JP2000331996A

JP2000331996A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000331996A
Application number: JP11141209A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiishi; 公輿石
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: JP4467667B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、エッチングレ
ート分布が均一なプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】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21,5を配置し、第１の電極21
に高周波を供給する給電棒33の周囲に近接して接地され
た導電性の筒状部材61を設け、第１の電極21の第２の電
極5に対向する面と反対側の面に近接して接地された導
電性の板状部材62を設ける。そして、いずれかの電極に
基板Ｗを支持させた状態で、第１および第２の電極間に
高周波電界を形成することにより処理ガスのプラズマを
形成し、このプラズマにより基板Ｗにプラズマ処理を施
す。

Description

【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、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、給電棒の周囲をチャンバーと略同一寸法の
箱で覆って電磁波を遮蔽している。しかし、給電棒のイ
ンダクタンスが非常に大きいため、プラズマ密度を高く
するために上部電極へ供給する高周波電力の周波数を高
くすると、プラズマからの反射波の高調波が給電棒のイ
ンダクタンス成分のために反射され、さらに給電棒が設
置されている箱の中の至るところで反射し、反射した高
調波がプラズマに接触している上部電極表面に戻る。そ
して、電極径がφ２５０〜φ３００ｍｍの場合に、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す
く、このような定在波が生じると電極表面の電界分布が
不均一になる。

【００１０】また、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から中心に向けて徐々
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
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。

【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り、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十分になされていないのが現
状である。

【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、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
周波を印加する高周波印加手段と、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印
加手段から高周波電力を給電する給電棒と、前記給電棒
の周囲に給電棒に近接して設けられ、接地された導電性
の筒状部材と、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近接して設けられ、接地された導
電性の板状部材と、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、前記第１または
第２の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記第１
および第２の電極間に高周波電界を形成することにより
処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより被処
理基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ
処理装置が提供される。

【００１５】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
電極に高周波を印加する高周波印加手段と、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おい
て、その中心から離隔した位置に前記高周波印加手段か
ら高周波電力を給電する給電棒と、一端が第１の電極に
接続され、かつ他端が接地された状態で配置され、前記
第１の電極に給電される高周波電力の電圧および電流の
位相を調整する位相調整手段と、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
記第１または第２の電極に被処理基板を支持させた状態
で、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成す
ることにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラズ
マにより被処理基板にプラズマ処理を施すことを特徴と
するプラズマ処理装置が提供される。

【００１６】この場合に、前記位相調整手段は、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の
中心を挟んで、前記給電棒の給電位置と反対側の部分に
設けられたＬＣ回路を有することが好ましい。

【００１７】また、上記各プラズマ処理装置において、
前記第１の電極に印加する高周波の周波数は２７ＭＨｚ
より高いことが好ましい。さらに、上記各プラズマ処理
装置において、前記第２の電極に１００ｋＨｚ〜１０Ｍ
Ｈｚの高周波を印加する高周波印加手段をさらに具備す
ることが好ましい。

【００１８】上記本発明の第１の観点によれば、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
波印加手段から高周波電力を給電する給電棒を設け、こ
の給電棒の周囲に、給電棒に近接して、接地された導電
性の筒状部材を設けるとともに、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近接して導電性の板
状部材を設けたので、等価回路的には、給電棒と筒状部
材との間、および第１の電極と板状部材との間には、多
数のコンデンサーが並列に形成されている状態となり、
給電棒のインダクタンス成分および第１の電極の給電側
の面（第２の電極と反対側の面）のインダクタンス成分
がこのコンデンサーの容量成分によりキャンセルされて
インピーダンスが低下し、結果的に給電棒および第１の
電極の給電側の面のインダクタンスが低下する。また、
筒状部材および板状部材は接地されているので、給電棒
で反射した高調波が筒状部材および板状部材を通ってグ
ランドへ落ちる。したがって、プラズマからの高調波が
給電棒で反射され難くなるとともに、高調波自体が減少
し、第１の電極のプラズマ接触面において定在波が生じ
難くなる。このため、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。

【００１９】上記本発明の第２の観点によれば、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い
て、その中心から離隔した位置に前記高周波印加手段か
ら高周波電力を給電する給電棒と、第１の電極に給電さ
れる高周波電力の電圧および電流の位相を調整する位相
調整手段とを設けたので、第１の電極のプラズマ接触面
において、電極の円周側から供給される電圧、電流の位
相を円周上で不均一にすることができ、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。

【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。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、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（ＨＰ
Ｆ）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、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。

【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。

【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、例えばＨ
ｅ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。

【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、例えばシリコン、Ｓｉ
Ｃ、アモルファスカーボン、または導電性高抵抗セラミ
ックスからなる電極板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、例えば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、例えばフロロカーボン
ガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ）やハイドロフロロカーボンガス（Ｃ_ｐ
Ｈ_ｑＦ_ｒ）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Ｎ
_２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、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（すなわち電極支持体２２の
上面中央）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）４
２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、２
７ＭＨｚ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】給電棒３３は、チャンバー２から連続する
チャンバー２と同径の電磁波遮蔽箱６０に設けられてお
り、これにより電磁波が遮蔽されるようになっている。
また、給電棒３３の周囲には、給電棒３３に近接して導
電性の筒状部材６１が設けられている。一方、電極支持
体２２の上面に近接して導電性の板状部材６２が設けら
れている。筒状部材６１と板状部材６２とは電気的に接
続されており、また板状部材６２は接地されたチャンバ
ー２に電気的に接続されている。すなわち、筒状部材６
１および板状部材６２はチャンバー２を介して接地され
ている。この筒状部材６１により、後述するように、給
電棒３３のインダクタンスを低下させることができると
ともに、高調波をグランドに落とすことができる。ま
た、板状部材６２により、電極２１のインダクタンスを
低下させることができるとともに、高調波をグランドに
落とすことができる。

【００３２】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
例えば１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ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、この第２の高周波電源５０としては２ＭＨｚの
ものを用いている。

【００３３】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、ウエハＷに形成さ
れた所定の膜をエッチングする場合を例にとって説明す
る。まず、被処理体であるウエハＷは、ゲートバルブ３
２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。

【００３４】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２
９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２
７、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。

【００３５】そして、その後、第１の高周波電源４０か
ら２７ＭＨｚ以上、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。

【００３６】他方、第２の高周波電源５０からは、１０
０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、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。

【００３７】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、プラズマからの反射波の高調波により電極板２
３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やすくなる。

【００３８】つまり、給電棒３３のインダクタンスが非
常に大きいため、プラズマ密度を高くするために上部電
極２１へ供給する高周波電力の周波数を高くすると、プ
ラズマからの反射波の高調波が給電棒３３のインダクタ
ンス成分のために反射され、さらに電磁波遮蔽箱６０の
中の至るところで反射し、反射した高調波がプラズマに
接触している上部電極２１表面（下面）に戻る。そし
て、電極径がφ２５０〜φ３００ｍｍの場合に、このよ
うな高調波により電極２１表面に定在波が生成されやす
く、このような定在波が生じると電極表面の電界分布が
不均一になる。

【００３９】これに対して、本実施の形態のように、給
電棒３３の周囲の導電性の筒状部材６１を給電棒３３に
近接して設けることにより、等価回路的には、図２に示
すように、給電棒３３と筒状部材６１との間には多数の
コンデンサーが並列に形成されている状態となり、給電
棒３３のインダクタンス成分がこのコンデンサーの容量
成分によりキャンセルされてインピーダンスが低下し、
結果的に給電棒３３のインダクタンスが低下する。ま
た、筒状部材６１は接地されているので、給電棒３３で
反射した高調波が筒状部材６１を通ってグランドへ落ち
る。したがって、プラズマからの高調波が給電棒３３で
反射され難くなり、かつ高調波そのものも減少するの
で、電極板２３のプラズマ接触面において高調波の反射
に起因する定在波が生じ難くなる。したがって、電極板
２３のプラズマ接触面内における電界分布をより均一と
することができ、その結果プラズマ密度を均一にするこ
とができる。

【００４０】また、電極支持体２２の上面、すなわち上
部電極２１の給電側の面のインダクタンス成分も高調波
の反射による定在波形成に寄与するが、電極支持体２２
の上面に近接して板状部材６２を形成しているので、等
価回路的には、図３に示すように、電極支持体２２と板
状部材６２との間に多数のコンデンサーが並列に形成さ
れている状態となり、同様の原理でその部分のインダク
タンスも低下する。また、高調波は板状部材６２を通っ
てグランドに落ちる。したがって、板状部材６２の存在
により、定在波の生成を防止する効果を一層大きくする
ことができる。

【００４１】なお、筒状部材６１と給電棒３３との間の
距離、および板状部材６２と電極支持体２２との間の距
離は、定在波を解消するに必要な容量に応じて適宜設定
すればよい。例えば、高周波電力が２０００Ｗの場合に
は、大気のブレークダウンを起こさないように、８ｍｍ
以上必要である。また、コンデンサーを形成する観点か
らは、筒状部材６１と給電棒３３との間、および板状部
材６２と電極支持体２２との間には部材を装入する必要
はないが、フィルター機能を高めるために電波吸収体を
装入してもよいし、誘電率を調節するためにフッ素樹脂
（商品名テフロン）等の誘電体を装入してもよい。

【００４２】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図４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
４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。

【００４３】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への給電は、上部電極２１の上
面中心（すなわち電極支持体２２の上面中心）から外周
方向へシフトした位置に配置された給電棒３３’を介し
て行われる。一方、上部電極２１の上面の給電棒３３’
の設置位置とは反対側の部分には、上部電極２１に給電
される高周波電力の電圧および電流の位相を調整する位
相調整手段としてのＬＣ回路７０が設けられている。こ
のＬＣ回路７０は、上部電極２１とチャンンバー２との
間に直列に、インダクタンス可変のコイル７１と容量可
変のコンデンサー７２が接続されて構成されている。給
電棒３３’に近接して導電性の筒状部材６１’が設けら
れ、電極支持体２２の上面に近接して導電性の板状部材
６２’が設けられている。筒状部材６１’と板状部材６
２’とは電気的に接続されており、また板状部材６２’
は接地されたチャンバー２に電気的に接続されている。
他の構成については、基本的に図１と同様である。

【００４４】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。この場合
に、第１の実施形態と同様、上部電極２１に印加する高
周波の周波数を２７ＭＨｚ以上とすることにより、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。

【００４５】すなわち、上部電極２１の電極板２３は、
通常、ＳｉやＳｉＣ等の導電体もしくは半導体、または
導電性高抵抗セラミックスで構成されており、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（この時の表面深さδは（２／ωσ
μ）^１／２と表される。ただし、ω＝２πｆ（ｆ：周波
数）、σ：導電率、μ：透磁率）、従来のように上部電
極２１の中心に給電棒３３が存在する場合には、図５に
示すように、電圧および電流は給電棒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
どこも電圧および電流が同じ位相であり、図６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、特性インピーダンス（５０Ω）で終端しているた
め、円周位置での電界強度Ｅ_０は、Ｅ_０＝Ｅ・ｃｏｓ
（ωｔ）となる。また、電極中心部分での電界強度Ｅ_ｃ
は、Ｅ_ｃ＝Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ＋ｄ／λ）となる。ただ
し、λは、印加周波数およびプラズマからの反射による
高調波および印加周波数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。ま
た、印加周波数が高くなると、電極板２３下面の径方向
のインダクタンスを無視できなくなり、電圧および電流
の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。これらによっ
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。

【００４６】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、給電棒３３’を介
して上部電極２１の中心から円周方向へシフトした位置
に高周波電力を供給するとともに、位相調整手段として
ＬＣ回路７０を上部電極２１の上面の給電棒３３’と反
対側の位置に設けることにより、上部電極２１に供給さ
れる高周波の電圧および電流の位相を円周上で不均一に
する。

【００４７】すなわち、上部電極２１の中心から円周方
向へシフトした位置に高周波電力を供給することによ
り、電極板２３下面における電圧および電流の経路が電
極板２３の中心部に集中することを回避したうえで、位
相調整手段としてのＬＣ回路７０を用い、コイル７１の
インダクタンスとコンデンサー７２の容量を調節して電
圧および電流の位相をシフトさせることによって、電極
板２３の円周上で電圧および電流の位相を不均一にする
ことができ、電極板２３下面に電極中心から給電するこ
とに起因する定在波が形成されることを防止することが
できる。したがって、電極板２３の下面、つまりプラズ
マ接触面内における電界分布をより均一とすることがで
き、その結果プラズマ密度を均一にすることができる。

【００４８】また、第１の実施形態の筒状部材６１およ
び板状部材６２と同様の筒状部材６１’および板状部材
６２’が設けられているので、第１の実施形態と同様
に、電極板２３のプラズマ接触面において高調波の反射
に起因する定在波が生じ難くなり、電極板２３のプラズ
マ接触面内における電界分布をより一層均一にすること
ができる。

【００４９】なお、給電棒３３’の設置位置は、上部電
極２１の中心から多少でも円周方向にシフトしていれば
一定の効果を得ることができるが、例えば電極径が２５
０ｍｍの場合には、中心から６０ｍｍ以上シフトしてい
ることが好ましい。

【００５０】上記第１の実施形態および第２の実施形態
のいずれにおいても、印加周波数が高くなるほど定在波
が形成されやすくなり、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１×１０^１１個／ｃｍ^３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。

【００５１】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、一方のみに
高周波を印加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。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
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
に高周波印加手段から高周波電力を給電する給電棒を設
け、この給電棒の周囲に、給電棒に近接して、接地され
た導電性の筒状部材を設けたので、等価回路的には、給
電棒と筒状部材との間には多数のコンデンサーが並列に
形成されている状態となり、給電棒のインダクタンス成
分がこのコンデンサーの容量成分によりキャンセルされ
てインピーダンスが低下し、結果的に給電棒のインダク
タンスが低下する。また、筒状部材は接地されているの
で、給電棒で反射した高調波が筒状部材を通ってグラン
ドへ落ちる。また、第１の電極の給電側の面に近接し
て、接地された導電性の板状部材を形成することによ
り、その部分のインダクタンスも低下し、しかも高調波
は板状部材を通ってグランドに落ちる。したがって、プ
ラズマからの高調波が給電棒で反射され難くなり、高調
波自体も減少するので、第１の電極のプラズマ接触面に
おいて定在波が生じ難くなり。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。

【００５３】また、本発明の他の観点によれば、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い
て、その中心から離隔した位置に前記高周波印加手段か
ら高周波電力を給電する給電棒と、第１の電極に給電さ
れる高周波電力の電圧および電流の位相を調整する位相
調整手段とを設けたので、第１の電極のプラズマ接触面
において、電極の円周側から供給される電圧、電流の位
相を円周上で不均一にすることができ、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。

【００５４】さらに、上記２つの発明を併用することに
より、プラズマ密度を一層均一にすることができる。

【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
置における給電棒および導電性の筒状部材の等価回路を
示す図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装
置における上部電極上面（電極支持体上面）および導電
性の板状部材の等価回路を示す図。

【図４】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
を模式的に示す断面図。

【図６】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。

【符号の説明】

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）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３３，３３’；給電棒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；筒状部材６２；板状部材７０；ＬＣ回路（位相調整手段）Ｗ；半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 BC02 BC04 BC06 CA25 CA47 CA65 EA06 EB42 EC21 FB02 FB04 FC11 4K030 CA04 CA12 FA03 JA18 JA19 KA17 KA19 KA30 KA46 LA15 LA18 5F004 AA01 BA04 BA09 BB11 BB18 BB22 BB23 BB25 BB28 BB29 BB30 BC08 BD04 BD05 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA22 DA23 DA25 5F045 AA08 AC02 AC15 AC16 AC17 BB02 DP03 DQ10 EF05 EH05 EH06 EH14 EH20

Claims

【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の電極に高周波を印加する高周波印加手段と、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
の面に前記高周波印加手段から高周波電力を給電する給
電棒と、前記給電棒の周囲に給電棒に近接して設けられ、接地さ
れた導電性の筒状部材と、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
の面に近接して設けられ、接地された導電性の板状部材
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、前記第１または第２の電極に被処理基板を支持させた状
態で、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成
することにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラ
ズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すことを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項２】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の電極に高周波を印加する高周波印加手段と、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
の面において、その中心から離隔した位置に前記高周波
印加手段から高周波電力を給電する給電棒と、一端が第１の電極に接続され、かつ他端が接地された状
態で配置され、前記第１の電極に給電される高周波電力
の電圧および電流の位相を調整する位相調整手段と、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、前記第１または第２の電極に被処理基板を支持させた状
態で、前記第１および第２の電極間に高周波電界を形成
することにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラ
ズマにより被処理基板にプラズマ処理を施すことを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項３】前記位相調整手段は、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の中心を挟ん
で、前記給電棒の給電位置と反対側の部分に設けられた
ＬＣ回路を有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４】さらに、前記給電棒の周囲に給電棒に近
接して設けられ、接地された導電性の筒状部材と、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
に近接して設けられ、接地された導電性の板状部材とを
具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記
載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記第１の電極に印加する高周波の周波
数は２７ＭＨｚより高いことを特徴とする請求項１ない
し請求項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の電極に１００ｋＨｚ〜１０Ｍ
Ｈｚの高周波を印加する高周波印加手段をさらに具備す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか
１項に記載のプラズマ処理装置。