(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置の処理の歩留まりを向上させる。【解決手段】プラズマ処理装置を、真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内部に配置されその上面に処理対象のウェハが載せられる試料台と、処理室上方で試料台上面と対向して配置された誘電体製の円板部材と、試料台に面する側が円板部材で覆われて配置され処理室内にプラズマを形成するための電界を形成するための第１の高周波電力が供給される円板状の上部電極と、前記処理室の上方及び周囲を覆って真空容器の外部に配置されプラズマを形成するための磁界を発生するコイルと、試料台の内部に配置されて試料台に載せられたウェハ上にバイアス電位を形成するための第２の高周波電力が供給される下部電極とを備え、円板部材と上部電極との間で円板の側に形成されたリング状の凹部と、このリング状の凹部に嵌め入れられて上部電極と接している金属製のリング状の部材とを備えて構成した。【選択図】  図１
2019109980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内部に配置されその上面に処理対象のウェハが載せられる試料台と、前記処理室上方で前記試料台上面と対向して配置された誘電体製の円板部材と、前記試料台に面する側が前記円板部材で覆われて配置され前記処理室内にプラズマを形成するための電界を形成するための第１の高周波電力が供給される円板状の上部電極と、前記処理室の上方及び周囲で前記真空容器の外部に配置され前記プラズマを形成するための磁界を発生するコイルと、前記試料台の内部に配置されて前記試料台に載せられた前記ウェハ上にバイアス電位を形成するための第２の高周波電力が供給される下部電極とを備え、
前記円板部材と前記上部電極との間で前記円板部材の側に形成されたリング状の凹部と、前記リング状の凹部に嵌め入れられて前記上部電極と接している金属製のリング状の部材とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第１の高周波電力は、５０乃至５００ＭＨｚの範囲内の周波数を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記磁界はその磁力線が前記磁界の中心軸周りで下向きに末広がりに形成され、前記金属製のリング状の部材が前記ウェハが載せられる前記試料台のウェハの載置面外周縁の直上方より中心軸の側に位置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記リング状の部材は前記上部電極と一体に形成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記誘電体製の板部材はその上面が前記上部電極下面と隙間をあけて配置され、下面に前記処理室内に供給される処理用のガスの導入孔を複数備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
処理室と、
前記処理室の内部で前記処理室の下部に設置された下部電極部と、
前記下部電極部と対向して前記処理室の内部に設置された上部電極部と、
前記処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、
前記上部電極部に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、
前記前記処理室の外部に設置されて前記処理室の内部に磁界を発生させる磁界発生部と、
前記下部電極部に高周波バイアス電力を印加する高周波バイアス電力印加部と、
前記上部電極部の側から前記処理室の内部に処理ガスを供給するガス供給部と
を備えたプラズマ処理装置であって、前記上部電極部は、
前記高周波電力印加部から印加される高周波電力を受けるアンテナ電極部と、
周辺部の付近が前記アンテナ電極部に密接して中央部の付近に凹部が形成されて前記アンテナ電極部との間に空間を形成して前記ガス供給部から供給された処理ガスを前記空間に溜める導電材料で形成されたガス分散板と、
前記ガス分散板を覆い、前記アンテナ電極部と前記ガス分散板との間に形成された前記空間に溜め込まれた前記処理ガスを前記処理室の内部に供給する穴が多数形成された絶縁性部材で形成されたシャワープレートとを有し、
前記シャワープレートの前記ガス分散板に面する側には円環状の溝部が形成されており、前記円環状の溝部の内部には、前記ガス分散板と電気的に接続する導電性の部材が嵌め込まれている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置であって、前記シャワープレートの前記円環状の溝部の内部に嵌め込まれた前記導電性の部材は、円環状の導電性部材で形成されており、前記ガス分散板と接触して前記ガス分散板と電気的に接続していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項６記載のプラズマ処理装置であって、前記シャワープレートの前記円環状の溝部の内部に嵌め込まれた前記導電性の部材は、前記ガス分散板と一帯で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台の上面に載せられた半導体ウェハ等の基板状の試料を処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、特に、試料台上面上方でこれに対向して配置されプラズマを形成するための電力が供給される板状の電極と、この電極の下方で処理室の上面を構成しプラズマを形成する電界が透過する誘電体製の板部材とを備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスでは、半導体ウェハ等の基板状の試料を減圧した容器内部の処理室内に配置し、この処理室内にプラズマを形成して試料表面に予め配置されたマスク層と処理対象の膜層とを含む膜構造の処理対象の膜層をエッチングする等のプラズマ処理が広く用いられている。プラズマを処理室内に形成する構成としては、例えば、処理室内のプラズマ形成用の空間を間に挟んで上下に配置された上部電極と下部電極の二枚の電極が対向して配置された容量結合型の平行平板電極の何れか一方に、所定の周波数の高周波電力を供給して両者の間の空間に形成される電界により当該空間に供給されたガスを励起、解離させることによって形成することができる。上記平行平板型のプラズマ処理装置は、二枚の電極間の空間に形成されたプラズマ内のイオン等の荷電粒子や高い活性を有した活性粒子（ラジカル）をウェハ上面の膜構造に誘引して処理が行われる。
【０００３】
さて、近年の半導体デバイスの寸法は微細化が進みエッチング処理後の寸法の精度に対する要求も高くなり続けている。このような要求を実現するため、処理室内のガスの粒子が解離する割合がより高い状態で処理をしていた従来の技術から、解離がより低い適度な割合で生じている状態を維持しつつ、より低圧で高い密度のプラズマを生成して処理する技術が考えられている。プラズマを生成するために供給される電力の周波数は一般に１０ＭＨｚ以上の高周波帯のものであり、周波数が高いほど高密度なプラズマ生成に有利である。しかし、高周波化すると電磁波の波長が短くなるため、プラズマ処理室内の電界分布が一様ではなくなる。この電界分布はベッセル関数の重ね合わせで表現可能な中心部の高い分布となることが知られている。
【０００４】
電界が中心部で高くなることによってプラズマの電子密度も高まるため、エッチレートの面内分布の均一性が悪化してしまう。エッチレートの面内分布の悪化は量産性を低下させてしまうので、高周波電力の周波数を高めるとともにエッチレートのウェハ面内の均一性を高めることが求められている。
【０００５】
このような課題を解決する従来の技術としては、特開２００７−２５０８３８号公報（特許文献１）に記載のものが知られていた。本従来技術は、真空容器内部の処理室上方に配置されプラズマ形成用の高周波電力が供給される円板状の第１の電極と処理室下方に配置されウェハがその上に載せられる試料台内部に配置されて高周波電力が供給される第２の電極とを備えたプラズマ処理装置で、第１の電極が電極板下面下方に配置されこれと接合される電極支持体と電極板との接合面に空間を備え、中央部の空間の高さが外周部より大きくされた構成を備えている。そして、このような構成により、上部電極の中心部と外周部での電界の強度の分布の不均一、特に中心部が高くなる中高の分布を緩和して、中心から外周に向かう方向についての電界の強度の分布をより均一に近づけることができるとしている。
【０００６】
さらに、非特許文献１には、外部の磁場を用いてウェハの外周側の領域における電力吸収効率を高めて、電極に挟まれた空間内に形成される電子密度の径方向についての分布をより均一に近づける技術が提案されている。この従来技術では、コイルにより形成される磁場の強度が当該コイルに供給される電流の値を増減することで所望の範囲内の値に調節できるため、プラズマが形成される条件が異なるものであっても、処理室内の電界の分布の変動に対応してプラズマの強度あるいは電子等の荷電粒子の分布を調節することを可能にしている。これにより、プラズマをより均一に近づけて形成できる条件のマージンを広げる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５０８３８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ken’etsu Yokogawa et al. ; Real time estimation and control oxide-etch rate distribution using plasma emission distribution measurement;Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 8, 2008, pp. 6854-6857
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術では、以下の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
すなわち、上記特許文献１の構成においては、一定の条件下では電界分布を均一にすることが可能である。しかし、処理室内の圧力の値、プラズマ形成用或いはウェハ処理用として供給されるガスの種類、高周波電界の周波数の値や電力の大きさ等、プラズマが形成される処理室内の条件に応じて形成される電界およびこれに強く影響されるプラズマの強度あるいは荷電粒子の分布は変動してしまう。このため、特許文献１に記載された従来の技術では、プラズマが形成される広い範囲の条件においても処理室内の電界あるいはプラズマの強度の分布を均一に近づけるには限界が有った。
【００１０】
また、非特許文献１に開示された構成では、プラズマが形成される空間を挟んで配置された電極の径方向についての電界の勾配と磁界の勾配とを完全に一致させることは技術的に困難であるため、電極の中心とその外周端との中間の箇所で空間内に形成される電子密度が小さくなってしまう領域が形成される。このような電子密度の”落ち込み”は、これが生じた箇所の下方の空間でのプラズマの強度あるいはイオン等の荷電粒子の密度が局所的に低下してしまう要因となる。その結果、プラズマに面して空間の下方に配置されたウェハ上面の上記”落ち込み”の下方に位置する箇所での処理の特性、例えばエッチング処理の場合にはエッチングレートも低下して、ウェハ上面の面内方向について処理後の加工形状が所期のものからズレる量の不均一さを増大させてしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうという虞が有った。
このような問題点について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１１】
本発明の目的は、プラズマの分布の不均一さを抑制する、ひいては処理の歩留まりを向上させる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】
【００１２】
上記目的は、真空容器内部に配置された処理室と、この処理室内部に配置されその上面に処理対象のウェハが載せられる試料台と、処理室上方で試料台上面と対向して配置された誘電体製の円板部材と、試料台に面する側が円板部材で覆われて配置され処理室内にプラズマを形成するための電界を形成するための第１の高周波電力が供給される円板状の上部電極と、前記処理室の上方及び周囲を覆って真空容器の外部に配置されプラズマを形成するための磁界を発生するコイルと、試料台の内部に配置されて試料台に載せられたウェハ上にバイアス電位を形成するための第２の高周波電力が供給される下部電極とを備え、円板部材と上部電極との間で円板の側に形成されたリング状の凹部と、このリング状の凹部に嵌め入れられて上部電極と接している金属製のリング状の部材とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００１３】
また、上記目的は、処理室と、処理室の内部で処理室の下部に設置された下部電極部と、この下部電極と対向して処理室の内部に設置された上部電極部と、処理室の内部を真空に排気する真空排気部と、上部電極部に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、処理室の外部に設置されて処理室の内部に磁界を発生させる磁界発生部と、下部電極部に高周波バイアス電力を印加する高周波バイアス電力印加部と、上部電極の側から処理室の内部に処理ガスを供給するガス供給部とを備えたプラズマ処理装置において、上部電極部は、高周波電力印加部から印加される高周波電力を受けるアンテナ電極部と、周辺部の付近がアンテナ電極部に密接して中央部の付近に凹部が形成されてアンテナ電極との間に空間を形成してガス供給部から供給された処理ガスを前記空間に溜める導電材料で形成されたガス分散板と、このガス分散板を覆い、アンテナ電極とガス分散板との間に形成された空間に溜め込まれた処理ガスを処理室の内部に供給する穴が多数形成された絶縁性部材で形成されたシャワープレートとを有し、このシャワープレートのガス分散板に面する側には円環状の溝部が形成されており、この円環状の溝部の内部には、ガス分散板と電気的に接続する導電性の部材が嵌め込まれているように構成することにより達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電極中心部から外周部にかけて電子密度の均一性が極めて高いプラズマを生成することができ、ウェハ面内で均一性の高いエッチレート分布を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示した縦断面図である。
【図２】図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置のアンテナ部及びその周囲の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２に示す本実施例に係るアンテナ部の構成の変形例を模式的に示す下面図である。
【図４】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が半導体ウェハをエッチング処理した際のエッチングレートの例を示すグラフである。
【図５】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置において、プラズマ形成用高周波電力の周波数の変化に対するウェハの半径方向についての電子密度が低下する領域の位置の変化の例を示すグラフである。
【図６】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置及び従来技術において凸部がウェハの半径方向について異なる位置に配置された複数の場合についてのウェハの半径方向についてのプラズマの電子密度の分布の例を示すグラフである。
【図７】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の凸部の高さとシャワープレートの厚さとの比の変化に対するこのプラズマ処理装置が実施するウェハのエッチング処理のエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図８】図１に示すプラズマ処理装置の凹部の幅とシャワープレートの直径との比率と当該プラズマ処理装置が実施するエッチング処理によるエッチングレートのバラつきとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
〔実施例〕
本発明の第１の実施例を、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示した縦断面図である。
【００１７】
本実施例のプラズマ処理装置１００は、内部が減圧されてプラズマが形成される処理室を備え、処理室のプラズマが形成される空間を挟んで上下に高周波電力が供給される円板状の電極が配置され、処理室内部に配置され上下の電極のうち下方の電極を内蔵する試料台上に配置された半導体ウェハ等の基板状の試料をプラズマを用いてエッチング処理するプラズマエッチング装置である。特に、供給された高周波電力による電界が上部電極の表面から処理室内に導入されるとともに、真空容器外部で処理室の上方及び側方の周囲を囲んで配置されたコイルにより形成された磁界が処理室内に供給され、処理室内に導入されたガスの原子または分子が励起、解離して形成されたプラズマと高周波の電力とが容量的に結合する平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００１８】
図１に示した構成において、プラズマ処理装置１００は、円筒形状を備えた容器であってその内部に円筒形状を備えた空間である処理室１０１を備えた真空容器１２５を備えている。真空容器１２５の内部の上部及び下部には、処理室１０１のプラズマ１１１が形成される空間を挟んで配置された上部電極１０と下部電極１２と、上部電極１０及び下部電極１２の各々に電気的に接続され所定の周波数の高周波電力を各々に供給する高周波電源１１２とを備えている。
【００１９】
また、真空容器１２５には、処理室１０１と連通されてその内部のガスやプラズマ１１１の粒子を排気して減圧する、ターボ分子ポンプ等の排気ポンプ１２０を備えた真空排気部１２００が配置され、排気ポンプ１２０の入口と処理室１０１との間に配置された排気路を形成する排気用配管１２０１の処理室１０１に面した排気用の開口１２０２が下部電極１２の上面よりも下方に配置されている。
【００２０】
下部電極１２は、処理室１０１のプラズマ１１１が形成される空間の下方に配置された試料台である金属製の部材で形成されたステージ（電極本体）１０２及びステージ１０２と真空容器１２５の壁面との間に設置されてステージ１０２と真空容器１２５とを電気的に絶縁する絶縁部材１０２０と、ステージ１０２上に形成されてウェハ１０３を載置する誘電体膜１２１とを備えており、上方に配置された上部電極１０と対向して配置されている。
【００２１】
下部電極１２の上方には、これに対向して上部電極１０を構成するアンテナ部が配置されている。本実施例のアンテナ部（上部電極１０）は、円板形状を有した導電体製のアンテナ本体１０７と、ガス分散板１０８と、シャワープレート１１０とを備えている。
【００２２】
円板形状を有した導電体製のアンテナ本体１０７は、ＶＨＦ帯の高周波電力を供給する高周波電源１１２と同軸ケーブル２０５等の導波路を介して電気的に接続されている。
【００２３】
ガス分散板１０８は、アンテナ本体１０７の下方に配置され、円板または円筒形状を備えた部材であってガス供給源１０９からの処理用のガスが内部に導入されて当該内部で分散する。
【００２４】
シャワープレート１１０は、ガス分散板１０８の下方に配置されて処理室１０１の天井面を構成し、分散された処理用のガスが内側を通って処理室１０１内に導入される複数の貫通孔であるガス導入孔が形成されている。シャワープレート１１０に形成した溝には導電体製の凸部２０２がリング状に埋め込まれており、導電体製の凸部２０２の上面はガス分散板１０８と接している。
【００２５】
アンテナ部（上部電極１０）は、真空容器１２５上部の蓋部材１２５１の内側で、これとの間に絶縁用の石英等の誘電体製の部材からなるリング状の絶縁リング１２２を挟んで配置されている。
【００２６】
アンテナ部（上部電極１０）の外周側部分は、アンテナ部（上部電極１０）と蓋部材１２５１との間でアンテナ部（上部電極１０）の周囲をリング状に囲み、絶縁リング１２２の外周部の下端面が、シャワープレート１１０の外周を囲んでシャワープレート１１０の下面と同じまたはこれと見做せる程度に近似した高さ位置（所謂、面位置）に配置されて、処理室１０１の天井面を構成している。
【００２７】
本実施例の上部電極１０を構成するアンテナ本体１０７とガス分散板１０８及びリング状の凸部２０２はアルミニウム等の導電材料で構成され、処理室１０１のプラズマ１１１が形成される空間に面するシャワープレート１１０は石英等の誘電材料で構成されている。
【００２８】
アンテナ本体１０７は、プラズマ１１１を生成するためのＶＨＦ帯の高周波電力を供給する高周波電源１１２と第１の整合器１１３を介して同軸ケーブル２０５により電気的に接続されている。また、アンテナ本体１０７は、ガス分散板１０８と共に下部電極１２に供給される高周波電力の接地電極として機能させるため、アンテナ本体１０７はフィルタ１１４を介して接地電位の箇所と接続されている。
【００２９】
フィルタ１１４は、高周波電源１１２からアンテナ部（上部電極１０）のアンテナ本体１０７に印加するプラズマ生成用のＶＨＦ帯の電力は通さず、ウェハ１０３を載置する下部電極１２を構成するステージ１０２に供給されるウェハ１０３上面上方にバイアス電位を形成するための高周波電力は通過させるように設計されている。
【００３０】
高周波電源１１２が生起する高周波電力の周波数は、プラズマ１１１の電子密度を〜１０１０ｃｍ−３程度としてプラズマ１１１の過剰な解離を抑制しつつ、プラズマ１１１の電位（ポテンシャル）を下げて処理室１０１の内壁へのダメージを低減するため、５０〜５００ＭＨｚとするのが望ましく、本実施例では２００ＭＨｚのものが用いられている。アンテナ部（上部電極１０）に同軸ケーブル２０５を介して高周波電源１１２から供給された２００ＭＨｚの高周波電力は、アンテナ本体１０７及びこれに接続された導電体製のガス分散板１０８に供給され、ガス分散板１０８のシャワープレート１１０側の表面からシャワープレート１１０を通して処理室１０１内に放射される。
【００３１】
真空容器１２５の外側であって処理室１０１の円筒形部分の上方及び側方には、第１のコイル１０４および第２のコイル１０５が、真空容器１２５及び内部のアンテナ部（上部電極１０）並びに同軸ケーブル２０５をリング状に囲んで配置されている。
【００３２】
第１のコイル１０４及び第２のコイル１０５に図示していない電源から供給される直流電流は、高周波電源１１２から供給された２００ＭＨｚの高周波電力により処理室１０１の内部に発生したプラズマ１１１を加熱する効率を高めることが可能な磁場を発生させる。この第１のコイル１０４及び第２のコイル１０５の外周側及び上方を覆って配置された導電体製のヨーク１０６により、第１のコイル１０４及び第２のコイル１０５により生起される磁場は、ヨーク１０６によってアンテナ部（上部電極１０）及び処理室１０１の上下方向の中心軸の上方から見て当該中心軸回りに放射状に、図１上では下向き且つ処理室１０１の外向き（図１上では左右方向）に、所謂中心軸方向下向きの末広がりに磁力線が向かうように分布が調節される。
【００３３】
処理室１０１の下方に配置された下部電極１２を構成するステージ１０２の上面には、アルミナあるいはイットリア等セラミクスといった誘電体材料製の誘電体膜１２１が溶射等の方法で上面を被覆して配置されている。当該誘電体膜１２１は、ウェハ１０３がその上に載せられる下部電極１２の載置面を構成する。
【００３４】
誘電体膜１２１の内部には、その上にウェハ１０３が載置された状態で直流電力が供給されて形成された静電気力を用いてウェハ１０３を誘電体膜１２１に吸着させて保持するための複数の静電吸着用電極１２３及び１２４が配置されている。静電吸着用電極１２３は第１の直流電源１１７と接続しており、静電吸着用電極１２４は第２の直流電源１１８と接続している。
【００３５】
下部電極１２を構成するステージ１０２の内部には、図示しないチラーユニット等の温度調節器と配管等を介して連結されたものであって、円筒形を有したステージ１０２の中心周りに同心状あるいは螺旋状に多重に配置された冷媒流路（図示せず）が、絶縁部材１０２０を介して配置されている。温度調節器において所定の範囲内の温度に調節されたクーラント等の冷媒は、図示していない配管を通して冷媒流路に流入し当該冷媒流路を通って流出して温度調節器に戻って循環し、このことによりステージ１０２曳いてはその上面の誘電体膜１２１に静電吸着されているウェハ１０３の温度を処理に適した範囲内の値に維持する。
【００３６】
さらに、ステージ１０２及び絶縁部材１０２０は、内部を貫通して形成され上端の開口が誘電体膜１２１上面に配置された通路１０２１を備え、通路１０２１の下端は熱交換ガス供給源１１９に連結されている。
【００３７】
ウェハ１０３が、第１の直流電源１１７と接続する静電吸着用電極１２３、及び第２の直流電源１１８と接続している静電吸着用電極１２４により誘電体膜１２１の上面に静電吸着されて保持された状態で、熱交換ガス供給源１１９からのＨｅ等の熱交換ガスが通路１０２１を通って誘電体膜１２１の上面とウェハ１０３の裏面との間のすき間に供給され、両者の間の熱伝達が増大されウェハ１０３とステージ１０２との間の熱交換が促進されることで、ステージ１０２との間の熱交換によるウェハ１０３の温度の調節の応答性や精度を向上させる。
【００３８】
処理室１０１のステージ１０２の上面より下方の壁面には、真空排気部１２００を構成する真空ポンプである排気ポンプ１２０と排気用配管１２０１を介して連結され処理室１０１内部のガスやプラズマや反応生成物の粒子などを排出する排気用の開口１２０２が配置されている。排気ポンプ１２０の入口と排気用の開口１２０２との間の排気用配管１２０１上には、配管内部の排気用経路の断面積を増減して排気の流量または速度を増減する図示しない排気調節バルブが配置されている。
【００３９】
以上のような構成において、先ず、ウェハ１０３を図示していない搬送手段で下部電極１２の誘電体膜１２１の上面に載せた状態で、第１の直流電源１１７により静電吸着用電極１２３に直流電力を印加し、第２の直流電源１１８により静電吸着用電極１２４に直流電力を印加することにより誘電体膜１２１の上面に静電気力を発生させ、ウェハ１０３を誘電体膜１２１の上面に静電吸着する。
【００４０】
このように静電気力によりウェハ１０３を誘電体膜１２１の上面に吸着、保持した状態で、アンテナ部（上部電極１０）のシャワープレート１１０に形成された複数のガス導入孔２０４（図２参照）から処理室１０１の内部に処理用ガスを導入するとともに、真空排気部１２００の排気ポンプ１２０を動作させることにより処理室１０１の内部を排気する。
【００４１】
このとき、ガス供給源１０９の内部またはガス供給源１０９とガス分散板１０８との間のガス供給経路１０９１上に配置された図示しないガス流量調節器（マスフローコントローラ）により処理室１０１の内部に供給されるガスの流量または速度と、真空排気部１２００に設置された図示していない排気調節バルブによる開度を調節することにより、排気の流量または速度とバランスさせて、処理室１０１内の圧力をウェハ１０３の処理に適した範囲内の値に調節することができる。
【００４２】
このように、処理室１０１内の圧力をウェハ１０３の処理に適した範囲内の値に調節した状態で、高周波電源１１２から第１の整合器１１３を介して上部電極１０のアンテナ本体１０７にＶＨＦ帯の高周波電力を印加し、図示していない直流電源から第１のコイル１０４及び第２のコイル１０５に直流電流を印加する。その結果、アンテナ部（上部電極１０）のガス分散板１０８の下面（シャワープレート１１０の側）からシャワープレート１１０にかけて電界が形成され、第１のコイル１０４及び第２のコイル１０５、ヨーク１０６により発生した磁場が処理室１０１内に形成される。
【００４３】
これにより、シャワープレート１１０の複数のガス導入孔２０４から処理室１０１内に導入されたガスは、励起され、解離して上部電極１０と下部電極１２との間の処理室１０１の空間にプラズマ１１１が発生する。
【００４４】
下部電極１２の金属製の部材で形成されたステージ１０２には、第２の整合器１１５を介してバイアス形成用高周波電源１１６が電気的に接続されている。プラズマ１１１が形成された状態でバイアス形成用高周波電源１１６から所定の周波数のバイアス形成用の高周波電力をステージ１０２に印加することにより、ステージ１０２の上面に形成された誘電体膜１２１に静電吸着されているウェハ１０３の上方に、バイアス電位が形成される。この状態で、プラズマ１１１の電位とバイアス電位との電位差に応じたエネルギーでプラズマ１１１中のイオン等の荷電粒子が加速されウェハ１０３の方向に誘引されてウェハ１０３に衝突する。これにより、ウェハ１０３の上面に予め形成された膜構造に含まれる処理対象の膜層の表面がエッチング処理される。
【００４５】
本実施例におけるバイアス形成用高周波電源１１６からステージ１０２に印加するバイアス形成用の高周波電力の周波数は、プラズマ１１１内の荷電粒子の密度あるいは強度の分布に影響を与えないように、高周波電源１１２からアンテナ本体１０７に印加する高周波電力の周波数２００ＭＨｚと比べて十分に低い、４００ｋＨｚ〜４ＭＨｚとするのが望ましい。４００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数領域であれば、バイアス形成用高周波電源１１６から供給されるバイアス形成用の高周波電力によるプラズマ１１１の生成は、無視可能なほどに小さくすることができる。
【００４６】
一方、バイアス形成用高周波電源１１６から供給されるバイアス形成用の高周波電力の周波数が高いほどウェハ１０３に誘引されるイオン等の荷電粒子の有するエネルギーのバラつきの幅が狭くなるため、イオンによる衝突のエネルギーを制御することでエッチング処理の速度等の処理の特性を調節する等の制御性を向上させることができる。本実施例では、バイアス形成用高周波電源１１６からステージ１０２に印加する高周波バイアス形成用の高周波電力の周波数を４ＭＨｚとした。
【００４７】
図２乃至３を用いて、本実施例のアンテナ部（上部電極１０）の構成の詳細を説明する。図２は、図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置１００のアンテナ部（上部電極１０）及びその周囲の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。図３は、図２に示す本実施例に係るアンテナ部（上部電極１０）の構成の変形例を模式的に示す、下部電極１２の側から見た平面図である。
【００４８】
図２（ａ）に示す例では、アンテナ部（上部電極１０）は、円板形状を有した金属製のアンテナ本体１０７の上面中心部が同軸ケーブル２０５と接続され、当該同軸ケーブル２０５を通して高周波電源１１２からの高周波電力がアンテナ本体１０７に供給される。アンテナ本体１０７の下方（下部電極１２の側）には、アンテナ本体１０７と同じ径の円板形状を有した金属製のガス分散板１０８が、外周部付近をアンテナ本体１０７に密着させて接続されている。
【００４９】
さらにガス分散板１０８に下方（下部電極１２の側）には、円板または円筒形状を有した誘電体製のシャワープレート１１０がその上面でガス分散板１０８の下面を覆って上下面を対向させて連結されている。
【００５０】
ガス分散板１０８の下面、即ち、シャワープレート１１０に面する側には、外周に沿ってシール用溝部１０８１が形成されている。このシール用溝部１０８１にＯリング等のシール部材１０８２を装着してシャワープレート１１０で挟みこみ、ガス分散板１０８とシャワープレート１１０とを密着させることで、その内外が気密に封止される。
【００５１】
アンテナ本体１０７の下面の外周部分付近、即ち、ガス分散板１０８の上面と接する部分には、アンテナ本体１０７の下面の外周部分に沿って所定の断面形状を有するシール用溝部１０７１が形成されている。このシール用溝部１０７１にＯリング等のシール部材１０７２を装着してガス分散板１０８で挟みこみ、アンテナ本体１０７とガス分散板１０８とを密着させることで、その内外が機密に封止される。
【００５２】
ここで、ガス分散板１０８には、円筒状の外周面からある幅をおいた内側の部分に外周面に沿って凹み部１０８３が形成されており、アンテナ本体１０７とガス分散板１０８とを、シール用溝部１０７１にＯリング等のシール部材１０７２を装着した状態で密着させることにより、ガス分散板１０８とアンテナ本体１０７との間に、凹み部１０８３によるバッファ室２０１が形成される。
【００５３】
当該バッファ室２０１は、上記したガス供給源１０９とガス供給経路１０９１を介して連結されて連通され、ガス供給源１０９からのガスが当該バッファ室２０１内に導入されて内部で拡散する。また、バッファ室２０１の下面を構成するガス分散板１０８とその下方に配置されたシャワープレート１１０には、これらを貫通する直径が０．３〜１．５ｍｍ程度の微細な複数のガス導入孔２０４，２１４が形成されている。バッファ室２０１内で拡散したガス供給源１０９から供給されたガスが、ガス分散板１０８に形成されたガス導入孔２０４、及びシャワープレート１１０に形成されたガス導入孔２１４を通って下方の処理室１０１内に導入される。
【００５４】
本実施例では、さらにシャワープレート１１０のガス分散板１０８と接する面の側には、凹部２０３がシャワープレート１１０の中心軸の周りにリング状に形成されており、この凹部２０３にはリング状に形成された導電体製の凸部２０２が嵌め込まれている。導電体製の凸部２０２は、凹部２０３に嵌め込まれた状態で、導電体製の凸部２０２の上面がガス分散板１０８と接触するように、凹部２０３の深さとの関係で厚みが設定されている。即ち、シャワープレート１１０の凹部２０３が形成された部分は、凹部２０３の深さの分だけ平板状のシャワープレート１１０の厚さが低減されている。
【００５５】
シャワープレート１１０とガス分散板１０８とが上下の面を対向させて連結された状態で、凹部２０３の内部に導電体製の凸部２０２が嵌め込められて、凹部２０３の内部が凸部２０２を構成する導電体製の材料で満たされており、ガス分散板１０８と接触している凸部２０２の底面（下部電極１２の側）からシャワープレート１１０の底面（下部電極１２の側）までの距離は、凹部２０３以外の他の箇所でのシャワープレート１１０底面（下部電極１２の側）とガス分散板１０８底面（下部電極１２の側）との間の距離より小さくなっている。
【００５６】
本実施例において、シャワープレート１１０に形成された凹部２０３に嵌め込まれるリング状の凸部２０２の配置位置は、上部電極１０の側から下部電極１２に載置されたウェハ１０３を見たときに、リング状の凸部２０２の外周部がウェハ１０３の外周縁よりも内側の領域となるように配置されている。すなわち、ウェハ１０３の中心を通る上下方向の軸について同心状に配置されたリング状の凸部２０２の外周縁は、ウェハ１０３の径よりも小さい位置に配置されている。
【００５７】
特に本実施例では、ウェハ１０３は直径が約３００ｍｍのものであり、同心円状に配置されたガス分散板１０８の中心から半径方向の５０乃至１００ｍｍの範囲内の位置に配置されている。さらに、凸部２０２の厚さ（凸部２０２の高さ）は１乃至５ｍｍで、半径方向の大きさ（リング状に形成された凸部２０２のリングの幅）は５乃至３０ｍｍの値にされている。特に、本実施例では凸部２０２の半径方向についての幅の中点（凸部２０２の内径と外径との１／２の箇所）の位置をガス分散板１０８の中心から８０ｍｍ、高さを４ｍｍ、幅を２０ｍｍとした。
【００５８】
凸部２０２は金属等の導電体から構成され、凸部２０２をシャワープレート１１０に形成された凹部２０３に挿入しシャワープレート１１０にガス分散板１０８を装着した状態で、凸部２０２はガス分散板１０８に接触して、ガス分散板１０８と電気的に接続される。この状態で、高周波電源１１２から高周波電力をアンテナ本体１０７に印加すると、ガス分散板１０８を介して凸部２０２にも高周波電力が供給される。なお、凸部２０２の内部も、アンテナ本体１０７に形成されたガス導入孔２０４とシャワープレート１１０に形成されたガス導入孔２１４とに接続するガス導入孔２０２４が貫通して形成されている。
【００５９】
図２（ａ）に示したアンテナ部（上部電極１０）の金属等の導電体から構成される凸部２０２の変形例を、図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示したアンテナ部（上部電極１０−１）の金属等の導電体から構成される凸部２０２１は、ガス分散板１０８に面する側に凹み２０２２が形成され、ガス分散板１０８の下面に当接して接続された状態で、凸部２０２１とガス分散板１０８との間に凹み２０２２によるすき間が形成される構成とした。
【００６０】
このような構成とすることにより、ガス分散板１０８に形成されたガス導入孔２０４は直接凹み２０２２よるすき間に連通し、シャワープレート１１０に形成されたガス導入孔２１４は、当該凸部２０２１に形成されたガス導入孔２０２１４を介して凹み２０２２によるすき間に連通する。このような構成とすることにより、バッファ室２０１に供給されたガスが、凸部２０２１の部分では、ガス導入孔２０４と当該凹み２０２２よるすき間を介して処理室１０１に導入される。但し、凸部２０２１の図上下面（シャワープレート１１０に接する側）及び側壁面はシャワープレート１１０背面の対応する位置に配置され凸部２０２１が嵌め込まれる凹部２０３の内壁面あるいは底部と当接して両者の間のすき間ができるだけ小さくなるように構成する。
【００６１】
図３（ａ）は、図２（ａ）に示すアンテナ部（上部電極１０）のガス分散板１０８及びその下方に配置された金属等の導電体から構成される凸部２０２の構成の概略を下方（下部電極１２の側）から見た場合の図である。本図に示されるように、凸部２０２はガス分散板１０８の中心周りに同心状に配置されたリング状の部材である。なお、凸部２０２は図３（ａ）に示すように１つに繋がった部材として構成されるものだけでなく、複数の部材から構成されていても良く、また半径方向について単一の径の位置だけでなく複数の位置すなわち多重に配置されていても良い。
【００６２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す実施例の変形例であって、下方から見て凸部２０２−１が中心から半径方向について同じ位置で周方向に複数の円弧状の導電体製の部材がリング状に配置された例である。図３（ｃ）は、下方から見て、半径方向について複数の位置、即ち径の異なる位置で周方向について閉じた一体である導電体製のリング状部材である凸部２０２−２と２０２−３が２つ配置された例である。図３（ｄ）は、円筒形状を有した複数の導電体製の部材２０２−４が半径方向の同じ位置に中心周りにリング状に配置された例を示している。
【００６３】
図４を用いて、本実施例に係るプラズマ処理装置１００で半導体ウェハ１０３をエッチング処理した場合のエッチング速度（エッチングレート）の分布４０１を、アンテナ部（上部電極１０）に導電体製の凸部２０２を用いない従来技術でエッチング処理した場合（従来例）のエッチング速度（エッチングレート）の分布４０２と比較して示す。
【００６４】
図４に示すグラフにおいて、エッチングレートの分布４０１は、図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置１００が半導体ウェハ１０３をエッチング処理した際のエッチングレートのウェハ面内の分布の例を示すグラフである。横軸に、ウェハ中心からの距離、縦軸にエッチングレートの相対値を示す。
【００６５】
図４のグラフにおいて、従来例として示したエッチングレートの分布４０２のウェハ中心からの分布は、アンテナ部の構成が、本実施例における図２（ａ）に示したアンテナ部（上部電極１０）の構成と異なるエッチング装置を用いてエッチング処理した場合の結果を示している。即ち、図４のグラフにおいて従来例として示したエッチングレートの分布４０２のエッチング処理を行ったエッチング装置においては、本実施例で説明したガス分散板１０８及びシャワープレート１１０との間に凸部２０２及びこれが嵌められる凹部２０３が配置されておらず、ガス分散板１０８とシャワープレート１１０とはその平坦な上下面同士を対向させて連結される構成を備えている。特に、図４に示す例は、本実施例に係るプラズマ処理装置と従来技術の例（従来例）に係るものとを用いて、フォトリソグラフィー用レジストをエッチング処理した結果を示している。
【００６６】
当該エッチング処理は、フォトリソグラフィー用レジストを直径３００ｍｍのシリコンウェハに塗布したものを、処理用ガスとしてＳＦ６とＣＨＦ３の混合ガスを用いて、処理室内の圧力４Ｐａ、プラズマ形成用の高周波電力８００Ｗ、周波数２００ＭＨｚ、ウェハ上面上方のバイアス形成用高周波電力５０Ｗという条件でプラズマを形成して行ったものである。
【００６７】
図４に示されるように、従来例として示したエッチングレートの分布４０２の場合の、ガス分散板とシャワープレートとの間に導電体製の凸部を設けていない従来のプラズマ処理装置（図１に示した本実施例におけるプラズマ処理装置１００の構成において、導電体製の凸部２０２が無く、シャワープレート１１０に導電体製の凸部２０２を埋め込むための溝が形成されておらず、ガス分散板１０８とシャワープレート１１０との対向する面が全面で接触しているもの）を用いてエッチング処理した場合では、ウェハ上の半径位置５０〜１００ｍｍの領域にエッチングレートの落ち込みが確認された。
【００６８】
これに対して、本実施例によるプラズマ処理装置１００を用いて処理したエッチングレートの分布４０１の場合では、エッチングレートの落ち込みが大幅に改善されて、ウェハ上面の面内の半径方向についてエッチングレートのバラつきが低減されている。
【００６９】
図４に示した従来例におけるエッチング装置でのプラズマ形成用高周波電力は、本実施例の場合と同じ周波数２００ＭＨｚとした。
【００７０】
図４の従来例として示したエッチングレートの分布４０２の場合において、ウェハ１０３の中心から半径位置５０〜１００ｍｍの領域にエッチングレートの落ち込みが発生してしまう理由は、以下のようなものと考えられる。すなわち、アンテナ部に供給された当該周波数の電力により処理室内に形成される電界の強度の分布、ひいては当該電界を用いて形成されるプラズマの強度または密度の分布は、ベッセル関数の重ね合わせで表わされる。その結果、処理室の中心部の値が高い分布となる。これに伴って当該電界のみで処理室内に形成される場合のプラズマの電子密度も中心部で高いものとなる。
【００７１】
このような電界の分布が形成される従来例として用いたエッチング装置においても、処理室外部にコイル等の磁界形成手段を備えて処理室内に磁界を形成し、この磁界を調整して、ウェハの外周側にいくほど電力吸収効率を高めて電子密度をある程度均一化することは可能である。
【００７２】
上記に説明した従来例として用いたエッチング装置では、処理室１０１の上方及び側方の外側でその中心軸周りに同軸状に処理室を囲んで配置された第１のコイル１０４、第２のコイル１０５及びヨーク１０６によって形成された下向き末広がりの磁界を処理室１０１内に形成することにより、処理室１０１内の電子密度の分布を中心から水平方向の外側に向かって高くなるようにすることで、中高の電界の強度分布を補正して、プラズマ１１１内の電子密度をより均一に近づける作用を奏させることができる。
【００７３】
しかし、下部電極１２の上方で上部電極１０及び下部電極１２の径方向についての電界の勾配と磁界の勾配を完全に一致させることは技術的に困難であり、高周波電力が供給される上部電極１０であるアンテナ部の円板状の部材の中心と外周端との中間に電子密度が局所的に減少する領域が形成されてしまう。このような局所的な電子密度の低下が当該箇所に対応するウェハ１０３の半径方向の位置のある箇所でのエッチングレート低下させる要因となり、ウェハ面内のエッチングレートの均一性を悪化させる。
【００７４】
一方で、本実施例として示したエッチングレートの分布４０１の場合においては、アンテナ本体１０７と電気的に接続されたガス分散板１０８の下面に取り付けられたシャワープレート１１０にアンテナ本体と同心円状の位置に凹部２０３が形成されて、この凹部２０３に導電体製の凸部２０２が嵌め込まれた構成を有している。この導電体製の凸部２０２は、凹部２０３に埋め込んだ状態でシャワープレート１１０と組み合わせたときに、ガス分散板１０８に接触してガス分散板１０８と電気的に接続するように凹部２０３の深さと凸部２０２の高さ（厚み）が設定されている。
【００７５】
このように、ガス分散板１０８と凸部２０２とを接触させることにより、誘電体製のシャワープレート１１０は、凸部２０２により、径方向にその厚さが局所的に増減する構成を備えている。
【００７６】
誘電体製のシャワープレート１１０を電磁波の導波管と仮定したときに、導波管に相当するシャワープレート１１０の高さが急激に変化することになってサセプタンスが生じ、凹部２０３においてアンテナ本体１０７またはガス分散板１０８に垂直な方向について電界の強度が増大する。この半径方向について局所的なリング状の電界の強度の増大に応じて、処理室１０１内の下部電極１２の上方で凸部２０２直下方の箇所及びその近傍の領域においてプラズマ１１１内の電子の密度が増大する。その結果としてウェハ１０３の面内の半径方向についてのエッチングレートのバラつきが低減され、エッチングレートの均一性を改善することができる。
【００７７】
本実施例においては、導電体製の凸部２０２の位置は、下部電極１２に載置したウェハ１０３の上方の領域におけるプラズマ１１１の電子密度の低下が生じ易い領域に対応させた位置に配置することが重要である。一方、下部電極１２に載置したウェハ１０３の半径方向における電子密度の低下しやすい領域の位置は、プラズマ１１１を生成する周波数によって変化する。
【００７８】
上記実施例のプラズマ処理装置１００において、電子密度がウェハ１０３上で局所的に低下する位置、即ち、下部電極１２に載置したウェハ１０３の中心、又は、上部電極１０の中心からの半径方向の位置と、高周波電源１１２から上部電極１０に印加する高周波電力の周波数との関係の一例を図５に示す。また、プラズマ１１１を生成するために高周波電源１１２から上部電極１０に印加する高周波電力の周波数を変化させた場合の電子密度の分布の一例を図６を用いて説明する。
【００７９】
図５は、曲線５０１は、図１に示す本実施例に係るプラズマ処理装置１００において、高周波電源１１２から上部電極１０に印加するプラズマ形成用高周波電力の周波数の変化に対する、下部電極１２に載置したウェハ１０３の半径方向についての電子密度が低下する領域の位置の変化の例を示すグラフである。
【００８０】
図５の曲線５０１に示すように、電子密度の分布（ウェハ１０３の半径方向における電子密度低下領域の発生位置）は、高周波電源１１２から上部電極１０に印加するプラズマ形成用高周波電力の周波数の大きさに応じて変動する。即ち、電子密度の局所的に低下する領域は、プラズマ形成用高周波電力の周波数が低くなるほどウェハ１０３の外周端縁に近づくことがわかる。
【００８１】
図５から、本実施例において用いたプラズマ形成用高周波電力の周波数２００ＭＨｚでは、ウェハ１０３の半径方向について中心から８０ｍｍ前後の位置に電子密度が局所的に低下する領域が形成されることがわかる。本実施例では、これに対応した位置、具体的にはガス分散板１０８の中心から半径方向８０ｍｍの位置に凸部２０２の幅の中心が位置するように凸部２０２が配置された構成を備えている。
【００８２】
図６（ａ）は、図４で説明したのと同様に、図１で説明した本実施例の構成における導電体製の凸部２０２が無く、シャワープレート１１０に導電体製の凸部２０２を埋め込むための溝が形成されておらず、ガス分散板１０８とシャワープレート１１０との対向する面が全面で接触している構成の、従来例として用いたプラズマ処理装置における、下部電極１２に載置したウェハの半径方向についてのプラズマの電子密度の分布６０１の例を示すグラフである。
【００８３】
図６（ｂ）は、図１に示した本実施例に係るプラズマ処理装置１００において、導電体製の凸部２０２がウェハの半径方向について異なる位置に配置した複数の場合についての、ウェハの半径方向についてのプラズマの電子密度の分布６０２の例を示すグラフである。
【００８４】
図６（ｂ）には、凸部２０２の幅の中心の半径方向寸法を８０ｍｍとした場合の本実施例と比較される比較例１として、凸部２０２の厚みの中心をウェハ１０３の半径方向の位置６０ｍｍにして配置された場合のプラズマの電子密度の分布６０３と、比較例２として凸部２０２の幅の中心をウェハ１０３の半径方向の位置１００ｍｍにして配置した場合のプラズマの電子密度の分布６０４とを求めた結果を示す。
【００８５】
図６（ａ）に示す従来例のプラズマの電子密度の分布６０１のように、ウェハ１０３の半径方向について電子密度が局所的に低下することに対して特に対策がなされておらず、ウェハ１０３の半径方向について電子密度が局所的に低下する領域が存在するものに対して、図６（ｂ）に示した凸部２０２がウェハ１０３の半径方向の８０ｍｍの位置に配置した本実施例におけるプラズマの電子密度の分布６０２では、半径方向についての電子密度の値のバラつきが低減される。
【００８６】
一方で、図６（ｂ）に示した凸部２０２が半径方向について６０ｍｍおよび１００ｍｍに配置された比較例１，２のプラズマの電子密度の分布６０３及び６０４では、局所的な電子密度が低下する領域が従来例と比較して半径方向に移動していても、電子密度の低下の大きさの改善の程度が小さいか、極大値と極小値とが形成されてその差の大きさは図６（ａ）に示した従来例におけるプラズマの電子密度の分布６０１の局所的な低下の大きさより大きくなっている。
【００８７】
このように、ウェハ１０３の半径方向における電子密度の大きさのバラつきを効果的に低減する上で、ガス分散板１０８に接触してガス分散板１０８と電気的に一体化した導電体製の凸部２０２を配置する適切な位置の範囲が存在し、この範囲に導電体製の凸部２０２を配置することがウェハ１０３の面内でのプラズマ処理の均一性を向上させてプラズマ処理の歩留まりを向上させるために重要であることが判る。
【００８８】
次に、凸部２０２の高さとエッチングレートばらつきの関係について、図７を用いて説明する。図７は、図１に示した本実施例に係るプラズマ処理装置１００の導電体製の凸部２０２の高さ（厚さ）と、シャワープレート１１０の厚さとの比の変化に対するこのプラズマ処理装置１００が実施するウェハ１０３のエッチング処理のエッチングレートのばらつき７０１との関係を示すグラフである。
【００８９】
本図では、導電体製の凸部２０２の高さ（厚さ）＝シャワープレート１１０の凹部２０３の深さをｄとし、シャワープレート１１０の厚さをｔとする。本実施例では、シャワープレート１１０の厚さｔは１６ｍｍとしている。シャワープレート１１０の厚さｔと凹部２０３の深さｄとの関係をｄ／ｔと定義して、当該ｄ／ｔの変化に対するウェハ１０３をエッチング処理した際に得られたウェハ１０３の中心から外周縁までの半径方向の位置におけるエッチングレートの値の平均値に対する各位置におけるエッチングレートの値との偏差の二乗平均値（バラつき）を示している。
【００９０】
図７に示すように、ｄ／ｔの値が０から増大していくとともにエッチングレートのばらつき７０１は低減され改善していくものの、ｄ／ｔの値が０．５以上では逆にばらつきが増大する。これは、ｄ／ｔの値の増大とともに凸部２０２の配置によるその下方の処理室１０１内の箇所における電子密度が増大の量が大きくなり、ｄ／ｔが０．５以上ではエッチングレートが凸部２０２に対応する部分で局所的に増大してしまい、エッチングレートのばらつき７０１が悪化しているためと考えられる。
【００９１】
次に、凸部２０２の幅または凹部２０３の幅ｗとエッチングレートのバラつきとの関係を図８を用いて説明する。図８は、図１に示すプラズマ処理装置１００の凹部２０３の幅ｗとシャワープレート１１０の径φ（図２（ａ）において、シャワープレート１１０にアンテナ本体１０７及びガス分散板１０８を挿入する部分の直径）との比率（ｗ／φ）と当該プラズマ処理装置１００が実施するエッチング処理によるエッチングレートのばらつき８０１との関係を示すグラフである。
【００９２】
ここで、凸部２０２の幅とシャワープレート１１０の凹部２０３の幅ｗとは一致または僅かに後者が大きく合致していると見做せる程度に近似しているとして、シャワープレート１１０の直径φと凹部２０３の幅ｗの関係をｗ／φとする。また、本例では、シャワープレート１１０の直径を４００ｍｍとした。
【００９３】
図７の場合と同様に、図８においてもｗ／φの変化に対する、ウェハ１０３をエッチング処理した際に得られたウェハ１０３の中心から外周縁までの半径方向の位置におけるエッチングレートの値の平均値に対する各位置におけるエッチングレートの値との偏差の二乗平均値（バラつき）を示している。
【００９４】
本図に示す通り、シャワープレート１１０の直径φに対する凹部２０３の幅ｗの比率は、０から増大していくと、あるところまではエッチングレートのバラつき８０１が徐々に小さくなり、さらに増大していくとばらつきが再度大きくなることが判る。つまり、所定の比率ｗ／φにおいてエッチングレートのばらつき８０１は極小となることが判る。
【００９５】
エッチングレートのばらつきが図８に示したような関係になる理由は、凹部２０３の幅ｗ（凸部２０２の幅）が小さくなるにつれてプラズマ１１１の電界が集中し電子密度を増大させる領域が小さく局所的になり、幅が大きいほど広い領域でプラズマ１１１の電子密度を増大させるからであると考えられる。
【００９６】
この点で、凹部２０３の幅ｗとシャワープレート１１０の直径φとの比率は、電子密度の大きさの半径方向についてのエッチングレートのばらつき８０１を効果的に低減する上で適切な位置の範囲が存在することが判る。凹部２０３が形成されておらず、凸部２０２を備えられていない構成においてエッチングレートが低下する領域よりも広い範囲で電子密度を高めてしまうと、凹部２０３の幅ｗを最適にした場合よりもエッチレートの均一性が悪化することになる。本実施例では、図８に示されるように、凹部２０３の幅ｗとシャワープレート１１０の直径φとの比率を０．１４より小さくすることにより、エッチングレートのばらつき８０１が低減されている。
【００９７】
なお、上記に説明した実施例においては、導電性の凸部２０２とガス分散板１０８とを別部品で構成し、導電性の凸部２０２をシャワープレート１１０に形成した凹部２０３に嵌め込んだ状態で、導電性の凸部２０２をガス分散板１０８に接触させて電気的に接続した状態とした構成について説明したが、導電性の凸部２０２とガス分散板１０８とを一体で形成してもよい。
【００９８】
以上の通り、本発明の実施例によれば、ウェハ１０３の中心から外周縁までの半径方向について処理室１０１内に形成される電界の強度の分布のバラつきが低減され、この結果処理室１０１内の電子密度のウェハ１０３の半径方向についてのバラつきが低減される。このため、処理室１０１内に形成されるプラズマ１１１の強度或いは密度の当該半径方向についての分布がより均一に近づけられる。
【００９９】
さらに、このようなプラズマ１１１を用いたウェハ１０３のエッチング処理において当該半径方向のウェハ１０３上面の各箇所でのエッチングレート等のプラズマを用いた処理の特性のバラつきが低減され、処理の歩留まりが向上する。
【符号の説明】
【０１００】
１０      上部電極
１２      下部電極
１０１    処理室
１０２    ステージ
１０３    ウェハ
１０４    第１のコイル
１０５    第２のコイル
１０６    ヨーク
１０７    アンテナ本体
１０８    ガス分散板
１０９    ガス供給源
１１０    シャワープレート
１１１    プラズマ
１１２    高周波電源
１１３    第１の整合器
１１４    フィルタ
１１５    第２の整合器
１１６    バイアス形成用高周波電源
１１７    第１の直流電源
１１８    第２の直流電源
１１９    熱交換ガス供給源
１２０    排気ポンプ
１２１    誘電体膜
１２２    絶縁リング
２０１    バッファ室
２０２    凸部
２０３    凹部
【図１】
2019109980.tif 000003
【図２】
2019109980.tif 000004
【図３】
2019109980.tif 000005
【図４】
2019109980.tif 000006
【図５】
2019109980.tif 000007
【図６】
2019109980.tif 000008
【図７】
2019109980.tif 000009
【図８】
2019109980.tif 000010