(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、誘電体部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体部材からなる前記中央部分の直径は１０〜５０ｍｍであ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】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、高抵抗部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の直径は５０〜２２０ｍｍであ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】
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、前記電極板の前記中央部分の厚さよりも大きい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。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
【請求項６】
前記電極板の前記外側部分および前記中央部分がいずれもＳｉからなり、ドーパントのドープ量を異ならせることにより前記外側部分と前記中央部分とを形成することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた、導電体または半導体で構成された電極板を備え、誘電体部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた、導電体または半導体で構成された電極板を備え、高抵抗部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電極板は、以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、電極板の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
【請求項１０】
前記誘電体部材または前記高抵抗部材の直径は５０〜２２０ｍｍであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記電極板の抵抗は１〜１００Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記誘電体部材または前記高抵抗部材の全体は、前記電極板と電極支持体とで覆われていることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
電極支持体にはガス供給管が接続され、前記電極板を介して処理ガスが供給されることを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられ、導電体または半導体で構成された電極板を備え、電磁波吸収効果を有する部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面の中央部から高周波電力が印加され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の電極に印加される高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ以上であり、形成されるプラズマの密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、誘電体部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極。
【請求項１７】
前記誘電体部材からなる前記中央部分の直径は１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載の電極。
【請求項１８】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、高抵抗部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極。
【請求項１９】
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の直径は５０〜２２０ｍｍであることを特徴とする請求項１８に記載の電極。
【請求項２０】
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、前記電極板の中央部分の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の電極。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
【請求項２１】
前記電極板の前記外側部分および前記中央部分がいずれもＳｉからなり、ドーパントのドープ量を異ならせることにより前記外側部分と前記中央部分とを形成することを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の電極。
【請求項２２】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、誘電体部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極。
【請求項２３】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、高抵抗部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極。
【請求項２４】
前記電極板は、以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、電極板の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の電極。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
【請求項２５】
前記誘電体部材または前記高抵抗部材の直径は５０〜２２０ｍｍであることを特徴とする請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項２６】
前記電極板の抵抗は１〜１００Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項２２から請求項２５のいずれか１項に記載の電極。
【請求項２７】
前記誘電体部材または前記高抵抗部材の全体は、前記電極板と電極支持体とで覆われていることを特徴とする請求項２２から請求項２６のいずれか１項に記載の電極。
【請求項２８】
電極支持体にはガス供給管が接続され、前記電極板を介して処理ガスが供給されることを特徴とする請求項２２から請求項２７のいずれか１項に記載の電極。
【請求項２９】
チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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に第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、電磁波吸収効果を有する部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極。
【請求項３０】
印加される高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ以上であり、プラズマの密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上で使用されることを特徴とする請求項１６から請求項２９のいずれか１項に記載の電極。
【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それに用いられる電極に関する。
【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、ＵＳＬＩ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、このようなプラズマ処理装置においては、上部電極が導電体または半導体であるため、以下のような不都合が生じることが判明した。
【０００９】
上述したように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、径方向での電界分布が不均一になる。
【００１０】
また、このようにプラズマを高密度化するとプラズマの非線形性の特性が顕著に現れ、プラズマからの反射波の高調波が増加する。そして、電極径がφ２５０〜φ３００となると、このような高調波により電極表面に定在波が生成され、やはり電極表面の電界分布が不均一になる。
【００１１】
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ってエッチングレート分布が不均一となるため、上記いずれかの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。
【００１２】
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なされていない。
【００１３】
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なプラズマ処理装置およびそれに用いられる電極を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、誘電体部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
前記誘電体部材からなる前記中央部分の直径は１０〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、高抵抗部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置が形成される。
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の直径は５０〜２２０ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
上記第１および第２の観点において前記高抵抗部材からなる前記中央部分の以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、前記電極板の前記中央部分の厚さよりも大きいことが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
また、前記電極板の前記外側部分および前記中央部分がいずれもＳｉからなり、ドーパントのドープ量を異ならせることにより前記外側部分と前記中央部分とを形成することが好ましい。
【００１７】
本発明の第３の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた、導電体または半導体で構成された電極板を備え、誘電体部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１８】
本発明の第４の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられた、導電体または半導体で構成された電極板を備え、高抵抗部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１９】
上記第３および第４の観点において、前記電極板は、以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、電極板の厚さよりも大きいことが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
また、前記誘電体部材または前記高抵抗部材の直径は５０〜２２０ｍｍであることが好ましい。
さらに、前記電極板の抵抗は１〜１００Ω・ｃｍであることが好ましい。
さらにまた、前記誘電体部材または前記高抵抗部材の全体は、前記電極板と電極支持体とで覆われていることが好ましい。
さらにまた、電極支持体にはガス供給管が接続され、前記電極板を介して処理ガスが供給されることが好ましい。
【００２０】
本発明の第５の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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の電極は、第２の電極に対向するように設けられ、導電体または半導体で構成された電極板を備え、電磁波吸収効果を有する部材がこの電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように設けられ、前記第１の電極には、その前記第２の電極と反対側の面の中央部から高周波電力が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２１】
上記各プラズマ処理装置において、前記第１の電極に印加される高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ以上であり、形成されるプラズマの密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００２２】
本発明の第６の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、誘電体部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極が提供される。
前記誘電体部材からなる前記中央部分の直径は１０〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００２３】
本発明の第７の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる電極板を備え、この電極板は、導電体または半導体で構成された外側部分と、高抵抗部材で構成された中央部分とを有し、前記電極板の前記第２電極側の面は、前記外側部分と前記中央部分とが平らになるように形成され、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極が提供される。
前記高抵抗部材からなる前記中央部分の直径は５０〜２２０ｍｍであることが好ましい。
【００２４】
上記第６および第７の観点において、前記高抵抗部材からなる前記中央部分の以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、前記電極板の前記中央部分の厚さよりも大きいことが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
また、前記電極板の前記外側部分および前記中央部分がいずれもＳｉからなり、ドーパントのドープ量を異ならせることにより前記外側部分と前記中央部分とを形成することが好ましい。
【００２５】
本発明の第８の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、誘電体部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極が提供される。
【００２６】
本発明の第９の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、高抵抗部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極が提供される。
【００２７】
上記第８および第９の観点において、前記電極板は、以下の（１）式で表されるスキンデップスδが、電極板の厚さよりも大きいことが好ましい。
δ＝（２／ωσμ）１／２      ……（１）
ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数）、σ：導電率、μ：透磁率
また、前記誘電体部材または前記高抵抗部材の直径は５０〜２２０ｍｍであることが好ましい。
さらに、前記電極板の抵抗は１〜１００Ω・ｃｍであることが好ましい。
さらにまた、前記誘電体部材または前記高抵抗部材の全体は、前記電極板と電極支持体とで覆われていることが好ましい。
さらにまた、電極支持体にはガス供給管が接続され、前記電極板を介して処理ガスが供給されることが好ましい。
【００２８】
本発明の第１０の観点によれば、チャンバー内に第１および第２の電極を互いに平行に設け、前記第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、減圧下に保持されたチャンバー内に処理ガスを導入しつつ上記第１および第２の電極間に高周波電界を形成して処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマにより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に第１の電極として用いられる電極であって、
第２の電極に対向するように設けられる、導電体または半導体で構成された電極板を備え、電磁波吸収効果を有する部材がこの電極板の第２の電極側となる面と反対側の面の中央部に接するように設けられ、該電極には、その前記第２の電極と反対側となる面から高周波電力が印加されることを特徴とする電極が提供される。
【００２９】
上記各電極において、印加される高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ以上であり、プラズマの密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上で使用されることが好ましい。
【００３０】
上記本発明の第１、第２、第６、第７の観点によれば、第１の電極の中央部分が誘電体部材または高抵抗部材で構成されることにより、誘電体部材の場合には、その容量成分により電極板のプラズマと接する面の径方向のインダクタンス成分を打ち消すことができ、位相によるインピーダンスの変化をほとんどなくすることができるので、また高抵抗部材の場合には、そこでより多くの高周波電力がジュール熱として消費されるので、電極板のプラズマと接する面の中央部の電界強度を低下させることができ、電極板の表面からプラズマへ供給される電界が均一となってプラズマ密度を均一にすることができる。
【００３１】
上記本発明の第３、第４、第８、第９の観点によれば、電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように誘電体部材または高抵抗部材を設け、かつ誘電体部材または高抵抗部材に高周波電力が供給されるようにすることにより、誘電体部材の場合には、その容量成分により電極板のプラズマと接する面の径方向のインダクタンス成分を打ち消すことができ、位相によるインピーダンスの変化をほとんどなくすることができるので、また高抵抗部材の場合には、そこでより多くの高周波電力がジュール熱として消費されるので、いずれも電極板のプラズマと接する面の中央部の電界強度を低下させることができ、電極板の表面からプラズマへ供給される電界が均一となってプラズマ密度を均一にすることができる。また、電極板を２体化する必要がなく、従来と同様の一体的な導体または半導体からなる電極板を使用することができる。
【００３３】
上記本発明の第５の観点および第１０の観点によれば、電極板の第２の電極側と反対側の面の中央部に接するように電磁波吸収効果を有する部材が設けられており、このような電磁波吸収効果を有する部材は高周波を吸収する機能を有するので、この電磁波吸収効果を有する部材によりプラズマからの高調波を吸収することができる。これにより電極板のプラズマと接触する面に形成されていた定在波が解消され、電極板のプラズマと接触する面の電界分布が均一となり、プラズマ密度を均一にすることができる。
【００３４】
【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。図１は本発明の一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。
【００３５】
このプラズマ処理装置１は、例えば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。
【００３６】
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、例えば液体窒素などの冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し、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。
【００３７】
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から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００３８】
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、例えばＨｅガスなど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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。この電極２１の詳細な構成については後述する。なお、サセプタ５と上部電極２１とは、例えば１０〜６０ｍｍ程度離間している。
【００４１】
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。
【００４２】
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、例えば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。
【００４３】
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１Ｐａ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。
【００４４】
上部電極２１には、整合器４１を介して第１の高周波電源４０が接続されており、その際の給電は上部電極２１の上面中央部に接続された給電棒３３により行われる。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、２７〜１５０ＭＨｚの範囲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。
【００４５】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介在されている。この第２の高周波電源５０は１〜４ＭＨｚの範囲の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に対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。この例では、第２の高周波電源５０として２ＭＨｚのものを用いている。
【００４６】
次に、上部電極２１の構成について詳細に説明する。
上部電極２１の電極板２３は、通常、Ｓｉや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３３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２に示すように、電力は給電棒３３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３３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力が同じ位相であり、図３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。印加周波数が高くなると、電極板２３下面の径方向のインダクタンス（ＬωｊΩ）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２３下面の中央部分のインピーダンスが低くなるため、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、プラズマへ供給される電界分布が定在波的となり、プラズマ密度の不均一を生じる。
【００４７】
このようなプラズマ密度の不均一を解消するために、第１の例では、図４に示すように、電極板２３を、例えば５０ｍΩ・ｃｍ程度の低抵抗の導電体または半導体からなる外側部分６１と、誘電体からなる中央部分６２とにより構成する。このように誘電体により中央部分６２を構成することにより、その部分においてプラズマとの間の容量成分が付加されることとなる。ここで、インピーダンスＺは
Ｚ＝Ｌω−（１／Ｃω）ｊ  （ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波数））
で表すことできるから、誘電体部材６２の容量Ｃにより、インピーダンスＺにおける径方向のインダクタンス成分（Ｌω）を容量成分（−１／Ｃω）で打ち消すことができる。したがって、電極板２３下面中央部において位相によるインピーダンスＺの大きさの変化をほとんどなくすことができ、電極板２３下面中央部の電界強度が低下し、電極下面からプラズマへ印加される電界が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。
【００４８】
なお、この際の誘電体からなる中央部分６２の径は、電極２１の直径が３００ｍｍφの場合には、１０〜５０ｍｍφが好ましい。また、中央部分６２を構成する誘電体６２の誘電率は、Ｌωを打ち消すことができる大きさであればよく、例えば誘電率３程度のポリイミド系樹脂を適用することができる。さらに、外側部分６１としては、従来から電極板材料として使用されているＳｉ、ＳｉＣ等の導体または半導体を用いることができる。
【００４９】
次に、上部電極２１の第２の例について説明する。
第２の例では、図５に示すように、電極板２３を、例えば５０ｍΩ・ｃｍ程度の低抵抗の導電体または半導体からなる外側部分６３と、例えば１〜１００Ω・ｃｍの相対的に抵抗が高い高抵抗部材からなる中央部分６４とにより構成する。このように高抵抗部材で中央部分６４を構成することにより、その部分で電力が供給される部分の厚さ、いわゆるスキンデップスδが変化する。つまり、スキンデップスδは、
δ＝（２／ωσμ）１／２（ただし、σ：導電率、μ：透磁率）
と表すことができ、抵抗が大きくなって導電率σが低下するとスキンデップスδが大きくなる。そして、高抵抗部材６４のスキンデップスδがその厚さよりも大きくなると、図６に示すように高抵抗部材６４において高周波電力がその裏面にも供給されることとなり、高周波電力が高抵抗部材６４の裏面側から下面に達するまでの間にジュール熱となって放出されることとなる。これにより、電極板２３下面中央部において電界強度が低下することとなる。したがって、電極板２３の下面の電界強度が均一となり、結果として電極下面からプラズマへ印加される電界が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。
【００５０】
なお、この際の高抵抗部材からなる中央部分６４の直径は、電極２１の直径が３００ｍｍφの場合に５０〜２２０ｍｍφであることが好ましい。中央部分６４を構成する高抵抗部材は、ボロン等のドーパントの量を調整するだけで抵抗を調整することができることからＳｉで構成することが好ましい。また、外側部分６３としては、従来から電極板材料として使用されているＳｉ、ＳｉＣ等の導体または半導体を用いることができるが、電極板２３全体をＳｉで構成し、ドーパント、例えばボロンのドープ量を変化させることにより外側部分６３および高抵抗部材６４を形成することがより簡便である。
【００５１】
次に、上部電極２１の第３の例について説明する。
この例では、図７に示すように、電極板２３の裏面側中央に接するように誘電体部材６５を設けている。ここでは電極板２３として例えば１〜１００Ω・ｃｍの範囲の高抵抗の導電体または半導体を用い、スキンデップスδが電極板２３の厚さよりも厚くなるようにする。これにより、高周波電力は電極板２３の裏面側にも供給されるようになり、このように誘電体部材６５を電極板２３の裏面中央部に配置することにより、その部分においてプラズマとの間の容量成分が付加されることとなる。したがって、第１の例と同様、インピーダンスＺにおける径方向のインダクタンス成分（Ｌω）を容量成分（−１／Ｃω）で打ち消すことができる。このため、電極板２３下面中央部において位相によるインピーダンスＺの大きさの変化が小さくなり、電極板２３下面中央部の電界強度が低下し、電極下面からプラズマへ印加される電界が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。この例の場合には、第１および第２の例のように電極板２３を２体化する必要がなく、従来と同様の一体的な導体または半導体からなる電極板を使用することができる。
【００５２】
なお、この際の誘電体部材６５の径は、電極２１の直径が３００ｍｍφの場合には、５０〜２２０ｍｍφが好ましい。また、誘電体部材６５の誘電率は、Ｌωを打ち消すことができる大きさであればよく、例えば誘電率３程度のポリイミド系樹脂を適用することができる。
【００５３】
次に、上部電極２１の第４の例について説明する。
この例では、図８に示すように、電極板２３の裏面側中央に接するように高抵抗部材６６を設けている。ここでは電極板２３として例えば１〜１００Ω・ｃｍの範囲の高抵抗のものを用い、スキンデップスδが電極板２３の厚さよりも厚くなるようにする。これにより、高周波電力は電極板２３の裏面側にも供給されるようになり、このように高抵抗部材６６を電極板２３の裏面中央部に配置することにより、その部分に供給された高周波電力が高抵抗部材６６においてジュール熱として放出され、これにより、電極板２３下面中央部において電界強度が低下することとなる。したがって、電極板２３の下面の電界強度が均一となり、結果として電極下面からプラズマへ印加される電界が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。この例の場合にも、第１および第２の例のように電極板２３を２体化する必要がなく、従来と同様の一体的な導体または半導体からなる電極板を使用することができる。
【００５４】
なお、この際の高抵抗部材６６の直径は、電極２１の直径が３００ｍｍφの場合に５０〜２２０ｍｍφであることが好ましい。高抵抗部材６６はＳｉで構成することによりボロン等のドーパントの量を調整するだけで抵抗を調整することができるので好ましい。
【００５５】
次に、上部電極２１の第５の例について説明する。
この例では、図９に示すように、電極板２３の下面に絶縁層６７を形成している。この絶縁層６７は、例えばセラミックスの溶射等により形成することができるが、その形成方法は問わない。このように絶縁層６７を形成することにより、プラズマと電極板２３とが絶縁層６７を介して容量結合することとなる。したがって、ＲＦ等価回路的には、電極板２３とプラズマとの間に多数のコンデンサーが並列に存在している状態となり、結果として電極板２３下面の径方向のインダクタンス成分（Ｌω）を絶縁層６７の容量成分（−１／Ｃω）で打ち消すことができる。したがって、電極板２３下面において位相によるインピーダンスＺの大きさの変化をほとんどなくすことができ、電極下面からプラズマへ印加される電界が均一になってプラズマ密度を均一にすることができる。
【００５６】
なお、この際の絶縁層６７は、インダクタンス成分（Ｌω）を打ち消すことができる程度の容量となるように、その材料および厚さが設定される。
【００５７】
ところで、上部電極２１の電極板２３下面の電界分布が不均一になるのは、上述のような印加周波数を上昇させた際の電極表面のインダクタンスの径方向の変化に起因するばかりでなく、プラズマの非線形性の特性が顕著に現れ、プラズマからの反射波の高調波が増加し、このような高調波により電極表面に定在波が生成されることによっても生じる。
【００５８】
つまり、プラズマからの反射波には多数の高調波が含まれており、これら高調波はさらに給電棒３３のインダクタンス成分のため反射されるが、電極径が２５０〜３００ｍｍφとなると、高調波の中にはこれと定在波を形成する波長のものが含まれているため、電極板２３の下面に定在波が形成されて電極板２３表面中心部で電界強度が大きくなってしまう。
【００５９】
そこで、上部電極２１の第６の例では、図１０に示すように、電極板２３裏面側の中央部に接するように、例えばフェライト焼結体のような、電磁波吸収効果を有する部材６８を設ける。このような電磁波吸収効果を有する部材６８は高周波を吸収する機能を有するから、この部材６８によりプラズマからの高調波を吸収する。これにより定在波が解消され、電極板２３下面の電界分布が均一となり、プラズマ密度を均一にすることができる。この場合に、電磁波吸収効果を有する部材６８としては、プラズマからの高調波は吸収するが、高周波電源４０からの印加周波数は吸収しない特性を有するものを用いる。部材６８の吸収周波数領域は、材料および組成によって調整することができる。
【００６０】
以上の第１〜第６の例の上部電極は、印加周波数が２７ＭＨｚ以上で、プラズマ密度が１×１０１１個／ｃｍ３以上の高密度の場合に特に有効である。
【００６１】
次に、以上のような上部電極２１を備えたプラズマ処理装置１における処理動作について、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。
【００６２】
まず、被処理体であるウエハ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、排気機構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。
【００６３】
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。
【００６４】
そして、その後、第１の高周波電源４０から２７〜１５０ＭＨｚ、例えば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する。
【００６５】
他方、第２の高周波電源５０からは、１〜４ＭＨｚ、例えば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、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。
【００６６】
このように、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、従来の上部電極構造では、上述したように、印加周波数を上昇させた際の電極表面のインダクタンスの径方向の変化によって、または、プラズマからの反射波の高調波により電極板２３下面に定在波が生成されることによって、電極板２３下面での電界の不均一が生じる。これに対して、上部電極２１を上記第１〜第６の例に示す構造にすることによって、これら電極板２３下面での電界の不均一の原因のいずれかを解消することができるので、電極板２３下面での電界分布を従来よりも均一にすることができ、プラズマ密度をより均一化することができる。すなわち、上記上部電極構造を採用することにより、印加する高周波の周波数が上昇し、プラズマ密度が上昇した際に生じる特有の問題を解消することができ、高密度でありながら均一なプラズマを形成することができる。したがって、エッチングの均一性が向上し、一層の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。特に、印加周波数が２７ＭＨｚ以上で、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、以上のような上部電極構造はこのような場合に特に有効である。
【００６７】
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、上記実施の形態では、上下電極に高周波を印加したが、上部電極のみに高周波を印加するタイプであってもよい。また、上部電極に２７〜１５０ＭＨｚの高周波を印加した場合について示したが、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。さらに、上記実施形態で示した上部電極の複数の例のいくつかを併用することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、印加周波数を上昇させた際の電極板のプラズマ接触面のインダクタンスの径方向の変化による電界の不均一、または、プラズマからの反射波の高調波により電極板のプラズマ接触面に定在波が生成されることによって生じる電界の不均一を解消することができるので、電極板のプラズマ接触面での電界分布を従来よりも均一にすることができ、高密度プラズマにおけるプラズマ密度をより均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置を示す断面図。
【図２】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３】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４】上部電極の第１の例を模式的に示す断面図。
【図５】上部電極の第２の例を模式的に示す断面図。
【図６】上部電極の第２の例の高周波電力の経路を模式的に示す図。
【図７】上部電極の第３の例を模式的に示す断面図。
【図８】上部電極の第４の例を模式的に示す断面図。
【図９】上部電極の第５の例を模式的に示す断面図。
【図１０】上部電極の第６の例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１；エッチング装置
２；チャンバー
５；サセプタ（第２の電極）
６；ハイパスフィルタ
２１；上部電極（第１の電極）
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
４２；ローパスフィルタ
４１，５１；整合器
５０；第２の高周波電源
６１，６３；外側部分
６２；誘電体部材からなる中央部分
６４；高抵抗部材からなる中央部分
６５；誘電体部材
６６；高抵抗部材
６７；絶縁層
６８；電磁波吸収効果を有する部材
Ｗ；半導体ウエハ
【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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