(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電部材と、
前記給電部材の給電位置を移動させる移動機構と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記給電部材の給電位置を、実質的に前記第１の電極の給電面における第１の電極と同心的な所定半径の円周上を移動させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面から離隔して設けられた給電板と、
この給電板における、前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面の中心に対応する位置から径方向にずれた位置に接続され、前記高周波電源からの高周波電力を前記第１の電極に給電する給電部材と、
前記給電板を回転させて、前記給電部材の給電位置を前記第１の電極の給電面上で回転させる回転機構と
を有し、
前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記給電位置は、第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面における第１の電極と同心的な所定半径の円周上を移動することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記給電位置の回転数は、２０ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波電源と前記給電部材とは水銀を介して接続されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１の電極と前記給電板とによって形成される静電結合の静電容量は、前記整合器内において給電部材と直列に形成された静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記高周波電源に接続された給電部と、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に設けられた複数の受電端子部と、
その一端が前記給電部に接続されるとともに、前記複数の受電端子部のそれぞれに給電できるように移動可能に設けられ、前記高周波電源からの高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えるスイッチ機構と
を有し、
前記受電端子部への前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記スイッチ機構は、
前記複数の受電端子部にそれぞれ接続された受電端子板と、
前記給電部に接続されるとともに、前記各受電端子部の受電端子板の直上または直下を通過可能であり、かつ前記各受電端子板と対向した際に、その受電端子板との間で静電結合可能な給電端子板と、
前記給電端子板を移動させて、前記各受電端子部の受電端子板の直上または直下に順次位置させる駆動機構と
を有することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記スイッチ機構は、前記給電端子板が取り付けられ、かつ前記駆動機構により回転される回転部材を有し、前記給電端子板へは前記回転部材を介して給電されることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スイッチ機構を減圧雰囲気に存在させる減圧手段をさらに有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記各受電端子部に接続された受電端子板は、それぞれの受電端子部に複数枚ずつ設けられ、かつ各受電端子部の複数の受電端子板と静電結合可能なように複数の給電端子板を有することを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記給電部と前記スイッチ機構とは水銀を介して接続されていることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記受電端子板と前記給電端子板とによって形成される静電結合の静電容量は、前記整合器内の給電部材と直列に形成された静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に設けられた複数の受電端子部と、
前記高周波電源と前記受電端子部を接続する複数の給電ラインと、
前記複数の受電端子部のうち前記高周波電源からの高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えるスイッチ機構と
を有し、
前記受電端子部への前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記スイッチ機構は、
前記複数の給電ラインに設けられたスイッチ素子と、
これらスイッチ素子を順次オン状態にする制御手段と
を有することを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記スイッチ素子はＰＩＮダイオードを有することを特徴とする請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記複数の受電端子部は、前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面におけるその中心を通らない円周上に配置されることを特徴とする請求項１５ないし請求項１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記複数の受電端子部は、前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面における第１の電極と同心的な所定半径の円周上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記円周上に配置された給電端子部を順次切り換える際の周期が２０回／分以上であることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記受電端子部は、少なくとも３個であることを特徴とする請求項８ないし請求項２０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
前記第２の電極に高周波を印加する他の高周波電源をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】
相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１の前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、その給電面内で給電位置を移動させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２４】
前記給電位置は、実質的に前記第１の電極の給電面における第１の電極と同心的な所定半径の円周上で移動されることを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２５】
前記給電位置の移動速度は、２０ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項２４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２６】
相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に複数の受電端子部を設け、前記第１の電極に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２７】
前記受電端子部は円周状に配置され、前記受電端子部を順次切り換える際の速度が２０ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板等の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、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。
【０００３】
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、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。
【０００４】
容量結合型平行平板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（上部および下部電極）を配置し、処理ガスをチャンバー内に導入するとともに、電極の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半導体ウエハに対してプラズマ処理を施す。
【０００５】
このような容量結合型平行平板プラズマ処理装置により半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜をエッチングする場合には、チャンバー内を中圧にして、中密度プラズマを形成することにより、最適ラジカル制御が可能であり、それによって適切なプラズマ状態を得ることができ、高い選択比で、安定性および再現性の高いエッチングを実現している。
【０００６】
しかしながら、近年、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おり、酸化膜のエッチング等において従来の条件では必ずしも十分とはいえなくなりつつある。
【０００７】
そこで、印加する高周波電力の周波数を上昇させ、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、より低圧の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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者の検討結果によれば、このように印加する高周波電力の周波数を上昇させ、プラズマ密度を上昇させた場合には、以下のような新たな問題が生じることが判明した。
【０００９】
従来、上部電極への給電は給電棒を介して行っており、この給電棒は上部電極の裏面の中心位置に設けられているが、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ると、高周波電流は電極のごく表面しか流れないようになり、給電棒から上部電極に供給された高周波電力は、電極裏面を通って電極の円周方向に至り、電極のプラズマ接触面を円周側から中心に向かって徐々に供給される。また、上部電極の円周部分は絶縁体（容量成分）で囲まれており、絶縁体の外側のチャンバーは保安接地されている。このため、上部電極のプラズマ接触面で干渉作用により定在波が形成され、電極径方向での電界分布が不均一になる。
【００１０】
このように電界分布が不均一になるとプラズマ密度が不均一となり、エッチングではエッチングレート分布が不均一となるため、このような電界分布不均一の原因を取り除いてエッチングレート分布を均一にすることが必要となる。
【００１１】
しかしながら、従来、このような高密度プラズマを用いた場合の問題点が必ずしも明確に認識されていたわけではなく、上記のような電界分布不均一を解消しようとする試みは未だ十分になされていないのが現状である。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、より微細化に対応可能な高密度プラズマを用いたプラズマ処理において、電極表面における電界分布の不均一を小さくすることが可能であり、プラズマ密度を均一にすることが可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を印加する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電部材と、
前記給電部材の給電位置を移動させる移動機構と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される（請求項１）。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面から離隔して設けられた給電板と、
この給電板における、前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面の中心に対応する位置から径方向にずれた位置に接続され、前記高周波電源からの高周波電力を前記第１の電極に給電する給電部材と、
前記給電板を回転させて、前記給電部材の給電位置を前記第１の電極の給電面上で回転させる回転機構と
を有し、
前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される（請求項３）。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に整合器を介して高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記高周波電源に接続された給電部と、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に設けられた複数の受電端子部と、
その一端が前記給電部に接続されるとともに、前記複数の受電端子部のそれぞれに給電できるように移動可能に設けられ、前記高周波電源からの高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えるスイッチ機構と
を有し、
前記受電端子部への前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される（請求項８）。
【００１６】
本発明の第４の観点によれば、被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第１および第２の電極と、
前記第１の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源から高周波電力を給電する給電手段と、
前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、
前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、
前記給電手段は、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に設けられた複数の受電端子部と、
前記高周波電源と前記受電端子部を接続する複数の給電ラインと、
前記複数の受電端子部のうち前記高周波電源からの高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えるスイッチ機構と
を有し、
前記受電端子部への前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら前記高周波電力により処理ガスをプラズマ化してプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される（請求項１５）。
【００１７】
本発明の第５の観点によれば、相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１の前記第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、その給電面内で給電位置を移動させることを特徴とするプラズマ処理方法が提供される（請求項２３）。
【００１８】
本発明の第６の観点によれば、相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する面とは反対側の面であって、この反対側の面の中心以外の位置に複数の受電端子部を設け、前記第１の電極に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、前記高周波電力の給電位置を前記反対側の面上で回転させるようにしながら高周波電力を受電する受電端子部を順次切り換えることを特徴とするプラズマ処理方法が提供される（請求項２６）。
【００１９】
本発明によれば、相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すに際し、第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、その給電面内で給電位置を移動させるので、電極の中心から給電する場合のような干渉が生じず、干渉作用による定在波の形成を防止することができる。例えば、給電位置を電極中心からシフトさせて回転させることにより、電界強度が高い位置が移動し、電界強度が平均化される。したがって、第１の電極のプラズマ接触面における電界分布をより均一とすることができ、プラズマ密度を均一にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置１は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００２１】
このプラズマエッチング処理装置１は、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は保安接地されている。前記チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられており、さらにこのサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００２２】
前記サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入され冷媒排出管９から排出されて循環し、その冷熱が前記サセプタ５を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。
【００２３】
前記サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在されており、電極１２に接続された直流電源１３から１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００２４】
そして、前記絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには前記静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体であるＨｅガスを供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱がウエハＷに伝達されウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００２５】
前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はシリコンなどの導電性材料からなっており、これによりエッチングの均一性が向上される。
【００２６】
前記サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２５を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２４を有する、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウム、シリコン、ＳｉＣ、またはアモルファスカーボンからなる電極板２３と、この電極板２３を支持し、導電性材料、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体２２とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１とは、１０〜６０ｍｍ程度離間している。
【００２７】
前記上部電極２１における電極支持体２２にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、このガス供給管２７には、バルブ２８、およびマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマ処理、例えばエッチングのための処理ガスが供給される。
【００２８】
処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、フロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（ＣｐＨｑＦｒ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ２を添加してもよい。
【００２９】
前記チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば０．０１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００３０】
上部電極２１には、第１の高周波電源４０から高周波電力が供給されるようになっており、その給電線４２には整合器４１が介在されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４３が接続されている。この第１の高周波電源４０は、２７ＭＨｚ以上の周波数を有しており、このように高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この例では、高周波電源４０として６０ＭＨｚのものを用いている。
【００３１】
チャンバー２の上方には、チャンバー２と同径の電磁波遮蔽箱５０がチャンバー２に連続して設けられており、その中に上部電極２１に高周波電力を給電する給電棒（給電部材）５１と給電板５２とが設けられている。さらに電磁波遮蔽箱５０の外側に給電板５２を回転させるモータ５３が設けられている。そして、給電棒５１、給電板５２およびモータ５３により給電手段を構成している。
【００３２】
図２にも示すように、給電板５２は円盤状をなし、上部電極２１の裏面と平行に上部電極２１から微小離隔してその中心を回転軸として回転可能に設けられている。この給電板５２は上部電極２１よりも小径であり、上部電極２１と同心状に配置されている。
【００３３】
給電棒５１は、電磁遮蔽箱５０の天壁から給電板５２の中心に向かって垂直に延びる上垂直部５１ａと、この上垂直部５１ａに連続し水平方向外側に延びる水平部５１ｂと、この水平部５１ｂに連続して垂直に延び給電板５２の中心からずれた位置に接続される下垂直部５１ｃとを有するクランク状をなしている。そして、上垂直部５１ａと電磁遮蔽箱５０の天壁との間にはベアリング５６が設けられており、給電棒５１が回転可能となっている。また、ベアリング５６の上方には、整合器４１の出力である固定された上部給電棒４６と回転可能な給電棒５１とを接続する接続機構５７が設けられている。この接続機構５７は、図３に示すように、ボックス５７ａとその中に貯留される水銀５７ｂとを有している。そして上部給電棒４６の先端に設けられた円盤部４６ａを含む上部給電棒４６の先端部が水銀５７ｂに浸漬されている。給電棒５１が回転する場合には、ボックス５７ａごと回転するようになっている。
【００３４】
モータ５３は電磁遮蔽箱５０の上に設けられており、その回転軸５４が電磁遮蔽箱５０の内部へ垂直下方へ延びており、その下端部にはギア５５が取り付けられている。一方、上記給電板５２の周面はギアとなっており、給電板５２とギア５５とが噛合されている。また、給電板５２は不図示の支持機構により支持されている。したがって、給電板５２は給電棒５１を軸として回転可能となっている。
【００３５】
給電板５２と上部電極２１との離間距離は例えば５ｍｍ程度であり、これらは容量結合されている。この状態で上述のように給電板５２が回転することにより、給電棒５１の給電板５２に対する接続部５８が給電板５２の中心を回転中心として回転する。したがって、上部電極２１への給電位置が電極２１の裏面上、すなわち電極支持体２２の上面上で上部電極２１の中心を回転中心として回転する。
【００３６】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源４４が接続されており、その給電線には整合器４５が介在されている。この第２の高周波電源４４は例えば１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲から選択された周波数を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対して適切なイオン作用を与えることができる。この例では、この第２の高周波電源４４としては２ＭＨｚのものを用いている。
【００３７】
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１における処理動作について説明する。
まず、被処理基板であるウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室からチャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、高圧直流電源１３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１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００３８】
その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から処理ガスがマスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の内部へ導入され、さらに電極板２３の吐出孔２４を通って、図１の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出され、チャンバー２内の圧力が所定の値に維持される。
【００３９】
そして、その後、第１の高周波電源４０から６０ＭＨｚの高周波が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５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し、このプラズマにより、ウエハＷに対してエッチング処理が施される。
【００４０】
他方、第２の高周波電源４４からは２ＭＨｚの高周波が下部電極であるサセプタ５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５側へ引き込まれ、イオンアシスト作用によりエッチングの異方性が高められる。
【００４１】
このような場合に生じる従来技術の問題点について図４、図５を用いて説明する。上述のように上部電極２１に印加する高周波の周波数を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が、給電棒を電極中心位置に配置する従来の装置では、上部電極２１のプラズマ接触面において、電流、電圧の位相差に基づく干渉作用によって定在波が形成され、電界の不均一が生じる。
【００４２】
すなわち、上部電極２１の電極板２３は、通常、表面がアルマイト処理されたアルミニウム、Ｓｉ、ＳｉＣ等の導電体または半導体で構成されており、高周波電源４０から給電棒５１’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ごく表面にしか電力が供給されず（この時の表面深さδは（２／ωσμ）１／２と表される。ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率）、上部電極２１の中心に給電棒が存在する場合には、電圧および電流は給電棒５１’の表面、電極支持体２２の上面、電極支持体２２の側面、電極板２３の側面を通ってプラズマ接触面である電極板２３の下面に達する。この場合に、給電棒５１’は上部電極２１の中心に存在しているため、電極板２３下面のエッジ部ではどこも電圧および電流が同じ位相であり、図５に示すように、電極板２３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。そのため、電極板２３の中心とエッジ部とで位相差ｄ／λ（λは電極表面波の波長、ｄは電極の半径）が生じる。また、電気的な等価回路上、上部電極２１の円周部分は、プラズマに電力が供給される方向と並列に絶縁体（Ｃ成分）を介してグランドに落ち、円周位置での電界強度Ｅ０は、Ｅ０＝Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ）となる。また、電極中心部分での電界強度Ｅｃは、Ｅｃ＝Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ＋ｄ／λ）となる。ωは印加周波数であり、λは印加周波数および高調波がプラズマを介して形成される（波長短縮）波長である。この時、高周波電力は円周部分から中心に向けて徐々に供給されるため、円周側からの電圧および電流が電極板２３の中心部に集まる。これによって、電極板２３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。また、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。したがって、電極板２３の下面には半径方向に波長λ＝２ｄの定在波が形成される。そのため、プラズマ密度の不均一を生じる。
【００４３】
そこで本実施形態では、このような原因によって生じる定在波を解消するため、円盤状をなす給電板を上部電極２１の裏面と平行に上部電極２１から微小離隔してその中心を回転軸として回転可能に設け、給電棒５１をこの給電板５２の中心からシフトした位置に接続している。給電板５２と上部電極２１とは容量結合されているので、この状態で給電板５２を回転させることにより、給電棒５１の給電板５２に対する接続部５８が給電板５２の中心を回転中心として回転する。高周波電流は容量結合している給電板５２から上部電極２１へ流れるので、上部電極２１への給電位置が電極支持体２２の上面上で上部電極２１の中心を回転中心として回転することとなる。
【００４４】
このように給電位置が上部電極２１の給電面内で移動されるので、上部電極２１の中心から給電する場合のような干渉作用による定在波の形成を防止することができる。すなわち、給電位置を上部電極２１の中心からシフトさせることにより、電界強度の高い位置が中心からずれるとともに、給電位置を回転させることにより、それにともなって電界強度が高い位置が移動するため、電界強度が平均化される。したがって、上部電極２１のプラズマ接触面における電界分布をより均一にすることができ、プラズマ密度を均一にすることができる。
【００４５】
この場合に、給電位置の上部電極２１中心からのシフト量は、特に限定されないが、上部電極２１の中心から給電する場合に形成される定在波の半値幅の半径分シフトすることが好ましい。
【００４６】
また、給電位置の回転速度、すなわち給電板５２の回転速度は、エッチングする膜が絶縁性である場合にプラズマの不均一に起因して生じるおそれがあるチャージアップダメージを回避することができるように、かつエッチングの均一性が良好になるように、できるだけ速く回転することが好ましい。しかし、エッチングの均一性のみを考慮すると２０ｒｐｍ以上であれば十分である。
【００４７】
なお、整合器４１は、図６に示すような構造となっており、高周波電源４０および給電棒５１に対して直列に上流側からコイル８１および可変コンデンサー８４が設けられており、さらにコイル８１の上流側には接地されたコンデンサー８０が接続され、コイル８１の下流側には接地された可変コンデンサー８２とコンデンサー８３が接続されている。ここで、上記上部電極２１と給電板５２とはコンデンサーを形成するが、その静電容量が整合器４１の給電棒５１と直列に形成された可変コンデンサー８４の静電容量以下であると整合範囲が変化するおそれがある。したがって、上部電極２１と給電板５２とで形成されたコンデンサーの静電容量は、可変コンデンサー８４の静電容量よりも大きいことが整合範囲を変化させない観点から好ましく、その１０倍以上であることが一層好ましい。
【００４８】
また、固定された上部給電棒４６と回転可能な給電棒５１とを接続する接続機構５７は水銀を用いてこれらを接続しているので、その構造を簡易なものとできることに加え、電気抵抗を低く抑え、かつ摩擦を生じさせないようにすることができるといった効果を得ることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図であり、図８は図７の装置に用いられる上部電極周辺部を一部切り欠いて示す斜視図である。このプラズマ処理装置１’も、第１の実施形態と同様、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量型平行平板エッチング装置として構成されており、図７において、図１と同じものには基本的に同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、上部電極２１の裏面、すなわち電極支持体２２の上面における上部電極２１と同心的な円周上に等間隔で配置された複数（図では６個）の受電端子部６０と、上部給電棒４６に一端が接続され、複数の受電端子部６０のそれぞれに給電できるように設けられ、高周波電源４０からの高周波電力を受電する受電端子部６０を順次切り換えるスイッチ機構６１とを有している。
【００５１】
スイッチ機構６１は、電極支持体２２上面の中央に設けられ、筐体６２と、筐体６２内に設けられるとともに、一つの受電端子部６０に５枚ずつ接続された受電端子板６３と、筐体６２内の中央に垂直にかつ回転可能に設けられた回転部材６４と、回転部材６４に取り付けられ、同じ方向に延びる扇形をなす４枚の給電端子板６５と、筐体６２内の底部に設けられ回転部材６４を回転させるモータ６６とを有している。各受電端子の５枚の受電端子板６３はその外側部分同士が部材６３ａにより接続されており、筐体６２の周壁と部材６３ａとの間には、絶縁部材６２ｂが設けられている。そして、筐体６２内には円盤状の支持壁６２ａが設けられ、この支持壁６２ａと回転部材６４との間にはベアリング６７が取り付けられている。また、上部給電棒４６と回転可能な回転部材６４とを接続する接続機構５７’が設けられている。接続機構５７’は第１の実施形態の接続機構５７と同様、水銀を介して接続するようになっている。また、筐体６２の上壁と固定されている上部給電棒４６との間は密閉されており、筐体６２は図示しない排気手段により真空状態に維持することが可能となっている。
【００５２】
一つの受電端子部６０に接続されている５枚の受電端子板６３は水平に配置されており、４枚の給電端子板６５も水平に設けられている。そして、これら５枚の受電端子板６３のそれぞれの間を４枚の給電端子板６５がそれぞれ通過することが可能となっており、図示するように、一つの受電端子部６０に接続された５枚の受電端子板６３のそれぞれの間に４枚の給電端子板６５が上下に配置されることにより、受電端子板６３と給電端子板６５とが容量結合するようになっている。この状態では、高周波電源４０からの高周波電力は、回転部材６４から対応する受電端子部６０を介して上部電極２１へ供給される。そして回転部材６４を回転させることにより、受電する受電端子部６０が順次切り換えられる。他の構成については、基本的に図１と同様である。
【００５３】
このように構成されるプラズ処理装置１’においては、基本的に第１の実施形態に係るプラズ処理装置１と同様にエッチング処理が行われる。
【００５４】
本実施形態では、上部電極２１の裏面、すなわち電極支持体２２の上面に複数の受電端子部６０を設け、各受電端子部６０に接続された受電端子板６３と、回転部材６４に接続された給電端子板６５とが容量結合可能とし、回転部材６４を回転させることにより受電端子板６３の上下を給電端子板６５が通過して、各受電端子部６０においてこのような容量結合を順次形成するようにしたので、容量結合（コンデンサー）が形成された受電端子部６０が高周波電源４０からの高周波電力を順次受電することとなる。したがって、回転部材６４の回転に対応して、上部電極２１への給電位置が移動することとなり、上部電極２１の中心から給電する場合のような固定された干渉縞が生じず、干渉作用に起因する定在波の形成を防止することができる。具体的には、上部電極２１における給電位置をその中心からシフトさせた位置である受電端子部６０とすることにより電界強度の高い位置が中心からずれるとともに、上部電極２１と同心的な円周上に配置された受電端子部６０のうち受電する端子部を順次切り換えて上部電極２１の給電位置を回転させることによって電界強度が高い位置が移動するため、電界強度が平均化される。したがって、上部電極２１のプラズマ接触面における電界分布をより均一にすることができ、プラズマ密度を均一にすることができる。
【００５５】
この際に、スイッチ機構６１の筐体６２内は、図示しない排気機構により所定の真空状態となっており、大気ブレークダウンが発生し難いので、受電端子板６３と給電端子板６５との間隔を狭くすることができ、形成されるコンデンサーの静電容量が大きくなって高周波電力の損失を減少させることができる。また、各受電端子部６０において複数の受電端子板６３を設け、それらの間に複数の給電端子板６５が配置されることにより、コンデンサーの電極面積が大きくなって静電容量が大きくなるため、高周波電力の損失を減少させることができる。もちろん受電端子板６３を各受電端子部６０につき１枚ずつとし、給電端子板６５を１枚として１つのコンデンサーを形成するようにしてもよい。特に、本実施形態のようにスイッチ機構６１の筐体６２内を真空状態としている場合には上述のように受電端子板６３と給電端子板６５との間隔を狭くすることができるので、受電端子板６３を各受電端子部６０につき１枚ずつとし、給電端子板６５を１枚として１つのコンデンサーを形成するようにしても大きな静電容量を得ることができる。なお、図１に示す第１の実施形態においても、給電板５２等が設けられている空間を真空排気すれば同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、給電位置の移動速度、すなわち受電端子部６０の切り換える際の周期は、エッチングする膜が絶縁性である場合にプラズマの不均一に起因して生じるおそれがあるチャージアップダメージを回避することができるように、かつエッチングの均一性が良好になるように、できるだけ速いほうが好ましい。しかし、エッチングの均一性のみを考慮するとその周期が２０回／分以上であれば十分である。
【００５７】
なお、本実施形態において、上記受電端子板６３と給電端子板６５とはコンデンサーを形成するが、その静電容量が整合器４１の給電棒５１と直列に形成された可変コンデンサー８４の静電容量以下であると整合範囲が変化するおそれがある。したがって、受電端子板６３と給電端子板６５とで形成されたコンデンサーの静電容量は、可変コンデンサー８４の静電容量よりも大きいことが整合範囲を変化させない観点から好ましく、その１０倍以上であることが一層好ましい。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は本発明の第３の実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置１''も、従前の実施形態と同様、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量型平行平板エッチング装置として構成されており、図９において、図１と同じものには基本的に同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施形態においては、第２の実施形態における受電端子部６０と同様、上部電極２１の裏面、すなわち電極支持体２２の上面における上部電極２１と同心的な円周上に等間隔で配置された複数の受電端子部６０’を有している。そして、整合器４１に接続された給電棒６８と、給電棒６８から分岐して各受電端子部６０’に接続された給電部材６９と、各給電部材６９に設けられたＰＩＮダイオードからなるスイッチ素子７１と、これらスイッチ素子７１を制御するコントローラ７２とを有するスイッチ機構７０が設けられている。
【００６０】
スイッチ機構７０においては、スイッチ素子７１がコントローラ７２からの信号によりオン・オフ可能となっており、コントローラ７２から各スイッチ素子７１へ所定のパルス信号が出力されることにより、各スイッチ素子７１を順次オン状態にすることが可能となっている。他の構成については、基本的に図１と同様である。
【００６１】
このように構成されるプラズ処理装置１''においては、基本的に第１の実施形態に係るプラズ処理装置１と同様にエッチング処理が行われる。
【００６２】
本実施形態では、上部電極２１の裏面、すなわち電極支持体２２の上面に複数の受電端子部６０’を設け、各受電端子部６０’に接続された給電棒６８から分岐する給電部材６９にＰＩＮダイオードからなるスイッチ素子７１をそれぞれ設け、コントローラ７２によりオン状態にするスイッチ素子７１を順次切り換えるようにしたので、それに対応して各受電端子部６０’が高周波電源４０からの高周波電力を順次受電することとなる。したがって、コントローラ７２からの信号によるスイッチ素子７１のオン・オフ動作に対応して、上部電極２１への給電位置が移動することとなり、上部電極２１の中心から給電する場合のような干渉が生じず、干渉作用に起因する定在波の形成を防止することができる。具体的には、上部電極２１における給電位置をその中心からシフトさせた位置である受電端子部６０’とすることにより電界強度の高い位置が中心からずれるとともに、上部電極２１と同心的な円周上に配置された受電端子部６０’のうち受電する端子部を順次切り換えて上部電極２１の給電位置を回転させることによって電界強度が高い位置が移動するため、電界強度が平均化される。したがって、上部電極２１のプラズマ接触面における電界分布をより均一にすることができ、プラズマ密度を均一にすることができる。
【００６３】
この場合に、給電位置の移動速度、すなわち受電端子部６０’を切り換える際の周期は、第２の実施形態と同様、エッチングの均一性のみを考慮するとその周期が２０回／分以上であれば十分である。しかし、エッチングする膜が絶縁性である場合にプラズマの不均一に起因して生じるおそれがあるチャージアップダメージを回避するためにはこの周期はできるだけ速いほうが好ましく、具体的には５００ｋＨｚ以上であれば、チャージアップダメージが生じるおそれをほぼなくすることができると考えられる。第１および第２の実施形態では、給電位置の移動を機械的機構により実現していたため、このような高速で給電位置を移動させることは実質的に不可能であり、チャージアップダメージの発生を完全には防止することができなかったが、本実施形態では、コントローラ７２からの電気信号によりスイッチ素子を切り換えるため、このような高速な給電位置の移動が可能であり、チャージアップダメージをほぼ完全に防止することができる。
【００６４】
上記第１から第３の実施形態において、上部電極への印加周波数が高くなるほど定在波が形成されやすくなるため、印加周波数が２７ＭＨｚ以上の場合に特に有効であるが、２７ＭＨｚ未満の周波数であっても定在波の影響が皆無ではなく、本発明を適用することにより一定の効果を得ることができる。また、プラズマ密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上の場合に上記問題が生じやすく、本発明はこのような場合に特に有効である。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記第１の実施形態では、給電位置を上部電極の給電面における上部電極と同心的な所定半径の円周上を移動させるようにしたが、これに限らず上部電極の中心を通らない円周を移動すればよく、また給電位置の移動軌跡も円周に限らず他のものであってもよい。また、固定部と移動部との接続機構として水銀による結合を用いたが、これに限らず機械的機構等他の機構であってもよい。
【００６６】
また、第２および第３の実施形態において、受電端子部を上部電極の給電面における上部電極と同心的な所定半径の円周上に等間隔で配置したが、必ずしも上部電極と同心的な円周でなくてもよく、その配置も等間隔である必要はない。さらに、受電される受電端子部を順次切り換えることができれば、それらの配置は円周状でなくてもよい。また、受電端子部を６個設けた例を示したが、その数は特に限定されない。ただし、３個以上であることが好ましく、よりプラズマの均一化を促進するためにはその数は多いほどよい。
【００６７】
第２の実施形態ではスイッチ機構として静電結合を利用したが、スイッチ機構が可動部を有し複数の受電端子部に順次給電することができれば、これに限るものではない。また、第３の実施形態ではスイッチ素子としてＰＩＮダイオードを用いたが、スイッチ機能を有する素子であればこれに限るものではない。さらに、給電位置の移動手段は、第１ないし第３の実施形態のものに限らず、給電位置を移動することができればどのような手段であってもよい。
【００６８】
上記いずれの実施形態においても、上下電極に高周波電力を供給したが、一方のみに高周波電力を供給するタイプであってもよい。また、本発明を上部電極に適用した場合について示したが、下部電極に適用することも可能である。さらに、被処理基板として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、これに限らず、処理対象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く、またプラズマ処理もエッチングに限らず、スパッタリング、ＣＶＤ等の他の処理であってもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、相対向するように設けられた第１および第２の電極間の処理空間に被処理基板を配置し、この処理空間に処理ガスを導入しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することにより処理空間にプラズマを形成して前記基板にプラズマ処理を施すに際し、第１の電極の前記第２の電極に対向する面と反対側の面に高周波電力を給電してプラズマを形成する際に、その給電面内で給電位置を移動させるので、電極の中心から給電する場合のような干渉が生じず、干渉作用による定在波の形成を防止することができる。したがって、第１の電極のプラズマ接触面における電界分布をより均一とすることができ、プラズマ密度を均一にすることができる。このため、プラズマ処理を均一に行うことができ、チャージアップダメージの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置における上部電極への給電機構を説明するための斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いた、上部給電棒と給電棒とを接続する接続機構を示す断面図。
【図４】従来の上部電極における高周波電力の供給系路を模式的に示す断面図。
【図５】従来の上部電極における高周波電力の供給系路を模式的に示す底面図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いた整合器を示す回路図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられる上部電極周辺部を一部切り欠いて示す斜視図
【図９】本発明の第３の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。
【符号の説明】
１，１’，１''；プラズマ処理装置
２；チャンバー
５；サセプタ（第２の電極）
２１；上部電極（第１の電極）
２２；電極支持体
２３；電極板
３０；処理ガス供給源
３５；排気装置
４０；第１の高周波電源
４１，４５；整合器
４４；第２の高周波電源
５１；給電棒
５２；給電板
５３，６６；モーター
５７；接続機構
６０，６０’；受電端子部
６１，７０；スイッチ機構
６３；受電端子板
６４；回転部材
６５；給電端子板
７１；スイッチ素子
７２；コントローラ
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
0004493756.tif 000002
【図２】
0004493756.tif 000003
【図３】
0004493756.tif 000004
【図４】
0004493756.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004493756.tif 000007
【図７】
0004493756.tif 000008
【図８】
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【図９】
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