(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、高周波電力を供給する高周波電源とを有し、前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記高周波電源は前記下部電極に前記高周波電力を供給し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有し、
前記可変インピーダンス部は、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数の前記リターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数の前記リターン電流の値を変化させ、
前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高いことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、互いに周波数が異なる少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電源とを有し、前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記高周波電源は前記下部電極に前記少なくとも第１及び第２の電力を供給し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有し、
前記可変インピーダンス部は、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、前記第１の電力に対応するリターン電流の値を変更することなく、前記第２の電力に対応するリターン電流の値を変更し、
前記第２の電力の周波数は前記第１の電力の周波数より高いことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記外側電極部は接地することを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記絶縁部はＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２から形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１、３及び４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２の電力の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項２乃至４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の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１、３、４及び５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第１の電力の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項２、３、４及び６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、高周波電力を供給する高周波電源とを有し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有するプラズマ処理装置に適用されるプラズマ処理方法であって、
前記高周波電源が前記下部電極に前記高周波電力を供給する高周波電力供給ステップを有し、
該高周波電力供給ステップでは、前記可変インピーダンス部が、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数の前記リターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数の前記リターン電流の値を変化させ、
前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】
被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、互いに周波数が異なる少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電源とを有し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有するプラズマ処理装置に適用されるプラズマ処理方法であって、
前記高周波電源が前記下部電極に前記少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電力供給ステップを有し、
該高周波電力供給ステップでは、前記可変インピーダンス部が、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、前記第１の電力に対応するリターン電流の値を変更することなく、前記第２の電力に対応するリターン電流の値を変更し、
前記第２の電力の周波数は前記第１の電力の周波数より高いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】
前記外側電極部は接地することを特徴とする請求項９又は１０記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記絶縁部はＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２から形成されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記第２の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項９、１１及び１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記第２の電力の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記第１の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項９、１１、１２及び１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記第１の電力の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１０、１１、１２及び１４のいずれか１項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、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に被処理体である半導体ウエハにプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造プロセスでは、被処理体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施されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を施す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るが、特に、下記の容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主に用いられる。
【０００４】
この容量結合型平行平板プラズマ処理装置（図６）は、半導体ウエハ６０をその内部チャンバ（以下「チャンバ」という。）６１においてプラズマ処理する円筒形状の真空容器と、当該チャンバ６１内の上部に配置された上部電極６２及び同下部に配置された下部電極６３からなる一対の平行平板電極とを備える。
【０００５】
当該容量結合型平行平板プラズマ処理装置は、上部電極６２と対向するように下部電極６３に載置された半導体ウエハ６０に対してプラズマ処理を施す。このプラズマ処理を施すためのプラズマは、チャンバ６１内に導入された処理ガスから平行平板電極間に形成された高周波電界によって生成される。
【０００６】
当該容量結合型平行平板プラズマ処理装置によって半導体ウエハ６０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６１内を中圧にして、中密度プラズマを生成することにより最適ラジカル制御を可能とし、これにより適切なプラズマ状態を得た上で、安定性および再現性の高いエッチングを実現している。
【０００７】
このとき、半導体ウエハ６０上で生成されたプラズマは、両極性拡散によって上部電極６２、チャンバ側壁６４及び排気プレート６５等のグランドに向かって等方的に拡散し、拡散されたプラズマは、グランドに到達すると高周波リターン電流を発生し、該高周波リターン電流はグランドから下部電極６３に還流する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チャンバ６１では、下部電極６３上の半導体ウエハ６０から上部電極６２までの距離に対して半導体ウエハ６０からチャンバ側壁６４までの距離が長いのが一般的であり、生成されたプラズマの等方的な拡散により、チャンバ側壁６４方向への拡散度合が大きくなり、その結果、チャンバ側壁６４方向に存在する半導体ウエハ６０の周縁部におけるプラズマ密度が、上部電極６２に対向する半導体ウエハ６０の中心部におけるプラズマ密度よりも小さくなってチャンバ６１内におけるプラズマ密度が不均一化し、半導体ウエハ６０のエッチンググレード分布も不均一となる問題がある。
【０００９】
また、プラズマ密度の不均一化の要因としては、上述したプラズマの等方的な拡散に起因するものの他に、高周波電力が印加される平行平板電極における電極表面のインダクタンス及びプラズマからの反射波である高調波により電極表面に生成される定在波による半導体ウエハ６０の径方向に関する高周波電界分布の不均一に起因するものが知られている。
【００１０】
この高周波電界分布の不均一を解消することによってプラズマ密度の不均一化を解消する装置としては、特開２０００−３２３４５６号公報に記載されたプラズマ処理装置が知られている。
【００１１】
このプラズマ処理装置は、上部電極として、導電体又は半導体で構成された外側部分及び誘電体部材又は高抵抗部材で構成された中央部分からなる電極板を有し、当該上部電極に高周波電力が印加される。
【００１２】
このプラズマ処理装置では、中央部分が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、また、高抵抗部材の場合には、そこで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における中央部の電界強度の低下により高周波電界分布が均一となってプラズマ密度の均一化を達成することができる。
【００１３】
しかしながら、上述した特開２０００−３２３４５６号公報記載のプラズマ処理装置において、高周波電力が印加される上部電極は外側部分と中央部分と材質が異なるので、外側部分と中央部分との間における電位差が生じやすく、これによる異常放電の発生により、上部電極の消耗が速いという問題があり、一般的に用いることができるものではなかった。
【００１４】
本発明の目的は、プラズマ密度の均一化を達成することができる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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、高周波電力を供給する高周波電源とを有し、前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記高周波電源は前記下部電極に前記高周波電力を供給し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有し、前記可変インピーダンス部は、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数の前記リターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数の前記リターン電流の値を変化させ、前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高いことを特徴とする。
請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、可変インピーダンス部は、内側電極部を介して高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数のリターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数のリターン電流の値を変化させるので、第１の周波数のリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である第２の周波数のリターン電流の値を変化させ、内側電極部の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。
上記目的を達成するために、請求項２記載のプラズマ処理装置は、被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、互いに周波数が異なる少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電源とを有し、前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記高周波電源は前記下部電極に前記少なくとも第１及び第２の電力を供給し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有し、前記可変インピーダンス部は、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、前記第１の電力に対応するリターン電流の値を変更することなく、前記第２の電力に対応するリターン電流の値を変更し、前記第２の電力の周波数は前記第１の電力の周波数より高いことを特徴とする。
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、可変インピーダンス部は、内側電極部を介して高周波電源に還流するリターン電流のうち、第２の電力に対応するリターン電流の値を変化させると共に第１の電力に対応するリターン電流の値を変化させないので、第１の電力に対応するリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である第２の電力に対応するリターン電流の値を変化させ、内側電極部の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記外側電極部は接地することを特徴とする。
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記絶縁部はＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２から形成されることを特徴とする。
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１、３及び４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第２の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第２の電力の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項１、３、４及び５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第１の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項２、３、４及び６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記第１の電力の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項９記載のプラズマ処理方法は、被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、高周波電力を供給する高周波電源とを有し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有するプラズマ処理方法であって、前記高周波電源が前記下部電極に前記高周波電力を供給する高周波電力供給ステップを有し、該高周波電力供給ステップでは、前記可変インピーダンス部が、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数の前記リターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数の前記リターン電流の値を変化させ、前記第２の周波数は前記第１の周波数よりも高いことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１０記載のプラズマ処理方法は、被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置するディスク形状の下部電極と、前記真空容器において前記下部電極の上方に配設される上部電極と、互いに周波数が異なる少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電源とを有し、前記上部電極は、その中央部に配設された内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された外側電極部と、該外側電極部及び前記内側電極部の間に介在する絶縁部と、前記内側電極部及び前記外側電極部の間に接続された可変インピーダンス部とを有するプラズマ処理装置に適用されるプラズマ処理方法であって、前記高周波電源が前記下部電極に前記少なくとも第１及び第２の電力を供給する高周波電力供給ステップを有し、該高周波電力供給ステップでは、前記可変インピーダンス部が、前記内側電極部を介して前記高周波電源に還流するリターン電流のうち、前記第１の電力に対応するリターン電流の値を変更することなく、前記第２の電力に対応するリターン電流の値を変更し、前記第２の電力の周波数は前記第１の電力の周波数より高いことを特徴とする。
請求項１１記載のプラズマ処理方法は、請求項９又は１０記載のプラズマ処理方法において、前記外側電極部は接地することを特徴とする。
請求項１２記載のプラズマ処理方法は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記絶縁部はＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２から形成されることを特徴とする。
請求項１３記載のプラズマ処理方法は、請求項９、１１及び１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第２の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項１４記載のプラズマ処理方法は、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第２の電力の周波数は１００ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項１５記載のプラズマ処理方法は、請求項９、１１、１２及び１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第１の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする。
請求項１６記載のプラズマ処理方法は、請求項１０、１１、１２及び１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法において、前記第１の電力の周波数は３．２ＭＨｚであることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置を詳述する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００３３】
図１において、プラズマエッチング処理装置１は、所定の直径の第１の円筒をなす下部と、該第１の円筒よりも直径が小さい第２の円筒をなす上部とを有してなるプラズマ処理容器２を備える。プラズマ処理容器２には、その上部において環状の永久磁石３が外嵌されている。
【００３４】
また、プラズマ処理容器２は、その上部の頂部内側に下向きの凹部４を有し、その下部の底部に開口５を有する。このプラズマ処理容器２は導電性材料からなる。
【００３５】
プラズマ処理容器２において、底部の開口５は、該底部から立設されたステンレス等の導電性材料製のベローズ７を介して排気プレート９等によって閉鎖されている。ベローズ７は、プラズマ処理容器２の底部に立設された第１のベローズカバー８と、第１のベローズカバー８に嵌合するように排気プレート９に固定された第２のベローズカバー１０とによって保護される。頂部の凹部４は、複数の孔１１があけられ、且つ上方に凸であるドーム形状の上部電極１２で閉鎖されている。
【００３６】
排気プレート９は、複数の通気孔１３を有するリング状の円盤であり、その中央部にディスク形状の下部電極１４を有すると共に、プラズマ処理容器２の内部を、上部におけるチャンバ１５と、下部における排気室１６に画成する。このとき、上部電極１２及び排気プレート９は、プラズマ処理容器２の内壁と共にチャンバ１５の壁部を構成する。
【００３７】
下部電極１４の中央部はドーム形状の上部電極１２における頂部の下方に位置している。これにより、下部電極１４に対向する上部電極１２の高さは外側から中央部にかけて高くなる。
【００３８】
また、下部電極１４の下面には、プラズマ処理容器２の下方から延びると共に、酸化処理されたＡｌ等の導電性材料製の管状部材１７と、管状部材１７内に収容されていると共に下部電極１４を上下方向に昇降させる昇降軸１８が固定されている。下部電極１４は、その下面及び側面が電極保護部材１９で保護され、さらに電極保護部材１９は、その下面及び側面が導電性部材２０で覆われている。昇降軸１８には高周波電源６が接続されている。
【００３９】
下部電極１４の上面周囲にはインシュレータリング２１が配され、インシュレータリング２１の内側において下部電極１４の上面には、静電チャック２２が配されている。また、インシュレータリング２１の上にはフォーカスリング２３が配され、フォーカスリング２３の内側において静電チャック２２の上には、下部電極１４の中央部において被処理物としての半導体ウエハ２４が載置される。
【００４０】
プラズマ処理容器２は、その頂部にガス供給口２５を有し、このガス供給口  には流量調整弁２６及び開閉弁２７を介してチャンバ１５内への処理ガス供給のためのガス供給源２８が接続され、且つその底部に排気口２９を有し、この排気口２９には、チャンバ１５内を真空引きする真空ポンプ３０が接続されている。
【００４１】
このように構成されたプラズマエッチング処理装置１は、半導体ウエハ２４にプラズマ処理を施す際に、まず、不図示の駆動機構によって昇降軸１８を上方に移動させて半導体ウエハ２４を所定の位置まで移動し、高周波電源６により、高周波電力を下部電極１４に印加する。
【００４２】
次いで、真空ポンプ３０によりチャンバ１５を所定の真空雰囲気に減圧し、ガス供給源２８からガス供給口２５を介してＣＦ系ガスを含む処理ガスをチャンバ１５に導入すると、上部電極１２と下部電極１４との間に形成された高周波電界によりグロー放電が生じて処理ガスから半導体ウエハ２４上においてプラズマが生成される。
【００４３】
この生成されたプラズマは、グランドであるチャンバ１５の壁部に向かって等方的に拡散して半導体ウエハ２４上に分布し、例えば、酸化膜がマスキングされている半導体ウエハ２４をエッチングする。
【００４４】
この生成されたプラズマの等方的な拡散において、プラズマエッチング処理装置１では、半導体ウエハ２４を載置するディスク形状の下部電極１４に対するドーム形状の上部電極１２の高さが外側から中央部にかけて高くなるので、半導体ウエハ２４の中心部においてプラズマの上部電極１２方向への拡散度合を大きくすることができる。
【００４５】
その後、グランドに到達したプラズマが高周波リターン電流を発生し、該高周波リターン電流は高周波電源６に還流する。
【００４６】
本第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置によれば、下部電極１４に対する上部電極１２の高さが外側から中央部にかけて高くなるので、生成されたプラズマの等方的な拡散において、半導体ウエハ２４の中心部における上部電極１２方向への拡散度合を大きくすることができ、もって、半導体ウエハ２４の中心部におけるプラズマ密度を小さくすることができ、半導体ウエハ２４におけるプラズマ密度の均一化を達成することができる。
【００４７】
上述した実施の形態では、上部電極１２が上方に凸であるドーム形状に形成されたが、上部電極１２の形状は単純なドーム形状に限られるものではなく、この他、円筒又は円錐形状であってもよく、これらの形状が複合されたものであってもよい。すなわち、半導体ウエハ２４上に生成されるプラズマの分布に応じて適宜、上部電極１２を適切な形状で形成すればよい。
【００４８】
また、上部電極１２を、ゴムで形成されたＯ−ＲＩＮＧ等を介して凹部４に嵌合するように構成し、且つ各々が異なる形状を呈する複数の上部電極１２を準備すれば、上部電極１２の交換が容易であると共に、種々のプラズマの分布に備えることができるので、半導体ウエハ２４の種類、処理ガスの種類、又はマスクパターンの種類を変更したときの段取り替えを迅速且つ容易に行うことができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置を詳述する。
【００５０】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００５１】
本第２の実施の形態は、その構成が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を附して重複した説明を省略し、以下に異なる部位の説明を行う。
【００５２】
図２において、上部電極３１は複数の孔３２が空けられた円盤であって、上部電極３１は、その外縁に沿って配設される導電体又は半導体からなる導電部３３と、該導電部３３の内側に配設され、且つ導電部３３より抵抗が大きいＡｌからなる高抵抗部３４とからなり、プラズマエッチング処理装置１は、下部電極１４に高周波電力を供給する高周波電源６とを有する。
【００５３】
このとき、プラズマエッチング処理装置１において、上部電極３１と下部電極１４とは、各々の中央部が一致するように対向して配設されているので、高抵抗部３４と下部電極１４に載置された半導体ウエハ２４の中央部とが対向する。
【００５４】
このプラズマエッチング処理装置１では、高周波電源６が下部電極１４に高周波電流を印加することによってプラズマを生成する。
【００５５】
また、このプラズマエッチング処理装置１では、グランドに到達したプラズマが高周波リターン電流を発生し、該高周波リターン電流は高周波電源６に還流するが、該高抵抗部３４における高周波リターン電流の抑制により、当該高抵抗部３４の表面上におけるプラズマ密度を減少させて、当該高抵抗部３４に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を低下させる。
【００５６】
本第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置によれば、下部電極１４に高周波電力を印加することによってプラズマを生成するので、上部電極３１において導電部３３と高抵抗部３４との間における電位差をなくし、異常放電の発生を防止して、上部電極３１の消耗を抑制することができることに加え、上部電極３１が、その中央部に配設された高抵抗部３４と、高抵抗部３４の内部に配設され、高抵抗部３４より抵抗が小さい導電部３３とからなるので、該高抵抗部３４における高周波リターン電流の抑制により、当該高抵抗部３４の表面上におけるプラズマ密度を減少させて、当該高抵抗部３４に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を低下させ、もって半導体ウエハ２４上におけるプラズマ密度の均一化を達成することができる。
【００５７】
上述した本第２の実施の形態では、高抵抗部３４をＡｌで形成したが、高抵抗部３４の材料部はＡｌ限られるものではなく、この他、Ｓｉ及びＳｉＣ等の高抵抗体からなる群又はＡｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2等の誘電体からなる群から選択された１つであってもよく、これらの材料が複合されたものであってもよい。すなわち、高抵抗部３４の材料は、所定値以上の抵抗値を呈するものであればよく、これにより、高抵抗部における高周波リターン電流の抑制を確実に達成できると共に、これらの材料は安価に入手できるので、もって確実且つ安価にプラズマ密度の均一化を達成することができる。
【００５８】
また、互いに異なる抵抗値を呈する複数の高抵抗部３４を準備すれば、種々のプラズマの分布に備えることができるので、半導体ウエハ２４の種類、処理ガスの種類、又はマスクパターンの種類を変更したときの段取り替えを迅速且つ容易に行うことができる。
【００５９】
さらに、二周波ドライエッチングを行う際には、高抵抗部３４のスキンデプス厚みを調整し、低周波電流に影響を与えずに高周波電流の経路を変化させること等によってプラズマの分布を均一にすることができる。
【００６０】
以下に、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置を詳述する。
【００６１】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００６２】
本第３の実施の形態は、その構成が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を附して重複した説明を省略し、以下に異なる部位の説明を行う。
【００６３】
図３において、上部電極３５は複数の孔３６が空けられた円盤であり、且つ上部電極３５は、その中央部に配設された導電体からなる内側電極部３７と、該内側電極部３７の周囲に配設された導電体からなる外側電極部３８と、該外側電極部３８及び内側電極部３７の間に介在する絶縁部３９と、内側電極部３７及び外側電極部３８を可変インピーダンス素子４０を介して連結する抵抗回路４１とからなり、プラズマエッチング処理装置１は、下部電極１４に高周波電力を供給する高周波電源６とを有する。
【００６４】
このとき、プラズマエッチング処理装置１において、上部電極３５と下部電極１４とは、各々の中央部が一致するように対向して配設されているので、内側電極部３７と下部電極１４の中央部とが対向し、内側電極部３７と半導体ウエハ２４の中心部とが対向する。
【００６５】
このプラズマエッチング処理装置１は、半導体ウエハ２４にプラズマ処理を施す際に、下部電極１４に高周波電流を印加することによってプラズマを生成する。
【００６６】
また、このプラズマエッチング処理装置１では、グランドに到達したプラズマは高周波リターン電流を発生し、該高周波リターン電流は高周波電源６に還流するが、当該可変インピーダンス素子４０の抵抗値（インピーダンス）を変化させることにより、内側電極部３７における高周波リターン電流の値を変化させ、内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。すなわち、内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができる。
【００６７】
また、可変インピーダンス素子４０を使用すると下記に示すように、異なる周波数域において個別に抵抗値を変化させることができる。
【００６８】
以下、図面を用いて可変インピーダンス素子４０を使用したときの異なる周波数域における抵抗値の個別変化について説明する。
【００６９】
まず、可変インピーダンス素子４０として可変インダクタを用いた場合について説明する。
【００７０】
図４は、図３における可変インピーダンス素子４０として可変インダクタを用いた場合における抵抗値の個別変化について説明する図である。
【００７１】
図４（ａ）は、内側電極部３７の外径ａ３８０（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ４００（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びインダクタンス容量を変化させたときの１００（ＭＨｚ）における抵抗値（インピーダンス）の変化を示し、図４（ｂ）は、内側電極部３７の外径ａ３８０（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ４００（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びインダクタンス容量を変化させたときの３．２（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示す。
【００７２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、１００（ＭＨｚ）における抵抗値がインダクタンス容量の増加に伴い増加し、且つある所定のインダクタンス容量を超えると当該抵抗値は急激に増加するが、３．２（ＭＨｚ）における抵抗値はインダクタンス容量の増加に対して極めて微量しか増加しないことを示す。
【００７３】
これにより、可変インダクタを用いてインダクタンス容量を変化させると、内側電極部３７において低周波域（例えば、３．２（ＭＨｚ））のリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である高周波域（例えば、１００（ＭＨｚ））の高周波リターン電流の値を変化させ、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。すなわち、低周波域のリターン電流の値を変化させることなく、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができる。
【００７４】
図４（ｃ）は、内側電極部３７の外径ａ１００（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ１２０（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びインダクタンス容量を変化させたときの１００（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示し、図４（ｄ）は、内側電極部３７の外径ａ１００（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ１２０（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びインダクタンス容量を変化させたときの３．２（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示す。
【００７５】
図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）と同様に、１００（ＭＨｚ）における抵抗値がインダクタンス容量の増加に伴い増加し、３．２（ＭＨｚ）における抵抗値はインダクタンス容量の増加に対して極めて微量しか増加しないことを示す。
【００７６】
また、図４（ａ）及び図４（ｃ）は、上部電極３５の板厚又は内側電極部３７及び外側電極部３８の外径が変化すると、１００（ＭＨｚ）における抵抗値の増加度合いは変化し、且つ当該抵抗値が急激に増加する所定のインダクタンス容量も変化することを示す。
【００７７】
これにより、上部電極３５の板厚又は内側電極部３７及び外側電極部３８の外径を変化させても、高周波域の高周波リターン電流の値を変化させ、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができ、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができる。
【００７８】
また、プラズマエッチング処理装置１の上部電極３５における可変インピーダンス素子４０として可変インダクタを用いる場合は、図４（ａ）又は図４（ｃ）における抵抗値が急激に増加する所定のインダクタンス容量までの間においてインダクタンス容量を変化させることが、制御安定性の観点から好ましい。
【００７９】
次に、図３における可変インピーダンス素子４０として、インダクタンスと並列に配列された可変コンデンサを用いた場合について説明する。
【００８０】
図５は、図３における可変インピーダンス素子４０として可変コンデンサを用いた場合における抵抗値の個別変化について説明する図である。
【００８１】
図５（ａ）は、内側電極部３７の外径ａ３８０（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ４００（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びコンデンサ容量（キャパシタンス）を変化させたときの１００（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示し、図５（ｂ）は、内側電極部３７の外径ａ３８０（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ４００（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びコンデンサ容量を変化させたときの３．２（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示す。
【００８２】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、１００（ＭＨｚ）における抵抗値がコンデンサ容量の増加に伴い増加する一方、３．２（ＭＨｚ）における抵抗値はコンデンサ容量の増加に対して変化しないことを示す。
【００８３】
すなわち、可変コンデンサを用いてコンデンサ容量を変化させると、内側電極部３７において低周波域のリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である高周波域の高周波リターン電流の値を変化させ、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができ、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができる。
【００８４】
図５（ｃ）は、内側電極部３７の外径ａ１００（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ１２０（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びコンデンサ容量を変化させたときの１００（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示し、図５（ｄ）は、内側電極部３７の外径ａ１００（ｍｍ）及び外側電極部３８の外径ｂ１２０（ｍｍ）である上部電極３５の板厚及びコンデンサ容量を変化させたときの３．２（ＭＨｚ）における抵抗値の変化を示す。
【００８５】
図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）と同様に、１００（ＭＨｚ）における抵抗値がコンデンサ容量の増加に伴い増加し、３．２（ＭＨｚ）における抵抗値はコンデンサ容量の増加に対して変化しないことを示す。
【００８６】
また、図５（ａ）及び図５（ｃ）は、上部電極３５の板厚又は内側電極部３７及び外側電極部３８の外径が変化すると、１００（ＭＨｚ）における抵抗値の増加度合いは変化することを示す。
【００８７】
すなわち、上部電極３５の板厚又は内側電極部３７及び外側電極部３８の外径を変化させても、高周波域の高周波リターン電流の値を変化させ、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができ、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができるのは、可変インピーダンス素子４０として可変インダクタを用いた場合と同様である。
【００８８】
また、図５（ａ）及び図５（ｃ）は可変インピーダンス素子４０として可変コンデンサを用いると、可変インダクタを用いた場合である図４（ａ）及び図４（ｃ）における抵抗値の如く、抵抗値が急激に立ち上がることがない。
【００８９】
すなわち、プラズマエッチング処理装置１の上部電極３５における可変インピーダンス素子４０として可変コンデンサを用いることが、制御安定性の観点から好ましい。
【００９０】
尚、上記いずれの場合においても絶縁部３９はＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等により形成される。
【００９１】
本第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置によれば、下部電極１４に高周波電力を印加することによってプラズマを生成するので、上部電極３５において内側電極部３７と外側電極部３８との間における電位差をなくし、異常放電の発生を防止して、上部電極３５の消耗を抑制することができることに加え、上部電極３５は、その中央部に配設された導電体からなる内側電極部３７と、該内側電極部３７の周囲に配設された導電体からなる外側電極部３８と、該外側電極部３８及び内側電極部３７の間に介在する絶縁部３９と、内側電極部３７及び外側電極部３８を可変インピーダンス素子４０を介して連結する抵抗回路４１とを有するので、当該可変インピーダンス素子４０の抵抗値を変化させることにより、内側電極部３７における高周波リターン電流を変化させ、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができ、その結果、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができ、プラズマ密度の不均一の発生を容易に防ぐことができる。
【００９２】
さらに、本第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置は、抵抗値を変化させるだけで内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を制御することができるので、種々のプラズマの分布に備えることができ、半導体ウエハ２４の種類、処理ガスの種類、又はマスクパターンの種類を変更したときの段取り替えを迅速且つ容易に行うことができる。
【００９３】
このとき、可変インピーダンス素子４０が、可変インダクタ又は可変コンデンサのいずれかであるのがよい。これにより、容易に抵抗を変化できると共に、これらは安価に入手でき、もって容易且つ安価にプラズマ密度の不均一の発生を防ぐことができ、特に、可変コンデンサを用いるのが、高周波域の抵抗値が急激に立ち上がることがないので、制御安定性の観点から好ましい。
【００９４】
また、内側電極部３７及び外側電極部３８を、可変インピーダンス素子４０の代わりに所定の抵抗値を呈する電気抵抗を介して連結してもよい。このときの内側電極部３７における高周波リターン電流の抑制により、当該内側電極部３７の表面上におけるプラズマ密度を減少させて、当該内側電極部３７に対向する半導体ウエハの中心部におけるプラズマ密度を低下させ、もって半導体ウエハ２４上におけるプラズマ密度の均一化を達成することができる。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態を第１〜第３の実施の形態に分けて説明したが、これらの実施の形態は常に単独で実施する必要はなく、互いの実施の形態を組み合わせて実施してもよく、例えば、本第１の実施の形態における上部電極１２を、その中央部に配設された高抵抗部と、該高抵抗部の周囲に配設されると共に高抵抗部より抵抗が小さい導電部とによって構成してもよく、又は、本第１の実施の形態における上部電極１２を、その中央部に配設された導電体からなる内側電極部と、該内側電極部の周囲に配設された導電体からなる外側電極部と、該外側電極部及び内側電極部の間に介在する絶縁部と、内側電極部及び外側電極部を可変インピーダンス素子を介して連結する抵抗回路とによって構成してもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、可変インピーダンス部は、内側電極部を介して高周波電源に還流するリターン電流のうち、第１の周波数のリターン電流の値を変化させないと共に第２の周波数のリターン電流の値を変化させるので、第１の周波数のリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である第２の周波数のリターン電流の値を変化させ、内側電極部の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、可変インピーダンス部は、内側電極部を介して高周波電源に還流するリターン電流のうち、第２の電力に対応するリターン電流の値を変化させると共に第１の電力に対応するリターン電流の値を変化させないので、第１の電力に対応するリターン電流の値を変化させることなく、プラズマの生成の主因である第２の電力に対応するリターン電流の値を変化させ、内側電極部の表面上におけるプラズマ密度を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図３】  本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】  （ａ）〜（ｄ）は、図３における可変インピーダンス素子４０として可変インダクタを用いた場合における抵抗値の個別変化について説明する図である。
【図５】  （ａ）〜（ｄ）は、図３における可変インピーダンス素子４０として可変コンデンサを用いた場合における抵抗値の個別変化について説明する図である。
【図６】  従来の容量結合型平行平板プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【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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