(57)【要約】【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】真空容器内部の処理室内に配置された試料台面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置または処理方法であって、前記処理中に前記試料台の内部に配置された第１の電極及び試料台の載置面外周側に配置された誘電体製のリング状部材の内側に配置され共振回路を介して接続された第２の電極に供給する高周波電力を調節して前記ウエハを処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部の処理室内に配置された試料台の上部に位置する載置面上に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記試料台の上部に配置され前記ウエハの処理中に当該ウエハ上にバイアス電位を形成するための高周波電力を供給する高周波電源と接続された第１の電極と、前記ウエハが載置される前記載置面の外周側で当該載置面を囲んで配置されたリング状部材と、当該リング状部材の内部で前記載置面をリング状に囲んで配置された第２の電極と、前記高周波電源と前記第１の電極との間で前記高周波電力が供給される第１の給電経路上の箇所と前記第２の電極との間を電気的に接続する第２の給電経路上に配置されコイル及びコンデンサが直列に接続されて構成された共振回路と、前記ウエハの処理中に前記第１及び第２の電極に供給される前記高周波電力の供給を調節する制御部とを備えたプラズマ処理装置。
【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２の給電経路上において前記コイルと前記第２の電極との間の箇所での電圧を検出した結果を用いて前記コイルのインダクタンスを調節して前記第２の電極に供給される高周波電力の供給を調節する前記制御部とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第２の給電経路上において前記コイルと前記第２の電極との間の箇所の電圧及び前記コイルと当該給電経路上に配置された整合器との間の箇所の電圧を検出してこれらの比を所定の許容範囲内の値にするように前記コイルのインダクタンスを調節して前記第２の電極に供給される前記高周波電力の供給を調節する前記制御部とを備えたプラズマ処理装置。
【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、
前記共振回路と前記第２の電極との間の前記給電経路上での電圧が単調に増減する範囲で前記コイルのインダクタンスを調節する前記制御部を備えたプラズマ処理装置。
【請求項５】
真空容器内部の処理室内に配置された試料台面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理方法であって、
前記ウエハの処理中に、高周波電源から前記試料台の内部に配置された第１の電極及び前記試料台の前記ウエハが載置される面の外周側に配置された誘電体製のリング状部材の内側に配置された第２の電極に供給される高周波電力を調節して前記ウエハを処理する工程を備え、
前記高周波電力が前記高周波電源と前記第１の電極との間の第１の給電経路上の箇所から分岐されてコイル及びコンデンサが直列に接続されて構成された共振回路を介して前記第２の電極に供給されるプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、
前記工程において、前記第２の給電経路上の前記コイルと前記第２の電極との間の箇所での電圧を検出した結果を用いて前記コイルのインダクタンスが調節されて前記第２の電極へ供給される前記高周波電力が調節されるプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項５に記載のプラズマ処理方法であって、
前記工程において、前記第２の給電経路上の前記コイルと前記第２の電極との間の箇所の電圧及び前記コイルと当該給電経路上に配置された整合器との間の箇所の電圧を検出してこれらの比を所定の許容範囲内の値にするように前記コイルのインダクタンスが調節されて前記第２の電極へ供給される前記高周波電力が調節されるプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項５乃至７の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記工程において、前記共振回路と前記第２の電極との間の前記給電経路上での電圧が単調に増減する範囲で前記コイルのインダクタンスが調節されて前記第２の電極へ供給される前記高周波電力が調節されるプラズマ処理方法。
【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上に載せられて保持された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理室のプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に係り、特に、処理中に試料台に高周波電力を供給して試料上面上方にバイアス電位を形成して試料を処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する工程のうち当該デバイスの回路や配線の構造を形成するものでは、半導体ウエハ等の試料上面に予め形成れたマスクを含む複数の膜層を有する膜構造の処理対象の膜層をプラズマを用いてエッチングすることが一般的に行われている。近年、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、このようなプラズマを用いた加工の精度のさらなる向上が要求されると共に、ウエハのより外周側の部分まで処理による加工の結果の中央側とのものに対するバラつきを低減して一枚のウエハあたりで製造できるデバイスの数をより高くし処理の効率を向上できるように、ウエハの外周側の部分で処理のバラつきが許容範囲外となる領域を低減することが求められている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置は、一般的に、真空容器とその内部に配置され試料が配置されるとともに減圧された内側の空間でプラズマが形成される処理室と、処理室内を排気して処理に適した所定の真空度の圧力にする真空排気装置、を備えている。さらに、真空容器または真空処理室に接続されて処理室内に試料を処理するためのガスを供給するガス供給装置、被処理材であるウエハがその上面に載せられて保持される試料台、処理室内にプラズマを発生させるための電界または磁界を処理室内に供給するプラズマ発生装置等を備えて構成される。
【０００４】
ウエハの外周側の部分と中央側の部分とで処理の速度やその結果としての加工後の形状等の処理の特性がバラついてしまう、例えばエッチング処理の速度（レート）が変化してしまう領域を小さくするために、ウエハの中央側部分から外周側部分までウエハの上面上方に形成される電界の強さやその分布をより均一に近付けることが考えられてきた。すなわち、上記ウエハの外周側の部分でのエッチングレートの変化は当該ウエハの外周側の領域で電界の集中が発生してプラズマの電位や荷電粒子の分布が偏った結果、当該レートが上昇してしまうことから、このような電界の集中を抑制することにより、ウエハの外周側部分までより均一な処理が実現できる。このためには、ウエハの外周側部分の周囲を囲む領域に形成される電界の強度とその分布とを調節してウエハ上面上方に形成されるシースの厚さをウエハの面内の方向について、特に半径の方向についてその外周側の部分までより均一に近づけることが有効である。
【０００５】
このようなプラズマ処理装置の従来の技術としては、特開２００７−２５８４１７号公報（特許文献１）に開示されるように、ウエハ外周側でこれを囲んで配置された導電性を有する部材であるフォーカスリングに直流電圧を印加して、エッチング中におけるウエハの外周縁とその近傍の領域とでの電界の制御を行うものが知られている。本従来の技術では、上面がプラズマに面したフォーカスリングがプラズマとの相互作用により削られて消耗する量に応じて、初期の性能を保つよう直流の電圧値を変化させている。
【０００６】
また、特開２０１２-２２７２７８号公報（特許文献２）に示されるように、試料台のウエハ載置面の外周側に配置されてウエハを囲む導体製のリングとその上方でリング上面を覆う誘電体製のリングカバーとを備えて、導体製のリングに処理室内のリングカバー上方に形成されたプラズマと電気的に結合しないようにして高周波電力を供給する構成が開示されている。さらに、本従来技術は導体製リングの高さをウエハまたはウエハが載置される試料台上面よりも高くしてウエハ及び導体製リングの上方に形成されるバイアス等電位面の高さとこれによるプラズマ中の荷電粒子がウエハに入射する角度のバラつきをウエハの中央側から外周側の範囲で低減して、加工の結果である処理後の形状のバラつきを低減することが開示している。
【０００７】
また、特開２０１１−９３５１号公報（特許文献３）では、試料台の外周側でウエハを囲んで配置される導体製のフォーカスリングに印加されるバイアス電位形成用の高周波電力の量をフォーカスリングの消耗の量に応じて調節するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２５８４１７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２７２７８号公報
【特許文献３】特開２０１１−９３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の従来技術は次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。
【００１０】
すなわち、発明者らの検討の結果、これらは何れもウエハ外周部の均一性改善にある程度の効果は見られるものの、限定された用途にしか使えないことや性能改善に限界があることが判った。
【００１１】
特許文献１は、試料台のウエハが載置される面の外周側に配置され直流電力が印加される導体製のリングは、その上面の上方に形成されるプラズマと直流電力とを結合させるため当該上面が上方の処理室内の空間に曝されている。このような構成では導体の上面へプラズマ内部の荷電粒子が衝突する等プラズマとの間の相互作用により導体製リングが削られる等の消耗が進行したり材料が変質したりしてしまう。これを抑制するために導体製リングの上面を特許文献２記載のように誘電体または絶縁体製の部材で覆う構成にした場合には、直流電力はプラズマと結合が困難となり当該リングによるウエハの外周側部分やリングの上方での電界の強度とその分布との調節が困難となってしまう。
【００１２】
また、特許文献２は、試料台のウエハ載置面の外周側に配置された導体製のリングは、載置面下方の試料台内部に配置された金属製の電極である基材の上記載置面の外周側に配置された段差（凹み部）上に載せられて、基材に供給されるバイアス電位形成用の高周波電力が分配されて供給される構成を備えている。しかし、このような構成では、リングの上面上方に形成される電圧の値を適切に変化させる構成を備えていないため、載置面下方の電極により形成されるバイアス電位が大き過ぎる場合であってもウエハの外周側に配置された導体リング上方のバイアスの電位を適切な範囲に調節できず必要以上に大きくなってしまい、ウエハの外周側部分で電界の集中の度合いが増大してエッチングレートが局所的に増大し偏ってしまう等処理の特性の均一性が損なわれ処理の歩留まりが低下してしまうという虞が有った。
【００１３】
また、特許文献３には、試料台内部の電極である基材に供給されるバイアス電位形成用の高周波電力の供給経路上に分配器を備え、この分配器により所定の割合に調節されて分けられた高周波電力が基材のウエハ載置面外周側に配置され絶縁体製のカバーに囲まれた導体リングに供給される構成である。しかしながら、この構成では導体製のリングを囲むカバーの絶縁体により高周波電力の大部分の電力がカットされるため、そのままでは効率よく外周部の制御ができないことが分かった。
【００１４】
上記の従来技術ではウエハの外周側に配置された導体製のリングに高周波電力を所望の電界の分布が得られるように調節して供給することができずウエハの外周側部分での処理の特性の中央部分に対するバラつきが大きくなり処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題について考慮されていなかった。本発明の目的は、歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台の上部に位置する載置面上に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記試料台の上部に配置され前記ウエハの処理中に当該ウエハ上にバイアス電位を形成するための高周波電力を供給する高周波電源と接続された第１の電極と、前記ウエハが載置される前記載置面の外周側で当該載置面を囲んで配置されたリング状部材と、当該リング状部材の内部で前記載置面をリング状に囲んで配置された第２の電極と、前記高周波電源と前記第１の電極との間で前記高周波電力が供給される第１の給電経路上の箇所と前記第２の電極との間を電気的に接続する第２の給電経路上に配置されコイル及びコンデンサが直列に接続されて構成された共振回路と、前記ウエハの処理中に前記第１及び第２の電極に供給される前記高周波電力の供給を調節する制御部とを備えたことにより達成される。
【００１６】
また、真空容器内部の処理室内に配置された試料台面に載置された処理対象のウエハを当該処理室内に形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理方法であって、前記ウエハの処理中に、高周波電源から前記試料台の内部に配置された第１の電極及び前記試料台の前記ウエハが載置される面の外周側に配置された誘電体製のリング状部材の内側に配置された第２の電極に供給される高周波電力を調節して前記ウエハを処理する工程を備え、  前記高周波電力が前記高周波電源と前記第１の電極との間の第１の給電経路上の箇所から分岐されてコイル及びコンデンサが直列に接続されて構成された共振回路を介して前記第２の電極に供給されることにより達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高周波が印加される導電性リングの前段にコイルを設けることで容量性のコンデンサとなる絶縁性サセプタと直列共振構造を作ることが可能となりインピーダンスを激減させることで、ウエハエッジに高周波を効率よく寄与させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例に係る試料台外周側部分の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図４】図１に示す実施例に係る試料台外周側部分の構成の変形例を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図５】図１に示す実施例のサセプタの上部の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図６】図５に示す実施例の作用を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図５に示した実施例のサセプタ上部の変形例の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図５に示す実施例と従来技術とにおけるウエハ上面の半径方向についてのエッチングレートの分布例を模式的に示すグラフである。
【図９】図１に示す実施例に係る試料台外周側部分の別の変形例の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、図５または６に示した実施例に係るプラズマ処理装置において処理されたウエハの半径方向についてのエッチングレートの分布を検出した結果を示すグラフである。
【図１１】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のサセプタの構成の概略を模式的に示す縦断面図及び当該プラズマ処理装置が用いるデータテーブルの例を模式的に示すグラフである。
【図１２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が用いるデータテーブルの別の例を模式的に示すグラフである。
【図１３】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置に備えられた表示器が表示する画面の一例を示す図である。
【図１４】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のサセプタ近傍の別の変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１５】図３に示す負荷インピーダンス可変ボックス１３０内の可変抵抗の抵抗値を増減することにより得られる結果を模式的に示すグラフである。
【図１６】図５に示す実施例の構成が奏する作用を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図１乃至４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す縦断面図である。本例では、処理室内にプラズマを形成するための電界としてマイクロ波帯の特定の周波数のものを用い、さらに処理室内に当該電界の周波数に対応した強度を有する磁界を供給しこれらの相互作用によりＥＣＲ（Eｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を生起して処理室内に供給されたガスの原子または分子を励起してプラズマを形成して半導体ウエハ上面の処理対象の膜をエッチングするマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置を示している。
【００２１】
本実施例のプラズマ処理装置は、内部に円筒形状を有する処理室１０４が配置された真空容器１０１と、その上方及びその外周に配置され当該真空容器１０１内の処理室１０４の内部にプラズマを形成するための電界及び磁界を供給するプラズマ形成手段と、真空容器１０１の下方に連結されて処理室１０４内部を排気するターボ分子ポンプ及びロータリーポンプ等粗引き用の真空ポンプを有する真空排気手段とを備えている。処理室１０４の上部は円板形状の例えば石英製の誘電体窓１０３が配置されて処理室１０４の内外を気密に区画しており、処理室１０４の上方を覆ってその天井面を構成している。
【００２２】
誘電体窓１０３の下方の処理室１０４内にはエッチング用のガスを導入するための複数の貫通孔が配置された誘電体製（例えば石英製）のシャワープレート１０２が配置されている。シャワープレート１０２と誘電体窓１０３との間には、供給されるエッチング用のガスが拡散して充填される高さの小さい略円筒形の空間が配置され、この空間はエッチング用のガスを供給するガス供給装置１１７とガス導入管路により連結されている。また、真空容器１０１下方には処理室１０４の下部と連通された真空排気口１１０が配置され、真空排気口１１０の下方には図示しないターボ分子ポンプを含む真空排気手段である真空排気装置が接続されている。
【００２３】
プラズマ形成手段として、誘電体窓１０３の上方には処理室１０４内に導入される電界を伝搬する導波管１０７が配置されている。本実施例の導波管１０７は２つの部分に大きく分けられており、処理室１０４の上方でその軸が鉛直上方に延在する断面が円形の円筒管部分及びこれの上端部に接続されてその軸の向きが円筒部分から曲げられて水平方向に延在する断面が矩形の角柱管部分を有している。角柱管部分の端部には、マイクロ波の電界を発信して形成するマグネトロン等の電界発生用電源１０６が配置され、この電界発生用電源１０６で発振されて形成された電界は、導波管１０５を伝播して円筒管部分の下端部の下方に接続された共振用の円筒形状の空間に進入して所定の電界のモードにされた後、誘電体窓１０３を透過して処理室１０４内に供給される。
【００２４】
電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が使用される。さらに、真空容器１０１の処理室１０４の外周側には、処理室１０４内に供給する磁場を形成するためのソレノイドコイルである磁場発生コイル１０７が処理室１０４の上方及び側方を囲み配置されている。処理室１０４内に伝播して導入された電界は、磁場発生コイル１０７により形成され処理室１０４内に導入された磁場と相互作用を生起して、同じく処理室１０４内に供給されたエッチング用ガスの粒子を励起して処理室１０４内にプラズマが生成される。
【００２５】
また、処理室１０４内の下部には試料台１０８が配置されている。試料台１０８の上面は溶射によって形成された誘電体を含む材料の膜である誘電体膜により被覆されており、その誘電体膜の上面に処理対象の基板状の試料であるウエハ１０９が載せられて保持される。ウエハ１０９が載置される載置面は誘電体窓１０３またはシャワープレート１０２に対向している。
【００２６】
誘電体膜の内部には導電体材料から構成された導電体膜１１１が配置されており高周波フィルター１２５を介して直流電源１２６が接続され、膜状の電極として構成されている。さらに、試料台１１１は処理室１０４と軸を併せて配置された略円筒形状を有しており、その内部には整合器１２９を介して第１の高周波電源１２４が電気的に接続された電極である円板形状を有した金属製の基材１３１が配置されている。
【００２７】
基材１３１の上面に配置されウエハ１０９の形状に併せて実質的に円形を有した誘電体製の皮膜（誘電体膜）の外周側には、石英等の誘電体製のリング状部材であるサセプタ１１３が配置される。このため、試料台１０８の載置面である誘電体膜の外周側の箇所は基材１３１のその高さが凹まされて低くされ、誘電体膜上面と段差を構成しており、この段差を構成するリング状の凹み部にサセプタ１１３が載せられて、試料台１０８の上面及び側面はプラズマから覆われて保護される。
【００２８】
このようなプラズマ処理装置１００では、真空容器１０１はその側面において図示していない搬送用の真空容器と、ゲートを介して連結され、搬送用の真空容器（真空搬送容器）内に配置された搬送ロボットのアーム上に載せられて保持された未処理のウエハ１０９がゲートを通って処理室１０４内に搬入される。処理室１０４内に搬送されたウエハ１０９は、試料台１０８にアームから受け渡されてその上面を構成する誘電体膜上に載せられる。この後、直流電源１２６から直流電圧に導電体膜１１１に供給されてウエハ１０９との間に形成された静電気力によってウエハ１０９が誘電体膜上に吸着されて保持される。
【００２９】
なお、処理室１０４は、処理に際して図示していないゲートを開閉するゲートバルブによって真空搬送容器に対して気密に閉塞され、内部が密封される。この後、シャワープレート１０２からエッチング用のガスが処理室１０４内に導入されるともに真空排気装置１０８が駆動されて処理室１０４の内部の圧力がガスの供給量速度と排気量速度とのバランスにより所定の圧力に維持される。この状態でプラズマ形成手段から供給された電界及び磁界の相互作用によって処理室１０４内にプラズマ１１６が形成される。
【００３０】
プラズマ１１６が試料台１０８の上方の処理室１０４内に形成されると、試料台１０８内の基材１３１に接続された高周波電源１２４から高周波電力が基材１３１に供給され、試料台１０８上面の誘電体膜上及びウエハ１０８上にバイアス電位が形成される。このバイアス電位とプラズマ１１６の電位との間の電位差によってプラズマ１１６内のイオン等の荷電粒子がウエハ１０９上面に向けて誘引されウエハ１０９上面に予め形成された膜構造の表面と衝突することによりウエハ１０９上面に配置された半導体デバイスの回路を形成するための膜構造の処理対象の膜層がエッチング処理される。
【００３１】
なお、図示していないが、エッチング処理が行われている間はウエハ１０９の裏面と試料台１０８の誘電体膜上面との間にヘリウム等の熱伝達を促進するためのガスが導入され試料台１０８の基材１３１の内部に配置され冷却用の冷媒が通流する冷媒流路との間の熱交換を促進することで、ウエハ１０９の温度を処理に適した範囲の値に調節することが行われている。また、エッチングガスやエッチングにより発生した反応生成物は真空容器１０１の底部に配置されて処理室１０４の下部及び真空排気装置の真空ポンプ入り口と連通された真空排気口１１０から排気される。
【００３２】
所定のウエハ１０９上面の膜構造のエッチング処理が終了すると、高周波電源１２４からの高周波電力の供給が停止され、直流電源１２６からの吸着用の電力の供給が停止されて静電気が取り除かれた後、ウエハ１０９が試料台１０８上方に持ち上げられて、ゲートバルブが開放したゲートを通って処理室１０４内に進入した搬送ロボットのアームに受け渡された後、未処理のウエハ１０９が再度試料台１０８上方まで搬入される。この後、未処理のウエハ１０９が試料台１０８上方に載せられて当該ウエハ１０９の処理が開始される。処理されるべき未処理のウエハ１０９が無い場合には、プラズマ処理装置１００のウエハ処理のための動作が終了して休停止またはメンテナンスの動作が行われる。
【００３３】
また、試料台１０８の円筒形状を有した基材１３１または円板または円形の誘電体膜の内側にはヒータ（図示省略）が配置されて、試料台１０８または誘電体膜上面上方に載せられたウエハ１０９を処理に適した温度に加熱可能に構成されていても良い。また、ヒータにより又は処理中にプラズマ１１６に曝されることにより加熱されるウエハ１０９の温度の増大を低減または抑制するため、基材１３１の内部には、図示しない温調装置によりその温度が所定の値の範囲内の値にされた熱伝達媒体（冷媒）が流れ基材１３１の中心周りに同心状または螺旋状に配置された冷媒流路が配置されている。
【００３４】
このような試料台１０８の基材１３１内部には、上記温度の調節のため基材１３１または試料台の温度を検知するための図示していない温度センサやウエハ１０９を誘電体膜の上方に離間または膜上面にウエハを載せるため降下させる複数本のピンとその位置センサ、導電体膜１１１や基材１３１への給電経路上のコネクタ等が配置され、これらは電気的ノイズが多い環境にあると誤動作する恐れがある。また、冷媒も電気的ノイズの環境下では静電気を帯びる恐れがある。本実施例では、図示されるように基材１３１は電気的に接地１１２に接続されている。
【００３５】
本実施例のサセプタ１１３内部には、ウエハ１０９または基材１３１上面の誘電体膜のウエハ載置面を囲んで配置された金属製の導体リング１３２が配置され、高周波電源１２７と整合器１２８と負荷インピーダンス可変ボックス１３０を介し電気的に接続されている。高周波電源１２７から発生した所定の周波数の高周波電力は導体リング１３２に導入され、その上面上方にプラズマ１１６との間で電位が形成される
なお、図１の例では、高周波電源１２７と導体リング１３２との間の給電用の経路は、高周波電源１２４と誘電体膜内の導電体膜１１１との間の給電用の経路とは別の箇所に配置されている。このような構成に換えて、図２に示すように、整合器１２９を介して導電体膜１１１と高周波電源１２４との間を電気的に接続する給電用の経路上で整合器１２９と導電体膜１１１との間で分岐して負荷インピーダンス可変ボックス１３０を介して導体リング１３１との間を電気的に接続する給電用の経路を配置して、導体リング１３２に高周波電力１３０を導入する構成を備えても良い。
【００３６】
図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図の変形例では、導体リング１３２に対する高周波電力の給電経路の構成が図１の実施例との構成上の差異であり、他の構成についてはこれを同じくしていることから、これらの説明は省略する。
【００３７】
図１及び２に示した例において、負荷インピーダンス可変ボックス１３０と誘電体製のサセプタ１１３上部に配置される高インピーダンス部分との組み合わせにより、高周波電源１２７からウエハ１０９の外周部までのインピーダンスの大きさを低下させることにより、ウエハ１０９の外周側の領域に高周波を印加して、プラズマ１１６中のイオン等荷電粒子をウエハ１０９の外周側に向けて引き込むことが可能となる。このことにより、ウエハ１０９外周縁部分での電界の集中が抑制される。高周波電源１２７の周波数は高周波電源１２４と同じか定数倍が好ましい。
【００３８】
図３を用いて負荷インピーダンス可変ボックス１３０の構成を説明する。図３は、図１に示す実施例に係る試料台外周側部分の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。本図では、サセプタ１１３内に配置された導体リング１３２に接続された給電経路上に配置された負荷インピーダンス可変ボックス１３０の構成が示されている。
【００３９】
プラズマ１１６が形成されている状態で、サセプタ１１３内部の導体リング１３２とウエハ１０８との間には容量性のシース部が存在している。導体リング１３２を含む高周波電力の回路を考察する上で、導体リング１３２とウエハ１０８外周縁との間の当該容量を便宜的にコンデンサ３００で表す。
【００４０】
本実施例では、負荷インピーダンス可変ボックス１３０の内部に配置された可変コイル１３３のインダクタンスを適切なものに調節することで、容量成分であるコンデンサ３００を含む等価回路上で直列共振を生起させることによって等価回路上のインピーダンスを低減する。この構成により、ウエハ１０９に高周波電源１２７からの高周波電力を効率的に供給してバイアス電位を形成させることが可能となる。
【００４１】
また、負荷インピーダンス可変ボックス１３０には、さらに可変コイル１３３と高周波電源１２７との間に可変抵抗１３５が配置され、可変抵抗１３５の抵抗値を調節することで、上記直列共振のピーク値を緩和させるＱ値を下げることが可能となるため、制御性を改善することが可能となる。すなわち、図１９に示すように制御ロバスト性をアップさせることができる。
【００４２】
図１５は、図３に示す負荷インピーダンス可変ボックス１３０内の可変抵抗の抵抗値を増減することにより得られる結果を模式的に示すグラフである。また、上記コンデンサ３００は経過的にプラズマによるサセプタの消耗で容量が変わっていくため、これを補正するために負荷インピーダンス可変ボックス１３０内にその容量を変化可能な可変コンデンサ１３４を可変抵抗１３５と高周波電源１２７との間に配置しても良い。
【００４３】
さらに、負荷インピーダンス可変ボックス１３０内で給電経路と電気的に接続された電圧計等の電圧を検出するセンサである電圧モニタ１３６を配置して検知した電圧を用いて高周波電源１２７からプラズマ１１６を通した高周波電力の回路上の負荷の変動を検出することができる。或いは、整合器１２８の内部の整合定数（例えば可変コイルの容量値）を検知した結果或いは電圧値を電圧モニタ１３８を用いて検知した結果から、サセプタ１１３を使用開始した初期からの負荷の変化を間接的に検出することができる。これにより、初期からのサセプタ１１３の消耗量を推定することができる。
【００４４】
また、図３に示した負荷インピーダンス可変ボックス１３０を、図２に示す分岐されて導体リング１３２に接続された給電用の経路上に配置しても良い。この場合は導電体膜１１１に高周波電力を供給する給電経路の高周波電源１２４から見えるインピーダンスが導体リング１３２への給電経路が並列に接続されたことで図３の場合から相対的に低く見えるため、導電体膜１１１上に形成される高周波電圧が低下してウエハ１０９の処理の速度（レート）が低下してしまう虞がある。
【００４５】
このことを防止するため、負荷整合器１２９内部に電圧モニタ１３７を配置して検出した電圧値を所期の処理のレート等特性を実現できる目標の値となるように負荷整合器１２９のインピーダンスまたは整合定数を調節するようにしても良い。また、図４に示すように高周波電源１２４，１２７が発生する電力の信号を同期して発生させるためこれらとクロックジェネレータ２２０とを電気的に接続して、クロックジェネレータ２２０から周期的にパルスあるいは方形波等の信号をこれら電源に出力させることで、それぞれで発振される電力の周期をこれらの間で同期させて出力させウエハ１０６を介して干渉して発生するビート信号が抑制される。
【００４６】
上記の実施例では、誘電体膜内の導電体１１１に高周波電源１２４からの高周波電力と直流電源１２６からの直流電力とが供給される構成が示されているが、基材１３１上面に配置された誘電体製の膜の内部の異なる箇所に配置された異なる導電体製の膜各々にこれら各々の電源から電力が供給される構成を備えていても良い。例えば、誘電体材料の粒子を溶射して形成される誘電体膜内の上方に静電吸着用の直流電力が供給される導電体製の膜が配置され、誘電体膜内の下方に高周波電力が供給される別の導電体製の膜が配置される構成であっても良い。このような構成においても、図４に示したクロックジェネレータ２２０を備え２つの高周波電源１２４，１２７に出力を同期させるための信号を発信する構成を備えていても良い。
【００４７】
次に、上記実施例のサセプタ１１３の構成を図５乃至７を用いて説明する。図５は、図１に示す実施例のサセプタの上部の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。図６は、図５に示す実施例の作用を模式的に示す縦断面図である。図７は、図５に示した実施例の変形例のサセプタ上部の構成を模式的に示す縦断面図である。
【００４８】
図５において、本実施例のサセプタ１１３は、上下に配置された複数の部材から構成され、上方に配置される上部サセプタ１５１は誘電体製のリング状の部材であって、基材１３１の上部外周側部分にリング状に配置された凹み部上方に載せられて配置されたリング状の下部サセプタ１５０とその上面上に載せられた導体リング１３２の上方にこれを覆って配置される。本実施例では、このような構成により第２の高周波電源１２７から導体リング１３２に供給される高周波電力により生起される高周波バイアス電位を効率良く上部サセプタ１５１内部を通してその上面上方に形成しイオンシース１６０を生成することができる。
【００４９】
このようなイオンシース１６０により、従来の技術で生じていたウエハ１０６外周縁に生起する電界集中により特異な形状のシースが形成されることが抑制され、シース１６０内に形成される等電位面はウエハ１０６の外周側部分においてウエハ１０６の上面に対して平行でない部分が低減される。これによりイオンがウエハ１０６に対して入射する角度が所望の角度、例えば垂直な角度となる範囲がより外周端まで拡大され、ウエハ１０６の処理の特性、例えばエッチングレートをウエハ１０６の面内方向についてバラつきを低減することができる。
【００５０】
また、上部サセプタ１５１は下部サセプタ１５０の側に高周波電力が印加されないような厚さを十分とる必要がある。本実施例では、上部サセプタ１５１の導体リング上の厚さは１乃至３ｍｍ、導体リング１３２下方の下部サセプタ１５０の厚さは３乃至１０ｍｍの範囲内の値にされている。このような厚さの大小関係は、上部サセプタ１５１を介した導体リング１３２とプラズマシース１６０との間の距離が下部サセプタ１５０における導体リング１３２と基材１３１との間の距離より小さくなるように構成されることが望ましい。
【００５１】
図１６を用いて図５に示した構成の動作の原理を説明する。図１６は、図５に示す実施例の構成が奏する作用を模式的に示す縦断面図である。
【００５２】
図１６（ａ）には、本実施例のサセプタ１１３の上部の構成が拡大されて模式的に縦断面として示されている。本図の構成における等価回路では、第２の高周波電源１２７から導体リング１３２に供給される高周波電力が流れる経路としては、図１６（ａ）に矢印として示したように経路１と経路２とが考えられる。図１６（ｂ）には、図５に示す実施例における可変コイル１３３の電圧であるＶＬｃと電圧モニタ１３６の出力から検出される電圧値Ｖ１との関係がグラフとして模式的に示されている。本図では当該相関関係が経路１と経路２との各々について示されている。
【００５３】
経路２に伝達される電力は小さいほうがウエハ１０６にプラズマ中のイオンを誘引するために供給される電力の効率を向上させるうえで好ましい。このためには、本実施例では、経路２での共振点のＶＬｃの値と経路１での共振点の値との差ＶＬ１２が経路１での共振点のＶＬｃの値ＶＬ１１より大きくされる。
【００５４】
このことにより経路１の制御部において経路２へ供給される電力の割合を実質的に無視可能程度に小さいものにすることが可能となる。本実施例では、このＶＬ１２＞ＶＬ１１の条件を実現するため、等価回路上で経路１における上部サセプタ１５１が有する静電容量Ｃ１を十分に大きくする一方で、経路２における下部サセプタ１５０が有する静電容量Ｃ２を十分に小さくするようにこれらを構成する材質やその形状の厚みや幅等の寸法が選択される。この状態で、図１６（ｂ）の経路1のＶ１がＶＬｃの変化に対して単調に増大している領域で所期のシース１６０厚さと領域とが得られる所定の許容範囲内の値になるように、後述する制御装置１８０が検出されたＣ１の値に応じてＶＬｃを調節する。
【００５５】
さらに、下部サセプタ１５０と上部サセプタ１５１との間に隙間１５５が配置されて、シース１６０と金属製の導体リング１３２との間でエネルギーの伝達が行われる構成を備えている。しかしながら、このような隙間１５５の端部が処理室１０４に面して連通されていると、処理室１０４内に形成されるプラズマ１１６中の荷電粒子や活性種等の反応性が高くされた粒子が当該隙間１５５内に進入して隙間１１５を構成する部材の壁面と相互作用を生起する虞が有る。
【００５６】
このような課題に対して、図６（ａ）に示す変形例のように、図５に示す金属製の導体リング１３２に換えて石英やアルミナあるいはイットリア等のセラミクスで構成された絶縁体リング１５３の内部に金属製の導電体膜１５３’を配置しても良い。この構成によれば、金属製の導体リング１３２がプラズマ１１６に接することを低減して両者の相互作用により生じた生成物によりウエハ１０６が汚染されてしまうことが抑制される。下部サセプタ１５０側へのインピーダンスを相対的に高くでき上部サセプタ１５１の側へのエネルギー伝達を効率的に行うことが可能となるとともに、絶縁体あるいは誘電体による部材で隙間１５５が囲まれて構成されるため、上記導体製リング１３２とプラズマ１１６との相互作用によりウエハ１０６の金属の汚染が生起することが抑制される。
【００５７】
さらにまた、供給する電力に対するシース１６０の厚さや分布あるいは得られる処理の特性の制御性を高めるため、図６（ｂ）に示すように、上部サセプタ１５０の下面と導体膜が内部に配置された絶縁体リング１５３上面との間に隙間２１０を配置しても良い。この例は、上部サセプタ１５１が下部サセプタ１５０の上に載せられた状態で絶縁体リング１５３の内周側の側壁面、外周側の側壁面及び上面が覆われる構成を有して、絶縁体リング１５３がプラズマと面することが抑制され金属膜をプラズマから遮蔽することが可能となる。本例では空間２１０の隙間は０．０１〜１ｍｍの範囲内から選択され設定される。
【００５８】
次に、本実施例のプラズマ処理装置の導体リング１３２に供給する電力の制御の態様とその作用・効果について、図７乃至１２を用いて説明する。図７は、図６に示した変形例のサセプタを含むウエハ外周縁の近傍で奏する作用を模式的に示す縦断面図である。
【００５９】
図７（ａ）は、導体リング１３２が内側に配置されていない上部サセプタ１５３と下部サセプタ１５０を有する従来技術のサセプタ１１３を含むウエハ１０６の外周縁近傍の構成を拡大して模式的に示す縦断面図である。本図に示されるように、この従来技術では、ウエハ１０６外周部の上部サセプタ１５１上面上方のシース１６０がウエハ１１６上面と上部サセプタ１５１のリング形状の内周側部分を構成する傾斜面の上方及びウエハ１０６が基材１３１の上中央部の凸部上面の誘電体膜から外周側に突出したオーバーハング部分の下面を含む外周縁周囲に限定されたものとなり、プラズマ１１６中に形成されるイオンがウエハ１０６外周縁部において外周側から中央側に向って傾斜した軌道１６１に沿ってウエハ１０６に衝突して当該箇所に集中してしまう構成となっていることが判る。
【００６０】
図７（ｂ）は、図６（ｂ）に示した絶縁リング１５３に内包された導体膜に第２の高周波バイアス電源１２７から負荷インピーダンス可変ボックス１３０内に配置された共振回路を介して所定の周波数の高周波電力が供給される変形例において生起されるシース１６０の構成を模式的に示す縦断面図である。本図において示すように、本例では上部サセプタ１５１上面の導体膜上方にはマイナス電位に沈みこんだ交流の電圧が発生し、プラス電位のプラズマとの電位差が大きくなり所定以上の厚さを有したシース１６０が形成される。このことにより、図７（ａ）の例でウエハ１０６の外周縁で生起した電界の集中或いはシース１６０の等電位面の外周側に向かうに伴なう下降が緩和され、ウエハ１０６の外周縁上方でイオン等荷電粒子は上方からウエハ１０６外側の上部サセプタ１５１上面に向かう方向の軌道１６１に沿って外周側に引き込まれ、エッチングレート等の処理の特性はウエハ１０６の中央部から外周縁部の間で変動が抑制される。
【００６１】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）と比較して、絶縁体リング１５３内部の導体膜に高周波電力を供給する第２の高周波電源１２７を有さず可変コイル２００を含む共振回路を介して接地されるものにおいて生起されるシース１６０の構成を模式的に示す縦断面図である。この構成では、上部サセプタ１５１上面の電位は接地電位にされプラズマ１１６の電位との電位差が小さくなるため図７（ａ）に示したものよりも上部サセプタ１１３上面のシース１６０はさらに形成され難く、ウエハ１０６の上面とオーバーハング部分を含む外周縁部の周囲に限定的にシース１６０が成長するものとなる。このため、本例の構成では、ウエハ１０６の外周縁部分にプラズマ１１６中のイオン等荷電粒子がさらに集中し易いものとなり、外周縁部分近傍のウエハ１０６の処理の特性は中央部のものから更にズレが大きくなってしまう。
【００６２】
図７に示した構成各々において、このような処理の特性、特にエッチングレートの例を図８に示す。図８は、図５に示す実施例と従来技術とにおけるウエハ１０６上面の半径方向についてのエッチングレートの分布例を模式的に示すグラフである。
【００６３】
図７（ａ）や図７（ｃ）の例におけるエッチングレートは図８（ａ）に示すように、ほぼ一定にされる中央側の部分に対して外周側部分で増大するものとなる。一方で、図７（ｂ）の例では、可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃや第２の高周波電源１２７からの出力の大きさや周波数の値によって、上部サセプタ１５１上面上方に形成されるシース１６０の厚さや等電位面の高さを調節可能である。このような調節が行われる本実施例では、ウエハ１０６の外周側部分におけるエッチングレートは、図８（ａ）のように外周側の領域で増大する分布と図８（ｂ）に示されるように減少するものとの間で所望のものに形成される。
【００６４】
また、上記実施例において、図９に示すように、負荷インピーダンス可変ボックス１３０の内部に配置されたスイッチ２０１によって図７（ｂ）に示した導体膜が可変コイル１３３を含む可変ＲＬＣの回路を介して第２の高周波電源１２７に接続される給電経路と図７（ｃ）に示した導体膜が可変コイル２００を介して接地される経路との間で切り替えられて、各々によって機能するウエハエッジ可変リリースモードとウエハエッジアクセスモードとの間で切り替え可能な構成を備えても良い。
【００６５】
図１０に、図５または６に示した構成を備えた実施例を用いてウエハ１０６を処理した結果を説明する。図１０は、図５または６に示した実施例に係るプラズマ処理装置において処理されたウエハの半径方向についてのエッチングレートの分布を検出した結果を示すグラフである。
【００６６】
本例では、ＶＬｃ＝５３μＨとしてバイアス形成用の高周波電力の大きさを異ならせた複数の場合について検出した結果を示している。図１０（ａ）〜（ｃ）に示されるグラフ各々の左側のものは直径３００ｍｍのウエハ１０６の中心から外周縁までのエッチングレートの大きさの分布を示すグラフであり、右側のものは図上右端の外周縁近傍のエッチングレートの大きさの分布を拡大して示すグラフである。
【００６７】
図１０（ａ）は、基材１３１の凸部上面に配置された誘電体膜内の導電体膜１１１に第１の高周波電源１２４から２００Ｗの高周波電力が供給され、さらに導電体膜１１１外周側に配置されたサセプタ１１３内の導体リング１３２または絶縁体リング１５３内の導体膜に０Ｗの高周波電力が供給された場合を示している。図１０（ｂ）は、導電体膜１１１に２００Ｗの高周波電力及びサセプタ１１３内の導体リング１３２または導体膜に２０Ｗの高周波電力が供給された場合、図１０（ｃ）は各々２００Ｗ，５０Ｗが供給された場合の処理中の特性を検出した結果を示している。
【００６８】
これらの図に示されるように、本実施例の可変コイル１３３を含む負荷インピーダンス可変ボックス１３０を介して導体リング１３２あるいは絶縁体リング１５３内部の導体膜に供給される高周波電力の大きさを調節することにより、ウエハ１０６の外周縁から１０ｍｍ程度の領域におけるエッチングレートが中央側部分のレートに与える影響を抑制しつつ増減される。
【００６９】
また、発明者らは、バイアス形成用の高周波電力の大きさを一定として可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃを異ならせた複数の場合についてエッチングレートの分布を検出した。これらの場合も、図１０に示したものと同様に、ウエハ１０６の外周側部分のエッチングレートの分布を中央部側のものと独立に調節できることが示された。また、処理の特性としてエッチングレート以外にもエッチング形状、特に加工後の膜構造の形状における角度も、上記実施例における高周波電力あるいは負荷インピーダンスの調節をすることで所望のものに実現できることが判った。
【００７０】
次に、上記実施例においてウエハ１０６を処理した時間或いは枚数が増大するに伴なってサセプタ１１３が消耗する量に対して第２の高周波電源１２７からサセプタ１１３に供給される高周波電源を調節する構成について図１１および１２を用いて説明する。
【００７１】
上部サセプタ１５１の上面及び外周側の側面はプラズマ１１６に面しており、これとの間の相互作用により削られたり変質したりして消耗される部材である。このため、このような消耗によるシース１６０の形状が変化してしまい処理の特性の分布が変化してしまうことになる。
【００７２】
例えば、誘電体である上部サセプタ１５１の導体リング１３２或いは絶縁体リング１５３上方の部分が消耗して厚さが低減すると、この部分の高周波電力に対する静電容量１７０の値Ｃｖが大きくなり、上部サセプタ１５１上面の電位が増大する。このため、消耗が生じた状態で以前と同じ値の高周波電力が導体リング１３２または絶縁体リング１５３内の導体膜に供給された場合には、同じ処理の特性が実現されないという問題が生じる。
【００７３】
このような問題を解決するため、本実施例では、半導体デバイスを製造するために処理される製品用のウエハ１０６の処理開始前に予めＣｖの値の変化に対する基準となるウエハ１０６の所定の箇所における或いは面内方向で平均された処理の特性、例えばエッチングレートの値との相関を示す情報を検出し、このデータを目標または標準のデータとしてテーブル或いはデータベースとして図示しない制御装置内に配置されたハードディスク、ＲＡＭ或いはリムーバブルディスク等の記憶装置内に記憶する。図１１は、このような図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のサセプタの構成の概略を模式的に示す縦断面図及び当該プラズマ処理装置が用いるデータテーブルの例を模式的に示すグラフである。
【００７４】
基準となるデータを得るためのウエハ１０６は、製品用のものと同一または同等と見做せる程度に近似した構成を有した膜構造が上面に配置されたものであって、異なる厚さの上部サセプタ１５１を用いた複数の装置の仕様において可変コイル１３３の電圧ＶＬｃの値を変化させて製品用のウエハ１０６の処理の開始前に予め実施される。これら各々の条件での処理中または処理後に得られるエッチングレート等処理の特性の値とその分布や加工形状の分布とＶＬｃの値との相対の関係から、目標の処理の特性の値やその分布や加工形状の分布を得ることのできる上部サセプタ１５３の静電容量ＣｖとＶＬｃの値との対応を示すデータがテーブルとして抽出される。このような目標のデータを抽出するために処理される基準となるウエハ１０６は複数枚が用いられても良い。
【００７５】
本実施例では、データベースとして記憶されたこのデータテーブルの情報に基づいて、制御装置１８０がＶＬｃあるいは第２の高周波電源からの出力の値Ｐｆを算出し、これらに設定すべき値として指令信号を送信する。制御装置１８０は、負荷インピーダンス可変ボックス１３０またはその内部に配置された可変コイル１３３、可変コンデンサ１３４、可変抵抗１３５等の素子やデバイスと通信可能に接続され、さらに第２の高周波電源１２７、整合器１２８、電圧モニタ１３６，１３８と通信可能に接続され、通信される信号のインターフェースとＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置及び半導体製のマイクロプロセッサ等の演算器ならびにこれらと電気的に接続されて信号が通信される通信経路とを有している。なお、記憶装置は制御装置１８０のユニット内部に収納されている必要はなく、遠隔された箇所に配置され通信可能に接続されていても良い。
【００７６】
制御装置１８０は、具体的には、本実施例のプラズマ処理装置が運転される所定の期間について、その開始前における第２の高周波電源１２７から上部サセプタ１５１上面までのバイアス電位形成用の高周波電力が供給される給電経路の初期の負荷、インピーダンスの値Ｚｓを検出し、これを制御装置１８０を構成する記憶装置内に記憶する。さらに、任意の枚数目のウエハ１０６の処理前あるいは処理中に検出された当該給電経路の負荷Ｚｐを検出し、これを記憶装置に記憶されたＺｓと比較することで、給電経路上の導体リング１３２または導体膜と上部サセプタ１５１上面との間または上部サセプタ１５１を介したプラズマ１１６との間の静電容量Ｃｖを検出する。
【００７７】
具体的には、制御装置の演算器は、記憶装置内に予め記憶されて格納されたソフトウエアのアルゴリズムに沿ってＺｓ−Ｚｐから上部サセプタ１５１が消耗して厚さが低減した量を検出し、これを用いて現在のＣｖを算出する。このＣｖと記憶装置に記憶されたデータテーブルとを用いて目標とするＶＬｃの値を算出する。さらに、当該算出した目標の値となるようにＶＬｃに対してそのインダクタンスを設定する指令を可変コイル１３３或いは負荷インピーダンス可変ボックス１３０内の素子に発信する。
【００７８】
図１１の例では、上部サセプタ１５３を介した給電経路の等価回路上の静電容量の値Ｃｖと負荷インピーダンス可変ボックス１３０の可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃとの対応する関係を示すデータテーブルを用いたが、図１２に示すように、負荷インピーダンス可変ボックス１３０と導体リング１３２または絶縁体リング１５３内の導体膜との間の給電経路に接続されて配置された電圧モニタ１３６からの出力値Ｖ１と静電容量Ｃｖとの関係を示すデータを用いても良い。図１２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置が用いるデータテーブルの別の例を模式的に示すグラフである。
【００７９】
本例において、Ｃｖが変化するとエッチングレート等の処理の特性に間接的に影響を与える電圧値Ｖ１が変化する。そこで、図１１に説明した例と同様に、半導体デバイスを製造するために処理される製品用のウエハ１０６の処理開始前に予めＣｖの値の変化に対する基準となるウエハ１０６の所定の箇所における或いは面内方向で平均された処理の特性、例えばエッチングレートの目標値に対応するＶ１の値との相関を示すデータを検出し、このデータを目標または標準のデータとしてテーブル或いはデータベースとして図示しない制御装置内に配置されたハードディスク、ＲＡＭ或いはリムーバブルディスク等の記憶装置内に記憶する。
【００８０】
このようなデータの検出は、製品用のウエハ１０６の処理を開始する前に異なる厚さの上部サセプタ１５１を用いた複数の装置の仕様において製品用のウエハ１０６の処理の開始前に予め実施される。これら各々の条件での処理中または処理後に得られるエッチングレート等処理の特性の値とその分布や加工形状の分布と検出されるＶ１の値との相対の関係から、目標の処理の特性の値やその分布や加工形状の分布を得ることのできる上部サセプタ１５３の静電容量ＣｖとＶ１の値との対応を示すデータがテーブルとして抽出され、データベースのデータとして記憶される。
【００８１】
制御装置１８０は、電圧モニタ１３６からの出力を受信して所期の処理の特性や加工形状を実現できる所定のＶ１の値となるように、負荷インピーダンス可変ボックス１３０内の可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃを変化させるように指令信号を負荷インピーダンス可変ボックス１３０に発信する。制御装置１８０は、製品用のウエハ１０６の処理においてＶ１の値を一定となるように調節するものであっても良く、また、図１１の例と同様に、処理の開始前あるいは開始直後の初期の負荷、インピーダンスの値Ｚｓと任意の枚数目のウエハ１０６の処理前あるいは処理中に検出された当該給電経路の負荷Ｚｐとを比較し、得られたＺｓ−Ｚｐの値から給電経路上の導体リング１３２または導体膜と上部サセプタ１５１上面との間または上部サセプタ１５１を介したプラズマ１１６との間の静電容量Ｃｖを検出して、上記データテーブルを用いてこのＣｖの値に対応するＶ１の値を算出してこの値となるように負荷インピーダンス可変ボックス１３０をフィードバック制御を実施するものであっても良い。
【００８２】
さらには、第２の高周波電源からの高周波電力の大きさの値Ｐｆが変化するとＶ１も変動することになるが、このようなＶ１の増減が生じる場合であっても、負荷インピーダンス可変ボックス１３０と整合器１２８との間の給電経路に接続されて配置された電圧モニタ１３８の出力から検出された電圧値Ｖ２とＶ１との比Ｖ１／Ｖ２が所定の値の許容範囲内となるようにＶＬｃの値が調節されることで、所期の処理の特性や加工形状が実現できる。また、導体膜１１１と第１の高周波電源１２４との間の給電経路に接続されて配置された電圧モニタ１３７の出力から検出される電圧値Ｖ３とＶ１との比Ｖ１／Ｖ３の値を、ウエハ１０６上面の中央側部分におけるエッチングレートと外周側部分におけるエッチングレートとの比が所定の許容範囲内の値になるように調節するように構成されていても良い。
【００８３】
さらにまた、負荷インピーダンス可変ボックス１３０と導体リング１３２または絶縁体リング１５３内の導体膜との間の給電経路を流れる高周波電力の電流の値Ａを検出し、整合器１２９においてその内部の電圧を検出して、これらの乗積が一定あるいは所定の許容範囲内の値となるように負荷インピーダンス可変ボックス１３０の可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃを調節することもできる。ただし、本実施例では第２の高周波電源１２７からの出力値Ｐｆは所定の許容範囲内の値に調節され、整合器１２９において負荷の変化に対応してインピーダンスが整合される。電流値Ａと整合器１２９の電圧値との乗積が一定となるように調節することで、上部サセプタ１５１を介した導体リング１３２または導体膜とプラズマとの間の静電容量値Ｃｖを有した部分に印加される局所的でエッチングレート等処理の特性や加工形状に大きく影響する部分のパワーのことである。
【００８４】
さらに、Ｖ３とＶ１との相乗効果によりウエハ１０６の外周縁部のシース１６０の厚さが増減することから、これを用いてウエハ１０６の外周縁部のエッチングレートを調節することもできる。すなわち、エッチングレートを補正すべき量（検出された処理中の任意の時刻でのエッチングレートと目標となるエッチングレートとの差）と電圧値Ｖ１の変化量との関係は、以下の式（１）に示すような関係となることが、発明者らの検討により判明した。
【００８５】
ΔＥＲ＝Ｋ×（Ｖ３×ΔＶ１）×Ｋｓ＋Ｂ          （１）
ここで、ΔＥＲ=処理中の任意の時刻でのエッチングレートと目標となるエッチングレートとの差、Ｋ＝比例定数、ＫＳ＝Ｖ３のシース１６０の厚さへの影響の大きさを示す比例定数、Ｂ＝定数、ΔＶ１＝所期のエッチングレートを実現するための制御量である。一般的に電圧の定数乗がシース１６０の厚さに寄与することが知られており、この定数乗をＫｓとして表した。
【００８６】
発明者らによれば、検討の結果、ウエハ１０６の外周縁側部分のエッチングレートの補正に（Ｖ３×Ｖ１）の定数乗がエッチングレートの補正量に比例するものであることが判った。このことから、所望のエッチングレートの補正量を得るために、制御装置１８０が必要なＶ１の変化量を式（１）を用いて求め、当該Ｖ１の変化量を実現できるＶＬｃあるいは高周波電源１２７のＰｆとなるようにこれらを制御することで、エッチングレートの値とその分布を目標のものに近づける、あるいはこれからのズレを低減することができる。
【００８７】
次に、ユーザが本実施例のプラズマ処理装置を使用する際に表示されるユーザインターフェースについて図１３を用いて説明する。図１３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置に備えられた表示器が表示する画面の一例を示す図である。
【００８８】
このような表示によるユーザインターフェースを用いて、上記実施例の使用者は、外周側部分のレートモードを自動制御かマニュアル制御か切り替え、オートモードではウエハ１０６の外周側部分のレートを中心側部分のレートに比べて下げるのか、上げるのか、あるいは等しくするのかを選択する。また、そのレート比率を設定して、サセプタ１１３の消耗限界を設定することで、その消耗限界になればサセプタ交換アラームが自動で表示されるシステムである。
【００８９】
また、マニュアルモードでは、ウエハ外周側の領域でのレートを中心側の領域でのレートに比べ上げるか下げるか等しくするかを選択した後に、可変コイル１３３のインダクタンス値（電圧値）ＶＬｃを直接的に設定し、直接ＶＬｃを一定に調節される。また、本実施例においてモニタ上には、オートモードでもマニュアルモードでも、消耗量を表すＣｖの値、及びサセプタ１１３内部の導体リング１３２の電位Ｖｐｐを表示することができる。
【００９０】
次に、上記実施例の別の変形例について図１４を用いて説明する。図１４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置のサセプタ近傍の別の変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００９１】
本例では、第２の高周波電源と導体リング１３２または絶縁体リング１５３内の導体膜との間の給電経路上の導体リング１３２または導体膜と負荷インピーダンス可変ボックス１３０との間の箇所に、整合器３３２を介して第３の高周波電源３３３からの高周波電力が供給される給電経路と接続する部分を有している。この接続部は電圧モニタ１３６が；接続された箇所と負荷インピーダンス可変ボックス１３０との間に配置されている。
【００９２】
本変形例では、第３の高周波電源３３３の高周波電力は第１または第２の高周波電源のものの１０倍以上大きな周波数が用いられており、当該電力によって処理室１０４内にプラズマを生成可能な構成を備えている。すなわち、このような構成によれば、静電容量１７０の値Ｃｖによるインピーダンスは相対的には小さくなるため、処理室１０４の上方から供給された電界または磁界を用いて形成されたプラズマ１１６とは別に、ウエハ１０６の外周側の部分及び上部サセプタ１５１上方に第２のプラズマ３３１が生成される。
【００９３】
この際に、可変コイル１３３の電圧値ＶＬｃ１３３が第３の高周波電源３３３から供給されたた高周波電力を遮断して整合器１２９及び第２の高周波電源１２７の側に流れないようにすることのできるインダクタンス値を有している。
【００９４】
第２のプラズマ３３１は、ウエハ１０６の上方であってその中央部上方から外周縁の近傍およびその外周側の上部サセプタ１５１の上方までの処理室１０４内に生成されるプラズマであり、その強度や密度の値とその分布は上記実施例の構成の何れかまたはこれらの組み合わせの構成によって調節される。この構成により、本例のプラズマ処理装置は、ウエハ１０６上面の中央部から外周側部分までの広い範囲で、エッチングレート等の処理の特性の値とその分布や処理後に得られる加工形状の寸法とそのバラつきを所期の範囲内のものとすることが可能となる。
【００９５】
また、上記実施例において第１の高周波電源１２４からの電力が供給される導電体膜１１１に代えて、その面内方向について複数の領域に分けられた導電体膜を備え、中心側の領域に配置された導電体膜に給電経路を電気的に接続してこれを通して第１の高周波電源１２４からの高周波電力を供給し、中心側の領域の外周側でこれを囲んだリング状の外周側の領域内に配置された外周側のリング状導電体膜にこれと電気的に接続された給電経路を通して第３の高周波電源３３３からの上記プラズマ形成用の高周波電力を供給する構成を備えても良い。このような構成によっても、第２のプラズマ３３１がウエハ１０６上面の外周側の部分の上方に形成され、リング状の導電体膜に供給される高周波電力を調節することにより、第２のプラズマの強度や密度の値とその分布とを所期のものに調節でき、ウエハ１０６の加工形状の寸法や処理の特性の値あるいはその分布をバラつきを低減して、処理の歩留まりを向上することができる。
【００９６】
本実施例では、被エッチング材料をシリコン酸化膜とし、エッチングガス及びクリーニングガスとして例えば、前述の四フッ化メタンガス、酸素ガス、トリフルオロメタンガスを用いたが、被エッチング材料としては、シリコン酸化膜だけでなく、ポリシリコン膜、フォトレジスト膜、反射防止有機膜、反射防止無機膜、有機系材料、無機系材料、シリコン酸化膜、窒化シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、Low-k 材料、High-k 材料、アモルファスカーボン膜、Si 基板、メタル材料等においても同等の効果が得られる。
【００９７】
またエッチングを実施するガスとしては、例えば、例えば、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガス、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガスヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス等が使用できる。
【００９８】
上記の例では、マイクロ波ＥＣＲ放電を利用してエッチング処理を行うプラズマ処理装置の例を説明したが、他の放電（有磁場ＵＨＦ放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、トランスファー・カップルド放電）を利用したプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置等においても、上記の構成を適用することにより同様の作用効果が奏される。
【符号の説明】
【００９９】
１０１…真空容器
１０２…シャワープレート
１０３…誘電体窓
１０４…処理室
１０５…導波管
１０６…電界発生用電源
１０７…磁場発生コイル
１０８…試料台
１０９…ウエハ
１１０…真空排気口
１１１…導電体膜
１１２…接地
１１３…サセプタ
１１６…プラズマ
１２４…高周波電源
１２５…高周波フィルター
１２６…直流電源
１２７…高周波電源
１２８…整合器
１２９…整合器
１３０…負荷インピーダンス可変ボックス
１３１…基材
１３２…導体リング
１３３…可変コイル
１３４…可変コンデンサ
１３５…可変抵抗
１３６…電圧モニタ
１３７…電圧モニタ
１５０…絶縁体
１５１…上部サセプタ
１５２…ウエハ
１５３…絶縁体リング
１５５…シースアクセス空間
１６０…イオンシース
１６１…軌道
１７０…静電容量
２００…可変コイル
２１０…隙間
２２０…クロックジェネレータ
３３１…第２のプラズマ
３３２…整合器
３３３…高周波電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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