(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，
前記第２電極に対向する電極板と，
前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，
前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部と，を備え，
前記誘電体部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状誘電体部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状誘電体部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにしたことを特徴とする電極。
【請求項２】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，
前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられる誘電体部とを有し，
前記誘電体部は，前記誘電体部の周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるように，直径の異なる第１，第２，第３円板状誘電体部を前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて積み重ねた形状であることを特徴とする電極。
【請求項３】
前記第１円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の８０％〜１２０％であり，前記第２円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の６０％〜８０％であり，前記第３円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の４０％〜６０％であることを特徴とする請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記被処理基板に向けてガスを供給する複数のガス噴出孔が設けられ，
前記円板状誘電体部のうち最も大きな直径は，少なくとも前記ガス噴出孔が形成される範囲よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極。
【請求項５】
前記誘電体部は，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられた空洞部により構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電極。
【請求項６】
前記誘電体部は，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられる空洞部に誘電体部材を埋め込んで構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電極。
【請求項７】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，
前記第２電極に対向する電極板と，
前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，
前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，
前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材と，を備え，
前記空洞部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状空洞部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状空洞部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにしたことを特徴とする電極。
【請求項８】
前記隔壁部材は，絶縁体で構成されることを特徴とする請求項７に記載の電極。
【請求項９】
前記隔壁部材は，断面略Ｖ字形状のテーパ面を側面とする樹脂リングで構成されることを特徴とする請求項７に記載の電極。
【請求項１０】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，
前記第２電極に対向する電極板と，
前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，
前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，
前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材と，を備え，
前記隔壁部材は，セラミックス系材料を溶射して形成したものであることを特徴とする電極。
【請求項１１】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部と，を備え，
前記誘電体部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状誘電体部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状誘電体部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられる誘電体部とを有し，
前記誘電体部は，前記誘電体部の周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるように，直径の異なる第１，第２，第３円板状誘電体部を前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて積み重ねた形状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材と，を備え，
前記空洞部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状空洞部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状空洞部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材と，を備え，
前記隔壁部材は，セラミックス系材料を溶射して形成したものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第１電極を第１，第２ガス導入部の２つに分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，
前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，
前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と，
前記処理ガス供給流路から分岐して前記第１，第２ガス導入部にそれぞれ接続する第１，第２分岐流路と，
前記処理ガス供給流路から前記第１，第２分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記第１，第２分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，
所定の付加ガスを供給する付加ガス供給手段と，
前記付加ガス供給手段からの付加ガスを前記分流量調整手段より下流側で前記第１分岐流路又は前記第２分岐流路に合流させる付加ガス供給流路と，
を備えたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，
前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給路と，
前記処理ガス供給流路から分岐して前記第１，第２ガス導入部にそれぞれ接続する処理ガス用第１，第２分岐流路と，
前記処理ガス供給路から前記各処理ガス用第１，第２分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記各処理ガス用第１，第２分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，
所定の付加ガスを供給する付加ガス供給手段と，
前記付加ガス供給手段からの付加ガスを流す付加ガス供給路と，
前記付加ガス供給路から分岐して前記分流量調整手段より下流側で前記処理ガス用第１分岐流路に接続される付加ガス用第１分岐流路と，
前記付加ガス供給路から分岐して前記分流量調整手段より下流側で前記処理ガス用第２分岐流路に接続される付加ガス用第２分岐流路と，
前記付加ガス用第１分岐流路と前記付加ガス用第２分岐流路のうち，前記付加ガス供給路からの付加ガスを流す流路を切換えるための流路切換手段とを備え，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備え，
前記空洞部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状空洞部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状空洞部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，
前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，
前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と，
前記処理ガス供給流路から分岐して前記複数のガス導入部にそれぞれ接続する複数の分岐流路と，
前記処理ガス供給流路から前記各分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記各分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，
所定の付加ガスを供給する複数の付加ガス供給手段と，
前記各付加ガス供給手段からの付加ガスを前記分流量調整手段より下流側で前記各分岐流路に合流させる付加ガス供給流路とを備え，
前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備え，
前記空洞部は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であると共に，直径の異なる円板状空洞部を複数段積み重ねた形状であり，且つ前記円板状空洞部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるようにした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，プラズマ処理装置及びそれに用いられる電極に関する。
【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，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）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。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容量結合型平行平板プラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
この種のプラズマ処理装置は，チャンバー内に一対の平行平板電極（上部電極および下部電極）を配置し，処理ガスを処理室内に導入するとともに，電極の少なくとも一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し，この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成してウエハに対してプラズマ処理を施すようになっている。
【０００４】
ところで，近年ではＵＬＳＩにおけるデザインルールの微細化がますます進み，ホール形状のアスペクト比もより高いものが要求されている。このような実情に鑑みて，印加する高周波電力の周波数を従来以上に高くして，良好なプラズマの解離状態を維持しつつ，高密度プラズマを形成することが試みられている。これにより，より低圧条件下で適切なプラズマを形成することができるので，さらなるデザインルールの微細化に適切に対応することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，上記のようなプラズマ処理装置では，上部電極が導電体または半導体であるため，高密度プラズマを形成するために印加周波数を上昇させようとすれば，高周波が印加される電極における表面のインダクタンスを無視することができなくなり，電極中央での電界が強くなって径方向での電界分布が不均一になるという問題があった。電界分布が不均一になるとプラズマ密度が不均一となってエッチングなどの均一性にも影響を与える。
【０００７】
この点，例えば特許文献１には，上部電極の電極板の裏面側中央部に円板状の空洞部を設け，上部電極に供給される高周波電力によって空洞部の内部に共振を生じさせ，電極板に対して直交する電界を生じさせることにより，電極板における空洞部直下，すなわち電極中心部の電界を制御する技術が記載されている。これによれば，上部電極の電極板の裏面側に空洞部を設けない場合に比して，その空洞部の直下である電極中心部の電界の不均一を小さくできる。
【０００８】
ところが，このように電極板の裏面側中央部に１段の空洞部を設けるものでは，電極中心部の電界の均一性を大幅に向上させることができるものの，電極周縁部については電極中心部と同程度に電界の均一性を向上させるには限界があった。例えば１段の空洞部の寸法（直径と高さ）を調整して電極周縁部の電界の均一性をより向上させようとすれば，電極中心部の電界の均一性が低下する傾向にある。このため，電極中心部の均一性を保持したまま，電極周縁部の電界の均一性をさらに向上させることは困難である。
【０００９】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，電極表面における電界分布の不均一を中心部から周縁部にかけて広い範囲にわたってより小さくすることができ，極めて均一性の高いプラズマを生成することができるプラズマ処理装置及びそれに用いられる電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部とを備えることを特徴とする電極が提供される。
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１２】
このような本発明によれば，支持体における電極板との接合面に誘電体部（例えば空洞部）を設けることにより，電極に高周波電力が供給されることによって誘電体部内に共振が生じ，その中に電極板に対して直交する電界が生じると，誘電体部の電界と電極の電界とが結合する。この場合，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部であるため，このような誘電体部によって生じる電界によれば，電極板における電界強度，すなわち電極中心部から電極周縁部にわたる広い範囲で電界を制御することができる。これにより，電極表面における電界分布の不均一を中心部から周縁部にかけて広い範囲にわたってより小さくすることができ，極めて均一性の高いプラズマを生成することができる。
【００１３】
また，上記誘電体部は，周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であることが好ましい。上記誘電体部は，例えば直径の異なる円板状誘電体部を複数段積み重ねた形状であり，円板状誘電体部の直径は前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて徐々に小さくなるように形成される。これによれば，支持体の前記電極板側から誘電体部を形成することができるので，誘電体部を形成する際の加工を容易にすることができる。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられる誘電体部とを有し，前記誘電体部は，前記誘電体部の周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるように，直径の異なる第１，第２，第３円板状誘電体部を前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて積み重ねた形状であることを特徴とする電極が提供される。
【００１５】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第２電極に支持された被処理基板上に処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられる誘電体部とを有し，前記誘電体部は，前記誘電体部の周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるように，直径の異なる第１，第２，第３円板状誘電体部を前記支持体の前記電極板側からその反対側へ向けて積み重ねた形状であることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１６】
また，前記第１円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の８０％〜１２０％であり，前記第２円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の６０％〜８０％であり，前記第３円板状誘電体部の直径は前記被処理基板の直径の４０％〜６０％であることが好ましい。
【００１７】
また，前記被処理基板に向けてガスを供給する複数のガス噴出孔が設けられ，前記円板状誘電体部のうち最も大きな直径は，少なくとも前記ガス噴出孔が形成される範囲よりも大きくしてもよい。これによれば，電極表面における電界の均一性を中心部から周縁部にかけて広い範囲にわたって向上することができるとともに，ガス噴出孔における支持体と電極板との境界面で発生し得る異常放電を抑制することができる。
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられる電極であって，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備えることを特徴とする電極が提供される。
【００１９】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２０】
このような本発明によれば，処理室内に２系統でガスを導入するプラズマ処理装置に適用可能な第１電極（例えば上部電極）を提供できる。この場合，直径が大きくて複数のガス導入部にわたって支持体に設けられる空洞部の場合でも，ガス導入部ごとに空洞部を区画する隔壁部材を設けるため，各ガス導入部に供給されるガスが混ざることを防止できる。
【００２１】
また，上記空洞部を区画する隔壁部材は，金属などの導電体ではなく，絶縁体で構成することが好ましい。これにより，電極に高周波電力を印加したときにその隔壁部材の部分に電界が集中して異常放電が発生することを防止することができる。
【００２２】
また，上記隔壁部材は，断面略Ｖ字状のテーパ面を側面とする樹脂リングで構成してもよい。このように，隔壁部材を樹脂で構成することにより，異常放電を防止することができるとともに，隔壁部材を断面略Ｖ字状のテーパ面を側面とするリング状に形成することにより，樹脂リングは弾性変形し易くその反発力も弱いため，例えば支持体と電極板の締結力の弱い場合でも，電極板を確実に支持体に取付けることができる。また，隔壁部材は，セラミックス系材料を溶射して形成してもよい。これによっても，異常放電を防止することができる。
【００２３】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を第１，第２ガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と，前記処理ガス供給流路から分岐して前記第１，第２ガス導入部にそれぞれ接続する第１，第２分岐流路と，前記処理ガス供給流路から前記第１，第２分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記第１，第２分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，所定の付加ガスを供給する付加ガス供給手段と，前記付加ガス供給手段からの付加ガスを前記分流量調整手段より下流側で前記第１分岐流路又は前記第２分岐流路に合流させる付加ガス供給流路とを備え，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給路と，前記処理ガス供給流路から分岐して前記第１，第２ガス導入部にそれぞれ接続する処理ガス用第１，第２分岐流路と，前記処理ガス供給路から前記各処理ガス用第１，第２分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記各処理ガス用第１，第２分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，所定の付加ガスを供給する付加ガス供給手段と，前記付加ガス供給手段からの付加ガスを流す付加ガス供給路と，前記付加ガス供給路から分岐して前記分流量調整手段より下流側で前記処理ガス用第１分岐流路に接続される付加ガス用第１分岐流路と，前記付加ガス供給路から分岐して前記分流量調整手段より下流側で前記処理ガス用第２分岐流路に接続される付加ガス用第２分岐流路と，前記付加ガス用第１分岐流路と前記付加ガス用第２分岐流路のうち，前記付加ガス供給路からの付加ガスを流す流路を切換えるための流路切換手段とを備え，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２５】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，処理室内に第１電極と第２電極を対向して配設し，前記第１電極を複数のガス導入部に分けて各ガス導入部に複数のガス噴出孔を形成し，前記第２電極に支持された被処理基板上に向けて前記各ガス導入部からそれぞれ処理ガスを導入しつつ前記電極の一方又は両方に高周波電力を供給してプラズマを生成することにより，前記被処理基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって，前記被処理基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給手段と，前記処理ガス供給手段からの処理ガスを流す処理ガス供給流路と，前記処理ガス供給流路から分岐して前記複数のガス導入部にそれぞれ接続する複数の分岐流路と，前記処理ガス供給流路から前記各分岐流路に分流される処理ガスの分流量を前記各分岐流路内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段と，所定の付加ガスを供給する複数の付加ガス供給手段と，前記各付加ガス供給手段からの付加ガスを前記分流量調整手段より下流側で前記各分岐流路に合流させる付加ガス供給流路とを備え，前記第１電極は，前記第２電極に対向する電極板と，前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に接合して前記電極板を支持する支持体と，前記支持体における前記電極板との接合面に設けられ，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部と，前記ガス導入部ごとに前記空洞部を区画する隔壁部材とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２６】
このような本発明によれば，処理室内に処理ガス供給手段から複数に分流されて，それぞれ複数のガス導入部からガスを導入するプラズマ処理装置に適用可能な第１電極を提供できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば，電極表面における電界分布の不均一を中心部から周縁部にかけて広い範囲にわたってより小さくすることができ，極めて均一性の高いプラズマを生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例）
先ず，本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について図面を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１００は処理室内に１系統でガスを導入するための上部電極を備える平行平板型のプラズマエッチング装置である。
【００３０】
プラズマ処理装置１００は，略円筒形状の処理容器により構成される処理室１１０を有している。処理容器は，例えばアルミニウム合金により形成され，電気的に接地されている。また，処理容器の内壁面はアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３）又はイットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３）により被覆されている。
【００３１】
処理室１１０内には，基板としてのウエハＷを載置する載置台を兼ねる第２電極の１例としての下部電極を構成するサセプタ１１６が配設されている。具体的には，サセプタ１１６は，処理室１１０内の底部略中央に絶縁板１１２を介して設けられた円柱状のサセプタ支持台１１４上に支持される。サセプタ１１６は，例えばアルミニウム合金により形成される。
【００３２】
サセプタ１１６の上部には，ウエハＷを保持する静電チャック１１８が設けられている。静電チャック１１８は，内部に電極１２０を有している。この電極１２０には，直流電源１２２が電気的に接続されている。静電チャック１１８は，直流電源１２２から電極１２０に直流電圧が印加されて発生するクーロン力により，その上面にウエハＷを吸着できるようになっている。
【００３３】
また，サセプタ１１６の上面には，静電チャック１１８の周囲を囲むように，フォーカスリング１２４が設けられている。なお，サセプタ１１６及びサセプタ支持台１１４の外周面には，例えば石英からなる円筒状の内壁部材１２６が取り付けられている。
【００３４】
サセプタ支持台１１４の内部には，リング状の冷媒室１２８が形成されている。冷媒室１２８は，例えば処理室１１０の外部に設置されたチラーユニット（図示せず）に，配管１３０ａ，１３０ｂを介して連通している。冷媒室１２８には，配管１３０ａ，１３０ｂを介して冷媒（冷媒液又は冷却水）が循環供給される。これにより，サセプタ１１６上のウエハＷの温度を制御することができる。
【００３５】
静電チャック１１８の上面には，サセプタ１１６及びサセプタ支持台１１４内を通るガス供給ライン１３２が通じている。このガス供給ライン１３２を介してウエハＷと静電チャック１１８との間にＨｅガスなどの伝熱ガス（バックサイドガス）を供給できるようになっている。
【００３６】
サセプタ１１６の上方には，下部電極を構成するサセプタ１１６と平行に対向する第１電極の１例としての上部電極３００が設けられている。サセプタ１１６と上部電極３００との間には，プラズマ生成空間ＰＳが形成される。
【００３７】
上部電極３００は，円板状の内側上部電極３０２と，この内側上部電極３０２の外側を囲むリング状の外側上部電極３０４とを備える。内側上部電極３０２は，サセプタ１１６に載置されたウエハＷ上のプラズマ生成空間ＰＳに向けて所定のガスを噴出する処理ガス導入部としての機能も兼ね備え，いわゆるシャワーヘッドを構成する。
【００３８】
具体的には内側上部電極３０２は，多数のガス噴出孔３１２を有する円形状の電極板３１０と，電極板３１０の上面側を着脱自在に支持する電極支持体３２０を備える。電極支持体３２０は，電極板３１０とほぼ同じ直径の円板状に形成される。電極支持体３２０は例えばアルミニウムで構成され，その内部には円板状の空間からなるガス拡散用のバッファ室３２２が形成されている。バッファ室３２２にはガス供給装置２００の処理ガスが導入されるようになっている。またバッファ室３２２の下面にはガス噴出孔３１２が連通している。なお，この上部電極３００の構成例については後述する。
【００３９】
内側上部電極３０２と外側上部電極３０４との間には，リング状の誘電体３０６が介在されている。外側上部電極３０４と処理室１１０の内周壁との間には，例えばアルミナからなるリング状の絶縁性遮蔽部材３０８が気密に介在されている。
【００４０】
外側上部電極３０４には，給電筒１５２，コネクタ１５０，上部給電棒１４８，整合器１４６を介して第１高周波電源１５４が電気的に接続されている。第１高周波電源１５４は，４０ＭＨｚ以上（例えば６０ＭＨｚ）の周波数の高周波電圧を出力できる。
【００４１】
給電筒１５２は，例えば下面が開口した略円筒状に形成され，下端部が外側上部電極３０４に接続されている。給電筒１５２の上面中央部には，コネクタ１５０によって上部給電棒１４８の下端部が電気的に接続されている。上部給電棒１４８の上端部は，整合器１４６の出力側に接続されている。整合器１４６は，第１高周波電源１５４に接続されており，第１高周波電源１５４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスを整合させることができる。
【００４２】
給電筒１５２の外側は，処理室１１０とほぼ同じ直径の側壁を有する円筒状の接地導体１１１により覆われている。接地導体１１１の下端部は，処理室１１０の側壁上部に接続されている。接地導体１１１の上面中央部には，上述した上部給電棒１４８が貫通しており，接地導体１１１と上部給電棒１４８の接触部には，絶縁部材１５６が介在している。
【００４３】
電極支持体３２０の上面には，下部給電棒１７０が電気的に接続されている。下部給電棒１７０は，上部給電棒１４８にコネクタ１５０を介して接続されている。下部給電棒１７０と上部給電棒１４８とは，上部電極３００へ高周波電源１５４からの高周波電力を供給するための給電棒を構成する（以下，単に「給電棒１７０」とも称する）。下部給電棒１７０の途中には，可変コンデンサ１７２が設けられている。この可変コンデンサ１７２の静電容量を調整することによって，第１高周波電源１５４から高周波電圧を印加したときに外側上部電極３０４の直下に形成される電界強度と，内側上部電極３０２の直下に形成される電界強度との相対的な比率を調整することができる。
【００４４】
処理室１１０の底部には，排気口１７４が形成されている。排気口１７４は，排気管１７６を介して真空ポンプなどを備えた排気装置１７８に接続されている。この排気装置１７８によって処理室１１０内を排気することによって，処理室１１０内を所望の真空度に減圧することができる。
【００４５】
サセプタ１１６には，整合器１８０を介して第２高周波電源１８２が電気的に接続されている。第２高周波電源１８２は，例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲，例えば２ＭＨｚの周波数の高周波電圧を出力できる。
【００４６】
上部電極３００の内側上部電極３０２には，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８４が電気的に接続されている。ローパスフィルタ１８４は第１高周波電源１５４からの高周波を遮断し，第２高周波電源１８２からの高周波をグランド（ground）に通すためのものである。一方，下部電極を構成するサセプタ１１６には，ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１８６が電気的に接続されている。ハイパスフィルタ１８６は第１高周波電源１５４からの高周波をグランド（ground）に通すためのものである。
【００４７】
上部電極３００へガスを供給するガス供給装置２００は，例えば図１に示すようにウエハに対して成膜やエッチングなどの所定の処理を施すための処理ガスを供給する処理ガス供給手段２１０を備える。処理ガス供給手段２１０は処理ガス供給路を構成する処理ガス供給配管２０２が接続され，処理ガス供給配管２０２は，内側上部電極３０２のバッファ室３２２に接続される。
【００４８】
プラズマ処理装置１００には，その各部を制御する制御部４００が接続されている。制御部４００により，例えばガス供給装置２００における処理ガス供給手段２１０などの他，直流電源１２２，第１高周波電源１５４及び第２高周波電源１８２などが制御されるようになっている。
【００４９】
（上部電極の構成例）
ここで，上部電極３００の具体的構成例について図面を参照しながら詳細に説明する。図２は，本実施形態にかかる上部電極３００の内側上部電極３０２の構成例を示す模式図である。
【００５０】
図２に示すように，内側上部電極３０２は，下部電極を構成するサセプタ１１６に対向するように設けられた電極板３１０と，電極板３１０のサセプタ１１６側とは反対側の面（ここでは電極板の裏面）に接合して電極板３１０を着脱自在に支持する電極支持体３２０を備える。
【００５１】
なお，電極支持体３２０は例えば図２に示すように上部部材３２４とその下側に設けられるクーリングプレート３２６に分けて構成してもよい。この場合，例えば上部部材３２４はその内部にその内部に冷媒が循環する冷却ジャケット(図示しない)を設け，クーリングプレート３２６を介して電極板３１０を所望の温度に制御するように構成してもよい。なお，電極支持体３２０は一体で構成するようにしてもよい。
【００５２】
電極支持体３２０には，電極板３１０の裏面側に電極板３１０に接するように中心部と周縁部とで高さ（厚さ）が異なる形状の誘電体部の１例としての空洞部（比誘電率＝１）３３０が設けられている。空洞部３３０は，その周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるように構成される。例えば直径の異なる複数（例えば３つ）の円板状空洞部を複数段積み重ねた形状であり，円板状空洞部の直径は電極支持体３２０の電極板３１０側からその反対側（ここでは裏面側）へ向けて徐々に小さくなるように構成される。
【００５３】
このような空洞部３３０を取り出して模式的に示したものを図３に示す。空洞部３３０は例えば図３に示すように３つの円板状空洞部３３２，３３４，３３６を積層した形状に構成する。ここでは，最も電極板３１０側に位置するものから順に第１円板状空洞部３３２，第２円板状空洞部３３４，第３円板状空洞部３３６とする。各円板状空洞部３３２，３３４，３３６の直径をそれぞれｄ１，ｄ２，ｄ３とすると，ｄ１＞ｄ２＞ｄ３である。円板状空洞部３３２，３３４，３３６の厚み（高さ）をそれぞれｔ１，ｔ２，ｔ３とする。空洞部３３０は誘電体（比誘電率＝１）として機能するので，ｔ１，ｔ２，ｔ３は例えば誘電率εの倍数で表すようにしてもよい。
【００５４】
すなわち，空洞部３３０は誘電体（比誘電率＝１）として機能し，上部電極３００に供給される高周波電力の周波数において共振が生じ，かつその中に電極板３１０に対して直交する電界が生じるように各円板状空洞部３３２，３３４，３３６の寸法（直径と高さ）が決定される。このように空洞部３３０に共振が生じて電極板３１０に対して直交する電界が生じる場合には，空洞部３３０の電界と電極板３１０の電界とが結合し，空洞部３３０の電界によって電極板３１０における空洞部３３０の直下（例えば電極中心部から電極周縁部まで）の電界を制御することができる。
【００５５】
なお，空洞部３３０にこれと同形状の誘電体部材を埋め込んで誘電体部を構成するようにしてもよい。これによれば，誘電体部材の誘電率により誘電体部の誘電率が決まるので，誘電体部材を選ぶことによって誘電体部の誘電率を所望の誘電率にすることができる。誘電体部材としては比誘電率が１〜１０のものが好ましい。この範囲の比誘電率を示すものとして，石英（比誘電率＝３〜１０），アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス（比誘電率＝５〜１０），テフロン（登録商標）やポリイミド等の樹脂（比誘電率＝２〜３）を挙げることができる。なお，上記誘電体部材は一体で構成してもよく，また例えば各円板状空洞部３３２，３３４，３３６の寸法に合わせた複数の円板状誘電体部材を積み重ねて構成してもよい。
【００５６】
また，電極板３１０としては，上述のように空洞部３３０又は誘電体部材などで構成される誘電体部の電界と電極板３１０の電界とを結合させるために，電極板３１０において高周波電力が供給される部分の電極板表面（電極板の下面）からの厚さ，すなわち下記数式（１−１）で表されるスキンデプスδが電極板３１０の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００５７】
δ＝（２ρ／ωμ）１／２      ・・・（１−１）
【００５８】
上記数式（１−１）において，ωは高周波電力の角周波数（＝２πｆ（ｆ：周波数））であり，ρは電極板の比抵抗であり，μは電極板の透磁率である。
【００５９】
電極板３１０はＳｉやＳｉＣ等の導電体または半導体で構成されており，一方上記スキンデプスδは電極板３１０の抵抗が大きいほど大きくなるので，スキンデプスδを電極板３１０の厚さよりも大きくする観点からは，例えば高周波電力の周波数が６０ＭＨｚの場合には電極板３１０の比抵抗は０．５Ω・ｍ以上であることが好ましく，より好ましくは０．７５Ω・ｍである。このように電極板３１０を比較的高抵抗にするためには，電極板３１０がＳｉ製の場合には例えばＢのドーパント量を調整し，ＳｉＣ製の場合には例えば焼結時の圧力を調整する。
【００６０】
このようなスキンデプスδが電極板３１０の厚さよりも大きくなると，電界が電極板３１０を透過する。例えば高周波電力の周波数が６０ＭＨｚ，電極板３１０の厚さが１０ｍｍの場合，比抵抗が０．１Ω・ｍ以上となるとスキンデプスδが１０ｍｍ以上となる。このとき空洞部（誘電体部材）３３０は導電体で囲まれた状態となる。このように導電体で囲まれた誘電体が存在するとその寸法および誘電率によって決められる周波数で共振が生じる。また，空洞部３３０の場合は比誘電率１の誘電体として機能し，その寸法によって決められる周波数で共振が生じる。
【００６１】
例えば空洞部３３０が１段の円板状空洞部の場合には，共振の周波数はその円板状空洞部の半径と高さによって決定される。ここで，電極板３１０の裏面側に高さＬ，半径ｒの円筒形の空洞部を形成する場合を考えると，共振における角周波数ω０は下記数式（１−２）によって求められる。
【００６２】
（ω０／ｃ）２＝ｋｌ２＋ｎ２π２／Ｌ２      ・・・（１−２）
【００６３】
上記数式（１−２）において，ｃは媒質中の光速度，ｋｌはＴＥモード時のＪｍ′（ｋｌｒ）＝０，ＴＭモード時のＪｍ（ｋｌｒ）＝０の根から求められる。ここで，Ｊｍはベッセル関数であり，Ｊｍ′はベッセル関数の微分である。
【００６４】
これを本実施形態にかかる複数段の円板状空洞部により構成される空洞部３３０，例えば図２，図３に示すような３段の円板状空洞部に適用すれば，図３に示すような各円板空洞部３３２，３３４，３３６の半径ｒと電極板３１０からの高さＬに応じてそれぞれ共振が発生するものと考えられる。
【００６５】
具体的には例えば第１円板空洞部３３２を設けた場合に半径ｒ＝ｄ１／２と電極板３１０からの高さＬ＝ｔ１に発生する共振と，第２円板空洞部３３４を設けた場合に半径ｒ＝ｄ２／２と電極板３１０からの高さＬ＝ｔ１＋ｔ２に発生する共振と，第３円板空洞部３３６を設けた場合に半径ｒ＝ｄ３／２と電極板３１０からの高さＬ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３に発生する共振とが発生しているものと考えることができる。
【００６６】
このため，３段の円板状空洞部に発生する電界は，上記各共振によって発生する電界の合成となる。そして，このような共振が生じて電極板３１０に対して直交する電界が生じると，空洞部３３０の電界と電極板３１０の電界とが結合する。従って，各円板空洞部３３２，３３４，３３６の半径ｒと電極板３１０からの高さＬを調整することにより，空洞部３３０に発生する電界をより細かく制御できるので，電極板３１０における空洞部３３０の直下（例えば電極中心部から電極周縁部まで）の広い範囲で電界を制御することができる。
【００６７】
（プラズマ処理装置の動作）
次に，以上のような上部電極３００を備えたプラズマ処理装置１００の動作について，ウエハＷに形成された酸化膜をエッチングする場合を例にとって説明する。まず，ウエハＷは，図示しないゲートバルブが開放された後，図示しないロードロック室から処理室１１０内へと搬入され，静電チャック１１８上に載置される。そして，直流電源１２２から直流電圧が印加されることによって，ウエハＷが静電チャック１１８上に静電吸着される。次いで，ゲートバルブが閉じられ，排気装置１７８によって，処理室１１０内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００６８】
その後，処理ガス供給手段２１０から処理ガスが例えばマスフローコントローラなどによってその流量が調整されつつ，処理ガス供給配管２０２を介して上部電極３００内のバッファ室３２２へ導入される。バッファ室３２２へ導入された処理ガスは電極板３１０のガス噴出孔３１２からウエハＷに対して均一に吐出され，処理室１１０内の圧力が所定の値に維持される。
【００６９】
そして，第１高周波電源１５４からは，２７〜１５０ＭＨｚ例えば６０ＭＨｚの高周波電力が上部電極３００に印加される。これにより，上部電極３００と下部電極を構成するサセプタ１１６との間に高周波電界が生じ，処理ガスが解離してプラズマ化する。他方，第２高周波電源１８２からは，１〜２０ＭＨｚ例えば２ＭＨｚの高周波が下部電極を構成するサセプタ１１６に印加される。これにより，プラズマ中のイオンがサセプタ１１６側へ引き込まれ，イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。このように，上部電極３００に印加する高周波電力の周波数を２７ＭＨｚよりも高くすることにより，プラズマ密度を上げることができる。
【００７０】
ところで，もし電極板裏面側に空洞部３３０を設けない場合には，印加周波数を上昇させた際の電極表面の径方向のインダクタンスの影響を受けて電極板３１０下面での電界の不均一が生じる。
【００７１】
このような電界の不均一が生じる原因について図面を参照しながら説明する。図４は，電極支持体３２０′の電極板裏面側に空洞部を設けない上部電極における高周波電力の供給経路を模式的に示す断面図である。電極板３１０は例えば比抵抗が０．０２Ω・ｍ程度であり，給電棒１７０を介して供給される高周波電流が高周波数化すると，表皮効果により電極の極表面にしか電力が供給されず，図４に示すように，高周波電力は給電棒１７０の表面，電極支持体３２０′の上面，電極支持体３２０′の側面，電極板３１０の側面を通ってプラズマ接触面である電極板３１０の下面に達する。
【００７２】
この場合，給電棒１７０は電極の中心に存在しているため，電極板３１０下面のエッジ部ではどこも電力が同じ位相であり，しかも電極板３１０のエッジ部から同位相で中心方向へ徐々に電力が供給されるため，電極板３１０の中心とエッジ部とで位相差ｒ／λ（λは電極表面波の波長，ｒは電極の半径）が生じる。このため，印加周波数が高くなると，電極板３１０下面の径方向のインダクタンスを無視できなくなり，上記位相差による干渉作用によって，電極板１３０下面の中心部分の電界強度がエッジ部分の電界強度よりも高くなる現象が生じる。また，電極板３１０の中心位置はプラズマと接しているため，ＲＦ等価回路的には開放端となっている。従って，電極板３１０下面において中心部の電界が強くなって電界分布に定在波的な不均一が生じる。これによりプラズマへ供給される電界分布が不均一となり，不均一なプラズマが形成される。
【００７３】
これに対して，本実施形態における上部電極３００は，図５にも示すように電極支持体３２０における電極板３１０との接合面に空洞部３３０を設けるので，この空洞部３３０に上部電極３００に供給される高周波電力の周波数において共振が生じ，その中に電極板３１０に対して直交する電界が生じることにより，空洞部３３０の電界と電極の電界とが結合し，空洞部３３０の電界によって電極板３１０における空洞部３３０の下側の電界を制御することができる。
【００７４】
この場合，例えば図５に示すように，空洞部３３０を設けない場合の電極板３１０表面の電界強度をＥ０とし，空洞部３３０を設ける場合の電極板３１０表面の電界強度をＥ１とし，空洞部３３０に発生する電界強度をＥ２とすると，代数的にＥ１＝Ｅ０＋Ｅ２と表すことができる。なお，空洞部３３０に発生する電界強度をＥ２は，上述した各円板空洞部３３２，３３４，３３６の半径ｒと電極板３１０からの高さＬに応じてそれぞれ発生する共振により発生する電界強度Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３の合成となる。
【００７５】
この空洞部３３０に発生する電界強度Ｅ２は後述するように空洞部３３０の形状に依存する。本実施形態にかかる上部電極３００の空洞部３３０は，中心部と周縁部とで高さが異なり，周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなる形状であるため，電極板３１０において空洞部３３０の下側の電界強度を電極中心部のみならず，電極周縁部まで広い範囲にわたって制御することができる。
【００７６】
（電極板裏面側の空洞部の形状と電界強度分布との関係）
ここで，電極板裏面側に設けられる空洞部３３０の形状と電極直下における電界強度分布との関係についての実験を行った結果を説明する。ここでは，空洞部３３０が直径の異なる３つの円板状空洞部を積み重ねた形状（３段空洞部）の場合（図２，図３）と，空洞部３３０が１つの円板状空洞部（１段空洞部）からなる形状の場合（図６，図７）と，空洞部を設けない場合（図４）とを比較しながら説明する。
【００７７】
この実験では，１段空洞部の場合については図７に示す空洞部３３０″の高さｔが０．２ｍｍ，直径ｄが２４０ｍｍの上部電極を使用した。また，３段空洞部の場合については図３に示す空洞部３３０の１段，２段，３段の高さｔ１，ｔ２，ｔ３がそれぞれ０．１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０５ｍｍ，１段，２段，３段の直径ｄ１，ｄ２，ｄ３がそれぞれ１００ｍｍ，２００ｍｍ，３１０ｍｍの上部電極を使用した。
【００７８】
上記のような上部電極に高周波電力を印加して行った実験結果を図８に示す。図８に示すグラフｙ１１，ｙ１２，ｙ１３はそれぞれ，空洞部を設けない場合，１段空洞部の場合，３段空洞部の場合における電界強度分布を示すグラフである。図８は，横軸に電極中心からの距離をとり，縦軸に電極板の電界強度Ｅ１の均一性を百分率で表したものをとっている。
【００７９】
図８に示す実験結果によれば，１段空洞部の場合（ｙ１２）には，空洞部を設けない場合（ｙ１１）に比して，空洞部の中心部の直下における電界が低くなり，空洞部の周縁部の直下の電界が高くなる傾向にあるので，均一性が向上していることがわかる。
【００８０】
ところが，１段空洞部の場合（ｙ１２）の電界の均一性を空洞部３３０″の中心部の直下と周縁部の直下とで比較してみると，中心部（例えば０〜６０ｍｍ程度の範囲）の直下では±１％程度の比較的高い均一性を実現できるものの，周縁部（例えば６０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の範囲）の直下では±３％程度と中心部に比して均一性が低いことがわかる。これは，１段空洞部の場合には電界強度分布曲線に複数の変曲点が存在し，特に１段空洞部３３０″の端部近傍の直下では，その変曲点での傾きが比較的大きくなる傾向にあるからである。
【００８１】
このような電界強度分布曲線に存在する変曲点での傾きは１段空洞部の寸法，すなわち高さｔと直径ｄを変えることにより変化するので，１段空洞部の寸法を調整することにより上記変曲点の傾きを調整すればよいとも考えられる。ところが，高さｔと直径ｄを変えると，周縁部における電界の均一性のみならず中心部における電界の均一性にも影響してしまう。例えば周縁部における電界の均一性をより高くしようとすれば中心部における電界の均一性が低下する傾向にある。このため，１段空洞部の寸法を調整するだけでは，電極中心部の電解の均一性を保持しつつ，電極周縁部の電界の均一性をさらに向上させるには限界がある。
【００８２】
これに対して，３段空洞部の場合（ｙ１３）には，電界強度分布曲線に変曲点がほとんど生じないため，空洞部３３０の中心部から周縁部にかけて広い範囲で±０．５％程度の極めて高い均一性を実現できる。このように，空洞部３３０の形状を上述した空洞部（例えば３段空洞部）３３０のように中心部と周縁部とで高さが異なる形状にすることにより，電界強度分布曲線における変曲点を減らすことができるとともに，変曲点での傾きを小さくすることができ，変曲点の影響を極力緩和することができることがわかった。これによれば，電極板３１０において空洞部３３０の下側の電界分布を電極中心部のみならず，電極周縁部まで広い範囲にわたって制御することができるので，広い範囲で極めて均一性の高いプラズマを形成させることができる。
【００８３】
ここで，上述したような上部電極を使用して実際にウエハに対してエッチングを行った場合の実験結果について説明する。この実験では，図１に示したプラズマ処理装置１００を用いて，電極板３１０の比抵抗値を０．７５Ω・ｍとし，３００ｍｍウエハの酸化膜をＣ５Ｆ８ガスとＡｒガスとＯ２ガスの混合ガスでエッチングした。高周波電力の周波数は６０ＭＨｚとした。
【００８４】
図９は電極板裏面側に１段空洞部を設けた上部電極を使用してウエハに対してエッチング処理を行った場合のエッチングレート分布を示す図である。図１０は電極板裏面側に３段空洞部を設けた上部電極を使用してウエハに対してエッチング処理を行った場合のエッチングレート分布を示す図である。これらによれば，３段空洞部の場合（図１０）には，１段空洞部の場合（図９）よりもさらに均一性が向上していることがわかる。
【００８５】
なお，本実施形態にかかる上部電極３００の構成例では，電極支持体３２０に３段の空洞部３３０を形成した場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではない。例えば電極支持体３２０に形成される空洞部３３０の段数は，２段でもよく，４段以上でもよい。
【００８６】
（電極板裏面側の空洞部の段数と電界強度分布との関係）
ここで，上部電極３００に形成される空洞部３３０の段数と電極直下における電界強度分布との関係についての実験を行った結果を説明する。ここでは，図１１に示す１段空洞部の場合と，図１２に示す２段空洞部の場合と，図１３に示す３段空洞部の場合とを比較しながら説明する。
【００８７】
この実験で使用した上部電極の図１１，図１２，図１３における各円板状空洞部の寸法は，図３に示す空洞部３３０の１段，２段，３段とそれぞれ同様である。すなわち，高さｔ１，ｔ２，ｔ３はそれぞれ０．１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０５ｍｍであり，直径ｄ１，ｄ２，ｄ３はそれぞれ１００ｍｍ，２００ｍｍ，３１０ｍｍである。
【００８８】
上記のような上部電極に高周波電力を印加して行った実験結果を図１４に示す。図１４に示すグラフｙ２１，ｙ２２，ｙ２３はそれぞれ，１段空洞部の場合，２段空洞部の場合，３段空洞部の場合における電界強度分布を示すグラフである。図１４は，横軸に電極中心からの距離をとり，縦軸に電極板の電界強度Ｅ１の均一性を百分率で表したものをとっている。
【００８９】
図１４に示す実験結果によれば，１段空洞部の場合（ｙ２１），２段空洞部の場合（ｙ２２），３段空洞部の場合（ｙ２３）のように空洞部の段数が増えるほど，電界分布曲線の変曲点が減るとともにその変曲点における傾きも小さくなり，電界の均一性についてもそれぞれ±６％，±２％，±０．５％と向上していることがわかる。この場合の各段の直径ｄ１，ｄ２，ｄ３が電極板３１０側から徐々に小さくなるような形状にすることが好ましい。このように，空洞部の形状を中心部は高く，周縁部は低くなるようにすることによって，電界分布曲線の変曲点の影響を小さくすることができる。
【００９０】
このように上部電極に形成する空洞部３３０の段数は多くした方が電極直下における電界分布をより細かく制御することができるので，電界の均一性も向上させることができる。但し，空洞部３３０の加工の手間や各段の空洞部３３０の寸法（高さｔ，直径ｄ）の自由度などを考慮すれば，空洞部３３０は３段とするのがより好ましい。
【００９１】
このような３段空洞部３３０の直径ｄ１，ｄ２，ｄ３はそれぞれ，ウエハの直径の８０％〜１２０％，６０％〜８０％，４０％〜６０％であることが好ましく，より好ましくは９０％〜１１０％，６５％〜７５％，４５％〜５５％である。また，３段空洞部３３０の高さｔ１，ｔ２，ｔ３はそれぞれ，例えば比誘電率が１である空洞部の場合，０．０８ｍｍ〜０．１６ｍｍ，０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍ，０．０３ｍｍ〜０．０９ｍｍであることが好ましく，より好ましくは０．１０ｍｍ〜０．１２ｍｍ，０．０９ｍｍ〜０．１１ｍｍ，０．０５ｍｍ〜０．０７ｍｍである。
【００９２】
（空洞部の１段目の直径）
なお，本実施形態にかかる空洞部３３０の１段目の直径は，ウエハ（例えば３００ｍｍ）の直径よりも小さくてもよく，またウエハの直径程度又はそれ以上に大きくしてもよい。この点，１段だけの空洞部ではその直径をウエハの直径よりも大きくとると，中心部の電界はプラス方向へ移行し，周縁部の電界はマイナス方向へ移行する傾向にあり，かえって電界の均一性が低下してしまう。例えば電界分布曲線は，直径２４０ｍｍの場合は図８に示すｙ１２のようになるが，直径３１０ｍｍの場合は図１４に示すｙ２１のようになり，電界分布の均一性が低下している。
【００９３】
これに対して，複数段を積み重ねた形状の空洞部ではその１段目の直径を少なくともウエハの直径以上にすることにより，中心部から周縁部まで幅広く電界分布を制御することができるので，ウエハ上に形成されるプラズマの均一性をより向上させることができる。
【００９４】
ところで，上部電極のガス噴出孔３１２では，印加される高周波電力が大きくなるほど，電極板３１０と電極支持体３２０との境界付近で電界が集中して異常放電が発生する蓋然性が高くなる。このような異常放電は，電極板３１０と電極支持体３２０との間に空洞部３３０があると発生し難い。このため，異常放電防止の観点からは，空洞部３３０の直径をウエハの直径よりもさらに大きいガス噴出孔３１２が形成されている範囲を含む程度の大きさにすることが好ましい。この点，１段だけの空洞部では直径を大きくすると，かえって電界分布の均一性が低下してしまう。
【００９５】
これに対して，複数段を積み重ねた形状の空洞部３３０ではその１段目の直径をガス噴出孔３１２が形成されている範囲を含む程度まで大きくしても，中心部から周縁部まで幅広く電界分布を制御することができるので，電界分布の均一性を向上させつつ，さらに異常放電を防止することができる。
【００９６】
（第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例）
次に，本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置について図面を参照しながら説明する。図１５は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。図１５に示すプラズマ処理装置１０１は処理室内に２系統でガスを導入するための上部電極を備える平行平板型のプラズマエッチング装置である。
【００９７】
第２実施形態にかかる上部電極３０１は，内側上部電極３０２を第１，第２ガス導入部３５０，３６０に分けて構成される。第１，第２ガス導入部３５０，３６０はそれぞれサセプタ１１６に載置されるウエハＷ面内上の第１，第２領域へ向けてガスを導入するものである。第１領域は例えばウエハＷの中心部領域（以下，「センタ領域」ともいう。）であり，第２領域は例えば中心部領域を囲む周縁部領域（以下，「エッジ領域）ともいう。）である。なお，上部電極３０１の具体的構成例は後述する。
【００９８】
このような上部電極３０１へガスを供給するガス供給装置２０１においては，処理ガスを処理室１１０内のウエハＷのセンタ部領域へ向けて供給する第１処理ガス（センタ部領域用処理ガス）と，ウエハＷのエッジ部領域へ向けて供給する第２処理ガス（エッジ部領域用処理ガス）の２つに分流する。なお，本実施形態のように処理ガスを２つに分流する場合に限られず，３つ以上に分流するようにしてもよい。
【００９９】
ガス供給装置２０１は，例えば図１５に示すようにウエハ対して成膜やエッチングなどの所定の処理を施すための処理ガスを供給する処理ガス供給手段２１０と，所定の付加ガスを供給する付加ガス供給手段２２０とを備える。処理ガス供給手段２１０は処理ガス供給流路を構成する処理ガス供給配管２０２が接続され，付加ガス供給手段２２０は付加ガス供給流路を構成する付加ガス供給配管２０８が接続されている。処理ガス供給配管２０２からは第１分岐流路を構成する第１分岐配管２０４及び第２分岐流路を構成する第２分岐配管２０６が分岐している。なお，第１，第２分岐配管２０４，２０６は，分流量調整手段２３０の内部で分岐していてもよく，また分流量調整手段２３０の外部で分岐していてもよい。
【０１００】
これら第１，第２分岐配管２０４，２０６はそれぞれ，例えば内側上部電極３０２における第１，第２ガス導入部３５０，３６０に接続されている。具体的には第１分岐配管２０４は第１ガス導入部３５０の第１バッファ室３５２に接続されており，第２分岐配管２０６は第２ガス導入部３６０における第２バッファ室３６２に接続されている。
【０１０１】
ガス供給装置２０１はさらに，第１，第２分岐配管２０４，２０６を流れる第１，第２処理ガスの分流量を第１，第２分岐配管２０４，２０６内の圧力に基づいて調整する分流量調整手段（例えばフロースプリッタ）２３０を備える。また，上記付加ガス供給手段２２０はこの分流量調整手段２３０の下流側で付加ガス供給配管２０８を介して第２分岐配管２０６の途中に接続される。
【０１０２】
このようなガス供給装置２０１によれば，処理ガス供給手段２１０からの処理ガスは，分流量調整手段２３０によって分流量が調整されつつ，第１分岐配管２０４と第２分岐配管２０６に分流される。そして，第１分岐配管２０４を流れる第１処理ガスは第１ガス導入部３５０からウエハＷ上のセンタ領域に向けて供給され，第２分岐配管２０６を流れる第２処理ガスは第２ガス導入部３６０からウエハＷのエッジ領域上に向けて供給される。
【０１０３】
このとき，付加ガス供給手段２２０から付加ガスが供給されると，その付加ガスは付加ガス供給配管２０８を通って第２分岐配管２０６に流れて，第２処理ガスと混合して第２ガス導入部３６０からウエハＷのエッジ部領域に向けて供給される。
【０１０４】
（ガス供給装置の具体的構成例）
ここで，上述したガス供給装置２０１の各部の具体的な構成例について説明する。図１６は，ガス供給装置２０１の具体的な構成例を示すブロック図である。処理ガス供給手段２１０は例えば図１６に示すように複数（例えば３つ）のガス供給源２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃが収容されたガスボックスにより構成される。各ガス供給源２１２ａ〜２１２ｃの配管は，これらからの各ガスが合流する処理ガス供給配管２０２に接続される。各ガス供給源２１２ａ〜２１２ｃの配管にはそれぞれ，各ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ２１４ａ〜２１４ｃが設けられている。このような処理ガス供給手段２１０によれば，各ガス供給源２１２ａ〜２１２ｃからのガスは所定の流量比で混合されて，処理ガス供給配管２０２に流れ出て，第１，第２分岐配管２０４，２０６に分流される。
【０１０５】
ガス供給源２１２ａには例えば図１６に示すようにエッチングガスとしてのフロロカーボン系のフッ素化合物，ＣＦ４，Ｃ４Ｆ６，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８などのＣＸＦＹガスが封入される。ガス供給源２１２ｂには，例えばＣＦ系の反応生成物のデポをコントロールするガスとしての例えばＯ２ガスが封入され，ガス供給源２１２ｃには，キャリアガスとしての希ガス，例えばＡｒガスが封入されている。なお，処理ガス供給手段２１０のガス供給源の数は，図１６に示す例に限られるものではなく，例えば１つでも，２つでもよく，また４つ以上設けてもよい。
【０１０６】
一方，付加ガス供給手段２２０は例えば図１６に示すように複数（例えば２つ）のガス供給源２２２ａ，２２２ｂが収容されたガスボックスにより構成される。各ガス供給源２２２ａ，２２２ｂの配管は，これらからの各ガスが合流する付加ガス供給配管２０８に接続される。各ガス供給源２２２ａ，２２２ｂの配管にはそれぞれ，各ガスの流量を調整するためのマスフローコントローラ２２４ａ，２２４ｂが設けられている。このような付加ガス供給手段２２０によれば，各ガス供給源２２２ａ，２２２ｂからのガスは選択されて或は所定のガス流量比で混合されて，付加ガス供給配管２０８に流れ出る。
【０１０７】
ガス供給源２２２ａには，例えばエッチングを促進可能なＣＸＦＹガスが封入され，ガス供給源２２２ｂには，例えばＣＦ系の反応生成物のデポをコントロール可能なＯ２ガスが封入されている。なお，付加ガス供給手段２２０のガス供給源の数は，図１６に示す例に限られるものではなく，例えば１つでもよく，また３つ以上設けてもよい。
【０１０８】
分流量調整手段２３０は，第１分岐配管２０４内の圧力を調整する圧力調整部２３２と，第２分岐配管２０６内の圧力を調整する圧力調整部２３４とを備える。具体的には，圧力調整部２３２は第１分岐配管２０４内の圧力を検出する圧力センサ２３２ａと第１分岐配管２０４の開閉度を調整するバルブ２３２ｂを備え，圧力調整部２３４は第２分岐配管２０６内の圧力を検出する圧力センサ２３４ａと第２分岐配管２０６の開閉度を調整するバルブ２３４ｂを備える。
【０１０９】
圧力調整部２３２，２３４は圧力コントローラ２４０に接続されている。圧力コントローラ２４０は，プラズマ処理装置１０１の各部を制御する制御部４００からの指令に応じて，各圧力センサ２３２ａ，２３４ａからの検出圧力に基づいて各バルブ２３２ｂ，２３４ｂの開閉度を調整する。例えば制御部４００は，圧力比制御によって分流量調整手段２３０を制御する。この場合，圧力コントローラ２４０は，第１，第２処理ガスが制御部４００からの指令による目標流量比になるように，すなわち第１，第２分岐配管２０４，２０６内の圧力が目標圧力比になるように，各バルブ２３２ｂ，２３４ｂの開閉度を調整する。なお，圧力コントローラ２４０は，分流量調整手段２３０に制御ボードとして内蔵してもよく，また分流量調整手段２３０とは別個で構成してもよい。また，圧力コントローラ２４０は制御部４００内に設けるようにしてもよい。
【０１１０】
なお，図１５に示す制御部４００は，上記分流量調整手段２３０の他，ガス供給装置２００における処理ガス供給手段２１０，付加ガス供給手段２２０の制御や，第１高周波電源１５４及び第２高周波電源１８２などの制御を行うようになっている。
【０１１１】
（上部電極の構成例）
ここで，上部電極３０１の具体的構成例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１７は，本実施形態にかかる上部電極３０１の内側上部電極３０２の構成例を示す模式図である。ここでは電極支持体３２０における電極板３１０との接合面に多段空洞部例えば３段空洞部を形成した上部電極を例に挙げて説明する。
【０１１２】
図１７に示す上部電極３０１は，内側上部電極３０２を第１，第２ガス導入部３５０，３６０に分けて構成される。これら第１，第２ガス導入部３５０，３６０の構成は以下の通りである。電極支持体３２０の内部には円板状空間からなるバッファ室３２２が形成されており，このバッファ室３２２は，バッファ室用環状隔壁部材３２３により円板状空間からなる第１バッファ室３５２とこの第１バッファ室３５２を囲むリング状空間からなる第２バッファ室３６２に区画されている。バッファ室用環状隔壁部材３２３は例えばＯリングにより構成される。
【０１１３】
ここで，電極支持体３２０に形成される空洞部３３０の直径が大きく，複数のガス導入部（例えばガス導入部３５０，３６０）にわたって設けられる場合，例えば図１７に示すように電極支持体３２０に形成される空洞部３３０の直径が第１バッファ室３５２の直径を超える場合には，この空洞部３３０についても例えば空洞部用環状隔壁部材３４０により各ガス導入部３５０，３６０ごとに第１領域部３５４と第２領域部３６４に区画する。空洞部用環状隔壁部材３４０の直径はバッファ室用環状隔壁部材３２３の直径とほぼ同様である。このように，ガス導入部３５０，３６０ごとに空洞部を区画する隔壁部材を設けるため，各ガス導入部３５０，３６０に供給されるガスが混ざることを防止できる。空洞部用環状隔壁部材３４０の具体的構成例については後述する。
【０１１４】
そして，第１ガス導入部３５０は第１バッファ室３５２とその下面に設けられている多数のガス噴出孔３１２と空洞部３３０の第１領域部３５４とにより構成され，第２ガス導入部３４０は第２バッファ室３６２とその下面に設けられている多数のガス噴出孔３１２と空洞部３３０の第２領域部３６４とにより構成される。
【０１１５】
各バッファ室３５２，３６２にはガス供給装置２０１から所定のガスが供給され，ウエハＷ上のセンタ部領域には第１ガス導入部３５０から第１バッファ室３５２を介して所定のガスが噴出され，ウエハＷ上のエッジ部領域には第２ガス導入部３６０から第２バッファ室３６２を介して所定のガスが噴出される。
【０１１６】
このような上部電極３０１においても，第１実施形態の場合と同様に第１高周波電源１５４から２７〜１５０ＭＨｚ，例えば６０ＭＨｚの高周波が印加されると，上部電極３０１と下部電極としてのサセプタ１１６との間に高周波電界が生じる。
【０１１７】
この場合，空洞部用環状隔壁部材３４０を金属などの導電体で構成すると，その部分に電界が集中して異常放電が発生することがわかった。従って，例えば図１８に示すように導電体のアルミニウムで構成される電極支持体３２０の下面を加工してアルミニウムの隔壁３４２を形成すると，上部電極３０１に印加する高周波電力の大きさによっては異常放電が発生する虞がある。
【０１１８】
このため，空洞部用環状隔壁部材３４０は，異常放電防止の観点からは絶縁体（例えば樹脂系材料やセラミックス系材料）で構成することが好ましい。例えば空洞部用環状隔壁部材３４０は図１９に示すような樹脂リング３４４で構成する。樹脂リング３４４は，例えばテフロン（登録商標）などのポリテトラフルオロ
エチレン（PTFE），ベスペル（登録商標）などのポリイミド等の樹脂で構成する。
【０１１９】
なお，樹脂リング３４４は，電極支持体３２０と電極板３１０との締結力が弱い場合でもその間で空洞部３３０を区画できるように，押しつけたときに弾性変形し易く反発力の弱い形状にすることが好ましい。そこで，本実施形態では例えば図１９に示すように樹脂リング３４４をその側面が断面略Ｖ字形状のテーパ面となるような形状にする。これにより，樹脂リング３４４は弾性変形し易くその反発力も弱いため，例えばシリコン材などで構成される電極板３１０を電極支持体３２０にねじ止めする場合のように締結力の弱い場合でも，十分に空洞部３３０を区画する機能を発揮することができる。
【０１２０】
また，空洞部用環状隔壁部材３４０は，図２０に示すようなＯリング３４６で構成してもよい。Ｏリング３４６についても，上記樹脂リング３４４の場合と同様に，押しつけたときに弾性変形し易く反発力の弱い形状にすることが好ましい。例えば図２０に示すようにＯリング３４６は断面楕円状のものを使用する。
【０１２１】
さらに，空洞部用環状隔壁部材３４０は，図２１に示すように例えばアルミナ，イットリアなどのセラミックス系材料を電極支持体３２０の下面に溶射して形成した隔壁３４８でもよい。この場合，例えば電極支持体３２０の下面に空洞部を形成した後に，この空洞部の面にマスキングしてから電極支持体３２０の下面に向けてセラミックス系材料を溶射する。その後，溶射した部分を研磨することにより面一にして，電極板３１０を取付ける。なお，セラミックス系材料を電極支持体３２０の下面に溶射する代りに，樹脂系材料をコーティングして空洞部用環状隔壁部材３４０を形成するようにしてもよい。
【０１２２】
このような空洞部用環状隔壁部材３４０を形成した上部電極について異常放電が発生し易い条件で高周波電力を印加して実験を行った結果について説明する。例えば上部電極３０１と下部電極を構成するサセプタ１１６に高周波電力を印加する場合，その印加電圧と放電との関係は図２２に示すようになる。図２２は，縦軸に上部電極への印加電圧をとり，横軸に下部電極を構成するサセプタへの印加電圧をとっている。図２２はこれら印加電圧の組合せを変えて実験を行い，放電開始する高周波電力をグラフにしたものである。これによれば，放電開始する高周波電力が高いほど，放電が発生しない状態で印加する高周波電力のマージンを大きくとれるので，異常放電が発生し難いことになる。
【０１２３】
図２２において，ｙ３１は空洞部用環状隔壁部材３４０をアルミニウムで構成した場合（例えば図１８参照），ｙ３２は空洞部用環状隔壁部材３４０をＯリングで構成した場合（例えば図２０参照），ｙ３３は空洞部用環状隔壁部材３４０をアルミナを溶射して構成した場合（例えば図２１参照），ｙ３４は空洞部用環状隔壁部材３４０をテフロン（登録商標）で構成した場合（例えば図１９参照）である。
【０１２４】
図２２によれば，空洞部用環状隔壁部材３４０をアルミニウムで構成した場合（ｙ３１）に異常放電が最も発生し易いことがわかる。空洞部用環状隔壁部材３４０をＯリングで構成した場合（ｙ３２），空洞部用環状隔壁部材３４０をアルミナを溶射して構成した場合（ｙ３３）は，空洞部用環状隔壁部材３４０をアルミニウムで構成した場合（ｙ３１）よりも異常放電が発生し難く，空洞部用環状隔壁部材３４０をテフロン（登録商標）で構成した場合（ｙ３４）が最も異常放電が発生し難い。このように，空洞部用環状隔壁部材３４０を樹脂系材料やセラミックス系材料などの絶縁体で構成することにより，異常放電を効果的に防止できることがわかる。
【０１２５】
なお，処理室内に２系統でガスを導入するための上部電極を備えるプラズマ処理装置としては，図１５に示すように付加ガスを第２供給配管に供給するタイプのガス供給装置２０１を設けたものに限られるものではなく，例えば図２３に示すように付加ガスを第１供給配管と第２供給配管のいずれかに選択して供給できるタイプのガス供給装置２０１を設けたものに適用してもよい。
【０１２６】
具体的には図２３に示すガス供給装置２０１の付加ガス供給配管２０８からは，付加ガス用第１分岐流路を構成する付加ガス用第１分岐配管２５４及び付加ガス用の第２分岐流路を構成する付加ガス用第２分岐配管２５６が分岐している。
【０１２７】
これら付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６はそれぞれ，分流量調整手段２３０の下流側で，処理ガス用第１，第２分岐流路をそれぞれ構成する処理ガス用第１，第２分岐配管２０４，２０６の途中に接続される。付加ガス用第１分岐配管２５４には，その配管２５４を開閉する開閉バルブ２６４が設けられ，付加ガス用第２分岐配管２５６には，その配管２５６を開閉する開閉バルブ２６６が設けられている。この開閉バルブ２６４，２６６を制御することにより，付加ガス供給手段２２０からの付加ガスを第１，第２分岐配管２５４，２５６のいずれかに供給できる。なお，これら開閉バルブ２６４，２６６は付加ガス用分岐流路の流路切換手段を構成する。
【０１２８】
このようなガス供給装置２０１によれば，処理ガス供給手段２１０からの処理ガスは，分流量調整手段２３０によって分流量が調整されつつ，処理ガス用第１分岐配管２０４と処理ガス用第２分岐配管２０６に分流される。
【０１２９】
そして，処理ガス用第２分岐配管２０６へ付加ガスを供給する場合には，付加ガス用第１分岐配管２５４の開閉バルブ２６４を閉じたまま，付加ガス用第２分岐配管２５６の開閉バルブ２６６を開いて，付加ガス供給手段２２０から付加ガスの供給を開始する。これにより，その付加ガスは付加ガス供給配管２０８，付加ガス用第２分岐配管２５６を介して処理ガス用第２分岐配管２０６に流れて，第２処理ガスと混合される。そして，付加ガスは第２処理ガスとともに，第２バッファ室３６２を介してウエハＷのエッジ部に向けて供給される。
【０１３０】
一方，処理ガス用第１分岐配管２０４へ付加ガスを供給する場合には，付加ガス用第２分岐配管２５６の開閉バルブ２６６を閉じたまま，付加ガス用第１分岐配管２５４の開閉バルブ２６４を開いて，付加ガス供給手段２２０から付加ガスの供給を開始する。これにより，その付加ガスは付加ガス供給配管２０８，付加ガス用第１分岐配管２５４を介して処理ガス用第１分岐配管２０４に流れて，第１処理ガスと混合される。そして，付加ガスは第１処理ガスとともに，第１バッファ室３５２を介してウエハＷのセンタ部に向けて供給される。図２３に示すプラズマ処理装置１０１によれば，付加ガスを第１処理ガスと第２処理ガスのどちらに混合させるかを選択して供給することができる。
【０１３１】
なお，図２３に示すガス供給装置２０１では，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６にそれぞれ開閉バルブ２６４，２６６を設け，これらの開閉バルブ２６４，２６６を開閉制御することにより，付加ガス供給配管２０８からの付加ガスを流す流路を切換えるようにした場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６のいずれか一方に流路切換手段の他の例としての開閉バルブを設け，その開閉バルブを開閉制御することにより，付加ガス供給配管２０８からの付加ガスを流す流路を切換えるようにしてもよい。
【０１３２】
また，図２３に示すガス供給装置２０１では，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６にそれぞれ開閉バルブ２６４，２６６を設けたので，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６の両方から付加ガスを処理ガス用第１，第２分岐配管２０４，２０６へそれぞれ供給することもできる。この場合には，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６に例えばマスプローコントローラのような流量制御手段を設けてもよい。これにより，付加ガス用第１，第２分岐配管２５４，２５６を流れる付加ガスの流量を正確に制御することができる。
【０１３３】
また，上記第２実施形態において，処理ガス用第２分岐配管２０６は，処理ガス供給配管２０２から分岐する３つ以上の分岐配管で構成し，これら各第２分岐配管に付加ガス供給手段２２０からの付加ガスを供給可能に構成してもよい。これによれば，上部電極３００を３つ以上の処理ガス導入部に分けてそれぞれに処理ガスを供給するように構成することができるので，ウエハの外周部領域における処理の均一性をより細かく制御することができる。
【０１３４】
また，上記第２実施形態では，ガス供給装置２０１から供給された処理ガスが，処理室１１０の上部からウエハＷに向けて噴出される場合について説明したが，必ずしもこれに限られるものではなく，処理室１１０の他の部分，例えば処理室１１０におけるプラズマ生成空間ＰＳの側面からも処理ガスが噴出されるようにしてもよい。これによれば，プラズマ生成空間ＰＳの上部と側部からそれぞれ所定の処理ガスを供給できるので，プラズマ生成空間ＰＳ内のガス濃度を調整することができる。これにより，ウエハの処理の面内均一性をさらに向上することができる。
【０１３５】
また，上記第１，第２実施形態では，電極板裏面に設ける空洞部を３段の円板状空洞部を積み重ねた形状にした上部電極を例に挙げて説明したが，空洞部の形状はこれに限られるものではなく，中心部と周縁部とで高さが異なる形状の空洞部であればどのような形状であってもよい。例えば空洞部の段数は２段でも，４段以上でもよく，また周縁部から中心部へ向けて高さが徐々に高くなるような断面テーパ状形状や断面曲線形状であってもよい。
【０１３６】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３７】
例えば上述した第１，第２実施形態では，上部電極と下部電極の両方に高周波を印加する場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，上部電極のみに高周波を印加する場合にも本発明を適用できる。また，上部電極に２７〜１５０ＭＨｚの高周波を印加した場合について説明したが，この範囲に限るものではない。さらに，被処理基板としては半導体ウエハを用い，これにエッチングを施す場合について説明したが，これに限られるものではなく，被処理基板としては液晶表示装置（ＬＣＤ）基板等の他の基板であってもよい。また，プラズマ処理もエッチングに限られず，スパッタリング，ＣＶＤ等の他の処理であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は，プラズマ処理装置及びそれに用いられる電極に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。
【図２】同実施形態における上部電極の構成例を示す断面図である。
【図３】図２に示す空洞部を模式的に示す図である。
【図４】空洞部を形成しない場合の上部電極を説明する図である。
【図５】電極板及び空洞部の電界強度を説明するための図である。
【図６】空洞部が１段の場合の上部電極を説明する図である。
【図７】図６に示す空洞部を模式的に示す図である。
【図８】上部電極の下方に発生する電界強度分布を示す図である。
【図９】電極板裏面側に１段空洞部を形成した上部電極を使用してウエハに対してエッチング処理を行った場合のエッチングレート分布を示す図である。
【図１０】電極板裏面側に３段空洞部を形成した上部電極を使用してウエハに対してエッチング処理を行った場合のエッチングレート分布を示す図である。
【図１１】図３に示す３段空洞部のうちの１段目の空洞部だけを形成した場合の電極支持体を示す図である。
【図１２】図３に示す３段空洞部のうちの１段目と２段目の空洞部だけを形成した場合の電極支持体を示す図である。
【図１３】図３に示す３段空洞部のうちの１段目と２段目と３段目の空洞部を形成した場合の電極支持体を示す図である。
【図１４】空洞部の段数と上部電極の下方に発生する電界強度分布との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。
【図１６】同実施形態にかかるガス供給装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】同実施形態における上部電極の構成例を示す断面図である。
【図１８】空洞部用環状隔壁部材が導電体のアルミニウムで構成される場合の構成例を示す図である。
【図１９】空洞部用環状隔壁部材が樹脂リングで構成される場合の構成例を示す図である。
【図２０】空洞部用環状隔壁部材がＯリングで構成される場合の構成例を示す図である。
【図２１】空洞部用環状隔壁部材がセラミックス系材料を電極支持体の下面に溶射して形成した隔壁部材で構成される場合の構成例を示す図である。
【図２２】上部電極と下部電極に印加される高周波電力と放電との関係を示す図である。
【図２３】本実施形態にかかるプラズマ処理装置の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１００，１０１      プラズマ処理装置
１１０      処理室
１１１      接地導体
１１２      絶縁板
１１４      サセプタ支持台
１１６      サセプタ
１１８      静電チャック
１２０      電極
１２２      直流電源
１２４      フォーカスリング
１２６      内壁部材
１２８      冷媒室
１３０      電極板
１３０ａ，１３０ｂ      配管
１３２      ガス供給ライン
１４６      整合器
１４８      給電棒（上部給電棒）
１５０      コネクタ
１５２      給電筒
１５６      絶縁部材
１７０      給電棒（下部給電棒）
１７２      可変コンデンサ
１７４      排気口
１７６      排気管
１７８      排気装置
１８０      整合器
１８４      ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１８６      ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２００，２０１      ガス供給装置
２０２      処理ガス供給配管
２０４      処理ガス用第１分岐配管
２０６      処理ガス用第２分岐配管
２０８      付加ガス供給配管
２１０      処理ガス供給手段
２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ      ガス供給源
２１４ａ〜２１４ｃ      マスフローコントローラ
２２０      付加ガス供給手段
２２２ａ，２２２ｂ      ガス供給源
２２４ａ，２２４ｂ      マスフローコントローラ
２３０      分流量調整手段
２３２，２３４      圧力調整部
２３２ａ，２３４ａ      圧力センサ
２３２ｂ，２３４ｂ      バルブ
２３４      圧力調整部
２４０      圧力コントローラ
２５４      付加ガス用第１分岐配管
２５６      付加ガス用第２分岐配管
２６４，２６６      開閉バルブ
３００，３０１      上部電極
３０２      内側上部電極
３０４      外側上部電極
３０６      誘電体
３０８      絶縁性遮蔽部材
３１０      電極板
３１２      ガス噴出孔
３２０      電極支持体
３２２      バッファ室
３２３      バッファ室用環状隔壁部材
３２４      上部部材
３２６      クーリングプレート
３３０      空洞部
３３２      第１円板状空洞部
３３４      第２円板状空洞部
３３６      第３円板状空洞部
３４０      空洞部用環状隔壁部材
３４２      隔壁
３４４      樹脂リング
３４６      Ｏリング
３４８      隔壁
３５０，３６０      ガス導入部
３５２，３６２      バッファ室
４００      制御部
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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