(57)【要約】【課題】被処理基板にパーティクルを付着させない可動機構によりプラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させる。【解決手段】チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って、石英隔壁板３４が水平に取り付けられ、この石英隔壁板３４の裏側（上方）に上部電極３６が配置されている。電極位置可変機構３８は、鉛直方向に延びるネジ軸４０の上端に結合されているステップモータ４２と、上部電極３６に一体結合され、かつネジ軸４０と螺合する可動ナット部４４とを有している。ステップモータ４２の回転方向および回転量により、上部電極３６の移動方向および移動量を制御し、上部電極３６の高さ位置ひいては上部電極３６とサセプタ１２との電極間距離を一定範囲内で連続的に可変できる。【選択図】図１
2009123934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、
前記第１電極と平行または斜めに向かい合って高周波放電用のコンデンサを形成する第２電極と、
前記処理容器内で前記基板上およびその周囲に設定される処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理空間で前記処理ガスを放電させてプラズマを生成するために前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に第１高周波を印加する第１高周波給電部と、
前記コンデンサの容量を可変するために前記第２電極の位置を所定の方向で可変する電極位置可変機構と、
前記処理空間と前記第２電極および前記電極位置可変機構を包む電極可動空間とを隔てるための誘電体からなる隔壁部と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理容器の天井に前記誘電体隔壁部が水平に設けられ、
前記第１電極および前記第２電極が平行に向かい合って前記誘電体隔壁部の下および上にそれぞれ水平に配置され、
前記電極可動機構が前記第２電極の位置を鉛直方向で可変する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記誘電体隔壁部に、前記処理空間に向けて前記処理ガスを噴出するガス噴出部が設けられる請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記処理容器内で前記第１電極が水平に配置され、
前記処理容器の側壁に前記誘電体隔壁部が設けられ、
前記第２の電極が前記第１電極と斜めに向かい合って前記誘電体側壁部の外に配置される請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電極位置可変機構が前記第２電極の位置を鉛直方向で可変する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電極位置可変機構が前記第２電極の位置を水平な半径方向で可変する請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１電極の直上に平行に向かい合って配置され、前記第２電極から独立して前記第１電極と高周波放電用のコンデンサを形成する第３電極を有する請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で上下に向かい合って高周波用のコンデンサを形成する下側の第１電極および上側の第２電極と、
前記コンデンサの容量を可変するために前記第１電極の位置を鉛直方向で可変する電極位置可変機構と、
前記処理容器内の前記第１電極と前記第２電極との間で被処理基板を載置し、かつ前記基板上およびその周囲に設定される処理空間と前記第１電極および前記電極位置可変機構を包む電極可動空間とを隔てる誘電体からなる隔壁部と、
前記処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理空間で前記処理ガスのプラズマを生成するために前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に第１高周波を印加する第１高周波給電部と
を有する容量結合型のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電極位置可変機構が、可動の前記電極を一定範囲内で任意の位置に移動させ、かつその位置で保持する手段を有する請求項１〜８のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記電極可動空間が大気に通じている請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１電極に、主として前記プラズマから前記基板へのイオンの引き込みに寄与するための第２高周波を印加する第２高周波給電部を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に容量結合型のプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、枚葉式のプラズマ処理装置では、大口径プラズマを容易に実現できる容量結合型のプラズマ処理装置が主流となっている。
【０００３】
一般に、容量結合型のプラズマ処理装置は、真空チャンバとして構成される処理容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）を載置し、両電極間に高周波を印加する。そうすると、両電極の間でＲＦ電流によって加速された電子、電極から放出された二次電子、あるいは加熱された電子が処理ガスの分子と電離衝突を起こして、処理ガスのプラズマが発生し、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板表面に所望の微細加工たとえばエッチング加工が施される。
【０００４】
ところで、半導体プロセス技術におけるデバイスの微細化・高集積化に伴い、容量結合型のプラズマ処理装置においては、より高効率・高密度・低バイアスのプラズマプロセスが求められており、そのためにはプラズマ生成に用いる高周波の周波数をなるべく高くするというのが今日のトレンドである。一方で、チップサイズの大面積化、基板の大口径化に伴い、より大きな口径のプラズマが求められており、チャンバ（処理容器）が益々大型化しつつある。
【０００５】
ここで問題となるのは、チャンバの処理空間内（特に半径方向）でプラズマ密度を均一にするのが難しくなることである。すなわち、放電用のＲＦ周波数が高くなると、チャンバ内に定在波が形成される波長効果や電極表面で高周波が中心部に集中する表皮効果等によって、概して基板上で中心部が極大になってエッジ部が最も低くなるようなプロファイルでプラズマの密度が不均一になる。基板上でプラズマ密度が不均一であれば、プラズマプロセスも不均一になり、デバイスの製造歩留まりは下がる。
【０００６】
かかる問題に対して、これまでは電極構造に様々な工夫が試みられている。たとえば、特許文献１に開示されるプラズマ処理装置は、処理空間と向き合う電極の主面に誘電体を埋め込んで、電極主面より処理空間に放射される高周波に対するインピーダンスを相対的に電極中心部で大きく電極エッジ部で小さくなるようにして、プラズマ密度分布の均一性を向上させるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３６３５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように電極の主面に誘電体を埋め込む手法は、電極主面上のインピーダンス分布特性が誘電体の材質および形状プロファイルによって固定されており、プラズマ密度分布の均一性制御を保証できるプロセス領域が狭く、多種多様なプロセスあるいはプロセス条件の変更に対してフレキシブルに対応することはできない。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、被処理基板にパーティクルを付着させない可動機構によりプラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させる容量結合型のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する第１電極と、前記第１電極と平行または斜めに向かい合って高周波放電用のコンデンサを形成する第２電極と、前記処理容器内で前記基板上およびその周囲に設定される処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理空間で前記処理ガスのプラズマを生成するために前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に第１高周波を印加する第１高周波給電部と、前記コンデンサの容量を可変するために前記第２電極の位置を所定の方向で可変する電極位置可変機構と、前記処理空間と前記第２電極および前記電極位置可変機構を包む電極可動空間とを隔てるための誘電体からなる隔壁部とを有する。
【００１０】
上記の容量結合型プラズマ処理装置においては、第１電極と第２電極との間に高周波放電用のコンデンサが形成されるだけでなく、第１電極と処理容器の側壁との間にも高周波放電用のコンデンサが形成される。ここで、誘電体隔壁部は、電気的には、第１電極と第２電極間のコンデンサの容量を一定量増加させるだけである。両電極間の高周波電界特性や高周波放電特性が誘電体隔壁部によって特に影響を受けることはない。
【００１１】
電極位置可変機構により第２電極の位置を上記所定方向でシフトして第１電極と第２電極間のコンデンサの容量を増大させると、両電極間で流れる高周波電流が増大して、その領域、特に電極中心部付近のプラズマ密度が高くなる。一方、第１電極と第２電極間の高周波電流が増大するぶん、第１電極と容器側壁との間を流れる高周波電流は減少し、その領域、特に電極エッジ部付近のプラズマ密度が低くなる。しかし、第２電極の位置を逆向きにシフトして第１電極と第２電極間のコンデンサの容量を減少させたときは、上記と逆の作用が働いて、電極中心部付近のプラズマ密度が低くなり、電極エッジ部付近のプラズマ密度が高くなる。このように、電極位置可変機構により第２電極の位置を可変することで、第１電極に載置される基板上のプラズマ密度分布を容易かつ自在に制御することが可能である。
【００１２】
また、上記の装置構成においては、可動の第２電極および電極位置可変機構を包む電極可動空間が誘電体隔壁部によって真空の処理空間から隔てられているので、電極可動空間内で発生したパーティクルが処理空間に入って基板に付着するおそれはなく、電極位置可変機構は真空式の構造を持たなくて済む。
【００１３】
本発明の好適な一態様においては、処理容器の天井に誘電体隔壁部が水平に設けられ、第１電極および第２電極が平行に向かい合って誘電体隔壁部の下および上にそれぞれ水平に配置され、電極可動機構が第２電極の位置を鉛直方向で可変する。この場合、誘電体隔壁部に、処理空間に向けて処理ガスを噴出するガス噴出部を設けることも可能である。このような平行平板型において、第２電極（上部電極）を可動とする場合は、処理容器の天井裏に電極位置可変機構を簡易な構成で設置できるだけでなく、第２電極（上部電極）がプラズマに直接曝されることもないので、その電極寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、別の好適な一態様においては、処理容器内で第１電極が水平に配置され、処理容器の側壁に誘電体隔壁部が設けられ、第２の電極が第１電極と斜めに向かい合って誘電体側壁部の外に配置される。この場合、電極位置可変機構が第２電極の位置を鉛直方向で可変してもよく、あるいは水平な半径方向で可変してもよい。また、第１電極の直上に平行に向かい合って配置され、第２電極（サイド電極）から独立して第１電極と高周波放電用のコンデンサを形成する第３電極(上部電極)を併設してもよい。
【００１５】
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で上下に向かい合って高周波用のコンデンサを形成する下側の第１電極および上側の第２電極と、前記コンデンサの容量を可変するために前記第１電極の位置を鉛直方向で可変する電極位置可変機構と、前記処理容器内の前記第１電極と前記第２電極との間で被処理基板を載置し、かつ前記基板上およびその周囲に設定される処理空間と前記第１電極および前記電極位置可変機構を包む電極可動空間とを隔てる誘電体からなる隔壁部と、前記処理空間に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理空間で前記処理ガスのプラズマを生成するために前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方に第１高周波を印加する第１高周波給電部とを有する。
【００１６】
上記の装置構成においても、電極位置可変機構により第１電極（下部電極）の位置を可変することにより、第１電極に載置される基板上のプラズマ密度分布を容易かつ自在に制御することが可能である。また、可動の第１電極および電極位置可変機構を包む電極可動空間が誘電体隔壁部によって真空の処理空間から隔てられているので、電極可動空間内で発生したパーティクルが処理空間に入って基板に付着するおそれはなく、電極位置可変機構は真空式の構造を持たなくて済む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成及び作用により、被処理基板にパーティクルを付着させない可動機構によりプラズマ密度分布の容易かつ自在な制御を可能とし、プラズマプロセスの均一性や歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
図１に、本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、平行平板電極を有するカソードカップルの容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２０】
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の底に排気口２０が設けられている。この排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。
【００２１】
サセプタ１２には、プラズマ生成およびＤＣバイアス生成用の高周波電源２８が整合器３０および下部給電棒３２を介して電気的に接続されている。高周波電源２８は、一定の周波数たとえば４０ＭＨｚの高周波を所望のパワーで出力する。整合器３０は、高周波電源２８側のインピーダンスと負荷（電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとる。
【００２２】
図示省略するが、サセプタ１２の内部には温調用の冷媒が流れる冷媒室または冷媒通路が設けられてよい。また、ウエハ温度の精度を一層高めるために、伝熱ガス供給部からの伝熱ガスたとえばＨeガスをサセプタ１２の上面（半導体ウエハＷの裏面）に供給するガス通路も設けられてよく、その場合はサセプタ１２の上面にウエハ吸着用の静電チャックが設けられる。
【００２３】
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って、誘電体たとえば石英からなる円板形状の隔壁板３４が一定位置で水平に取り付けられ、この石英隔壁板３４の裏側（上方）に円板形状の上部電極３６が水平に配置されている。
【００２４】
上部電極３６は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の上面壁に取付されている電極位置可変機構３８により鉛直方向で移動または変位できるようになっている。図示の電極位置可変機構３８は、たとえばボールネジ機構で構成され、鉛直方向に延びるネジ軸４０の上端に結合されているステップモータ４２と、上部電極３６に一体結合され、かつネジ軸４０と螺合する可動ナット部４４とを有している。ステップモータ４２の回転方向および回転量により、上部電極３６の移動方向（上向き／下向き）および移動量を制御し、上部電極３６の高さ位置ひいては上部電極３６とサセプタ１２との電極間距離を一定範囲内で連続的に可変できるようになっている。なお、可動ナット部４４と上部電極３６との間は電気的に絶縁されているのが好ましい。
【００２５】
上部電極３６の背面中心部から鉛直上方に延びる比較的太径の筒状導体４６は、チャンバ１０の上壁から鉛直下方に延びる比較的細径の筒状導体４８に摺動可能に嵌合されている。上部電極３６は、どの高さ位置にあっても筒状導体４６，４８およびチャンバ１０を介して接地される。
【００２６】
石英隔壁板３４は、チャンバ１０内の空間を上部空間ＵＳと下部空間ＬＳとに二分している。上部空間ＵＳは、上記の上部電極３６および電極位置可変機構３８を包む電極可動空間であり、大気に通じていて構わない。一方、下部空間ＬＳはシール部材（図示せず）によって減圧可能に封止されており、特にサセプタ１２と石英隔壁板３４との間には真空のプラズマ生成空間または処理空間ＰＳが設定される。
【００２７】
この実施形態では、処理ガス供給部５０からのガス供給管５２をチャンバ１０の側壁に通し、チャンバ側壁近傍のガス噴出口５４から処理空間ＰＳに処理ガスを供給するようにしている。
【００２８】
このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２４、高周波電源２８，電極位置可変機構３８、処理ガス供給部５０等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）は、たとえばマイクロコンピュータからなる制御部（図示せず）によって制御される。
【００２９】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１２の上に載置する。その後、処理ガス供給部５０よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量で密閉状態のチャンバ１０内の処理空間ＰＳに導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波電源２８をオンにして高周波（４０ＭＨｚ）を所定のパワーで出力させ、この高周波を整合器３０および給電棒３２を介してサセプタ（下部電極）１２に印加または給電する。サセプタ１２上の処理空間ＰＳにおいては、ガス噴出口５４より吐出されたエッチングガスがサセプタ１２と上部電極間３６間の高周波放電およびサセプタ１２とチャンバ１０側壁間の高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面が所定のパターンにエッチングされる。
【００３０】
この容量結合型プラズマエッチング装置は、サセプタ（下部電極）１２に４０ＭＨｚあるいはそれ以上の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。しかも、カソードカップル方式であり、サセプタ１２に生じる自己バイアス電圧を利用してプラズマ中のイオンをウエハＷにほぼ垂直に引き込んで、異方性のエッチングを行える。
【００３１】
この容量結合型プラズマエッチング装置における主たる特徴は、高周波放電用の平行平板電極を構成するサセプタ（下部電極）１２および上部電極３６のうち、サセプタ１２を定位置に固定し、上部電極３６を鉛直方向（電極間距離方向）で可動に構成し、上部電極３６および電極位置可変機構３８を包む電極可動空間ＵＳを石英隔壁板３４によってサセプタ１２上の半導体ウエハＷの周囲に設定される処理空間ＰＳから雰囲気的に隔離または隔絶している構成にある。
【００３２】
石英隔壁板３４は、電気的には、サセプタ１２と上部電極３６との間に形成されるコンデンサの容量をその誘電率および板厚に応じて一定量増大させるだけである。サセプタ１２とチャンバ１０側壁間のＲＦ電流はもちろん、サセプタ１２と上部電極３６間のＲＦ電流も、石英隔壁板３４の存在によって特に影響を受けるものではない。
【００３３】
一方で、上部電極３６の位置を鉛直方向（電極間距離方向）で可変にすることにより、高周波電源２８よりサセプタ１２に印加される高周波のパワーを一定にした条件の下で、サセプタ１２および上部電極３６間の高周波放電とサセプタ１２およびチャンバ１０側壁間の高周波放電との間のバランスを可変制御することができる。
【００３４】
図２Ａおよび図２Ｂにつき、図１のプラズマ処理装置において上部電極３６の位置を上下に可変する場合の作用を模式的に説明する。カソードカップル方式では、カソードのサセプタ１２に対して上部電極３６だけでなく、チャンバ１０の側壁も接地電位のアノードとして働く。このため、サセプタ１２と上部電極３６との間にコンデンサＣAが形成されるだけでなく、サセプタ１２とチャンバ１０の側壁との間にもコンデンサＣBが形成される。
【００３５】
高周波電源２８からの高周波がサセプタ１２に印加されると、サセプタ１２と上部電極３６との間の高周波放電およびサセプタ１２とチャンバ１０側壁との間の高周波放電によって処理空間ＰＳ内で処理ガスのプラズマが生成する。生成したプラズマは四方に拡散し、プラズマ中のＲＦ電流の中の一部は石英隔壁板３４（図１）を通って上部電極３６に入り、そこからチャンバ１０の側壁およびグランドラインを通って高周波電源２８に帰還し、残りは直接チャンバ１０の側壁に入り、そこからグランドラインを通って高周波電源２８に帰還する。
【００３６】
ここで、図２Ａのように、上部電極３６の位置を下げて両電極１２，３６間の距離を小さくすると、両電極１２，３６間でコンデンサＣAの容量およびＲＦ電界の強度が増し、コンデンサＣAを通るＲＦ電流が増大する。一方、サセプタ１２とチャンバ１０の側壁との間の距離間隔は変わらず、コンデンサＣBの容量は一定であるから、コンデンサＣAを通るＲＦ電流が増大する分だけコンデンサＣBを通るＲＦ電流は減少する。これにより、プラズマからアノードに流入するＲＦ電流の中で上部電極３６に向かう割合が高くなりチャンバ１０の側壁に向かう割合が低くなる。これに、サセプタ１２の主面において中心部にＲＦ電流が集まりやすいという表皮効果も重なって、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布は、ウエハ中心部で相対的に高くエッジ部側で相対的に低くなるようなプロファイルを示し、あるいはその度合いを一層強める方向に変化する。
【００３７】
反対に、図２Ｂのように、上部電極３６の位置を上げて両電極１２，３６間の距離を大きくすると、両電極１２，３６間でコンデンサＣAの容量およびＲＦ電界の強度が低下し、コンデンサＣAを通るＲＦ電流が減少する。一方、サセプタ１２とチャンバ１０側壁との間の距離間隔は変わらず、コンデンサＣBの容量は一定であるから、コンデンサＣAを通るＲＦ電流が減少する分だけコンデンサＣBを通るＲＦ電流は増大する。これにより、プラズマからアノードに流入するＲＦ電流の中でチャンバ１０の側壁に向かう割合が高くなり上部電極３６に向かう割合が低くなる。その結果、ウエハ中心部のプラズマ密度を下げてエッジ部側のプラズマ密度を上げる方向に半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布に補正をかけることができる。
【００３８】
上記のように、電極位置可変機構３８により上部電極３６の位置を可変することにより、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布を半径方向で容易かつ自在に制御することが可能である。このことにより、プラズマエッチング特性（特に面内均一性）を向上させることができる。
【００３９】
また、図１に示すように、石英隔壁板３４は電極可動空間ＵＳを処理空間ＰＳから物理的に隔てているので、電極可動空間ＵＳ内で電極位置可変機構３８や上部電極３６の移動または変位の際に擦れ等でパーティクルが発生しても石英隔壁板３４より下の処理空間ＰＳへ入ることはなく、したがってサセプタ１２上の半導体ウエハＷにパーティクルが付着することはない。このことは、品質管理および製造歩留まりの面で大なる利点となる。
【００４０】
さらに、上部電極３６は石英隔壁板３４によって処理空間ＰＳから隔離されるので、上部電極３６の表面にエッチング生成物のポリマー等が堆積することもなければ、イオンが入射することもない。このため、上部電極３６において、アルマイト処理等の特別な表面処理を施さなくて済むうえ、電極寿命を大幅に延ばすことができる。
【００４１】
また、電極位置可変機構３８は、大気に通じる非真空の電極可動空間ＵＳ内で動作するので、簡易で低コストの構造にできる。
【００４２】
図３に、第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、２種類の高周波を用いることと、処理空間ＰＳに処理ガスを供給するためにシャワーヘッドを備える点を除いては、構成も作用も上記第１の実施形態の装置と殆ど同じである。
【００４３】
より詳細には、第１高周波電源６０よりプラズマ生成に好適な比較的高い周波数（たとえば６０ＭＨｚ）の第１高周波が、整合器６２および上部給電棒６４を介して上部電極３６に印加される。一方、第２高周波電源６６よりプラズマから半導体ウエハＷへのイオンの引き込みに好適な比較的低い周波数（たとえば２ＭＨｚ）の第２高周波が、整合器６８および下部給電棒３２を介してサセプタ（下部電極）１２に印加される。このような２周波印加方式は、第１高周波および第２高周波のパワーを独立に選定してプラズマ密度とイオンエネルギーとをそれぞれ独立に制御できるので、エッチング加工の制御性や自由度を高めるのに有利である。
【００４４】
なお、上部電極３６背面の筒状導体４６は上部給電棒６４に摺動可能に嵌合されている。上部給電棒６４は絶縁体６５によってチャンバ１０の上面に支持されている。
【００４５】
シャワーヘッド７０は、石英隔壁板３４を用いて構成されている。すなわち、石英隔壁板３４の背部に誘電体たとえば石英板の壁７２からなるバッファ室７４が形成され、このバッファ室７４に処理ガス供給部５０からのガス供給管５２が接続される。石英隔壁板３４には多数のガス噴出孔７６が形成される。エッチング処理時に、処理ガス供給部５０からのエッチングガスは、ガス供給管５２を介してバッファ室７４に導入され、バッファ室７４からガス噴出孔７６を抜けて処理空間ＰＳに供給される。シャワーヘッド７０を構成する部材３４，７２はいずれも誘電体であり、上部電極３６とサセプタ１２間のＲＦ電界特性や処理空間ＰＳ内の高周波放電特性に特に影響を与えるものではない。
【００４６】
図４に、第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、上部電極３６を定位置に固定し、下部電極１２の位置を上下に可変する構成を特徴としている。具体的には、下部給電棒３２に結合された有底円筒状の導体カップ８０の中で円板形状の下部電極１２を鉛直方向で可動に構成し、チャンバ１０の下方（外）に配置されたアクチエータ８２により支持棒８４を介して下部電極１２の高さ位置を可変するようにしている。ここで、導体カップ８０と下部電極１２とは直接または可撓性の導体（図示せず）等を介して電気的に接続されてよい。支持棒８４は絶縁体で構成されてよく、アクチエータ８２はボールネジ機構あるいはシリンダ等で構成されてよい。
【００４７】
導体カップ８０の上面は誘電体たとえば石英からなる隔壁板８６で気密に閉塞されている。処理対象の半導体ウエハＷはこの石英隔壁板８６の上に載置される。図示省略するが、石英隔壁板８６と一体に静電チャックを設けることも可能である。
【００４８】
下部電極１２および電極位置可変機構８５（アクチエータ８２、支持棒８４）を包む電極可動空間ＫＳは、石英隔壁板８６によって処理対象の半導体ウエハＷ上およびその周囲に設定される処理空間ＰＳから雰囲気的に隔離または隔絶されている。電極可動空間ＫＳは、大気に通じていて構わない。一方、処理空間ＰＳはシール部材（図示せず）により減圧可能に封止されている。
【００４９】
上部電極３６は、チャンバ１０に一体に組み込まれて接地されており、シャワーヘッド８８を兼ねている。処理ガス供給部５０からの処理ガスはガス供給管５２を通って上部電極３６内のガスバッファ室９０に導入され、ガスバッファ室９０から上部電極３６のガス噴出孔９２を抜けて処理空間ＰＳに均一に噴出されるようになっている。
【００５０】
このプラズマエッチング装置は、カソードカップルの下部２周波印加方式を採っており、イオン引き込み用の第２高周波電源６６だけでなく、プラズマ生成用の第１高周波電源６０も、マッチングユニット９４、下部給電棒３２および導体カップ８０を介して下部電極１２に電気的に接続している。マッチングユニット９４には、第１および第２高周波電源６０，６６用のそれぞれの整合器が一緒に収容されている。
【００５１】
この実施形態でも、下部電極１２と上部電極３６との間および下部電極１２とチャンバ１０側壁との間にそれぞれ高周波放電用のコンデンサが形成される。エッチングプロセスにおいては、所定圧力の処理空間ＰＳにシャワーヘッド８８よりエッチングガスが供給されると同時に、高周波電源６０，６６からの第１および第２高周波がサセプタ１２に印加され、サセプタ１２と上部電極３６との間の高周波放電およびサセプタ１２とチャンバ１０側壁との間の高周波放電によって処理空間ＰＳ内で処理ガスのプラズマが生成し、プラズマより供給されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面が所定のパターンにエッチングされる。
【００５２】
そして、このプラズマエッチング装置では、電極位置可変機構８５により下部電極１２の位置を上下に可変することにより、図２Ａおよび図２Ｂにつき上述したのと同様の原理で、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布を半径方向で容易かつ自在に制御することが可能であり、エッチング特性（特に均一性）を向上させることができる。また、図４に示すように、石英隔壁板８６は電極可動空間ＫＳを処理空間ＰＳから物理的に隔てているので、電極可動空間ＫＳ内で電極位置可変機構８５や下部電極１２からパーティクルが発生しても処理空間ＰＳへ入ることはなく、したがってサセプタ１２上の半導体ウエハＷに付着することもない。電極位置可変機構８５は、大気圧下の電極可動空間ＫＳに設けられ、そこで動作するので、簡易・低コストの構造となっている。
【００５３】
図５に、第４の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、サセプタ（下部電極）１２および上部電極３６を互いに平行に対向させてそれぞれ定位置で水平に固定配置するとともに、両電極１２，３６間の処理空間ＰＳに面するチャンバ１０の側壁に誘電体たとえば石英からなる円筒状の側壁部１００を設け、この石英側壁部１００の外に円筒状のサイド電極１０２を鉛直方向で可動または変位可能に配置している。
【００５４】
より詳細には、カソードカップルの単一周波印加方式が採られており、サセプタ（下部電極）１２回りの構成は第１実施形態（図１）と同じでよい。一方、アノードの上部電極３６は、シャワーヘッド８８を兼ねており、グランドライン１０４を介して接地されている。サイド電極１０２も、上部電極３６から独立したアノードであり、個別のグランドライン１０６を介して接地されている。電極位置可変機構１０５は、たとえばボールネジ機構あるいはシリンダ等のアクチエータからなり、サイド電極１０２を石英側壁部１００に沿って一定の範囲内で上下に移動させ、任意の高さ位置で支持することができる。
【００５５】
上部電極３６は処理空間ＰＳを介してサセプタ（下部電極）１２と平行に向かい合っており、両電極３６，１２間には平行平板型のコンデンサが形成される。一方、サイド電極１０２も石英側壁部１００および処理空間ＰＳを介して    サセプタ１２と斜めに向かい合っており、両電極１０２，１２間にも非平行平板型のコンデンサが形成される。
【００５６】
高周波電源２８からの高周波がサセプタ１２に印加されると、サセプタ１２と上部電極３６との間の高周波放電およびサセプタ１２とサイド電極１０２との間の高周波放電によって処理空間ＰＳ内で処理ガスのプラズマが生成する。生成したプラズマは四方に拡散し、プラズマ中のＲＦ電流の中の一部は上部電極３６に入り、そこからグランドライン１０４を通って高周波電源２８に帰還し、残りは石英側壁部１００を通って外のサイド電極１０２に入り、そこからグランドライン１０６を通って高周波電源２８に帰還する。
【００５７】
ここで、アクチエータ（電極位置可変機構）１０５によりサイド電極１０２の位置を下げると、サイド電極１０２のサセプタ１２と向かい合う有効面積が増し、つまり両電極１２，１０２間のコンデンサの面積（容量）が増し、プラズマからアノードに流れるＲＦ電流の中でサイド電極１０２に向かう割合が高くなり、そのぶん上部電極３６に向かう割合が低くなる。こうして、処理対象の半導体ウエハＷ上でエッジ部側のプラズマ密度を上げてウエハ中心部側のプラズマ密度を下げる方向にプラズマ密度分布特性を制御することができる。
【００５８】
逆に、アクチエータ（電極位置可変機構）１０５によりサイド電極１０２の位置を上げると、サイド電極１０２のサセプタ１２と向かい合う有効面積が減り、つまり両電極１２，１０２間のコンデンサの面積（容量）が減り、プラズマからアノードに流れるＲＦ電流の中でサイド電極１０２に向かう割合が低くなり、そのぶん上部電極３６に向かう割合が高くなる。こうして、処理対象の半導体ウエハＷ上でエッジ部側のプラズマ密度を下げてウエハ中心部側のプラズマ密度を上げる方向にプラズマ密度分布特性を制御することができる。
【００５９】
このように、この実施形態でも、電極位置可変機構１０５によりサイド電極１０２の位置を上下に可変することにより、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布を半径方向で容易かつ自在に制御することが可能である。また、図５に示すように、チャンバ１０の石英側壁部１０２はサイド電極１０２および電極位置可変機構１０５を包む電極可動空間（大気空間）ＡＳをチャンバ１０内の処理空間ＰＳから物理的に隔てているので、電極可動空間ＡＳで電極位置可変機構１０５やサイド電極１０２からパーティクルが発生しても処理空間ＰＳへ入ることはなく、したがってサセプタ１２上の半導体ウエハＷに付着するおそれはない。また、電極位置可変機構１０５は、大気圧下の電極可動空間ＫＳに設けられ、そこで動作するので、簡易・低コストの構造となっている。
【００６０】
図６に、第５の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。この実施形態は、上記した第４の実施形態を変形したもので、石英側壁部１００の外でサイド電極１０８を半径方向で水平に可動または変位可能に配置している。
【００６１】
サイド電極１０８の半径方向の移動または変位を可能とするために、図７に示すように、サイド電極１０８を円周方向で分割された複数個たとえば４個の円弧体で構成し、それぞれに電極位置可変機構として直動型のアクチエータ１１０を充てている。
【００６２】
アクチエータ（電極位置可変機構）１１０によりサイド電極１０８の位置を半径方向内側にシフトさせると、サイド電極１０８のサセプタ１２との電極間距離が小さくなり、つまり両電極１２，１０８間のコンデンサの面積（容量）が増し、プラズマからアノードに流れるＲＦ電流の中でサイド電極１０８に向かう割合が高くなり、そのぶん上部電極３６に向かう割合が低くなる。こうして、処理対象の半導体ウエハＷ上でエッジ部側のプラズマ密度を上げてウエハ中心部側のプラズマ密度を下げる方向にプラズマ密度分布特性を制御することができる。
【００６３】
逆に、アクチエータ（電極位置可変機構）１１０によりサイド電極１０８の位置を半径方向外側にシフトさせると、サイド電極１０８のサセプタ１２との電極間距離が大きくなり、つまり両電極１２，１０８間の容量が減少し、プラズマからアノードに流れるＲＦ電流の中でサイド電極１０８に向かう割合が低くなり、そのぶん上部電極３６に向かう割合が高くなる。こうして、処理対象の半導体ウエハＷ上でエッジ部側のプラズマ密度を下げてウエハ中心部側のプラズマ密度を上げる方向にプラズマ密度分布特性を制御することができる。
【００６４】
このように、この実施形態においても、サイド電極１０８の移動または変位方向が異なるだけで、上記した第５の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６５】
なお、図示省略するが、上記した第４または第５の実施形態において、上部電極３６とサセプタ１２との間に誘電体隔壁板を設けて、上部電極３６を可動とし、サイド電極１０２（１０８）から独立して上部電極３６の位置を上下に可変する構成も可能である。
【００６６】
通常のエッチングプロセスでは、１枚の半導体ウエハに対する１回の処理の中で複数のステップ（たとえば、表面のマスクをエッチングするステップ、マスクの下の絶縁膜を垂直に削るステップ、さらに下地の膜との選択比を大きくしてオーバーエッチをかけるステップ等）で圧力・パワー・ガスなどのプロセス条件を変えながら連続処理することがよく行われている。本発明によれば、そのようなマルチステップのプロセスにおいて、それぞれのステップ毎にプラズマの分布特性が最適になるように、電極位置可変機構を機能させることができる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは決してなく、種々の変形が可能である。特に、可動電極および電極位置可変機構の構成については装置内の他の機構と最適に組み合わさるように種々の選択・変形を行うことができる。
【００６８】
本発明は、プラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２Ａ】実施形態のプラズマ処理装置において上部電極の位置を下げた場合の作用を模式的に説明するための図である。
【図２Ｂ】実施形態のプラズマ処理装置において上部電極の位置を上げた場合の作用を模式的に説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】図６のプラズマ処理装置におけるサイド電極および電極位置可変機構の配置構成を示す略平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０    チャンバ（処理容器）
１２    サセプタ（下部電極）
２４    排気装置
３０    高周波電源
３２    下部給電棒
３４    石英隔壁板
３６    上部電極
３８    電極位置可変機構
５０    処理ガス供給部
６０    第１高周波電源
６６    第２高周波電源
７０    シャワーヘッド
８５    電極位置可変機構
１０２，１０８    サイド電極
１０５，１１０    アクチエータ（電極位置可変機構）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009123934.tif 000008
【図６】
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【図７】
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