JP5591573B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、高周波電極を備える処理容器内で被処理体にプラズマ処理を施す技術に係わり、特に高周波電極に高周波を印加して高周波放電によりプラズマを生成する容量結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

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微細加工または処理には、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利用されている。通常、プラズマの生成には放電が用いられ、プラズマ処理装置は、高周波放電を利用するものと、マイクロ波放電を利用するものとに大別される。高周波放電方式は、さらに、処理容器の中に平行平板電極を設ける容量結合型と、処理容器の周囲に螺旋形または渦巻状の電極を取り付ける誘導結合型とに分類される。これら幾つかのプラズマ生成方式の中で、容量結合型が、量産用装置およびデバイス開発用装置の主流になっている。

容量結合型のプラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器または反応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体たとえば半導体ウエハを載置し、上部電極もしくは下部電極に整合器を介して所定周波数の高周波を印加する。この高周波によって生成された高周波電界により電子が加速され、電子と処理ガスの分子・原子との解離・電離衝突によってプラズマが発生し、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハ表面に所望のプラズマ処理（たとえばエッチング加工）が施される。

プラズマプロセスにおいて、プロセスの（面内）均一性は、歩留まり向上の基本要件であるとともに、半導体デバイスの微細化の進展や半導体ウエハの大口径化に伴ってますます重要性を増し、かつ要求されるレベルが高くなってきている。

この点、従来の容量結合型プラズマ処理装置は、半導体ウエハ上のプラズマ密度の均一性がプロセスの均一性を大きく左右することから、プラズマ生成に供する電極、特に高周波を印加される電極（高周波電極）の構造に工夫を凝らしている。具体的には、容量結合型は、プラズマ密度が相対的に電極中心部で最も高くその周囲で低くなるような山形のブロファイルになりやすい。そこで、高周波電極を径方向で２分割する電極構造や、高周波電極の主面またはおもて面に誘電体を設け、その誘電体の厚さが電極中心部から電極エッジ部に向って次第に小さくなるような電極構造を採ることにより、電極上の高周波電界を相対的に電極エッジ部で強めて電極中心部で弱め、プラズマ密度分布の均一化を図っている。

特開２００４−１９３５６５ 特開２００４−３６３５５２

しかしながら、容量結合型のプラズマ処理装置において、上記のように高周波電極の構造にプラズマ密度制御の機能をもたせる方式は、高周波電極の製作が非常に煩雑で高コストであるだけでなく、プラズマ密度分布制御の自由度が低く、特に方位角方向でプラズマ密度を均一化する能力に課題がある。

一般に、方位角方向でプラズマ密度が不均一になる原因は、装置構造の非対称性にある。すなわち、半導体プロセス用のプラズマ処理装置は、円筒形の処理容器の中心部に円盤形の平行平板電極を設置するが、電極周りで非軸対称の構造を採る。たとえば、処理容器の側壁に設けられる半導体ウエハ出入り用のシャッタは電極周りの装置構造に非軸対称性を与える。また、ウエハ載置台を兼ねる電極（サセプタ）には、プロセス中に半導体ウエハを吸着保持する静電チャックや、半導体ウエハをウエハ温度制御の中で加熱する抵抗発熱体が、軸対称に取り付けられる。しかし、静電チャックや抵抗発熱体の給電端子ないし給電線は、サセプタに対して非軸対称に取付または結線されるため、それらもサセプタ周りで非軸対称構造の一因になる。

このような非軸対称の装置構造（特に電極周りの構造）に依存して電極上のプラズマ密度分布が方位角方向で偏りを生じやすく、このことがプラズマ処理装置に期待される高性能化の中で最近問題になってきている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、プラズマ密度分布制御の性能および自由度を大幅に改善し、プラズマ密度分布ないしプロセス特性の可及的な均一性向上を実現できるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内に被処理体を載置する高周波電極が備え付けられ、前記処理容器内で前記被処理体に対して所望のプラズマ処理が行われる際に、前記高周波電極にその背面から第１の高周波が印加され、前記高周波電極のおもて面が処理ガスのプラズマに晒されるプラズマ処理装置であって、前記高周波電極に設けられる静電チャックまたは抵抗発熱体に前記高周波電極に対して非軸対称で電気的に接続される給電線を含み、前記高周波電極の近くでプラズマ密度に方位角方向における不均一性を生じさせる少なくとも１つの非対称性部材と、互いに逆向きの第１および第２の面を有し、前記高周波電極の背面の所望の部位に前記第１の面を対向させ、前記第１の高周波に関して、前記高周波電極の背面に電気的に接続される第１の導体と、前記第１の高周波に関して、前記第１の導体の前記第２の面の所望の部位に電気的に接続される第１の接続部と、前記高周波電極の近くで電気的に接地されている導電性部材に電気的に接続される第２の接続部とを有する第２の導体とを含み、前記高周波電極の近くでのプラズマ密度の方位角方向における不均一性を補正するように前記第１および２の導体の配置構成を有しているプラズマ密度分布制御器とを具備する。

本発明のプラズマ処理装置においては、処理容器内で被処理体を載置する高周波電極に静電チャックまたは抵抗発熱体が設けられ、そのような静電チャックまたは抵抗発熱体に高周波電極に対して非軸対称で電気的に接続される給電線等の非対称性部材が存在することにより、プラズマ密度分布制御器無しでは不可避的に高周波電極の近くでプラズマ密度に方位角方向の不均一性が生じる。

一方、プラズマ密度分布制御器は、高周波電極の背面の所望の部位に前記第１の面を対向させ、第１の高周波に関して、高周波電極の背面に電気的に接続される第１の導体と、第１の高周波に関して、第１の導体の第２の面の所望の部位に電気的に接続される第１の接続部と、前記高周波電極の近くで電気的に接地されている導電性部材に電気的に接続される第２の接続部とを有する第２の導体とを含む。そして、上記非対象性部材に起因して高周波電極の近くでプラズマ密度の分布に生じる方位角方向の不均一性を補正するように第１および第２の導体の配置構成が採られることにより、被処理体上のプラズマ密度分布特性（特に方位角方向におけるプラズマ密度分布の均一性）を向上させ、ひいてはプロセス特性の均一性を向上させることができる。

本発明の好適な一態様においては、第１の導体が、第１および第２の面が互いに略平行な導体板であり、高周波電極の背面に容量結合される。また、高周波電極の背面の中心部に、第１の高周波を高周波電極に給電するための高周波給電棒が接続され、前記第１および第２の導体は、前記高周波給電棒を避けてその半径方向外側に配置される。

好適な一態様においては、第２の導体が、好ましくは柱状体であり、その一端が第１の接続部を構成し、その他端または一端と他端との間の中間部が第２の接続部を構成する。別の一態様として、第２の導体は、板状体または筒状体であり、その一端面が第１の接続部を構成し、その反対側の他端面または一端面と他端面との間の中間部が第２の接続部を構成する。

別の好適な一態様においては、第２の導体が、第１の接続部を１つまたは複数有し、第１の接続部の全部を方位角方向で半周領域内に配置する。

別の好適な一態様においては、第１の導体が複数設けられ、それらの高さ位置が独立に調整または設定される。この場合、第２の導体は、各々の第１の導体に対して第１の接続部を有する。

第２の導体を複数設ける場合、あるいは１つの第２の導体に第１の接続部を複数設ける場合は、複数の第１の接続部を方位角方向に沿って略一定間隔で配置する構成を好適に採ることができる。この場合は、高周波電極上のシース電界強度分布特性、プラズマ密度分布特性あるいは被処理体上のプロセス特性に対して恣意的な偏りを与えるのではなくて、均一化への強制力または均衡保持力を与え、装置構造の非対称性等の要因に基づく偏りをその均一化強制力によって抑制または補正する効果が得られる。

別の好適な一態様においては、高周波電極に対して第１の導体の位置を可変するための第１の導体移動機構を有する構成が採られる。この第１の導体移動機構は、高周波電極に対して、その背面に垂直な方向、方位角方向あるいは半径方向に第１の導体の位置を可変する。

また、高周波電極に対して第２の導体の第１の接続部の位置を可変するための第２の導体移動機構を有する構成も可能である。この第２の導体移動機構は、高周波電極に対して、その背面に垂直な方向、方位角方向あるいは半径方向に第２の導体の第１の接続部の位置を可変する。

特に、プラズマ処理の実行中に高周波電極の方位角方向で第２の導体を一定速度で回転移動させる構成においては、方位角方向たけでなく径方向においても、シース電界強度分布、プラズマ密度分布特性あるいはプロセス特性が均される効果が得られる。

本発明は、特に平行平板電極構造の容量結合型プラズマ処理装置に好適に適用可能であり、特に高周波電極のおもて面に静電チャックあるいは抵抗発熱体を設ける装置構造において静電チャックの結線位置構造あるいは抵抗発熱体の結線位置構造がプラズマ密度分布特性あるいはプロセス特性に二次元方向の偏りを与える場合に、その偏りを効果的にキャンセルすることができる。

本発明のプラズマ処理方法は、上記構成のプラズマ処理装置において、高周波電極の背面に対する前記第１の導体の位置を可変または調節して、前記高周波電極の背面と前記第１の導体との間に形成されるコンデンサの容量を可変または調節して、あるいは前記高周波電極の背面に対する前記第２の導体の前記第１の接続部の位置を可変または調節して、高周波電極上のプラズマ密度分布または被処理体上のプラズマ特性を制御する。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上述したような構成および作用により、プラズマ密度分布制御の性能および自由度を大幅に改善し、プラズマ密度分布の可及的な均一性向上を実現することができる。また、本発明のプラズマ処理方法によれば、上述したような構成および作用により、プロセス特性の可及的な均一性向上を実現することができる。

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 実施形態のプラズマ処理装置の要部構成を模式的に示す略縦断面図である。 第１実施例のプラズマ密度分布制御器のＸ−Ｙ方向の配置構造（第１のレイアウト）を模式的に示す略横断面図である。 第１実施例のプラズマ密度分布制御器のＸ−Ｙ方向の配置構造（第２のレイアウト）を模式的に示す略横断面図である。 第１の実験例において比較例装置で得られたエッチングレート分布特性を示す図である。 第１の実験例において第１の実施例装置で得られたエッチングレート分布特性を示す図である。 第１の実験例において第１の実施例装置で得られたプラズマ密度分布特性を示す等高線プロット図である。 第１の実験例において第１の実施例装置で得られたプラズマ密度分布特性を示す周回プロット図である。 第１の実施例装置においてプラズマ密度分布制御器の導体板上の空隙サイズをパラメータとした場合のエッチングレート分布特性を示す図である。 第１実施例における一変形例の要部を示す略平面図である。 第１実施例における別の変形例の要部を示す略平面図である。 第２実施例のプラズマ密度分布制御器の二次元方向の配置構造（３組タイプ）を模式的に示す略平面図である。 第２実施例のプラズマ密度分布制御器の二次元方向の配置構造（４組タイプ）を模式的に示す略平面図である。 第１の実験例において第２の実施例装置で得られたエッチングレート分布特性を比較例装置および第１の実施例装置のものと対比して示す図である。 レシピの異なる第２の実験例において比較例装置、第１の実施例装置および第２の実施例装置でそれぞれ得られたエッチングレート分布特性を対比して示す図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１４Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１５Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１６Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１７Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１８Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図１９Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図２４Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す一部断面略平面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図２５Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す一部断面略平面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図２６Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図２７Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 一実施例によるプラズマ密度分布制御器の要部構成を示す略縦断面図である。 上記実施例（図２８Ａ）の要部構成の二次元的なレイアウトを示す略横断面図である。 別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。

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。

図１に、本発明の一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、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。

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を載置する円板状のサセプタ１２が下部電極として水平に設置されている。このサセプタ１２は、導電性の金属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円筒状絶縁体１４により非接地で支持されている。この円筒状絶縁体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円筒状導体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１０ａ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。

サセプタ１２の下には、サセプタ１２の背面と円筒状絶縁体１４の内壁とチャンバ１０の底壁１０ｂとに囲まれた非減圧雰囲気（通常は大気圧雰囲気）のチャンバ下部室２５が形成されている。このチャンバ下部室２５の中には、このエッチング装置の特徴部分であるプラズマ密度分布制御器７２の全部または要部が設けられている。プラズマ密度分布制御器７２の構成および作用は後に詳しく説明する。

サセプタ１２には、高周波電源２８がマッチングユニット３０および給電棒３２を介して電気的に接続されている。給電棒３２は、その周りを電気的に接地された円筒形の導体カバーまたは外導体３４で囲まれている。高周波電源２８は、チャンバ１０内で高周波放電による処理ガスのプラズマを生成するのに適した所定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波ＲＦをプロセスに応じて所望のパワーで出力する。マッチングユニット３０には、高周波電源２８の内部インピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器（図示せず）が収容されている。

サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の主面つまり上面は、半径方向で、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されており、ウエハ載置部の上には処理対象の半導体ウエハＷが載置され、環状周辺部の上に半導体ウエハＷの口径よりも僅かに大きな内径を有するフォーカスリング３６が取り付けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。

サセプタ１２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック３８が設けられている。この静電チャック３８は、膜状または板状の誘電体３８ａの中にＤＣ電極３８ｂを封入しており、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着されている。ＤＣ電極３８ｂは、チャンバ１０の外に配置される直流電源４０にスイッチ４２およびＤＣ高圧線４４を介して電気的に接続されている。直流電源４０からの高圧のＤＣ電圧がＤＣ電極３８ｂに印加されることにより、静電吸着力で半導体ウエハＷを静電チャック３８上に吸着保持できるようになっている。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室または冷媒通路４６が設けられている。この冷媒室４６には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管４８，５０を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ＣＷが循環供給される。そして、サセプタ１２を通じて半導体ウエハＷの温度を制御するための伝熱用ガスとして、伝熱ガス供給部（図示せず）よりＨeガスが、ガス供給管５２およびサセプタ１２内部のガス通路５４を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間に供給されるようになっている。

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平行平板の上部電極（対向電極）を兼ねるシャワーヘッド５６がチャンバ１０に直付け（アノード接地）で設けられている。このシャワーヘッド５６は、サセプタ１２と向かい合う電極板５８と、この電極板５８をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６０とを有し、電極支持体６０の内部にガス室６２を設け、このガス室６２からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔６４を電極支持体６０および電極板５８に形成している。電極板５８とサセプタ１２とに挟まれた空間がプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室６２の上部に設けられるガス導入口６２ａには、処理ガス供給部６６からのガス供給管６８が接続されている。電極板５８はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体６０はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

制御部７０は、たとえばマイクロコンピュータからなり、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、マッチングユニット３０、静電チャック３８用のスイッチ４２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）、処理ガス供給部６６、プラズマ密度分布制御器７２等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

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、静電チャック３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部６６よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、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ＲＦを所望のパワーで出力させ、この高周波ＲＦをマッチングユニット３０内の整合器，給電棒３２を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３８の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。シャワーヘッド５６より吐出されたエッチングガスは両電極１２，５６間で高周波放電してプラズマ化し、このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。

このように、このプラズマエッチング装置においては、チャンバ１０の減圧処理空間で容量結合型の高周波放電により処理ガスのプラズマが生成される。より詳しくは、図２に示すように、カソードカップルの平行平板電極構造において、高周波電源２８からの高周波ＲＦがサセプタ１２にその背面から印加されると、サセプタ１２と上部電極５６およびチャンバ側壁１０ａとの間（より正確にはシースＳＨ）に高周波電界（シース電界）が形成され、これらのシース電界、特にサセプタ１２上のシース電界によって加速された電子が処理ガスの分子，原子と解離・電離衝突を起こし、プラズマＰＲが生成される。

そして、半導体ウエハＷ上のプロセス特性（エッチングレート、ＣＤ等）はサセプタ１２上のプラズマ密度に大きく依存し、プラズマ密度の面内均一性が高いほどプロセス特性の面内均一性が高くなる。

この実施形態では、上記のような容量結合型の高周波放電においてサセプタ１２上のプラズマ密度分布を制御するためのツールとして、チャンバ下部室２５にプラズマ密度分布制御器７２を設けている。

［実施例１］

第１の実施例によるプラズマ密度分布制御器７２は、図１および図２に示すように、サセプタ１２の背面の所望の部位に上面を向けて略平行（水平）に配置される導体板（第１の導体）７４と、この導体板７４をその下で保持し、かつ電気的に接地する導体棒（第２の導体）７６とを有する。導体板７４および導体棒７６のいずれも、導電性の金属たとえば銅またはアルミニウム等からなる。

より詳しくは、導体板７４は、サセプタ１２の背面に対して一定距離ｄの空隙を隔て、給電棒３２の周回方向に沿って、あるいは絶縁性筒状支持部１４の内壁に沿って、円弧状に延びている。導体棒７６は、導体板７４の下で鉛直にまっすぐ延びている。導体棒７６の上端（第１の接続部）は、導体板７４の下面の任意の部位、たとえば図３Ａに示すように導体板７４下面の中心付近の部位、あるいは図３Ｂに示すように導体板７４下面の一端付近の部位に固着されている。導体棒７６の下端（第２の接続部）は、チャンバ１０の底壁１０ｂに固着あるいは接触して据付される。

かかる構成のプラズマ密度分布制御器７２は、高周波電源２８よりサセプタ１２に印加される高周波ＲＦに関して、導体板７４がその位置で直上のサセプタ１２の背面に容量結合で電気的に接続されるとともに、導体棒７６の下端（第２の接続部）が接地電位のチャンバ１０の底壁１０ｂに電気的に接続される。これにより、高周波ＲＦに関して、サセプタ１２のおもて面は、減圧雰囲気の中で、プラズマＰＲを介して接地電位の上部電極５６およびチャンバ側壁１０ａに容量結合で電気的に接続される。一方、サセプタ１２の背面は、大気圧雰囲気の中で、給電棒３２およびマッチングユニット３０を含む高周波給電ラインを介して高周波電源２８に電気的に接続されるとともに、プラズマ密度分布制御器７２を通じてチャンバ底壁１０ｂ（導電性接地部材）に電気的に接続される。

次に、図４〜図７を参照してプラズマ密度分布制御器７２の具体的な作用を説明する。

第１の実験例として、プラズマ密度分布制御器７２を搭載した図１のプラズマエッチング装置（第１の実施例装置）と、プラズマ密度分布制御器７２を備えない同機種のプラズマエッチング装置（比較例装置）において３００ｍｍ径の半導体ウエハＷに対する或るレシピ（以下、「レシピＡ」と称する。）のプラズマエッチングをそれぞれ行って、半導体ウエハＷ上の複数ポイントでエッチングレートを測定した。比較例装置で得られたエッチングレート分布特性を図４に示し、第１の実施例装置で得られたエッチングレート分布特性を図５に示す。

第１の実施例装置において、プラズマ密度分布制御器７２は、図３Ｂのレイアウトで構成されたものであり、導体棒７６のＸ−Ｙ面内の座標位置をＸ_o，Ｙ_o、ｒ−θ面内の半径距離をｒ_o、角度位置をθ_oとすると、Ｘ_o＝−８５ｍｍ、Ｙ_o＝８５ｍｍ、ｒ_o＝１２０ｍｍ、θ_o＝３１５°である。

図４および図５に示すように、比較例装置でも、第１の実施例装置でも、レシピＡのプラズマエッチングにおけるエッチングレートは、半導体ウエハＷの中心部およびエッジ部で相対的に高く、中間部で落ち込む傾向を示す。

ただし、比較例装置（図４）におけるエッチングレートの分布特性（プロファイル）は、Ｙ軸上では左右（±）の対称性が良い反面、Ｘ軸上では左（−）側が右（＋）側よりも少し持ち上がっており、この点で方位角方向の偏りが少しある。

一方、第１の実施例装置（図５）においては、プラズマ密度分布制御器７２の配置位置を基点として、特に導体棒７６の配置位置を基点として、エッチングレート分布特性（プロファイル）が著しく変形する。より詳しくは、Ｘ軸上では、導体棒７６の配置位置（−８５ｍｍ）を中心にその付近のエッチングレートが下に引っ張られるように大きく下がる一方で、それと反対側（点対称）の位置（８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが上に押し上げられるように大きく上がっている。Ｙ軸上では、導体棒７６の配置位置（８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが下に引っ張られるように大きく下がる一方で、それと反対側（点対称）の位置（−８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが上に押し上げられるように大きく上がっている。重要なのは、導体棒７６を配置することで、方位角方向のエッチングレートのプロファイルを変更できることである。

それでも、エッチングレートの平均値および面内均一性は、比較例装置（図４）が８４７．３nm／min±８．２％であるのに対して、第１の実施例装置（図５）は８６５．６nm／min±７．０％であり、第１の実施例装置（図５）の方が向上している。

図６に、第１の実施例装置において、電磁界シミュレーションにより求めたサセプタ１２のおもて面上の電界つまりシース電界Ｅ_zの強度分布を示す。この電磁界シミュレーションでは、静電チャック３８のＤＣ電極３８ｂにはＤＣ電圧を印加せず、チャンバ１０内の処理空間に形成されるプラズマＰＲを誘電体円盤とみなしている。

図６に示すように、サセプタ１２上のシース電界Ｅ_zは、周回方向または方位角方向に沿って略サインカーブを描き、プラズマ密度分布制御器７２の導体棒７６の配置位置と対応する位置（３１５°）付近で極小かつ最小となり、そこから１８０°離れた反対側（点対称）の位置（１３５°）付近で極大かつ最大になる。

図示省略するが、本発明者は、上記電磁界シミュレーションでプラズマ密度分布制御器７２の導体板７４上の電界強度を求めたところ、導体棒７６の配置位置と対応する位置で極小かつ最小になり、導体棒７６から遠く離れるほど高くなることを確認している。導体棒７６において重要な部分は、導体板７４の下面と電気的に接続する上端（第１の接続部）であり、この部分が上記のような電界強度分布特性の極になる。導体棒７６の中間部ないし下端（第２の接続部）は、上端（第１の接続部）および導体板７４を電気的に接地するための経路を与えるにすぎず、その空間的または位置的なプロファイルに特別の意味はない。

このように、この実施形態のプラズマエッチング装置においては、チャンバ下部室２５にプラズマ密度分布制御器７２を設ける構成により、サセプタ１２上のシース電界強度特性ひいてはプラズマ密度分布特性および半導体ウエハＷ上のプロセス特性に、二次元方向（特に方位角方向）で、プラズマ密度分布制御器７２の配置位置、特に導体棒７６の上端（第１の接続部）の配置位置を基点とする恣意的な（つまり制御可能な）偏りをもたせることができる。

プラズマ密度分布制御器７２の導体板７４は、サセプタ１２の背面との容量結合を担うことにより、上記のようなプラズマ密度分布制御器７２の作用効果に強弱の調整を与える機能を有している。

図７に、上記第１の実験例（レシピＡ）において、第１の実施例装置における導体板７４上の空隙サイズｄを１０ｍｍ、２３ｍｍ、３５ｍｍの３通りに選んだ場合のエッチングレート分布特性を示す。なお、図７において、左端の比較例装置のデータは図４の比較例装置のデータと同じものである。

図７に示すように、エッチングレートの平均値および面内均一性が、比較例装置は８４７．３nm／・・・・８．２％であるのに対して、第１の実施例装置はｄ＝３５ｍｍで８４７．４nm／・・・・７．２％、ｄ＝２３ｍｍで８５１．５nm／・・・・７．２％、ｄ＝１０ｍｍで８７０．３nm／・・・・１３．１％である。

すなわち、比較例装置に比して、第１の実施例装置では、ｄ＝３５ｍｍに選んだ場合はエッチングレートの平均値は殆ど変わらないが面内均一性を向上させることができ、ｄ＝１０ｍｍに選んだ場合は面内均一性は低下するが平均値を向上させることができ、ｄ＝２３ｍｍに選んだ場合は平均値および面内均一性を両方同時に向上させることができる。

また、図７のプロファイルからわかることは、第１の実施例装置においては、導体板７４上の空隙サイズｄが狭くなるほど、プラズマ密度分布制御器７２の作用効果の度合い、つまり半導体ウエハＷ上のプロセス特性に二次元方向（特に方位角方向）で導体棒７６の上端（第１の接続部）の配置位置を基点とする偏りをもたせる効果の度合い、が強まるということである。

要するに、サセプタ１２の背面と導体板７４との間の容量結合のキャパシタンスが大きいほど、プラズマ密度分布制御器７２の作用効果の度合いが強まる。したがって、導体板７４上の空隙サイズｄを狭くする代わりに、導体板７４の面積を大きくし、あるいはギャップ内の誘電率を高くするなどしてキャパシタンスを大きくすれば、プラズマ密度分布制御器７２の作用効果の度合いが強まる。反対に、空隙サイズｄを広くし、導体板７４の面積を小さくし、あるいはギャップ内の誘電率を低くするなどして、キャパシタンスを小さくすれば、プラズマ密度分布制御器７２の作用効果の度合いが弱まる。

この第１の実施例の作用的な特徴は、サセプタ１２周りの装置構造の非対称性等に起因してサセプタ１２上のプラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に一定の偏り（特に方位角方向における一定の偏り）が発生するような場合に、上記のようなプラズマ密度分布制御器７２の働きによってその偏りを効果的にキャンセルまたは補正できることである。さらには、上述のように、エッチングレートの向上も図れる。

図８に、プラズマ密度分布制御器７２に係る上述した第１の実施例の一変形例を模式的に示す。この構成例は、導体板７４を給電棒３２の回りを一周させて円環状に形成したものである。

図９に、第１の実施例の別の変形例を模式的に示す。この構成例は、導体板７４と導体棒７６を周回方向に複数組（図示の例は３組）設ける。ここで、導体板７４(1)と導体棒７６(1)とが第１組、導体板７４(2)と導体棒７６(2)とが第２組、導体板７４(3)と導体棒７６(3)とが第３組をそれぞれ形成している。

３本の導体棒７６(1)，７６(2)，７６(3)は、半周（１８０°）内に等間隔（９０°間隔）で配置されている。３枚の導体板７４(1)，７４(2)，７４(3)は、互いに離間し、各々独立した高さ（空隙ギャップ）を有し、互いに寄せて配置され、空きスペース７８を形成している。この空きスペース７８は、たとえば冷却用の配管類４８，５２，５４や電線類４４等（図１）の用力系ラインを通すのに有効利用できる。

作用的には、第１組［７４(1)，７６(1)］、第２組［７４(2)，７６(2)］および第３組［７４(3)，７６(3)］の個々の作用が電磁気学的に重ね合わさったものが得られる。この構成例では、作用上の基点位置となる導体棒７６(1)，７６(2)，７６(3)の全部が方位角方向で片側半分の領域（１８０°領域）内に配置されているので、基本的には図３Ａまたは図３Ｂのシングルタイプと同様の作用効果、つまりサセプタ１２上のシース電界強度分布特性、プラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に対して二次元方向（特に方位角方向）で恣意的（制御可能）な偏りを与える作用効果が得られる。

なお、図９のレイアウトにおいて、導体板７４(1)，７４(2)，７４(3)を連結して一体的または単一の導体板７４とする構成や、導体棒７６(1)，７６(2)，７６(3)の配置位置を適宜ずらす構成も可能である。

［実施例２］

上述した第１の実施例における図９のレイアウトの特異的または発展的形態として、つまり第２の実施例として、複数組の導体棒７６(1)，７６(2)・・・を方位角の一周（３６０°）に亘って等間隔に配置する構成を好適に採ることができる。

たとえば、図１０に示す３組タイプの場合は、３本の導体棒７６(1)，７６(2)，７６(3)が給電棒３２の周りに１２０°の等間隔で配置される。図１１に示す４組タイプの場合は、４本の導体棒７６(1)，７６(2)，７６(3)，７６(4)が給電棒３２の周りに９０°の等間隔で配置される。

図１２に、この第２の実施例によるプラズマ密度分布制御器７２（図１０の３組タイプ）を備え付けた図１のプラズマエッチング装置（第２の実施例装置）において上記第１の実験例（レシピＡ）で得られたエッチングレート分布特性を上記比較例装置および上記第１の実施例装置のものと対比して示す。なお、第１の実施例装置は空隙サイズｄ＝３５ｍｍの場合であり、第２の実施例装置は、導体板７４(1)とサセプタとの間の空隙サイズｄ1がｄ1＝１７ｍｍ、導体板７４(2)とサセプタとの間の空隙サイズｄ2がｄ2＝１０ｍｍ、導体板７４(3)とサセプタとの間の空隙サイズｄ3がｄ3＝１７ｍｍである。

図１２に示すように、第２の実施例装置におけるエッチングレートの平均値および面内均一性は８６５．６nm／min±７．０％であり、比較例装置（８４７．３nm／min±８．２％）に対してはもちろん、第１の実施例装置（８４７．４nm／min±７．２％）よりも向上している。

第２の実施例装置においては、プラズマ密度分布制御器７２の作用上の基点位置となる導体棒７６(1)，７６(2) ・・・を一周に亘り等間隔に配置する構成により、サセプタ１２上のプラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に対して恣意的な偏りを与えるのではなくて、均一化への強制力または均衡保持力を与え、装置構造の非対称性等の要因に基づく偏りをその均一化強制力によって抑制または補正する。

図１３に、第２の実験例として、比較例装置、第１の実施例装置および第２の実施例装置において別の或るレシピ（以下、「レシピＢ」と称する。）のプラズマエッチングを行ってそれぞれ得られたエッチングレート分布特性を対比して示す。

図１３に示すように、レシピＢの場合、第２の実施例装置は、エッチングレートの面内均一性が±７．５％で比較例装置（±７．４％）と殆ど変わらないが、平均値が２１１．５nm／minで比較例装置（２０６．７nm／min）よりも向上している。一方、第１の実施例装置は、エッチングレートの平均値が２０７．１nm／minで比較例装置（２０６．７nm／min）と殆ど変わらず、面内均一性が±７．９％で比較例装置（±７．４％）よりも低下している。

このように、第２の実施例装置は、プラズマ密度分布制御器７２の各部を固定したままで任意のプロセスレシピに対応することができ、この点では汎用性が高い。これに対して、第１の実施例装置は、プロセスレシピ毎に最適化の調整（たとえば導体板７４および／または導体棒７６の位置調整あるいはレイアウト調整等）を必要とする。

［他の実施例］

以上、図１〜図１３につき本実施形態のプラズマエッチング装置に組み込まれるプラズマ密度分布制御器７２の基本的な構成および作用効果を説明したが、本発明の技術思想に基づいてプラズマ密度分布制御器７２の更なる変形、拡張または応用が可能である。

たとえば、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、プラズマ密度分布制御器７２において、第１の導体として導体板７４を円環状に形成し、第２の導体として導体棒７６の代わりに導体板（図示せず）または円筒状の導体筒７６'を備える構成も可能である。

図示の構成例において、導体筒７６'は、給電棒３２の周囲を取り囲むように立てて配置され、その上端面（第１の接続部）が環状導体板７４の下面に接続され、その下端面（第２の接続部）がチャンバ底壁１０ｂに固着あるいは接触して据付される。各部の構成、たとえば環状導体板７４の内径、外径、高さ位置、導体筒７６'の口径、板厚等は、任意に選択してよい。

また、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、プラズマ密度分布制御器７２において、導体板７４および導体棒７６の高さ位置（あるいは空隙サイズｄ）を可変調整するための昇降機構８０を備える構成も可能である。この昇降機構８０は、たとえばエアシリンダあるいは電動アクチエータからなり、制御部７０（図１）の制御の下で動作する。導体棒７６は、チャンバ１０の底壁１０ｂに形成された孔を貫通して室外の昇降機構８０に結合される。チャンバ底壁１０ｂの貫通孔には、導体棒７６の中間部ないし下端部を摺動可能に支持する導電性のスライド軸受８２が設けられる。導体板７４は、高周波ＲＦに関して、その上面側がサセプタ１２の背面に容量結合で電気的に接続されるとともに、その下面側が導体棒７６およびスライド軸受８２を介してチャンバ底壁１０ｂ（導電性接地部材）に電気的に接続される。

上記のようなプラズマ密度分布制御器７２が昇降機構８０を備える構成は、第１の実施例装置に限るものではなく、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、第２の実施例装置（４組タイプの例）でも可能である。

図１７Ａおよび図１７Ｂのプラズマ密度分布制御器７２は、第１の実施例装置において、給電棒３２の回りに方位角方向に沿って導体板７４および導体棒７６を一体的に回転変位または回転運動させる構成を特徴とする。チャンバ下部室２５の中またはその近辺には、導体板７４および導体棒７６を回転変位または回転運動させるための回転機構８４が設けられる。

回転機構８４として、たとえば、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、チャンバ１０の底壁１０ｂに環状ガイドレール８６を敷設し、回転棒７６の下端に回転ローラ（またはボール）８８を取り付けて、環状ガイドレール８６上で回転ローラ８８を転動させる構成を採ることができる。この場合、導体棒７６をたとえば小型のエアシリンダで構成し、チャンバ下部室２５内の中に昇降機構８０を組み込むことも可能である。

あるいは、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、回転機構８４として、チャンバ１０の底壁１０ｂ上に平歯車９０を水平姿勢で回転可能に設置し、この平歯車９０に歯車９２を介してモータ９４を接続し、平歯車９０の上に導体板７４および導体棒７６を固定取付する構成を採ることも可能である。この場合、モータ９４の回転駆動力で平歯車９０を回転させることにより、導体板７４および導体棒７６を任意の角度位置へ回転変位させたり、あるいは一定の速度で連続的に回転運動させることができる。導体板７４は、高周波ＲＦに関して、その上面側がサセプタ１２の背面に容量結合で電気的に接続されるとともに、その下面側が導体棒７６および平歯車９０を介してチャンバ底壁１０ｂ（導電性接地部材）に電気的に接続される。

プラズマエッチングを実行している最中に、導体板７４および導体棒７６に上記のような一定速度の回転運動をさせた場合は、図６に示すようなサインカーブのシース電界強度分布を方位角方向で移動させることになり、方位角方向たけでなく径方向においても、シース電界強度分布が均される。これによって、第２の実施例装置と同等に、あるいはそれ以上に、シース電界強度分布特性、プラズマ密度分布およびプロセス特性に対して均一化への強制力を与え、装置構造の非対称性等の要因に基づく偏りを効果的に抑制することができる。そして、サセプタ１２上のプラズマ密度分布をより効果的に均一化し、半導体ウエハＷ上のプロセス特性の面内特性差をより効果的に低減することができる。

なお、第２実施例装置においても、プラズマ密度分布制御器７２に上記と同様の回転機能を持たせることは可能である。

また、回転機能の一変形例として、図１９Ａおよび１９Ｂに示すように、導体板７４と導体棒７６を分離し、導体板７４を回転棒７６以外の絶縁性保持部材（図示せず）で所望の高さ位置に固定し、導体棒７６のみを平歯車９０に取り付けて回転変位または回転運動させる構成も可能である。この場合、導体板７４の下面と導体棒７６の上端（第１の接続部）とは、互いに高周波ＲＦに関して容量結合で電気的に接続される。

また、導体板７４と導体棒７６とを一体的に、あるいは導体板７４を固定して導体棒７６だけを径方向で変位または移動させる導体移動機構（図示せず）を備えてもよい。

図２０に示す構成例は、プラズマ密度分布制御器７２において、導体棒７６の下端（第２の接続部）を可変コンデンサ９４を介してチャンバ底壁１０ｂ（接地部材）に電気的に接続する形態を示す。

図２１に示す構成例は、導体板７４とサセプタ１２の背面との間に任意の誘電体９６を挿入する形態を示す。誘電体９６にたとえばセラミックスを用いると、空隙ギャップに比して誘電率が約９倍に上がり、プラズマ密度分布制御器７２の作用効果の度合いを高めることができる。また、異常放電を防止できる利点もある。

図２２に示す構成例は、導体板７４を水平ではなく任意の傾きで斜めに配置する形態を示す。図示の構成例は径方向で傾けているが、方位角方向で傾ける形態も可能である。図示のように、導体棒７６の上端（第１の接続部）の位置で導体板７４の上面が最も高くなる構成とした場合は、導体板７４上の電界強度分布において基点位置の電界強度（最小値）を相対的に一層弱めることができる。

図２３には、図１のカソードカップルのプラズマエッチング装置において、上記のようにプラズマ密度分布制御器７２をサセプタ１２の背後つまりチャンバ下部室２５内に設ける構成に加えて、同様の構成または機能を有する別のプラズマ密度分布制御器１００を上部電極５６の背後つまりチャンバ天井裏室１０２内に設ける形態を示す。

図２３において、上部電極５６は、リング形絶縁体１０４を介してチャンバ１０の天井面に取り付けられる。チャンバ側壁１０ａがチャンバ天井面よりも上方に高く延びて、その上端にチャンバ天板１０ｃの外周縁部が結合して、チャンバ天井裏室１０２が形成されている。上部電極５６の背面中心部とチャンバ天板１０ｃとの間に中心導体棒１０６が渡されている。

上部プラズマ密度分布制御器１００は、中心導体棒１０６を避けた位置で、上部電極５６の背面の所望の部位に下面を向けて平行（または斜め）に配置される導体板（第１の導体）１０８と、この導体板１０８をその上で保持し、かつ電気的に接地する導体棒（第２の導体）１１０とを有する。導体棒１１０の下端（第１の接続部）は、導体板１０８の上面の任意の部位に電気的に接続される。導体棒１１０の上端（第２の接続部）は、チャンバ天板１０ｃに固着あるいは接触して据付される。

かかる構成の上部プラズマ密度分布制御器１００においては、高周波電源２８よりサセプタ１２に印加される高周波ＲＦに関して、導体板１０８がその位置で直下の上部電極５６の背面に容量結合で電気的に接続されるとともに、導体棒１１０の上端（第２の接続部）がチャンバ天板１０ｃ（導電性接地部材）に電気的に接続される。

サセプタ１２からプラズマＰＲを介して上部電極５６に入った高周波電流のうち、一部は中心導体棒１０６を経由して接地電位のチャンバ１０に帰還し、他の一部は上部プラズマ密度分布制御器１００を経由して接地電位のチャンバ１０に帰還する。上部プラズマ密度分布制御器１００を経由する高周波電流の割合を調節することで、上部電極５６直下のプラズマ密度分布の制御が可能である。

上述した図２０〜図２３の構成例は、第１の実施例装置および第２の実施例装置のいずれにも適用可能である。

図２４Ａおよび図２４Ｂの構成例は、図１５Ａの構成例の一変形であり、導体板７４(n)、導体棒７６(n)および昇降機構８０(n)からなる昇降型プラズマ密度分布制御ユニット７２(n)を二次元方向に多数並設する形態を示す。ただし、ｎ＝１，２，３，・・・である。各々のユニット７２(n)は、昇降動作を独立して行うことにより、各導体板７４(n)上の空隙ギャップを独立に可変することができる。

図２５Ａおよび図２５Ｂに示す構成例は、導体球１１２に第１および第２の導体７４，７６の機能を兼用させる構成を特徴とする。この場合、チャンバ底壁１０ｂに導体球１１２を転動させる円環状のレール１１４を敷設し、たとえば所々に設置したリフトピン１１６等で下からレール１１４を局所的に持ち上げてレール１１４全体を少し傾ける仕方で、導体球１１２の位置を方位角方向で可変または調整することができる。

図２６Ａおよび図２６Ｂに示す構成例は、たとえば液体金属または油化金属粉等の流体金属１１８に第１および第２の導体板７４，７６の機能を持たせる構成を特徴とする。この場合、チャンバ下部室２５内に絶縁体からなる円弧状の流体金属室１２０Ａ，１２０Ｂを複数（たとえば２つ）設け、それらの流体金属室１２０Ａ，１２０Ｂ内の流体金属１１８の容積または液面高さをポンプ（図示せず）等で個別に調整できるようにしてよい。

図２７Ａおよび図２７Ｂは、導体板７４にシャッタ羽根の機能をもたせる形態の一構成例を示す。図示の例は、６枚羽根の構成であり、各羽根つまり導体板７４(n)の外周端を導体棒７６(n)で支持し、内周端を絶縁体のリフトピン１２０(n)を介してアクチエータ１２２(n)により上げ下げして、シャッタ開閉動作を行うようにしている。

図２８Ａおよび図２８Ｂは、傾斜姿勢で配置される１つまたは複数の導体板７４(n)を導体棒７６(n)を介してモータ１２４(n)によりスピン回転させる形態の一構成例を示す。図示の構成例では、各導体板７４(n)を上面が斜めになっている円柱体で形成し、各導体棒７６(n)を各モータ１２４(n)の回転軸に結合し、各回転軸受１２６(n)を介してチャンバ底壁１０ｂ（導電性接地部材）に電気的に接続している。

ところで、上述した実施形態のプラズマエッチング装置（図１）では、サセプタ１２の主面（おもて面）に取付されている静電チャック３８に対するＤＣ高圧線４４の結線位置構造が、サセプタ１２上のプラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に関して主たる非対称構造の要因になっている。

実際、上記第１の実験例においては、比較例装置および第１の実施例装置がＤＣ高圧線４４の結線位置構造を同じくし、図３Ｂにおいてプラズマ密度分布制御器７２（特に導体棒７６）とは反対側のＸ−Ｙ座標位置（Ｘ＝８５ｍｍ、Ｙ＝−８５ｍｍ）に配置されている。

この場合、図４のプラズマエッチング特性（比較例装置）においては、Ｘ軸上では、ＤＣ高圧線４４の結線位置（８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが下に引っ張られるように下がる一方で、それと反対側（点対称）の位置（−８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが上に押し上げられるように上がっている。一方、Ｙ軸上では、左右（±）のプロファイルが近似しているが、厳密には、ＤＣ高圧線４４の結線位置（−８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが下に引っ張られるように少し下がる一方で、それと反対側（点対称）の位置（８５ｍｍ）の近辺を中心にその付近のエッチングレートが少し上に押し上げられるように上がっている。重要なのは、ＤＣ高圧線４４の結線位置により、方位角方向のエッチングレートのプロファイルが変更されていることである。

要するに、サセプタ１２上のプラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に偏りを与える効果または影響力に関しては、プラズマ密度分布制御器７２の導体棒７６とは非常に似た性質または等価な性質を示すことがわかる。

この知見または仮説にしたがえば、ＤＣ高圧線４４の結線位置構造に起因するプラズマ密度分布の不均一性あるいはプロセス特性の面内特性差を打ち消すには、ＤＣ高圧線４４の結線位置と点対称の位置にプラズマ密度分布制御器７２の導体棒５６を配置するのが最も好ましいといえる。

図２９には、被処理体の温度制御のために発熱する抵抗発熱体をサセプタ１２に設けるプラズマエッチング装置に本発明を適用した一実施形態を示す。図中、図１の装置のものと同様の構成または機能を有する部分には同一の参照符号を附している。

この実施形態では、静電チャック３８と一体にその絶縁膜３８ａの中にたとえば渦巻き状の抵抗発熱線１３０を埋め込んでいる。この抵抗発熱線１３０の端子は被覆給電線１３２を介してヒータ電源１３４の出力端子に接続されている。ヒータ電源１３４は、たとえばＳＳＲを用いて商用周波数のスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作を行う交流出力型の電源である。

このプラズマエッチング装置においては、静電チャック３８に対するＤＣ高圧線４４の結線位置構造だけでなく、抵抗発熱線１３０に対する被覆給電線１３２の結線位置構造も、サセプタ１２周りに非対称構造を与え、プラズマ密度分布特性あるいは半導体ウエハＷ上のプロセス特性に偏りを与える効果または影響力を有し得る。これら複数の偏り要因は重ね合わせで合成されるので、それらの全部をキャンセルするようにプラズマ密度分布制御器７２の各部の構成またはレイアウトあるいは機能を選択してよい。

なお、上記のように、静電チャック３８に対するＤＣ高圧線４４の結線位置構造および抵抗発熱線１３０に対する被覆給電線１３２の結線位置構造のそれぞれがプラズマ密度分布特性あるいはプロセス特性に偏りを与える要因になる場合は、両者の配置位置構造が互いに点対称になるように構成することで、それぞれの偏り効果を互いにキャンセルさせることも可能である。その場合は、プラズマ密度分布制御器７２を省くことも可能である。

また、図示省略するが、プラズマ密度分布制御器７２において導体板７４の特殊な配置形態として、導体板７２を高周波電極または対向電極の背面に貼り付けまたは埋め込む構成も可能である。

上述した実施形態のプラズマエッチング装置は、上部電極５６を電気的に接地して、サセプタ（下部電極）１２に高周波ＲＦを印加するカソードカップルの容量結合型であったが、サセプタ（下部電極）１２を電気的に接地して、上部電極５６に高周波ＲＦを印加するアノードカップルの容量結合型プラズマエッチング装置や、サセプタ（下部電極）１２にプラズマ生成に適した周波数の第１高周波ＲＦ₁とイオン引き込み制御に適した第２高周波ＲＦ₂とを重畳して印加する下部ＲＦ２周波重畳方式の容量結合型プラズマエッチング装置にも本発明は適用可能である。

また、上部電極５６にプラズマ生成に適した周波数の第１高周波ＲＦ₁を印加するとともに、サセプタ（下部電極）１２にイオン引き込み制御に適した第２高周波ＲＦ₂を印加する上下部ＲＦ２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置や、サセプタ（下部電極）１２にプラズマ生成に適した周波数の第１高周波ＲＦ₁とイオン引き込み制御に適した第２高周波ＲＦ₂とさらに第３高周波ＲＦ₃とを重畳して印加する、下部ＲＦ３周波重畳方式の容量結合型プラズマエッチング装置にも本発明は適用可能である。

さらに、本発明は、誘導結合型プラズマ処理装置あるいはマイクロ波プラズマ処理装置等において被処理体を保持するサセプタにイオン引き込み用の高周波を印加する場合にもサセプタを高周波電極として適用可能であり、さらにはプラズマ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。

１０ チャンバ（処理容器）
１２ サセプタ（下部電極）
２４ 排気装置
２５ チャンバ下部室
２８ 高周波電源
３２ 給電棒
３８ 静電チャック
３８ａ 誘電体膜
３８ｂ ＤＣ電極
４０ 直流電源
４４ ＤＣ高圧線
５６ シャワーヘッド（上部電極）
６６ 処理ガス供給部
７０ 制御部
７２ プラズマ密度分布制御器
７４ 導体板
７６ 導体棒
８０ 昇降機構
８４ 回転機構
８６ 環状ガイドレール
８８ 回転ローラ（またはボール）
９０ 平歯車
９２ 歯車
９４ モータ
９６ 誘電体
１００ 上部プラズマ密度分布制御器
１０２ チャンバ天井裏室
１０８ 導体板
１１０ 導体棒
１１８ 流体金属
１３０ 抵抗発熱線
１３２ 給電線
１３４ ヒータ電源

Claims (31)

1. 処理容器内に被処理体を載置する高周波電極が備え付けられ、前記処理容器内で前記被処理体に対して所望のプラズマ処理が行われる際に、前記高周波電極にその背面から第１の高周波が印加され、前記高周波電極のおもて面が処理ガスのプラズマに晒されるプラズマ処理装置であって、
   前記高周波電極に設けられる静電チャックまたは抵抗発熱体に前記高周波電極に対して非軸対称で電気的に接続される給電線を含み、前記高周波電極の近くでプラズマ密度に方位角方向における不均一性を生じさせる少なくとも１つの非対称性部材と、
   互いに逆向きの第１および第２の面を有し、前記高周波電極の背面の所望の部位に前記第１の面を対向させ、前記第１の高周波に関して、前記高周波電極の背面に電気的に接続される第１の導体と、前記第１の高周波に関して、前記第１の導体の前記第２の面の所望の部位に電気的に接続される第１の接続部と、前記高周波電極の近くで電気的に接地されている導電性部材に電気的に接続される第２の接続部とを有する第２の導体とを含み、前記高周波電極の近くでのプラズマ密度の方位角方向における不均一性を補正するように前記第１および２の導体の配置構成を有しているプラズマ密度分布制御器と、
   を具備するプラズマ処理装置。
2. 前記第１の導体は、前記高周波電極の背面に容量結合される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記高周波電極の背面の中心部に、前記第１の高周波を前記高周波電極に給電するための高周波給電棒が接続され、
   前記第１および第２の導体は、前記高周波給電棒を避けてその半径方向外側に配置される、
   請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１の導体は、前記第１および第２の面が互いに略平行な導体板である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第２の導体が、前記第１の接続部を１つだけ有し、
   前記第１の導体の前記第１の面上の電界強度が、面内一定ではなく、前記第１の接続部と対応する位置で極小かつ最小になる、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記第２の導体が、前記第１の接続部を複数有し、
   前記第１の導体の前記第１の面上の電界強度が、面内一定ではなく、複数の前記第１の接続部とそれぞれ対応する複数の位置で極小になる、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１の導体が互いに分離して複数設けられ、
   前記第２の導体が、各々の前記第１の導体との間に前記第１の接続部を有する、
   請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記第２の導体が互いに分離して複数設けられ、
   各々の前記第２の導体が、前記第１の導体との間に前記第１の接続部を有する、
   請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 複数の前記第１の接続部は、前記高周波電極の方位角方向に沿って略一定間隔で配置される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第２の導体は、柱状体であり、その一端が前記第１の接続部を構成し、その他端または前記一端と前記他端との間の中間部が前記第２の接続部を構成する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記第２の導体は、板状体または筒状体であり、その一端面が前記第１の接続部を構成し、その反対側の他端面または前記一端面と前記他端面との間の中間部が前記第２の接続部を構成する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記高周波電極に対して前記第１の導体の位置を可変するための第１の導体移動機構を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第１の導体移動機構は、前記高周波電極の背面に垂直な方向で前記第１の導体の位置を可変する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記第１の導体移動機構は、前記高周波電極の方位角方向で前記第１の導体の位置を可変する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記第１の導体移動機構は、前記高周波電極の半径方向で前記第１の導体の位置を可変する、請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記高周波電極に対して前記第２の導体の前記第１の接続部の位置を可変するための第２の導体移動機構を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第２の導体移動機構は、前記高周波電極の背面に垂直な方向で前記第１の接続部の位置を可変する、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記第２の導体移動機構は、前記高周波電極の方位角方向で前記第１の接続部の位置を可変する、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記第２の導体移動機構は、プラズマ処理の実行中に前記高周波電極の方位角方向で前記第２の導体を一定速度で回転移動させる、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記第２の導体移動機構は、前記高周波電極の半径方向に前記第１の接続部の位置を可変する、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
21. 前記高周波電極の背面と前記第１の導体との間に誘電体が設けられる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
22. 前記処理容器内に、前記高周波電極と所望の電極間距離を隔てて平行に向かい合い、電気的に接地される対向電極が設けられ、
    前記高周波電極に前記被処理体が載置される、
    請求項１〜２１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
23. 前記静電チャックは、前記被処理体を静電吸着力で保持するために前記高周波電極のおもて面に取り付けられ、誘電体の膜とこの誘電体膜の内部に封入されるＤＣ電極とを有し、
    前記給電線は、前記ＤＣ電極にＤＣ電圧を印加するための直流電源からの給電線であり、絶縁被覆された状態で前記高周波電極をその背面から貫通して前記ＤＣ電極に接続される、
    請求項１〜２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
24. 前記抵抗発熱体は、前記被処理体の温度を制御するために前記高周波電極のおもて面に誘電体を介して取り付けられ、
    前記給電線は、前記抵抗発熱体にジュール熱発生用の電流を供給するためのヒータ電源からの給電線であり、絶縁被覆された状態で前記高周波電極をその背面から貫通して前記抵抗発熱体に接続される、
    請求項１〜２３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
25. 前記プラズマ処理が行われる際に、前記高周波電極にその背面から前記第１の高周波と異なる周波数の第２の高周波が印加され、
    前記第２の高周波に関しても、前記第１の導体が、前記高周波電極の背面に電気的に接続されるとともに、前記第２の導体を介して電気的に接地される、
    請求項１〜２４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
26. 前記高周波電極の背面、前記第１の導体および前記第２の導体は、前記処理容器の減圧空間から隔離された雰囲気領域に置かれる、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
27. 前記第１の導体および前記第２の導体は、前記処理容器の底壁から前記高周波電極の外周縁部まで延びる筒状絶縁体の内側に設けられる、請求項２６記載のプラズマ処理装置。
28. 前記処理容器が、電気的に接地された導電性の金属からなり、
    前記第２の導体の第２の接続部は、前記処理容器の底壁に電気的に接続される、
    請求項２７に記載のプラズマ処理装置。
29. 請求項１〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体に所望のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法であって、
    前記高周波電極の背面に対する前記第１の導体の位置を可変または調節して、前記高周波電極上のプラズマ密度分布を制御するプラズマ処理方法。
30. 請求項１〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体に所望のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法であって、
    前記高周波電極の背面と前記第１の導体との間に形成されるコンデンサの容量を可変または調節して、前記高周波電極上のプラズマ密度分布を制御するプラズマ処理方法。
31. 請求項１〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体に所望のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理方法であって、
    前記高周波電極の背面に対する前記第２の導体の前記第１の接続部の位置を可変または調節して、前記高周波電極上のプラズマ密度分布を制御するプラズマ処理方法。

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