孔３２ａは同一直線上に配置されるが、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａはスペーサーガス通気孔３７ａ及び電極板ガス通気孔３２ａの中心軸上に配置されない。また、スペーサー３７は上面環状溝３７ｂのみを有し、上面環状溝３７ｂがＣ／Ｐガス通気孔３４ａ及びスペーサーガス通気孔３７ａを連通する。
【００６１】
図４（Ｂ）において、スペーサーガス通気孔３７ａ及びＣ／Ｐガス通気孔３４ａは同一直線上に配置されるが、電極板ガス通気孔３２ａはスペーサーガス通気孔３７ａ及びＣ／Ｐガス通気孔３４ａの中心軸上に配置されない。また、スペーサー３７は下面環状溝３７ｃのみを有し、下面環状溝３７ｃが電極板ガス通気孔３２ａ及びスペーサーガス通気孔３７ａを連通する。
【００６２】
図４（Ｃ）において、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａ及び電極板ガス通気孔３２ａは同一直線上に配置されず、スペーサー３７を斜方向に貫通するスペーサーガス通気孔３７ｄによって連通される。なお、スペーサー３７はスペーサーガス通気孔３７ａ及び下面環状溝３７ｃのいずれも有しない。
【００６３】
図４（Ｄ）において、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａ及び電極板ガス通気孔３２ａは同一直線上に配置され、スペーサー３７をくの字状に貫通するスペーサーガス通気孔３７ｅによって連通される。
【００６４】
図４（Ｅ）において、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａ及び電極板ガス通気孔３２ａは同一直線上に配置され、スペーサー３７を螺旋状に貫通するスペーサーガス通気孔３７ｆによって連通される。なお、図４に示すような配置以外であっても、上述した３つのガス通気孔のうち、いずれか１つのガス通気孔の中心軸上に、残りの２つのいずれか一方のガス通気孔が配置されない配置であれば、いかなる配置であってもよい。
【００６５】
また、上述したいずれの配置においても、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドのコンダクタンスは、従来のプラズマ処理装置における上部電極板のガス通気孔及びクーリングプレートのガス通気孔のコンダクタンスと同程度であるのが好ましく、具体的には従来のプラズマ処理装置におけるコンダクタンスの±５０％の範囲、すなわち、６．９×１０５〜２．１×１０６におけるいずれかの値であるのがよい。
【００６６】
図１に戻り、チャンバ１０の外部には処理ガス供給源３８が配置されている。処理ガス供給源３８は、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に処理ガスを所望の流量比で供給する。具体的には、処理ガス供給源３８からのガス供給管３９が途中で２つの分岐管３９ａ，３９ｂに分岐して中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に接続され、分岐管３９ａ，３９ｂはそれぞれ流量制御弁４０ａ，４０ｂ（流量制御装置）を有する。処理ガス供給源３８から中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６までの流路のコンダクタンスが等しくなるように設定されているので、流量制御弁４０ａ，４０ｂの調整により、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。さらに、ガス供給管３９にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１及び開閉バルブ４２が配置されている。
【００６７】
以上の構成により、プラズマ処理装置１は、中心バッファ室３５と周辺バッファ室３６とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整する。なお、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を個別に調整することも可能である。さらに、分岐管３９ａ，３９ｂのそれぞれに対応する２つの処理ガス供給源を配置することによって中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種又はガス混合比を独立又は別個に設定することも可能である。
【００６８】
また、内側上部電極２４の電極支持体３３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９及び上部給電筒４４を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ４５が配置されている。なお、外側上部電極２３及び内側上部電極２４にも冷媒室又は冷却ジャケット（図示しない）を設けて、外部のチラーユニット（図示しない）から供給される冷媒によって電極の温度を制御してもよい。
【００６９】
チャンバ１０の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６に排気マニフォールド４７を介して可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Automatic Pressure Control Valve）（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）４８及びターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump）（以下、「ＴＭＰ」という。）４９が接続されている。ＡＰＣバルブ４８及びＴＭＰ４９は協働して、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧する。また、排気口４６及びプラズマ処理空間Ｓの間には、複数の通気孔を有する環状のバッフル板５０がサセプタ支持台１２を取り巻くように配置され、バッフル板５０はプラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。
【００７０】
また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口５１が配置されている。チャンバ１０の外部には搬入出口５１と、プラズマ処理装置１に隣接する基板搬送装置（ロードロックモジュール）（図示しない）とを連結するゲートバルブ５２が配置されている。また、搬入出口５１及びプラズマ生成空間Ｓの間には空気圧によって上下動するスライドバルブとしてのシャッタ５５が配置されている。シャッタ５５は、半導体ウエハＷのプラズマ生成空間Ｓの搬出入時においてゲートバルブ５２が開いた際、搬入出口５１をプラズマ生成空間Ｓから遮断し、プラズマが搬入出口５１を介してロードロックモジュールへ漏洩するのを防止する。
【００７１】
また、プラズマ処理装置１では、下部電極としてのサセプタ１３に下部給電筒５７及び下部整合器５８を介して下部高周波電源５９が電気的に接続されている。この下部高周波電源５９は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電圧を出力する。下部整合器５８は、下部高周波電源５９の内部（又は出力）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内のプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成されている時に下部高周波電源５９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。
【００７２】
下部給電筒５７の内側空間には、下部電極板１５に接続され且つサセプタ１３を貫通する接続端子５８の端部が露出し、内側空間において上下動する可動給電棒６７が配置されている。直流電源１６が下部電極板１５に直流電圧を印加する場合、可動給電棒６７が上昇して接続端子５８に接触し、直流電源１６が下部電極板１５に直流電圧を印加しない場合、可動給電棒６７が下降して接続端子５８から離れる。
【００７３】
可動給電棒６７は底部にフランジを有し、また、下部給電筒５７も内側空間に向けて突出するフランジを有する。可動給電棒６７のフランジ及び下部給電筒５７のフランジの間には可動給電棒６７の上下動を規制する、絶縁体である窒化珪素（ＳｉＮ）からなるバネ６０が配置されている。従来のプラズマ処理装置では、バネが導体からなるため、下部給電筒を流れる高周波電力に起因する電磁誘導によってバネが発熱して高温となり、バネの劣化が発生していた。これに対応して、本実施の形態では、上述したように、バネ６０が絶縁体からなるので、高周波電力に起因する電磁誘導が発生せず、バネ６０が高温になることがなく、もって、バネ６０の劣化を防止することができる。
【００７４】
また、プラズマ処理装置１では、内側上部電極２４に、上部高周波電源３１からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通さずに、下部高周波電源５９からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が電気的に接続されている。このＬＰＦ６１は、好ましくは、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタで構成されるのがよい。但し、１本の導線でも上部高周波電源３１からの高周波電力に対して十分大きなリアクタンスを付与することが可能なので、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタの代わりに１本の導線を内側上部電極２４に電気的に接続するのみでもよい。一方、サセプタ１３には、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が電気的に接続されている。
【００７５】
また、内側上部電極２４では、図５に示すように、導体、例えばＳＵＳからなるボルト６３によってＣ／Ｐ３４、スペーサー３７及び上部電極板３２が締結されている。ここで、Ｃ／Ｐ３４におけるボルト６３の頭部が接触するボルト座面３４ｂにおいて、Ｃ／Ｐ３４の表面を覆うアルマイト（絶縁膜）は存在せず、Ｃ／Ｐ３４のアルミニウムが露出するため、Ｃ／Ｐ３４とボルト６３とは電気的に導通する。一方、半導体材料からなる上部電極板３２はボルト６３のねじ部と螺合するねじ孔３２ｂを有し、ボルト６３はねじ孔３２ｂと螺合するので、上部電極板３２とボルト６３とは電気的に導通する。したがって、Ｃ／Ｐ３４及び上部電極板３２はボルト６３を介して電気的に導通する。
【００７６】
従来のプラズマ処理装置では、クーリングプレート及び上部電極板が電気的に導通せず、エッチング処理を繰り返すと、上部電極板が帯電して上部電極板及びクーリングプレートの間に電位差が発生し、さらには上部電極板のガス通気孔において電界が生ずる。この電界によって上部電極板のガス通気孔に侵入したイオンが活性化し、イオンがクーリングプレートのガス通気孔に侵入する。本実施の形態では、これに対応して、上述したようにＣ／Ｐ３４及び上部電極板３２を電気的に導通する。
【００７７】
なお、本実施の形態では、６カ所においてボルト６３によってＣ／Ｐ３４、スペーサー３７及び上部電極板３２が締結されるが、Ｃ／Ｐ３４及び上部電極板３２を電気的に導通するためには、少なくとも１カ所において上述したボルト６３を適用すればよい。
【００７８】
さらに、内側上部電極２４では、上部電極板３２、スペーサー３７、Ｃ／Ｐ３４及び電極支持体３３からなる上述の上部電極アッセンブリの交換を行う場合、まず、交換用の上部電極板３２、スペーサー３７、Ｃ／Ｐ３４及び電極支持体３３をアッセンブリする必要がある。このとき、図６に示すように、２つの円筒状の位置決めピン６４によってスペーサー３７及びＣ／Ｐ３４の位置決めが行われる。具体的には、逆さに置かれたＣ／Ｐ３４のスペーサー３７に対向する面に開口する位置決めピン孔３４ｃに位置決めピン６４を挿入し、スペーサー３７を、スペーサー３７のＣ／Ｐ３４に対向する面に開口する位置決めピン孔（図示しない）にＣ／Ｐ３４から突出する位置決めピン６４を挿入するように、Ｃ／Ｐ３４に載置する。なお、図６において、Ｃ／Ｐ３４のガス通気孔３４ａの図示は省略されている。
【００７９】
位置決めピン６４は側面において上下方向に貫通するスリット６４ａを備え、断面形状はＣ字状を呈する。また、位置決めピン６４は樹脂材料、例えば、セラゾール（登録商標）からなる。
【００８０】
従来のプラズマ処理装置では、クーリングプレート及び上部電極板の位置決めを丸棒状の位置決めピンによって行っていたが、エッチング処理を繰り返した場合、位置決めピンが熱膨張し、上部電極板の位置決めピン孔を基点とする亀裂が発生する。本実施の形態では、これに対応して、上述したように、位置決めピン６４を円筒で構成し、さらに、上下方向に貫通するスリットを設けることにより、熱膨張をスリットによって吸収する。
【００８１】
なお、本実施の形態では、位置決めピン６４の材料として樹脂を用いたが、弾性材料であれば金属等も用いることができる。
【００８２】
また、内側上部電極２４では、上部電極アッセンブリはチャンバ１０の上面に設けられたチャンバ蓋６８によって覆われる。ここで、図７に示すように、チャンバ蓋６８及びＣ／Ｐ３４の間にはＯリング６５が配置されている。このＯリング６５は幅広の下部６５ｂ及び狭小の上部６５ａからなり、Ｃ／Ｐ３４の上面に設けられたＯリング収容溝６６に圧縮されて収容される。
【００８３】
従来のプラズマ処理装置では、Ｏリングの断面形状は丸状であり、上部電極アッセンブリをチャンバ蓋で覆う際、Ｏリングとチャンバ蓋の接触面積が大きいため、Ｏリングがチャンバ蓋に固着する。その結果、上部電極アッセンブリの交換のためにチャンバ蓋を開放したとき、チャンバ蓋とともにクーリングプレートが持ち上がる。本実施の形態では、これに対応して、Ｏリング６５においてチャンバ蓋６８を接触する上部６５ａの幅を狭くすることにより、Ｏリング６５とチャンバ蓋６６の接触面積を小さくしてチャンバ蓋６６へのＯリング６５の固着を防止し、もって、Ｃ／Ｐ３４の持ち上がりを防止することができる。
【００８４】
プラズマ処理装置１において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ５２を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１３の上に載置する。そして、処理ガス供給源３８より処理ガス、例えば、Ｃ４Ｆ８ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを所定の流量及び流量比で中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に導入し、ＡＰＣバルブ４８及びＴＭＰ４９によってチャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓの圧力をエッチングに適した値、例えば、数mTorr〜１Torrの範囲内のいずれかの値に設定する。
【００８５】
さらに、上部高周波電源３１によってプラズマ生成用の高周波電力（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極２２（外側上部電極２３、内側上部電極２４）に印加するとともに、下部高周波電源５９によってエッチング処理用、具体的には、反応性エッチング処理（Reactive Ion Etching）の高周波電力（２ＭＨｚ）を所定のパワーでサセプタ１３に印加する。また、直流電源１６より直流電圧を静電チャック１４の下部電極板１５に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１３に静電吸着する。
【００８６】
次いで、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドより噴出された処理ガスは上部電極２２及びサセプタ１３の間におけるグロー放電中でプラズマとなり、このとき生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面が物理的又は化学的にエッチングされる。
【００８７】
プラズマ処理装置１では、上部電極２２に対して高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化するので、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。
【００８８】
また、上述したように、内側上部電極２４において、サセプタ１３に静電吸着された半導体ウエハＷに対向する中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドで処理ガス噴出流量の比率を任意に調整できるので、ガス分子又はラジカル密度の空間分布を半導体ウエハＷの径方向で制御し、ラジカルベースによるエッチング特性の空間的な分布特性を任意に制御することもできる。
【００８９】
一方、上部電極２２においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極２３を主、内側上部電極２４を副とし、上部高周波電源３１及び下部高周波電源５９によって上部電極２２直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしている。したがって、イオン密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。
【００９０】
ここで、外側上部電極２３及び内側上部電極２４の間で電界強度又は投入電力の比率を変更することによって行なわれるイオン密度空間分布の制御は、中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドの間で処理ガスの流量やガス密度又はガス混合比の比率を変更することによって行なわれるラジカル密度空間分布の制御に実質的な影響を及ぼすことがない。すなわち、中心シャワーヘッドと周辺シャワーヘッドによって噴出される処理ガスの解離が内側上部電極２４直下のエリア内で行なわれるため、外側上部電極２３及び内側上部電極２４の間で電界強度のバランスを変更しても、内側上部電極２４内（同一エリア内）の中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドの間のラジカル生成量ないし密度のバランスには殆ど影響しない。このように、プラズマ処理装置１では、イオン密度の空間分布とラジカル密度の空間分布とを実質上独立に制御することができる。
【００９１】
また、このプラズマ処理装置１は、外側上部電極２３の直下においてプラズマの大部分乃至過半を生成して内側上部電極２４の直下に拡散させる。したがって、内側上部電極２４ではプラズマのイオンから受けるアタックが少ないため、上部電極板３２のガス通気孔３２ａの削れを効果的に抑制し、上部電極アッセンブリの交換寿命を大幅に延長することができる。
【００９２】
一方、外側上部電極２３はガス噴出口を有していないため、イオンのアタックによる影響は少なく、内側上部電極２４の代わりに外側上部電極２３の交換寿命が短くなるようなことはない。
【００９３】
上述したプラズマ処理装置１によれば、上部電極板３２、スペーサー３７、Ｃ／Ｐ３４及び電極支持体３３からなる上部電極アッセンブリにおいて、スペーサーガス通気孔３７ａ、電極板ガス通気孔３２ａ及びＣ／Ｐガス通気孔３４ａが同一直線上に配置されず、ラビリンスを構成するので、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンのエネルギーを電極板ガス通気孔３２ａの壁面やスペーサーガス通気孔３７ａの壁面との衝突によって消失させることができ、これにより、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンがＣ／Ｐガス通気孔３４ａへ侵入するのを確実に防止することができる。その結果、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａに侵入したイオンによる異常放電に起因して上部電極板３２が破損するのを防止できると共に、イオンのスペーサーガス通気孔３７ａへの侵入を阻止する挿入部材を電極板ガス通気孔３２ａに挿入する必要がないので、部品点数の増加を防止してメンテナンス性の悪化を防止できる。
【００９４】
また、上部電極板３２の電極板ガス通気孔３２ａが削れても、イオンのＣ／Ｐガス通気孔３４ａへの侵入を防止することができるので、上部電極板３２の交換寿命、引いては上部電極アッセンブリの交換寿命を大幅に延長することができる。なお、スペーサー３７はラビリンスを構成するためだけに存在しているので、スペーサー３７が消耗しても交換する必要は殆ど無い。
【００９５】
上述したプラズマ処理装置１では、スペーサーガス流路がスペーサー３７の上面に形成された上面環状溝３７ｂ及びスペーサー３７の下面に形成された下面環状溝３７ｃを有するので、スペーサーガス流路は、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンを下面環状溝３７ｃや上面環状溝３７ｂに導いて、スペーサー３７の下面、Ｃ／Ｐ３４の表面及び下面環状溝３７ｃ又は上面環状溝３７ｂの壁面に衝突させることによってイオンのエネルギーを確実に消失させることができ、これにより、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンがＣ／Ｐガス通気孔３４ａへ侵入するのをより確実に防止することができる。
【００９６】
なお、スペーサー３７の上面や下面に形成される溝は、環状溝に限られず、中心シャワーヘッドや周辺シャワーヘッドにおいて、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス通気孔３７ａ及び電極板ガス通気孔３２ａと共にラビリンスを構成可能な溝であればよい。
【００９７】
また、上述したプラズマ処理装置１では、電極板ガス通気孔３２ａ、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａ及びスペーサーガス流路からなる中心シャワーヘッド又は周辺シャワーヘッドのコンダクタンスは、６．９×１０５〜２．１×１０６であるため、従来のプラズマ処理装置における上部電極板のガス通気孔及びクーリングプレートのガス通気孔のコンダクタンスと同程度であり、処理ガスの供給効率を従来のプラズマ処理装置と同程度に維持することができ、もって、エッチング処理の効率低下を防止できる。
【００９８】
さらに、上述したプラズマ処理装置１では、上部電極板３２及びＣ／Ｐ３４は電気的に導通するので、上部電極板３２が帯電して電極板ガス通気孔３２ａに電界が発生するのを防止でき、もって、電界によって電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンが活性化されてＣ／Ｐガス通気孔３４ａへ侵入するのを防止することができる。
【００９９】
なお、上述したプラズマ処理装置１において、上部電極板３２及びＣ／Ｐ３４だけでなく、Ｃ／Ｐ３４及びスペーサー３７を電気的に導通させてもよい。これにより、スペーサーガス通気孔３７ａにおいても電界が発生するのを防止でき、スペーサーガス通気孔３７ａに侵入したイオンが活性化されるのを防止できる。
【０１００】
なお、Ｃ／Ｐ３４のアルマイトがＣ／Ｐ３４のスペーサー３７との接触面において存在せず、その接触面にシリコン膜が溶射により形成され、シリコン膜がスペーサー３７と直接接触し、さらに、スペーサー３７が上部電極板３２と直接接触することにより、上部電極板３２がＣ／Ｐ３４に電気的に導通されてもよい。
【０１０１】
また、上述したプラズマ処理装置１では、Ｃ／Ｐ３４及びスペーサー３７の位置決めを行う円筒状の位置決めピン６４の断面形状はＣ字状であり、位置決めピン６４は側面において上下方向に貫通するスリット６４ａを備えるので、位置決めピン６４は熱膨張を吸
収することができ、もって、スペーサー３７が破損するのを防止できる。
【０１０２】
また、位置決めピン６４は横方向の応力に対して柔軟に変形するので、バネとして機能し、Ｃ／Ｐ３４にスペーサー３７をアッセンブリする際、スペーサー３７のＣ／Ｐ３４に対するずれが発生した場合、すなわち、位置決めピン６４に横方向の応力が負荷された場合、スペーサー３７のずれを解消するようにスペーサー３７をＣ／Ｐ３４に対して相対的に移動させることができる。
【０１０３】
なお、位置決めピン６４と同様の構造の位置決めピンをスペーサー３７及び上部電極板３２のアッセンブリに適用してもよく、これにより、上部電極板３２が破損するのを防止できる。
【０１０４】
上述したプラズマ処理装置１では、上部電極板３２及びスペーサー３７は共にシリコンや炭化珪素からなるが、上部電極板３２及びスペーサー３７を同じ材料で構成する必要はなく、上部電極板３２及びスペーサー３７のいずれも半導体又は絶縁体によって構成されればよく、特に、スペーサー３７は、直接プラズマに晒されないので、例えば、セラミック系や樹脂系の材料によって構成することもできる。
【０１０５】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。
【０１０６】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、スペーサーが多孔質材からなる点で上述した第１の実施の形態と異なるのみである。したがって、基板処理装置の構成については説明を省略し、以下に第１の実施の形態と異なる作用についてのみ説明を行う。
【０１０７】
図８は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置における上部電極周りの概略構成を示す拡大断面図である。
【０１０８】
図８において、プラズマ処理装置８０は、サセプタ１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状又はドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極８１とからなる上部電極８２を備える。内側上部電極８１は、上部電極板３２と、Ｃ／Ｐ３４と、上部電極板３２及びＣ／Ｐ３４の間に介在する多孔質スペーサー８３と、電極支持体３３とからなる上部電極アッセンブリを有する。
【０１０９】
多孔質スペーサー８３は、半導体、例えば、シリコンや炭化珪素、若しくは絶縁体からなる多孔質材によって構成されている。この多孔質スペーサー８３は、Ｃ／Ｐ３４のＣ／Ｐガス通気孔３４ａから噴出した処理ガスを上部電極板３２の電極板ガス通気孔３２ａへ透過させる。また、電極板ガス通気孔３２ａへ侵入したイオンをトラップ、例えば、イオンを多孔質材中の孔の壁面に衝突させてエネルギーを消失させる。
【０１１０】
上述したプラズマ処理装置８０によれば、電極板３２及びＣ／Ｐ３４の間に介在する多孔質スペーサー８３は多孔質材からなるので、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンのエネルギーを多孔質材中の孔の壁面との衝突によって消失させることができ、これにより、電極板ガス通気孔３２ａに侵入したイオンがＣ／Ｐガス通気孔３４ａへ侵入するのを確実に防止することができる。その結果、Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａに侵入したイオンによる異常放電に起因して上部電極板３２が破損するのを防止できる。
【０１１１】
本発明は、上述したエッチング処理に限らず、ＣＶＤ処理、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、スパッタリング処理等のプラズマ処理を基板に施す基板処理装置及びその上部電極アッセンブリに適用可能である。
【０１１２】
また、本発明においてプラズマ処理が施される基板は半導体ウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｗ  ウエハ
Ｓ  処理空間
１，８０  プラズマ処理装置
１０  チャンバ
１０ａ  接地導体
１１  絶縁板
１２  サセプタ支持台
１３  サセプタ
１４  静電チャック
１５  下部電極板
１６  直流電源
１７  フォーカスリング
１８  内壁部材
１９  冷媒室
２０ａ，２０ｂ  配管
２１  ガス供給ライン
２２  上部電極
２３  外側上部電極
２４  内側上部電極
２５  誘電体
２６  絶縁性遮蔽部材
２７  上部整合器
２８  上部給電棒
２９  コネクタ
３０  給電筒
３１  上部高周波電源
３２  上部電極板
３２ａ  電極板ガス通気孔
３２ｂ  ねじ孔
３３  電極支持体
３４  Ｃ／Ｐ
３４ａ  Ｃ／Ｐガス通気孔
３４ｂ  ボルト座面
３４ｃ  位置決めピン孔
３５  中心バッファ室
３６  周辺バッファ室
３７  スペーサー
３７ａ  スペーサーガス通気孔
３８  処理ガス供給源
３９  ガス供給管
３９ａ，３９ｂ  分岐管
４０ａ，４０ｂ  流量制御弁
４１  マスフローコントローラ
４２  開閉バルブ
４３  環状隔壁部材
４４  上部給電筒
４５  可変コンデンサ
４６  排気口
４７  排気マニフォールド
４８  ＡＰＣバルブ
４９  ＴＭＰ
５０  バッフル板
５１  搬入出口
５２  ゲートバルブ
５３  シールドリング
５４  カバーリング
５５  シャッタ
５６  プッシャーピン
５７  下部給電筒
５８  下部整合器
５９  下部高周波電源
６０  バネ
６１  ＬＰＦ
６２  ＨＰＦ
６３  ボルト
６４  位置決めピン
６５  Ｏリング
６５ａ  上部
６５ｂ  下部
６６  Ｏリング収容溝
６７  可動給電棒
【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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