(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
前記電極板と前記支持体との間に介在して設けられ、基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給源に接続されたガス拡散空間が形成されると共に、比誘電率が１〜１０の誘電体により形成された部材と、を備え、
前記電極板には、前記ガス拡散空間に連通し、処理空間に処理ガスをシャワー状に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されていることを特徴とするプラズマ処理用の電極。
【請求項２】
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、を備え、
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることを特徴とするプラズマ処理用の電極。
【請求項３】
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
処理種別と誘電体注入空間内の誘電体の注入量とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
選択された処理種別に対応する前記誘電体の注入量を読み出して誘電体の注入量を制御する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理用の電極。
【請求項４】
前記誘電体注入空間は、前記支持体の前記電極板側の面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項５】
基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給源に接続されたガス拡散空間が形成された部材を備え、
前記電極板には、前記ガス拡散空間に連通し、処理空間に処理ガスをシャワー状に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項６】
前記ガス拡散空間が形成された部材は、前記電極板または前記支持体を兼用することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項７】
前記ガス拡散空間が形成された部材は、前記電極板と前記支持体との間に介在することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項８】
前記ガス拡散空間が形成された部材は、比誘電率が１〜１０の誘電体により形成されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項９】
前記電極板の中心部に下方に突出して設けられ、処理ガスを処理空間に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されたドーム状ガス供給部材を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項１０】
前記支持板の温度を調整するための温度調整機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項１１】
上部電極に対向して設けられ、この上部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、その載置面に載置された基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
プラズマ生成用の第１の高周波電源とプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源の少なくとも一方が接続され、上部電極に対向するように設けられた電極体と、
処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
この誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、を備え、
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることを特徴とするプラズマ処理用の電極。
【請求項１２】
上部電極に対向して設けられ、この上部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、その載置面に載置された基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
プラズマ生成用の第１の高周波電源とプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源の少なくとも一方が接続され、上部電極に対向するように設けられた電極体と、
処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
この誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
処理種別と誘電体注入空間内の誘電体の注入量とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
選択された処理種別に対応する前記誘電体の注入量を読み出して誘電体の注入量を制御する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理用の電極。
【請求項１３】
前記誘電体注入空間は、基板の中央部に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項１４】
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることを特徴とする請求項１、３及び１２のいずれか一つに記載のプラズマ処理用の電極。
【請求項１５】
上部電極と下部電極をなす載置台とを備えたプラズマ処理装置において、
請求項１ないし１０、１３、１４のいずれか一つに記載の上部電極と請求項１１ないし１４のいずれか一つに記載の下部電極との少なくとも一方を備えた処理容器と、
前記下部電極に接続されたプラズマ生成用の第１の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給路と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
上部電極と下部電極をなす載置台とを備えたプラズマ処理装置において、
請求項１ないし１０、１３、１４のいずれか一つに記載の上部電極と請求項１１ないし１４のいずれか一つに記載の下部電極との少なくとも一方を備えた処理容器と、
前記上部電極と前記下部電極とのいずれかに接続されたプラズマ生成用の第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続されたプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給路と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
互いに対向する電極板と下部電極をなす載置台との間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記電極板における前記下部電極とは反対側にて当該電極板を支持するために設けられた支持体の誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記電極板と前記支持体との間に設けられると共に比誘電率が１〜１０の誘電体により形成された部材の内部におけるガス拡散空間に処理ガスを供給し、前記ガス拡散空間に連通するように前記電極板に多数箇所に形成されたガス吐出孔から、前記処理容器内に処理ガスをシャワー状に供給する工程と、
その後、前記電極板と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１８】
互いに対向する電極板と下部電極をなす載置台との間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記電極板における前記下部電極とは反対側にて当該電極板を支持するために設けられた支持体の誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
その後、前記電極板と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、
前記排出する工程にて前記誘電体注入空間から排出した誘電体を当該誘電体注入空間に循環させる工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
上部電極と、当該上部電極に対向して下部電極として配置されると共にプラズマ生成用の高周波電源及びプラズマ中のイオン引き込み用の高周波電源の少なくとも一方に接続された載置台と、の間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記下部電極に形成された誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
その後、前記上部電極と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、
前記排出する工程にて前記誘電体注入空間から排出した誘電体を当該誘電体注入空間に循環させる工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とす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、プラズマ処理が施される半導体ウエハ等の被処理基板を処理するための上部電極、載置台（下部電極）、この上部電極と載置台との少なくとも一方を備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、処理ガスをプラズマ化して基板の処理を行うプラズマ処理として、例えばドライエッチング処理やアッシング処理等が知られている。上記のドライエッチング処理を行うエッチング装置では、例えば平行平板状の一対の電極を上下に対向させて配置し、これらの電極の間に高周波電力を印加することにより装置内に導入された処理ガスをプラズマ化して、下部側の電極上に載置された半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の被処理基板のエッチング処理を行うようにしている。このエッチング処理としては、具体的には例えばウェハの被エッチング膜上に形成されたレジストパターンをマスクとして、当該被エッチング膜に凹部を形成する処理などである。
【０００３】
ところで、近年プラズマ処理においてはプラズマ中のイオンエネルギーが低く、且つ電子密度の高い、「低エネルギー、高密度プラズマ」が要求される処理が多くなってきている。例えばシリコンや有機膜のエッチングを行う場合には、高密度のプラズマを発生させると共にウェハへのイオンの引き込みを小さくするために、下部側の電極に高周波電力を印加するようにしている。  
一方、このような低エネルギー、高密度のプラズマを発生させるためには、高周波電力の周波数が従来（例えば十数ＭＨｚ程度）と比べて、例えば１００ＭＨｚと非常に高くなる場合がある。しかしながら印加する電力の周波数を上昇させると、電極表面の中央、即ちウエハの中央に相当する領域で電界強度が強くなる一方で、その周縁部では電界強度が低くなる傾向がある。そのため、図１６に示すように、ウェハの中央部ではエッチングが速やかに進行するが、ウェハの周縁部では中央部よりもエッチングレートが低くなってしまう。
【０００４】
このような問題に対し、特許文献１、２には、上部電極の中央付近に誘電体を埋設し、この誘電体により電界強度分布を均一化してプラズマ処理の面内均一性を高めるエッチング装置が記載されている。しかしながら、このようなエッチング装置においては、同じ積層構造のウェハに対して同じ処理条件でプラズマ処理を行う場合だけではなく、例えば既述の被エッチング膜やレジストパターンの膜種が異なるウェハに対して処理を行う場合がある。また、同じ積層構造であっても、レジストパターンに形成されたパターンの形状が変わったり、あるいは被エッチング膜に形成する凹部のアスペクト比（凹部の開口径に対する深さの比）が変わったりする場合もある。  
そのような場合には、ウェハの種類などに応じて、使用する処理ガスの種類やガス圧力、高周波電力値などの処理条件を調整する必要がある。そのため、処理条件毎にプラズマの状態が変わるので、プラズマ処理の面内均一性を高めるために、処理条件に応じて電界強度分布を調整する必要がある。しかし、既述の上部電極に誘電体を設けたエッチング装置では、電界強度分布を調整するためには例えば装置を分解して誘電体を交換しなければならず、処理条件に応じて電界強度分布を調整することは実質的には極めて困難である。
【０００５】
また、特許文献３には、チャンバ筐体と第一電極との間に誘電材料により形成される調節部品を設置し、更にこの調節部品内に槽状構造を設置して、この槽状構造内に誘電率を調整できる物質を入れる技術が記載されているが、この技術は第一電極と接地されたチャンバとの間における電気的接続の度合いを調整することによって等価誘電率を調節するものであり、上記の課題を解決できるものではない。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２３４５６号公報（段落００４９、図４）
【特許文献２】特開２００５−２２８９７３号公報（段落００３０〜００３３、図１）
【特許文献３】特開２００７−４８７４８号公報（段落００３８、図３〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、処理条件に応じてプラズマの電界強度の面内均一性を簡便に向上させることにより、基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置用の上部電極あるいは載置台（下部電極）、またこの上部電極と載置台との少なくとも一方を備えたプラズマ処理装置及び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】
【０００８】
本発明のプラズマ処理用の電極は、
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
前記電極板と前記支持体との間に介在して設けられ、基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給源に接続されたガス拡散空間が形成されると共に、比誘電率が１〜１０の誘電体により形成された部材と、を備え、
前記電極板には、前記ガス拡散空間に連通し、処理空間に処理ガスをシャワー状に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されていることを特徴とする。  
また、本発明の別のプラズマ処理用の電極は、
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、を備え、
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることを特徴とする。
更に、本発明のプラズマ処理用の電極は、
基板が載置される下部電極に対向して設けられ、この下部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、前記基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
前記下部電極に対向するように設けられた電極板と、
この電極板における前記下部電極とは反対側に設けられ、当該電極板を支持する支持体と、
この支持体に形成され、処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
前記誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
処理種別と誘電体注入空間内の誘電体の注入量とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
選択された処理種別に対応する前記誘電体の注入量を読み出して誘電体の注入量を制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記誘電体注入空間は、前記支持体の前記電極板側の面に形成されていることが好ましい。  
また、基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給源に接続されたガス拡散空間が形成された部材を備え、
前記電極板には、前記ガス拡散空間に連通し、処理空間に処理ガスをシャワー状に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されていることが好ましい。  
前記ガス拡散空間が形成された部材は、前記電極板または前記支持体を兼用するようにしても良いし、あるいは前記電極板と前記支持体との間に介在するようにしても良い。また、このガス拡散空間が形成された部材は、比誘電率が１〜１０の誘電体により形成されていても良い。  
また、上記の電極は、前記電極板の中心部に下方に突出して設けられ、処理ガスを処理空間に噴出するための多数のガス吐出孔が形成されたドーム状ガス供給部材を備えていても良い。  
更に、上記電極は前記支持板の温度を調整するための温度調整機構を備えていることが好ましい。  
【００１０】
また、本発明のプラズマ処理用の電極は、
上部電極に対向して設けられ、この上部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、その載置面に載置された基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
プラズマ生成用の第１の高周波電源とプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源の少なくとも一方が接続され、上部電極に対向するように設けられた電極体と、
処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
この誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、を備え、
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理用の電極は、
上部電極に対向して設けられ、この上部電極との間に高周波電力が供給されてプラズマを発生させ、その載置面に載置された基板に対してプラズマ処理を行うための電極であって、
プラズマ生成用の第１の高周波電源とプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源の少なくとも一方が接続され、上部電極に対向するように設けられた電極体と、
処理空間の電界強度を調整するための誘電体を注入するための誘電体注入空間と、
この誘電体注入空間に誘電体供給路を介して接続され、当該誘電体注入空間に誘電体を供給するための誘電体供給源と、
前記誘電体注入空間に接続され、当該誘電体注入空間から誘電体を排出するための誘電体排出路と、
処理種別と誘電体注入空間内の誘電体の注入量とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
選択された処理種別に対応する前記誘電体の注入量を読み出して誘電体の注入量を制御する手段と、を備えたことを特徴とする。 
前記誘電体注入空間は、基板の中央部に対応する位置に設けられていることが好ましい。  
前記誘電体注入空間と前記誘電体供給源との間において誘電体が循環するように、前記誘電体排出路は前記誘電体供給源に接続されていることが好ましい。 
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置は、
上部電極と下部電極をなす載置台とを備えたプラズマ処理装置において、
上記の電極を上部電極あるいは下部電極の少なくとも一方として備えた処理容器と、
前記下部電極に接続されたプラズマ生成用の第１の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給路と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備えたことを特徴とする。  
また、本発明のプラズマ処理装置は、
上部電極と下部電極をなす載置台とを備えたプラズマ処理装置において、
上記の電極を上部電極あるいは下部電極の少なくとも一方として備えた処理容器と、
前記上部電極と前記下部電極とのいずれかに接続されたプラズマ生成用の第１の高周波電源と、
前記下部電極に接続されたプラズマ中のイオン引き込み用の第２の高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するためのガス供給路と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のプラズマ処理方法は、
互いに対向する電極板と下部電極をなす載置台との間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記電極板における前記下部電極とは反対側にて当該電極板を支持するために設けられた支持体の誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記電極板と前記支持体との間に設けられると共に比誘電率が１〜１０の誘電体により形成された部材の内部におけるガス拡散空間に処理ガスを供給し、前記ガス拡散空間に連通するように前記電極板に多数箇所に形成されたガス吐出孔から、前記処理容器内に処理ガスをシャワー状に供給する工程と、
その後、前記電極板と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のプラズマ処理方法は、
互いに対向する上部電極と下部電極をなす載置台とを備えた処理容器と、前記上部電極  互いに対向する電極板と下部電極をなす載置台との間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記電極板における前記下部電極とは反対側にて当該電極板を支持するために設けられた支持体の誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
その後、前記電極板と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、
前記排出する工程にて前記誘電体注入空間から排出した誘電体を当該誘電体注入空間に循環させる工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明のプラズマ処理方法は、
上部電極と、当該上部電極に対向して下部電極として配置されると共にプラズマ生成用の高周波電源及びプラズマ中のイオン引き込み用の高周波電源の少なくとも一方に接続された載置台と、の間に高周波電力を供給することによって、処理容器内にて前記載置台上の基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記下部電極に形成された誘電体注入空間に誘電体を供給する工程と、
前記載置台に基板を載置する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
その後、前記上部電極と前記下部電極との間において前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記基板に対してプラズマ処理を行う工程と、
前記誘電体注入空間から誘電体を排出する工程と、
前記排出する工程にて前記誘電体注入空間から排出した誘電体を当該誘電体注入空間に循環させる工程と、を含み、
前記誘電体を供給する工程は、前記誘電体注入空間内に誘電体を供給しない時よりも前記プラズマの電界強度の面内均一性が高くなるように当該誘電体の供給量を調整する工程であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラズマ処理装置用の上部電極あるいは下部電極をなす載置台に誘電体を注入するための誘電体注入空間を形成すると共に、この誘電体注入空間に連通する誘電体供給路と誘電体排出路とを設けることによって、この誘電体注入空間内に誘電体を供給するようにしている。従って、誘電体注入空間へ注入する誘電体の注入量を調整することにより、誘電体注入空間によるキャパシタ成分を変えることができるので、プラズマの電界強度の面内分布を容易に調整することができ、そのため様々な処理条件に応じて面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る上部電極をプラズマ処理装置であるエッチング装置に適用した実施の形態について図１を参照しながら説明する。図１は、直径が例えば３００ｍｍの基板である半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）Ｗに対してエッチング処理を行うためのＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）エッチング装置の一例を示している。このエッチング装置は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバーである例えばアルミニウムなどの導電性部材からなる処理容器２１と、この処理容器２１内の底面中央に配設された載置台３０と、載置台３０の上方にこの載置台３０と対向するように設けられた上部電極５０と、を備えている。
【００１９】
処理容器２１の底面には排気口２２が形成されており、この排気口２２には、図示しない圧力調整手段を備えた排気管２４を介して真空ポンプ等を含む真空排気装置２３が真空排気手段として接続されている。処理容器２１の壁面にはウェハＷの搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブ２６によって開閉可能となっている。この処理容器２１内の上部電極５０と載置台３０との間における処理空間１から外れた部位（処理容器２１の内壁、処理容器２１の天壁）には、例えばエッチングにより生成する生成物の付着を抑えるためのカバー部材２１ａが設けられている。尚、処理容器２１は電気的に接地されている。
【００２０】
載置台３０は、電極体である下部電極３１とこの下部電極３１を下方から支持する支持体３２とからなり、処理容器２１の底面に絶縁部材３３を介して配設されている。また、載置台３０は、リング状部材４０により側面が覆われており、更にその外側には、例えばエッチングにより生成する生成物の付着を抑えるためのカバー部材４１が設けられている。  
載置台３０の上部には多数の貫通孔（図示せず）が形成された静電チャック３４が設けられており、高圧直流電源３５からこの静電チャック３４内の電極膜３４ａに電圧が印加されると、載置台３０上にウェハＷが静電吸着されるように構成されている。
【００２１】
載置台３０内には所定の温調媒体が通る温調流路３７が形成されており、この温調流路３７内の温調媒体によってウェハＷが所望の温度に調整されるように構成されている。また、載置台３０の内部にはＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスをバックサイドガスとして供給するガス流路３８が形成されており、このガス流路３８は載置台３０の上面の複数箇所で開口している。これらの開口部は静電チャック３４に形成された貫通孔と連通しており、ウェハＷの裏面にバックサイドガスを供給できるように構成されている。
【００２２】
下部電極３１には、例えば周波数が１００ＭＨｚの高周波電力を供給する第１の高周波電源６ａと、第１の高周波電源６ａよりも周波数の低い、例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を供給する第２の高周波電源６ｂと、が夫々整合器７ａ、７ｂを介して接続されている。第１の高周波電源６ａより供給される高周波電力は、後述する処理ガスをプラズマ化する役割を果たし、第２の高周波電源６ｂより供給される高周波電力は、ウエハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウエハＷ表面に引き込む役割を果たす。
【００２３】
また、下部電極３１の外周縁には静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング３９が配置され、プラズマ発生時にこのフォーカスリング３９を介してプラズマが載置台３０上のウェハＷに集束するように構成されている。  
処理容器２１内の下方位置における既述のカバー部材４１と処理容器２１の内壁（カバー部材２１ａ）との間には、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たすバッフル板２８が設けられている。
【００２４】
次に、本発明の上部電極５０の実施の形態について説明する。この上部電極５０は、支持体５１、ガス拡散部材５４ａ及び電極板５４が上側からこの順番で積層されて構成されている。支持体５１は、下面の直径がウェハＷの直径よりも僅かに例えば１０ｍｍ程度大きくなるように形成されており、また導電性のアルミニウムから構成されている。この上部電極５０は、絶縁部材５２により処理容器２１の天壁に周方向から固定されている。
【００２５】
図２に示すように、ガス拡散部材５４ａは支持体５１の下面と同径をなし、上面の中央位置にガス供給口５５が形成されている。このガス拡散部材５４ａの内部には、ガス供給口５５と連通するように、水平方向に伸びるガス拡散空間であるガス拡散路５６が形成されている。このガス拡散部材５４ａは、例えば高抵抗の金属あるいは比誘電率が１〜１０の誘電体例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン（ポリテトラフルオロエチレン））樹脂などによって構成されている。  
電極板５４は例えばシリコンからなり、下面には処理空間１に処理ガスをシャワー状に供給するための多数のガス吐出孔５３が形成されており、このガス吐出孔５３は既述のガス拡散路５６に連通している。この電極板５４は、支持体５１の下面と同径をなし、例えば厚さｔ１が５ｍｍ、２５℃での抵抗率が０．５Ωｍである。
【００２６】
支持体５１の底面中央部には、図２及び図３に示すように、ウェハＷの中央部に対応する位置に例えば直径Ｒが１６０ｍｍ、深さ寸法ｔ２が例えば５ｍｍとなるように、後述の誘電体を貯留するための誘電体注入空間である凹部５７が形成されている。この凹部５７の外周における支持体５１の底面には、図１及び図２では図示を省略しているが、リング状の溝内にはめ込まれたシール部材５８が設けられており、例えば図示しないボルトなどの固定手段により電極板５４と支持体５１とが圧接されると、凹部５７が気密に保たれるように構成されている。
【００２７】
また、この支持体５１の中央には、当該支持体５１を上下方向に貫通するようにガス流路をなすガス供給管５９が設けられている。このガス供給管５９は、下端側が凹部５７内を通ってガス拡散部材５４ａの上面において既述のガス供給口５５に気密に接続されている。従って、上記の凹部５７は、ガス供給管５９及び処理空間１から気密に区画されたことになる。
【００２８】
ガス供給管５９の上端側は、支持体５１の上面に設けられたガス供給路をなすガス供給管６０に接続されている。このガス供給管６０の上流側には、バルブ８１と流量調整部８２とからなるガス供給系１００を介してエッチング用の処理ガスが貯留された処理ガス供給源８３が接続されている。図示を省略しているが、この処理ガス供給源８３には、例えば複数の分岐路、バルブ及び流量調整部を介して複数の処理ガス源が接続されており、処理を行うウェハＷの種類に応じて処理ガスが切り替えられるように構成されている。
【００２９】
この支持体５１内には、凹部５７に連通するように、凹部５７の上面（ガス拡散部材５４ａに対向する面）に接続された誘電体供給路６１と誘電体排出路６２とが設けられており、誘電体供給路６１は凹部５７の上面の高さ位置にて開口し、誘電体排出路６２は凹部５７内のガス拡散部材５４ａに近接する位置にて開口している。誘電体供給路６１の上流側にはバルブ６３と例えばロータリーポンプなどの送液手段６４とを介して誘電体供給源６５が接続されている。この誘電体供給源６５内には、例えば比誘電率が１．９程度の液体である誘電体例えばフッ素性不活性液体（Ｃ６Ｆ１４）が貯留されており、既述の誘電体供給路６１はこの誘電体供給源６５内の下端に近接する位置にて開口している。
【００３０】
上記のバルブ６３の下流側（支持体５１側）における誘電体供給路６１には、当該誘電体供給路６１を介して凹部５７内に例えば窒素ガスを供給し、この窒素ガスの圧力により凹部５７内の誘電体を誘電体排出路６２を介して排出するための排出用ガス供給路９１の一端側が接続されている。この排出用ガス供給路９１の他端側には、バルブ９２と流量調整部９３とを介して例えば窒素ガスが貯留された排出用ガス源９４が接続されている。また、既述の誘電体排出路６２の下流側（凹部５７の他端側）には、誘電体供給源６５が接続されており、凹部５７内の誘電体がこの誘電体排出路６２を介して誘電体供給源６５に戻されるように構成されている。誘電体供給源６５の上面には、内部の気体を排気するためのガス排気路６６が接続されており、凹部５７内に誘電体や既述の窒素ガスを供給するときには、このガス排気路６６に設けられたバルブ６７を開放することにより、誘電体排出路６２を介して誘電体供給源６５内に供給される窒素ガスを排気するように構成されている。これらのバルブ６３、６７、９２、送液手段６４及び流量調整部９３は、誘電体供給系１０１をなす。
【００３１】
支持体５１内の凹部５７の上側には、図３にも示すように、温度調整機構である温調流路７１が水平方向に蛇腹状に張り巡らされている。この温調流路７１の両端には、支持体５１の上面を貫通して温調媒体供給路７２と温調媒体排出路７３とが夫々接続されている。この温調媒体供給路７２の上流側には、図１に示すように、例えばヒーターやチラーなどの温調機構７５、バルブ７６、流量調整部を備えた送液ポンプなどの送液手段７７を介して温調媒体供給源７８が接続されており、所定の温度例えば６０℃〜２００℃に温調された温調媒体が支持体５１内を通流することにより、既述の電極板５４の温度を例えば６０℃〜２００℃に調整できるように構成されている。温調媒体排出路７３の下流側（排出先）は、上記の温調媒体供給源７８に接続されており、既述の送液手段７７により温調媒体が循環するように構成されている。この温調機構７５、バルブ７６、送液手段７７は、温調媒体供給系１０２をなす。
【００３２】
支持体５１の上面には、電源１１０に接続されたヒーター５１ａが温度調整機構の一部として設けられており、この支持体５１及びガス拡散部材５４ａを介して電極板５４を例えば６０℃〜２００℃に加熱できるように構成されている。このヒーター５１ａの側方位置における絶縁部材５２の上面には、熱電対などの温度検出手段５１ｂが設けられており、絶縁部材５２の上面位置における温度を介して電極板５４の下面の中央部における温度を測定できるように構成されている。従って、温度検出手段５１ｂにより電極板５４の温度が検出され、後述の制御部１０によってヒーター５１ａの温度と既述の温調流路７１内を通流する温調媒体の温度及び流量とを介して当該電極板５４の温度が制御されるように構成されている。尚、この支持体５１は接地されている。また、既述の図３は、この支持体５１を下側から見た図である。
【００３３】
このエッチング装置には、図４に示すように、誘電体の注入量を読み出して誘電体の注入量を制御する手段として例えばコンピュータからなる制御部１０が設けられており、この制御部１０はＣＰＵ１１、メモリ１２、プログラム１３、作業用のワークメモリ１４からなるデータ処理部などを備えている。メモリ１２には、処理ガスの種類、処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量、高周波電力の周波数及び電力値などの処理条件の値と、凹部５７内に供給する誘電体の量及び電極板５４の温度からなるデータと、が書き込まれる領域が処理種別（レシピ）毎に設けられている。この時の誘電体の量と電極板５４の温度とは、上記の処理条件において処理ガスをプラズマ化する時に、プラズマの電界強度（電子密度）の面内均一性が良好な状態となるように、凹部５７によるキャパシタ成分及び電極板５４の抵抗値（抵抗率）が所定の値となるように予め例えば実験や計算により求めた値である。このように凹部５７内の誘電体の量と電極板５４の温度とを変えることによりプラズマの電界強度の面内均一性が良好となるのは、以下の理由による。
【００３４】
凹部５７により形成されるキャパシタの容量、キャパシタを構成する誘電体の誘電率、キャパシタを構成する電極の面積、キャパシタを構成する誘電体の厚さをそれぞれＣ、ε、Ｓ、ｄとすると、
Ｃ  ＝  ε（Ｓ／ｄ）                                  ・・・・・（１）
の関係式が得られる。そのため、凹部５７内に供給する誘電体の量を調整することによって（１）式のｄを調整することになるので、その結果凹部５７によるキャパシタの容量Ｃが変わることになる。  
例えば凹部５７によるキャパシタの容量Ｃが小さくなると、上部電極５０と載置台３０との間におけるインピーダンスが大きくなるので、処理空間１に供給される見かけ上の高周波電力が小さくなり、プラズマの電界強度が低くなる。一方、凹部５７によるキャパシタの容量Ｃが大きくなると、上部電極５０と載置台３０との間におけるインピーダンスが小さくなり、プラズマの電界強度が高くなる。従って、プラズマの電界強度の面内分布に合わせて凹部５７によるキャパシタの容量Ｃを調整することにより、つまりプラズマの電界強度が高い領域（ウェハＷの中央領域）では凹部５７に誘電体を注入してキャパシタの容量Ｃを小さくすることによって、プラズマの面内均一性を高めることができると考えられる。
【００３５】
また、第１の高周波電源６ａから供給される高周波電力に対する電極板５４のスキンデプス、第１の高周波電源６ａから供給される高周波電力の周波数、電極板５４の透磁率、電極板５４の比抵抗、円周率をそれぞれδ、ｆ、μ、ρ、πとすると、
δ＝（２／ωμσ）１／２、ω＝２πｆ、σ＝１／ρ      ・・・・（２）
式が成り立つ。そのため、電極板５４の温度を調整することによって（２）式のρを調整することになるので、その結果プラズマからの凹部５７の見え方が変わり、電界強度分布を調整できることになる。  
以上のことから、凹部５７内に供給する誘電体の量と電極板５４の温度とを調整している。尚、メモリ１２に上記の凹部５７内に供給する誘電体の量と電極板５４の温度とを予め記憶させずに、処理パラメータが読み出される都度これらの値を計算するようにしても良い。
【００３６】
プログラム１３には、制御部１０からエッチング装置の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷの処理や搬送を行うように命令が組み込まれている。また、このプログラム１３には、上記のメモリ１２に書き込まれた誘電体の量及び温度となるように、送液手段６４、７７、バルブ６３、６７、９２及び流量調整部９３を制御するように命令が組み込まれている。ＣＰＵ１１がプログラム１３の各命令を実行する際、上記の処理条件がワークメモリ１４に読み出され、その条件に応じた制御信号がこのエッチング装置の各部位に送られることになる。このプログラム（処理条件の入力操作や表示に関するプログラムも含む）１３は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部１５に格納されて制御部１０にインストールされる。
【００３７】
次に、上記のエッチング装置の作用について図５、図６を参照して説明する。先ず、これから実施しようとするプロセスのレシピを選択し、選択されたレシピに応じた処理条件をメモリ１２からワークメモリ１４に読み出す。そして、バルブ６３、６７を開放すると共に、図５に示すように、凹部５７内の誘電体が上記の処理条件に応じた量となるように送液手段６４を駆動して誘電体供給源６５の誘電体を凹部５７内に供給する。そして、凹部５７内に誘電体が満たされていくと、この凹部５７内に予め充満していた雰囲気例えば窒素ガスは、この誘電体に押し出されて、誘電体排出路６２を介して誘電体供給源６５に排出され、次いでガス排気路６６を介してエッチング装置の外部に排気される。また、送液手段７７により温調媒体を温調流路７１内に通流させ、またヒーター５１ａに通電することにより、電極板５４の温度を所定の温度例えば９０℃に調整する。
【００３８】
そして、ゲートバルブ２６を開放して図示しない搬送手段によりウェハＷを処理容器２１内に搬入し、載置台３０上に載置する。このウェハＷの表面には、例えばシリコン酸化膜が形成されており、このシリコン酸化膜の上方には、パターニングされたレジストマスク（いずれも図示せず）が積層されている。次いで、ウェハＷを静電チャック３４により吸着すると共に、温調流路３７及びガス流路３８内の温調媒体及び熱伝導性ガスの流量を調整して、ウェハＷの温度を例えば３０℃に調整する。次いで、所定流量の処理ガス例えばＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２を処理容器２１内に供給すると共に、処理容器２１内が所定の真空度となるように真空排気装置２３の排気量を調整する。
【００３９】
続いて、第１の高周波電源６ａ及び第２の高周波電源６ｂから夫々所定の電力値の高周波を載置台３０に供給し、処理ガスをプラズマ化すると共に、プラズマ中のイオンをウェハＷ側に引き込む。この時、凹部５７（誘電体）を設けない従来の上部電極５０であれば、既述の図１６に示すように、ウェハＷの中央ではエッチングが速やかに進行し、一方周縁部では中央よりもエッチング速度が遅くなる。しかし、凹部５７内の誘電体の量と電極板５４の温度とが既述のように調整されているので、ウェハＷの中央付近におけるプラズマの電界強度（電子密度）が小さくなり、従って図６に示すように、プラズマの電界強度が面内において均一になり、そのためウェハＷの面内においてエッチング速度が揃うこととなる。尚、図６中のプラズマ内における矢印は、プラズマの電界強度を模式的に示したものである。
【００４０】
そして、エッチング終了後、高周波の供給を停止すると共に処理ガスの供給を停止する。また、処理容器２１内を排気してウェハＷを処理容器２１内から搬出する。そして、引き続き後続の例えば処理条件の異なるウェハＷに対して処理を行うときは、上記の例と同様に誘電体供給系１０１及び温調媒体供給系１０２を介して、そのレシピに応じて凹部５７内における誘電体の量と電極板５４の温度とを調整する。この時、凹部５７内の誘電体の量を増やす場合には、バルブ６３、６７を開放して送液手段６４により誘電体を凹部５７内に供給する。また、凹部５７内の誘電体の量を減らすときには、バルブ６３を閉じてバルブ６７、９２を開放し、排出用ガス源９４から窒素ガスを凹部５７内に供給することで、凹部５７内の誘電体を誘電体排出路６２を介して誘電体供給源６５に排出する。
【００４１】
上述の実施の形態によれば、支持体５１に凹部５７を形成し、またこの凹部５７に連通する誘電体供給路６１と誘電体排出路６２とを設けることによって、当該凹部５７内に誘電体を供給できるようにしている。また、ウェハＷの種類（被エッチング膜やマスクなどの組成）、処理ガスの種類やガス圧力などの処理条件に応じて変化するプラズマの電界強度の面内分布を予め実験や計算により求めておき、このプラズマの電界強度の面内分布が均一化するように、凹部５７内の誘電体の量を調整している。そのために、処理ガスのプラズマの電界強度の面内分布を容易に均一化することができ、従って様々な処理条件に応じて面内均一性高くエッチングを行うことができる。更に、この凹部５７内の誘電体の量と共に、電極板５４の温度を調整して当該電極板５４の抵抗値（抵抗率）を調整するようにしているので、後述の実施例の結果からも、プラズマの電界強度の面内分布をきめ細かく調整することができる。
【００４２】
また、支持体５１に凹部５７を形成するにあたり、当該支持体５１の下面を覆うように電極板５４（ガス拡散部材５４ａ）を設けているので、例えば凹部５７の接合面などが処理空間１に露出しない。従って、この凹部５７の接合面などからのパーティクルの発生を抑えることができる。  
尚、上記の例では、凹部５７の寸法を直径Ｒが１６０ｍｍ、深さ寸法ｔ２を５ｍｍとしたが、後述の実施例からも、直径Ｒについては１００〜３００ｍｍ、深さ寸法ｔ２については５〜１０ｍｍ程度に設定するようにしても良い。また、凹部５７内の誘電体の量と共に電極板５４の温度を変えるようにしたが、電極板５４の温度については調整せずに、凹部５７内に供給する誘電体の量を調整するようにしても良い。また、電極板５４の材質としては、シリコン以外にも、例えばカーボンなどを用いるようにしても良い。
【００４３】
また、上記の例においては、ガス拡散部材５４ａ内に処理ガスを拡散させるガス拡散路５６を形成するようにしたが、図７に示すように、電極板５４に形成するようにしても良い。更に、図８に示すように、ガス拡散部材５４ａを設けずに、支持体５１と電極板５４とを密着させると共に、電極板５４を貫通し、ガス供給管５９と連通するガス導入路１２１を電極板５４に設けても良い。この場合には、多数の孔部が形成された下側が凸のドーム型のガス供給部材であるガス噴出口１２２をガス導入路１２１と連通するように電極板５４の下面に設けて、このガス噴出口１２２から放射状に処理ガスをウェハＷに供給するようにしても良い。このような構成においても、上記の例と同様の作用効果が得られる。尚、上記の凹部５７としては、支持体５１の内部に形成するようにしても良い。
【００４４】
更にまた、上記のように静電チャック３４や温調流路３７あるいはガス流路３８が設けられた載置台３０ではなく、この載置台３０と比べて配管や電気配線の引き回しが少ない支持体５１に凹部５７を形成するようにしているので、当該凹部５７を容易に形成できるという効果が得られるが、図９に示すように、この凹部５７を載置台３０（下部電極３１）に形成するようにしても良い。この場合には、凹部５７が上記の例よりもウェハＷに近接し、従って誘電体によりプラズマの電界強度がより一層均一化されるので、更に面内均一性高くエッチング処理を行うことができる。尚、この場合には、静電チャック３４の電極の厚さとしては、例えば２０ｍｍ以下に設定される。また、この図９において、既述の例と同じ部材については同じ符号を付してある。更に、支持体５１と載置台３０との双方に凹部５７を形成するようにしても良い。尚、上部電極５０から処理ガスをウェハＷに供給するようにしたが、処理ガスの供給は上部電極５０から行うことに限定されるものではなく、例えばウェハＷの側方位置にガス供給管６０を接続するようにしても良い。
【００４５】
上記の例では、凹部５７に供給する誘電体として、比誘電率が１．９である液体状のフッ素系不活性液体を用いたが、その他にも例えば比誘電率が１〜３程度のＣＦ系あるいはＣＨＦ系の高分子（フロン系の液体で、常温で揮発しないもの）を用いても良い。また、この誘電体としては、比誘電率が１〜２０程度のセラミックス例えばＡｌ２Ｏ３からなる粉体や比誘電率が１〜４（１〜７）程度のＳｉＯ2（ガラスウール）、比誘電率が２程度の樹脂例えばＰＴＦＥの粉体、比誘電率が１程度の窒素（Ｎ２）ガスなどを用いても良い。更に、既述の誘電体排出路６２にバルブ、流量調整部及び真空ポンプ（いずれも図示せず）を設けて、凹部５７内を真空（ε：１）にするようにしても良い。更にまた、上記の誘電体の複数を混合して用いても良い。
【００４６】
また、このような誘電体を貯留する貯留槽をこれらの誘電体毎に設けて、様々な処理条件に応じて凹部５７内に供給する誘電体の種類を切り替えるようにしても良い。この場合には、既述の（１）式におけるεについても調整できることになるので、上記の例よりも更に広範囲に亘って電界強度分布を調整できる。更に、上記の例では、この誘電体を誘電体排出路６２を介して凹部５７内と誘電体供給源６５との間において循環するように構成したが、誘電体が例えば上記のガスなどの場合には、このガスを循環させずに誘電体排出路６２から系外に排出するようにしても良い。  
また、上記の例においては、レシピ毎に凹部５７内に注入する誘電体の量を調整するようにしたが、例えばウェハＷの処理中にプラズマの電界強度の面内分布が変化するような場合には、その変化に合わせてウェハＷの処理中に誘電体の量を調整するようにしても良い。
【００４７】
また、上記の例ではウェハＷの中央領域におけるプラズマの電界強度が高くなる現象を例に挙げて上部電極５０の比誘電率を調整する方法について説明したが、ウェハＷの中央領域のプラズマの電界強度が低くなる場合についても本発明を適用することができる。その場合には、凹部５７内に比誘電率の高い誘電体を供給するようにしても良いし、あるいは電極板５４の温度を下げるようにしても良い。また、既述のように、凹部５７内の誘電体の量と電極板５４の温度とを同時に調整するようにしても良い。
【００４８】
本発明が適用されるエッチング装置としては、上記の下部２周波の装置以外にも、図１０に示すように、上下２周波のエッチング装置に適用しても良い。この場合にも、同様にプラズマの面内における電界強度が均一化され、面内均一性高くエッチングを行うことができる。尚、図１０では記載を省略しているが、支持体５１はローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介して接地され、また下部電極３１はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を介して接地されている。また、既述の図１において、プラズマ中のイオンを引き込むための第２の高周波電源６ｂについては設けずに、下部１周波の装置としても良い。  
また、エッチング処理だけでなく、プラズマを用いた処理例えばアッシング処理やＣＶＤ処理などを行うプラズマ処理装置に本発明を適用しても良い。
【００４９】
更に、凹部５７を形成する領域としては、ウェハＷの中央部に対応する領域に限られず、ウェハＷの周縁部に対応する位置にて上部電極５０の周方向に沿ってリング状に形成しても良い。この場合の上部電極５０の構成としては、例えばウェハＷの中央部に対応する位置に比誘電率がε１の誘電体を埋め込み、この誘電体を囲むように、比誘電率がε１よりも小さい誘電体を凹部５７に注入する構成が挙げられる。
【実施例】
【００５０】
本発明において上部電極５０の誘電体の量及び電極板５４の温度によりプラズマが受ける影響を調べるために、以下に説明するように、上部電極５０の比誘電率を様々に変化させて、アンシス社製のソフトウェアであるＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓを用いたシミュレーションにより電極板５４の下面位置（電極板５４の下面から３ｍｍ下方位置）におけるシース電界の大きさ（電圧）をウェハＷの中心位置から周縁部に亘って計算した。尚、プラズマの状態（電界強度の分布）によりシース電界が大きく影響を受けることから、このようにプラズマの電界強度を評価する指標としてこのシース電界を用いた。以下の図１１〜図１５においては、得られたシース電界の大きさを面内における最大値で割った比率として示している。また、このシミュレーションを行うにあたり、プラズマの抵抗率を１．５Ωｍとして計算した。
【００５１】
（実験例１）
以下に示す条件において、上記のシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいては、凹部５７の大きさを固定して、凹部５７内の誘電体の比誘電率及び電極板５４の抵抗率を以下のように変えてシース電界の大きさを計算した。  
（シミュレーション条件）
凹部５７の直径Ｒ：１００ｍｍ
凹部５７の深さ寸法ｔ２：５ｍｍ
プラズマ生成用の高周波：１００ＭＨｚ
凹部５７内の誘電体の比誘電率（ε）：１／３．８／１０／５０
電極板５４の抵抗率（Ωｍ）：なし／０．０２／０．５／１／５／１０
尚、実際に凹部５７内の誘電体をこのような比誘電率に設定する場合に用いる材料としては、真空（ε：１）、二酸化珪素粉末（ε：３．８）、セラミックス例えばＡｌ２Ｏ３の粉体（ε：１０〜５０）などが挙げられる。また、上記の範囲の抵抗率に設定する時には、電極板５４の温度と共に当該電極板５４に不純物例えばホウ素（Ｂ）などをドープして、このドープ量を調整することで所望とする抵抗率の範囲を実現できるようにする。
【００５２】
（シミュレーション結果）
電極板５４を設けずに、凹部５７内の誘電体の比誘電率を変えて計算した結果を図１１（ａ）に示し、また凹部５７内の誘電体の比誘電率を上記のように変えると共に、電極板５４の抵抗率を変えてシース電界を計算した結果を同図（ｂ）〜（ｅ）に示した。尚、同図（ｂ）〜（ｅ）にはｒｅｆ．として同図（ａ）に示した電極板５４を設けない時に得られた値についても併記している。また、同図（ｂ）〜（ｅ）における凡例は電極板５４の抵抗率を示している。
【００５３】
このシミュレーションにより、凹部５７内の比誘電率を徐々に小さくすることによって、この凹部５７に対応する領域（ウェハＷの中央から半径５０ｍｍ程度の領域）までのプラズマの電界強度を小さくできることが分かった。このようにプラズマの電界強度が小さくなっていく理由は、凹部５７に対応する領域では処理空間１に供給されるプラズマ生成用の高周波の電力が局所的に小さくなるためだと考えられる。また、凹部５７の比誘電率と共に電極板５４の抵抗率を変えることにより、ウェハＷの全面に亘ってプラズマの電界強度を調整できることが分かった。この時、電極板５４の抵抗率を小さくしていくことにより、凹部５７の周縁部に相当する位置（ウェハＷの中央から５０ｍｍ）におけるプラズマの電界強度の変化の勾配が緩やかになっていくことが分かった。
【００５４】
そのため、プラズマの電界強度が既述のようにウェハＷの中央部において高くなる場合であっても、凹部５７内に供給する誘電体の量と電極板５４の温度とを調整することにより、面内均一性が高くなるように各々のプラズマの状態（処理条件など）に応じてシース電界の大きさ（プラズマの電界強度）を調整でき、従って面内均一性高くウェハＷをエッチングできることが分かった。
【００５５】
（実験例２）
次に、凹部５７の直径Ｒを２００ｍｍとして、上記の実験例１と同様のシミュレーションを行った。その結果、図１２（ａ）〜（ｅ）に示すように、上記のシミュレーションと同様に、凹部５７の比誘電率を徐々に小さくすることで、この凹部５７に対応する領域（ウェハＷの中央から半径１００ｍｍ程度の領域）におけるプラズマの電界強度を小さくできることが分かった。また、同様にこの凹部５７の比誘電率と共に電極板５４の抵抗率を変えることで、ウェハＷの全面に亘ってプラズマの電界強度を調整できることが分かった。  
また、図１２（ｆ）に示すように、凹部５７内の誘電体の比誘電率を変えると共に、凹部５７の深さ寸法ｔ２を５ｍｍから１．３１ｍｍ、０．５ｍｍと変えることによっても、同様にプラズマの電界強度を調整できることが分かった。
【００５６】
（実験例３）
続いて、図１３に示すように、凹部５７の直径Ｒを３００ｍｍとして上記の実験例１と同様のシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいても、上記と同様に凹部５７の比誘電率を徐々に小さくすることで、この凹部５７に対応する領域（ウェハＷの中央から半径１５０ｍｍ程度の領域）におけるプラズマの電界強度を小さくできることが分かった。また、同様にこの凹部５７の比誘電率と共に電極板５４の抵抗率を変えることで、ウェハＷの全面に亘ってプラズマの電界強度を調整できることが分かった。この結果から、凹部５７内の誘電体の両端（周縁部）を節（固定端）としてシース電界（プラズマの電界強度）が変化するので、この凹部５７の直径Ｒとしては、支持体５１の直径よりも小さい値例えば３００ｍｍ以下であれば良いことが分かった。
【００５７】
（実験例４）
次に、上記の実験例３において、凹部５７の深さ寸法ｔ２を１０ｍｍに設定して、同様に凹部５７内の誘電体の比誘電率及び電極板５４の抵抗率を変えてシース電界の大きさを計算するシミュレーションを行った。  
この結果、図１４に示すように、凹部５７の深さ寸法ｔ２を１０ｍｍとすることにより、上記の実験例３（ｔ２：５ｍｍ）の結果よりもシース電界の大きさを更に小さくできることが分かった。従って、凹部５７の深さ寸法ｔ２を大きくすることにより、プラズマの電界強度の調整幅を大きくできることが分かった。
【００５８】
（実験例５）
この実験例では、凹部５７の大きさ、凹部５７内の誘電体の比誘電率を固定して、電極板５４の抵抗率を変えると共に、プラズマ生成用の高周波の周波数を変えて以下の条件においてシミュレーションを行った。  
（シミュレーション条件）
凹部５７の直径Ｒ：３００ｍｍ
凹部５７の深さ寸法ｔ２：５ｍｍ
凹部５７内の誘電体の比誘電率（ε）：１
プラズマ生成用の高周波：２／１３．６／４０／１００／２００ＭＨｚ
電極板５４の抵抗率（Ωｍ）：０．５／１／５／１０
（シミュレーション結果）
この結果、図１５に示すように、高周波電力の周波数が高くなると、シース電界が大きく波打つように変化していくことが分かった。更に、電極板５４の抵抗率を高くすることにより、上記の変化の度合いが大きくなっていくことが分かった。
【００５９】
以上の実験例１〜５の結果から、凹部５７の寸法Ｒ、ｔ２、凹部５７の比誘電率（凹部５７内に供給する誘電体の量や種類）、電極板５４の抵抗率を変えることにより、シース電界の分布を様々に変えることができることが分かった。従って、高周波電力の周波数や処理パラメータを変えることによってプラズマの電子密度の面内均一性が悪化する場合であっても、どのように電界強度が変化するかを予め実験やシミュレーションにより求めておき、その変化を打ち消すもしくは小さくするように凹部５７内に供給する誘電体の量や誘電体の種類、凹部５７の寸法あるいは電極板５４の温度などを調整することにより、プラズマの電界強度の面内均一性を高めることができることが分かった。尚、この図１５に示すグラフでは、凡例に高周波電力の周波数を示している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の上部電極を備えたエッチング装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】上記の上部電極の一例を示す縦断側面図である。
【図３】上記の上部電極を下側から見た平面図である。
【図４】上記のエッチング装置に係る制御部の一例を示す概略図である。
【図５】上記のエッチング装置の作用を示す模式図である。
【図６】上記のエッチング装置の作用を示す模式図である。
【図７】本発明の上部電極の他の例を示す縦断面側面図である。
【図８】本発明の上部電極の他の例を示す縦断面側面図である。
【図９】上記の上部電極における凹部を載置台に設けた例を示す縦断面側面図である。
【図１０】上記のエッチング装置の他の例を示す縦断面側面図である。
【図１１】本発明の実施例に係る結果を示す特性図である。
【図１２】本発明の実施例に係る結果を示す特性図である。
【図１３】本発明の実施例に係る結果を示す特性図である。
【図１４】本発明の実施例に係る結果を示す特性図である。
【図１５】本発明の実施例に係る結果を示す特性図である。
【図１６】従来のエッチング装置におけるプラズマの状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  処理空間
６  高周波電源
１０  制御部
１２  メモリ
２１  処理容器
３１  下部電極
５０  上部電極
５４  電極板
５７  凹部
６１  誘電体供給路
１００  ガス供給系
１０１  誘電体供給系
１０２  温調媒体供給系
【図１】
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【図２】
0005223377.tif 000003
【図３】
0005223377.tif 000004
【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】
0005223377.tif 000011
【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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