CN101047113A

CN101047113A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法

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Publication number: CN101047113A
Application number: CNA2007100913490A
Authority: CN
Inventors: 松本直树; 早川欣延; 花冈秀敏; 儿玉法明; 舆水地盐; 岩田学; 田中谕志
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2007266529A; TW200802597A; CN100517563C; JP5064707B2; KR100841118B1; KR20070098587A; TWI408744B

Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，能够使通过电容耦合型的高频放电生成的等离子体密度的空间分布均匀化，并能够对其进行任意控制，提高等离子体的面内均匀性。本发明的等离子体处理装置，下部电极的基座(16)载置被处理基板(W)，通过高频电源(30)施加等离子体生成用的高频。在基座(16)上方，与其平行的相对配置有上部电极(34)，隔着环状的绝缘体(35)以电浮起的状态安装在腔室(10)上。上部电极(34)的上面与腔室(10)的顶面之间设置有规定的间隔尺寸，其缝隙的一部分或全部形成真空空间(50)。该真空空间(50)的内壁的全部或一部分由片状的绝缘体(52)覆盖。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法

技术领域

本发明涉及在被处理基板上实施等离子体处理的技术，特别是涉及电容耦合型的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

背景技术

在半导体装置和FPD(平面平板显示器：Flat Panel Display)的制造工艺中的蚀刻、堆积、氧化和溅射等的处理中，为了以比较低的温度使处理气体进行良好的反应，经常利用等离子体。在现有技术中，在单片式的等离子处理装置，特别是等离子蚀刻装置中，电容耦合型的等离子处理装置已成为主流。

通常，电容耦合型的等离子体处理装置在作为真空腔室而形成的处理容器内平行地配置有上部电极和下部电极，在下部电极上载置被处理基板(半导体晶片、玻璃基板等)，向两电极的任一个施加高频电压。利用由该高频电压在两电极之间形成的电场使电子加速，由电子与处理气体的冲突电离产生等离子体，利用等离子体中的自由基和离子在基板表面上实施需要的加工(例如蚀刻加工)。这里，由于施加了高频的一侧的电极通过匹配器内的隔离电容器(blocking capacitor)与高频电源连接，作为阴极(cathode)工作。在支撑基板的下部电极上施加高频，将其用作阴极的阴极耦合方式，利用下部电极生成的自偏压，将等离子体中的离子几乎垂直的引入基板，由此，能够进行方向性好的各向异性蚀刻(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】日本特开平6-283474

现有的电容耦合型等离子体处理装置一般来说将不施加高频的阳极侧的电极接地。通常，由于处理容器由铝或不锈钢等的金属构成，并被安全地接地，因此能够通过处理容器将阳极作为接地电位。因此，在阴极耦合方式中，采用将作为阳极的电极的上部电极直接附加在处理容器的顶部组成一体的结构，或采用将处理容器的顶部直接作为上部电极利用的结构。

然而，随着近年来的半导体制造工艺中的设计规则的微细化，要求在低压下的高密度的等离子体，在上述的电容耦合型等离子处理装置中，高频的频率逐渐变高，最近，已使用标准40MHz以上的频率。然而，频率变高，高频电流在电极的中心部聚集，由此在两电极之间的处理空间中生成的等离子的密度在电极中心部侧比在电极边缘部侧高，处理的面内均匀性下降的问题变得显著。

发明内容

本发明就是鉴于上述的问题而进行的，本发明的目的在于提供等离子处理装置和等离子处理方法，所述等离子处理装置和等离子处理方法能够在电容耦合型中相对的2个电极之间施加高频，均匀化并任意控制生成的等离子体密度的空间分布，提高处理的面内均匀性。

为了达到上述目的，本发明的等离子处理装置，具有能真空排气的处理容器；隔着绝缘物或空间以电浮起状态安装在上述处理容器上的第一电极；在上述处理容器内与上述第一电极空出规定间隔平行配置，与上述第一电极相对支撑被处理基板的第二电极；向上述第一电极、上述第二电极和上述处理容器的侧壁之间的处理空间供给需要的处理气体的处理气体供给部；用于在上述处理空间内生成上述处理气体的等离子体，而向上述第二电极施加第一高频的第一高频供电部，设定上述第一电极和上述处理容器之间的静电电容，使得在上述处理空间内生成的等离子体得到期望的等离子体密度分布特性。

此外，本发明的等离子处理方法，在能真空的处理容器内空出规定间隔平行配置第一电极和第二电极；与上述第一电极相对，利用第二电极支撑被处理基板；对上述处理容器内进行真空排气，直到规定的压力；向上述第一电极、上述第二电极和上述处理容器的侧壁之间的处理空间供给期望的处理气体；向上述第二电极施加第一高频，在上述处理空间生成上述处理气体的等离子体；在上述等离子体下，对上述基板实施期望的等离子体处理，该方法中，设定上述第一电极和上述处理容器之间的静电电容，使得上述第一电极隔着绝缘体相对于上述处理容器电浮起，在上述处理空间生成的等离子体得到期望的等离子体密度分布特性。

在本发明采用的电容耦合型中，向第二电极施加来自高频电源的高频，利用第二电极与第一电极之间的高频放电和第二电极与处理容器的侧壁(内壁)之间的高频放电在处理空间内生成处理气体的等离子体，生成的等离子体向四方尤其是上方和半径方向外侧扩散，等离子体中的电子电流通过第一电极或处理容器侧壁等流入地。这里，由于第一电极为本发明的隔着绝缘物或空间电浮起的状态，安装在处理容器内，成为从第二电极看在第一电极与接地电位之间附加有静电电容的阻抗的结构。通过将该第一电极的周围的静电电容设定成适宜的值，能够实现在处理空间生成的等离子体的密度的空间分布特性在径向均匀化并能够对其进行任意控制。

作为在本发明中的第一电极与处理容器之间的静电电容，优选值是5000pF以下，更优选在2000pF以下，也可以低到250pF左右。根据本发明的优选的实施方式，从第二电极看在第一电极的背面与处理容器之间设置有从处理空间独立的真空空间。这样的真空空间对于第一电极具有隔热作用和防止放电的功能，并且赋予介电常数最低的静电电容。也能够适宜采用用绝缘体覆盖真空空间的内壁的全部或一部分的结构。

为了使第一电极的周围的静电电容尽可能地低，在另一个优选实施方式中，优选用绝缘体构成从第二电极看与第一电极背面相对的处理容器的部位的全部或一部分。

根据本发明优选的一个实施方式，为了向处理空间供给处理气体，在第一电极的上部或上方设置气体室，并在第一电极的下面形成用于从气体室向处理空间喷出处理气体的多个气体喷出孔。由此，能够使得在处理容器内电浮起的第一电极上，没有任何障碍的具有喷淋头的功能。

此外，作为本发明的一个优选实施方式，设置有用于堵塞在第一电极的外周面与处理容器的侧壁之间的间隙的环状绝缘体。这样的环状绝缘体以物理保持第一电极，并形成第一电极与处理容器之间的静电电容的一部分。

在优选的一个实施方式中，在第一电极(上部电极)的外周面与处理容器的侧壁之间形成有空间。此外，第一电极在半径方向上分成圆盘状的内侧电极和环状的外侧电极两部分。并且，在内侧电极和外侧电极之间插入有环状的第四绝缘体或形成有空间。或者，在外侧电极与上述处理容器的侧壁之间插入有环状的第五绝缘体或形成有空间。因为能够使外侧电极与处理容器之间的静电电容大于内侧电极与处理容器之间的静电电容，所以优选。

此外，另一个优选实施方式中，第一电极在半径方向上分成圆盘状的内侧电极和环状的外侧电极两部分，在内侧电极和外侧电极之间插入环状的第四绝缘体，在外侧电极与处理容器的侧壁之间插入环状的第五绝缘体。根据这样的结构，能够使内侧电极的接地电容显著降低，能够增强使电极中心部的等离子体密度相对减少而使电极边缘部的等离子体密度相对增大的效果。

根据本发明的等离子处理装置及等离子处理方法，根据上述的结构和作用，能使由电容耦合型的高频放电生成的等离子体的密度的空间的分布均匀化并能够进行任意的控制，从而提高处理的面内均匀性。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

图2是表示实施方式的一个变形例的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

图3是表示比较例的等离子蚀刻装置的电容耦合型高频放电的结构的示意图。

图4是表示实施方式的等离子蚀刻装置的电容耦合型高频放电的结构的示意图。

图5是表示对在实施方式的等离子蚀刻装置中，对将上部电极的接地电容选为高电容和低电容2种情况的电子密度的空间分布特性进行比较的图。

图6是表示实施方式的等离子蚀刻装置中，对将上部电极的接地电容选为高电容和低电容2种情况的氧化膜的蚀刻速率的面内分布特性进行比较的图。

图7是表示实施方式的等离子蚀刻装置中，对将上部电极的接地电容选为高电容和低电容的2种情况的光致抗蚀剂的蚀刻速率的面内分布特性进行比较的图。

图8是表示实施方式的一个变形例的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

图9是表示图8的等离子蚀刻装置的电容耦合型高频放电的结构的示意图。

图10是表示实施方式的一个变形例的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

图11是表示图10的等离子蚀刻装置的电容耦合型高频放电的结构的示意图。

图12是表示实施方式的等离子蚀刻装置的静电电容可变部的一个实施例的部分截面图。

图13是表示实施方式的等离子蚀刻装置的静电电容可变部的另一个实施例的部分截面图。

图14是表示实施方式的等离子蚀刻装置的静电电容可变部的又一个实施例的部分截面图。

图15是表示实施方式的一个变形例的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

图16是表示实施方式的一个变形例的等离子蚀刻装置的结构的纵截面图。

符号说明

10腔室(处理容器)；16基座(下部电极)；30高频电源；34上部电极；34A内侧上部电极；34B外侧上部电极；35环状绝缘体；36电极板；36a气体喷出孔；38电极支撑体；40气体缓冲室；42气体供给管；44处理气体供给源；50真空空间；52绝缘体；64高频电源；70，72电容；73绝缘体；74，76环状绝缘体；80，82，84 电容；86，92静电电容可变部

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。

在图1中，表示了本发明的一个实施方式的等离子处理装置的结构。该等离子处理装置构成为阴极耦合的电容耦合型(平行平板型)等离子蚀刻装置，例如，具有由表面进行氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的铝构成的圆筒形的真空腔室(处理容器)10。腔室10被安全接地。

在腔室10的底部，隔着陶瓷等的绝缘板12配置有圆柱状的基座支撑台14，在该基座支撑台14的上面设置有例如由铝构成的基座16。基座16构成下部电极，在其上载置有例如半导体晶片W作为被处理基板。

在基座16的上面设置有用于利用静电吸附力保持半导体晶片W的静电卡盘18。该静电卡盘18是将由导电膜构成的电极20夹在一对绝缘层或绝缘片之间得到的部件，直流电源22与电极20电连接。利用来自直流电源22的直流电压，能够利用库仑力将半导体晶片W吸附保持在静电卡盘18上。在静电卡盘18的周围，在基座16的上面配置有用于提高蚀刻的均匀性的，例如由硅构成的聚焦环24。在基座16和基座支撑台14的侧面贴附有例如由石英构成的圆筒状的内壁部件25。

在基座支撑台14的内部设置有例如在圆周方向延伸的制冷剂室26。在该制冷剂室26中，利用外加的冷却单元(未图示)，通过配管27a、27b循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水。利用制冷剂的温度能够控制基座16上的半导体晶片W的处理温度。并且，通过气体供应管线28，向静电卡盘18的上面与半导体晶片W的背面之间供应来自导热气体供给机构(未图示)的导热气体例如He气。

在基座16上通过匹配器32和供电棒33电连接有等离子体生成用的高频电源30。该高频电源30在腔室10内进行等离子体处理时，向基座16施加规定的高频例如40MHz的高频。

在基座16的上方，与该基座平行相对设置有上部电极34。该上部电极34由具有多个气体喷出孔36a的例如Si、SiC等的半导体材料构成的电极板36，和可以自由装卸地支撑该电极板36的由导电材料例如表面经过氧化铝膜处理后的铝构成的电极支撑体38构成，在腔室10内，以隔着环状的绝缘体35电浮起的状态进行安装。由该上部电极34、基座16和腔室10的侧壁形成等离子体生成空间或处理空间PS。环状绝缘体35例如由氧化铝(Al₂O₃)构成，以气密的堵塞上部电极34的外周面与腔室10的侧壁之间的缝隙的方式被安装，物理支撑上部电极34，并构成上部电极34与腔室10之间的静电电容的一部分。

电极支撑体38在其内部具有气体缓冲室40，并在其下面具有从气体缓冲室40与电极板36的气体喷出孔36a连通的多个气体通气孔38a。处理气体供给源44通过气体供给管42与气体缓冲室40连接，气体供给管42上设置有质量流量控制器(MFC)46和开关阀48。从处理气体供应源44将规定的处理气体导入气体缓冲室42，通过电极板36的气体喷出孔36a，以喷淋状向着基座16上的半导体晶片W，向处理空间PS喷出处理气体。由此，上部电极34兼作为向处理空间PS供给处理气体用的喷淋头。

此外，在电极支撑体38的内部设置有流过制冷机，例如冷却水的通路(未图示)，利用外部的冷却单元通过制冷剂将整个上部电极34，尤其是电极板36调整到规定的温度。再者，为了使针对上部电极34的温度控制更加稳定，可以使用在电极支撑体38的内部或上面安装例如由电阻发热元件构成的加热器(未图示)的结构。

在上部电极34的上面与腔室10的顶点之间设置有具有规定的缝隙尺寸的缝隙，在其缝隙的一部分或全体形成真空空间50。该真空空间50具有下述功能：使上部电极34与腔室10和周围温度热断开；通过排除气体，防止在上部电极34和腔室10之间的放电；因为真空的介电常数为1，可以使上部电极34和腔室10之间的容量尽可能的小。其中，真空空间50与处理空间PS分别进行真空排气，利用气密结构保持真空状态。在该实施方式中，为了进一步提高防止放电的功能，以片状的绝缘体52覆盖真空空间50的内壁的全部或一部分(图示例仅覆盖上面)。该绝缘体52适宜使用耐热性优异的聚酰亚胺系树脂，也可以使用Teflon(注册商标)或石英。

在基座16、基座支撑台14与腔室10的侧壁之间形成的环状空间为排气空间，在该排气空间的底上设置有腔室10的排气口54。排气装置58通过排气管56与该排气口54连接。排气装置58具有涡轮分子泵等的真空泵，能够将腔室10的室内尤其是处理空间PS减压到期望的真空度。并且，在腔室10的侧壁上安装有开闭半导体晶片W的搬入搬出口60的闸阀62。

在该等离子蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先打开闸阀62，并将加工对象的半导体晶片W搬入到腔室10内，载置在静电卡盘18上。以规定流量或流量比从处理气体供应源44将处理气体即蚀刻气体(通常为混合气体)导入到腔室10内，通过排气装置58的真空排气，使腔室10内的压力成为设定值。从高频电源30向基座16以规定的功率施加高频(40MHz)。此外，从直流电源22向静电卡盘18的电极20施加直流电压，将半导体晶片W固定在静电卡盘18上。从上部电极34的喷头被喷出的蚀刻气体在处理空间PS利用高频的放电等离子化，由该等离子体产生的自由基或离子对半导体晶片W的主面的膜进行蚀刻。

该电容耦合型等离子蚀刻装置，通过在基座(下部电极)16上施加40MHz或40MHz以上的高频，将等离子体在理想解离状态下高密度化，即使是在更低压的条件下也能形成高密度等离子体。并且，是阴极耦合方式，利用在基座16上生成的自偏压将等离子体中的离子几乎垂直地引入到晶片W中，能够进行各向异性的蚀刻。

此外，也可以是将与等离子体生成相适应的比较高的频率(例如40MHz)的第一高频，和与离子引入相适应的比较低的频率(例如2MHz)的第二高频，重叠地施加在下部电极上的下部双频率重叠施加方式。作为这样的装置结构，例如如图2所示，可以在基座16上增设用于供给第二高频的高频电源64、匹配器66和供电棒68。在这样的下部双频重叠施加方式中，能够由第一高的频率(40MHz)使由处理空间PS生成的等离子体的密度最适化，由第二高的频率(2MHz)使由基座16生成的自偏压或离子层最适化，可以实现选择性更高的各向异性蚀刻。

下面，对该等离子体装置的本发明的特征进行详细的说明。如上所述，该等离子体装置在阴极耦合方式中，将上部电极34以隔着环状绝缘体35及上部真空空间50等，以电悬浮的状态而被安装在腔室10上。

首先，作为比较例，对直接将上部电极34安装在腔室10上作为接地电位的情况进行说明。这种情况下，如图3所示，将来自高频电源30的高频施加在基座16上，利用在基座16与上部电极34之间的高频放电及在基座16与腔室10的侧壁之间的高频放电在处理空间PS内生成处理气体的等离子体。生成的等离子体向四方尤其是上方及半径方向外侧扩散，等离子体中的电子电流通过上部电极34和腔室10的侧壁等流入地。这里，在基座16的高频的频数越高，越容易由趋肤效应引起在基座中心部集中高频电流。然而，由于从基座16看，处于同电位(接地电位)的上部电极34与腔室10侧壁中的前者在距离上比后者近，因此在电极中心部有更多的高频功率向处理空间PS释放。因此，等离子体中的电子电流中的流向腔室10的侧壁的比例相当低，大部分流到上部电极34中，流到其中心部。其结果是，等离子体密度的空间分布特性在电极中心部最高并且与电极边缘部之间的差变得显著。

与此相对，如上述实施方式所示，以浮起状态，将上部电极34安装在腔室10上，如图4所示，处理空间PS内的等离子体分布向半径外侧延伸。在图4中，上部电极34通过电容70、72与腔室10电连接。这里，电容70是在上部电极34与腔室10的侧壁之间的静电电容，主要由环状绝缘体35提供。另一方面，电容72是上部电极34与腔室10的顶点之间的静电电容，主要由真空空间50和绝缘体52提供。

在这样的情况下，将来自高频电源30的高频施加在基座16上，利用在基座16与上部电极34之间的高频放电以及在基座16与腔室10的侧壁之间的高频放电，在处理空间PS内生成蚀刻气体的等离子体。生成的等离子体向上方及半径方向外侧扩散，等离子体中的电子电流通过上部电极34和腔室10的侧壁等流入地。这里，在基座16，容易在基座中心部集中高频电流，从基座16看，上部电极34位于比腔室10的侧壁更近的位置，在这一点上与图3的情况相同。然而，在上部电极34与接地电位之间附加电容70、72的阻抗，由此，即使是在基座12的中心部集中了高频电流，也难以从该处流向正上方的上部电极34。因此，在等离子体PS中的电子电流中的流向腔室10的侧壁的比例决不低。从理论上说，根据接地电容70，72的电容的值(电容值)，对怎样的在基座16与上部电极34之间和在基座16与腔10的侧壁之间流过的电子电流的比都能够分别进行任意控制。于是能够在径向使等离子体密度的空间分布特性均匀化并能进行任意的控制。

在图5～图7中，利用该实施方式的等离子体蚀刻装置(图2)，对SiO₂通孔进行蚀刻，比较上部电极34的接地电容即上部电极34周围的电容70、72的合成电容选为20000pF(高电容)和250pF(低电容)两种时的电子密度Ne的空间分布特性，和氧化膜(SiO₂)蚀刻速度和光致抗蚀剂(PR)蚀刻速度的面内分布特性。

晶片口径：300mm

处理气体：C₄F₆/C₄F₈/Ar/O₂＝流量40/20/500/60sccm

腔室内的压力：30mTorr

高频功率：40MHz/2MHz＝2500/3200W

从图5～图7可以看出，虽然在上部电极34的接地电容是高电容(20000pF)的情况下，电子密度Ne在晶片中心部高并保持比较均匀的值，但在晶片边缘附近(从R＝±120mm周围)急剧降低。由于氧化膜的蚀刻速率及光致抗蚀剂的蚀刻速率的任一个都依赖于电子密度分布，它们的面内均匀性不好，分别是±4.1％，±19.1％。与此相对，在上部电极34的接地电容是低电容(250pF)的情况下，电子密度Ne在晶片中心部减小，另一方面，在晶片区域(-150mm～150mm)的外侧即排气区域增大，晶片中心部与晶片边缘部之间的差缩小。与此相关联，氧化膜的蚀刻速率及光致抗蚀剂的蚀刻速率在晶片中心部与晶片边缘部之间的差缩小。尤其是，氧化膜的蚀刻速率仅在中心部降低，在边缘部几乎不降低，面内均匀性提高到±2.4％。并且，虽然光致抗蚀剂的蚀刻速率在全体范围增大，但是，面内均匀性有大的改善，直到±4.4％。

这样，通过将上部电极34的周围的静电电容或接地电容从高电容(20000pF)变成低电容(250pF)，能够使在基座12和上部电极34之间流过的电子电流相对减小。与此同时，使在基座12和腔室10的侧壁之间流过的电子电流相对增加，由此，能够相对减少电极中心部的等离子体密度，相对增大电极边缘部的等离子密度。作为结果，能够提高氧化膜和光致抗蚀剂的蚀刻速率的面内均匀性。尤其是涉及光致抗蚀剂的蚀刻速率的面内均匀性的显著的提高(19.1％→4.4％)，在现有技术中是没有的。

本发明者通过反复上述实验确认：只要上述电极34的接地电容5000pF以下，就能够得到上述的蚀刻速率的面内均匀性的效果。再者，如果上部电极34的接地电容低至2000pF以下，能够可靠的得到上述的蚀刻速率的面内均匀性中实用上的效果。

在图8及图10中，表示适用于上部电极34的接地电容低的装置结构的例子。在图8中表示的结构例由绝缘体73构成与上部电极34的背面即上面相对的腔室10的部位即顶部分。根据该结构，能够尽可能地减小乃至除去上部电极34的背面与腔室10的顶部分之间的电容耦合，能够形成实质上电除去了图9所示的上部电极34背后的电容72(图4)的接地电容。由此，能够进一步地增强相对减少电极中心部的等离子体密度、相对增大电极边缘部的等离子密度的效果。其中，虽然图中表示的例子全部由绝缘体73构成腔室10的顶部分，使背部或上部电容72的电容最小化，但是，用导电体构成顶部分的外周部分，适宜调节与中心部的绝缘体73之间的面积比，就能够将背部电容72的电容调节到期望的值。

在图10中表示的结构例中，将上部电极34在半径方向上分割成的圆盘状的内侧上部电极34A和环状的外侧上部电极34B这两部分，在两电极34A、34B之间气密地插入环状的内侧绝缘体74，在外侧上部电极34B与腔室10的侧壁之间气密地插入环状的外侧绝缘体76。两环状绝缘体74、76的材料优选是介电常数小的石英，也可以是陶瓷或氧化铝(Al₂O₃)等。再者，也可以形成空间而取代两环状绝缘体74、76。在两上部电极34A、34B与腔室10的顶之间设置有与大气连通的空间78。

在这样的装置结构中，两上部电极34A、34B中的任一个均电浮起。如图11所示，在内侧上部电极34A与腔室10之间存在有电容80，在外侧上部电极34B与腔室10之间存在有电容82，在内侧上部电极34A与外侧上部电极34B之间存在有电容84。这里，电容80主要由空间78提供，电容82主要由外侧环状绝缘体76提供，电容84主要由内侧环状绝缘体74提供。

如果从高频电源30向基座16施加高频，利用基座16与内侧上部电极34A之间的高频放电、基座16与外侧上部电极34B之间的高频放电，以及基座16与腔室10的侧壁之间的高频放电，在处理空间PS内生成蚀刻气体的等离子体。等离子体中的电子电流中的一部分通过内侧上部电极34A→电容80→腔室10的第一路径流向地，其它的一部分通过外侧上部电极34B→电容82→腔室10的第二路径流向地。其它的一部分通过内侧上部电极34A→电容84→外侧上部电极34B→电容82→腔室10的第三路径流向地，剩余的部分直接达到腔室10的侧壁、流向地。其中，由于第三路径的阻抗最高，流过的电流很少，从内侧上部电极34A流向地的电流的总量减少。这部分流到第二路径或腔室10的侧壁的电流的比例增加。由此，能够进一步增强相对减少电极中心部的等离子体密度、相对增大电极边缘部的等离子密度的效果。并且，在外侧上部电极34B上设置气体室或气体喷出孔，能够具备喷淋头的功能。

此外，可以使外侧上部电极34B与腔室10之间的静电电容比在内侧上部电极34A与腔室10之间的静电电容大。由此，与第一路径和第三路径相比，能够可靠增加在第二路径和腔室10中流过的电流的比例。

在该实施方式的等离子蚀刻装置中，可以使上部电极34的周围的静电电容或接地电容可变，在图12～14中表示了静电电容可变部的结构例。

在图12和图13中所示的静电电容可变部86具有：可以在与上部电极34的上面相接触或接近的第一位置和从上部电极34离开至上方的第二位置之间移动的导体板88；用于使该导体板88上下移动或变位的操作机构90；用于通过操作机构90，将上部电极34的接地电容控制在期望值的静电电容控制部85。图12的操作机构90由导电性的材质，或相对于高频的具有导电性的性质的材质，或相对高频的低阻抗的材质构成，直接或通过腔室10接地。图13的操作机构90可以是绝缘性的材质。该静电电容可变方式能够对应于导体板88的高度位置，使上部电极34的接地电容可变。导体板88越接近腔室10的顶面，上部电极34的接地电容就能变得越小。相反，导体板88越接近上部电极38的上面，上部电极34的接地电容就能变得越大。在极端的情况下，使导体板88与上部电极34相接触并使上部电极34接地，接地电容能变成无限大。

在图14中表示的静电电容可变部92，在上部电极34与腔室10的侧壁之间设置的环状绝缘体35中形成有液体收容室94，成为能够通过配管96从腔室10的外面导出和导入具有适当的介电常数的液体(例如Galden那样的有机溶剂)Q的结构。通过使液体Q的种类(介电常数)或液体量变化，能够使环状绝缘体35的全部的静电电容以及上部电极34的接地电容可变。

作为别的结构例，还可以是在上部电极34与腔室10之间连接可变电容器(未图示)的结构。

此外，如图15中所示，在上部电极34与直流电源98电连接，可以是将任意的直流电压施加在上部电极34上的结构。在这样的情况下，上部电极34变成在从腔室10的电位即接地电位以电悬浮状态，起到直流作用。通过在上部电极34上施加适度的直流电压，能够起到以下效果中的至少一种：(1)使上部电极34的自偏压的绝对值变大从而增强上部电极34的溅射(除去堆积物)的效果，(2)使上部电极34的等离子层扩大从而使形成的等离子体缩小化的效果，(3)使在上部电极34的附近产生的电子照射在被处理基板(半导体晶片W)上的效果，(4)能够控制等离子体电位的效果，(5)使电子密度(等离子体密度)上升的效果，(6)使中心部的等离子体密度上升的效果。

此外，可以采用在图16所示的结构。具体地说，在如图2所示，通过匹配器32及供电棒33从高频电源30向基座16供给第一高频的同时，通过匹配器66及供电棒68从高频电源64供给第二高频(下部双频重叠施加方式)，并且如图10所示，将上部电极34在半径方向上分成圆盘状的内侧上部电极34A和环状的外侧上部电极34B这两部分。

此外，虽然从静电电容的观点来说明在上述的实施方式的相对于上部电极34的接地电位的电浮起状态(floating状态)，但是，也可以从阻抗的观点进行说明。

例如，在上述图5～图7的试验结果所述：使上部电极34的接地电容在5000pF以下，能够得到蚀刻速率的面内均匀性效果，使其在2000pF以下，能够可靠的得到蚀刻速率的面内均匀性的效果。将其换成阻抗的观点来看，可以使从处理空间PS一侧看，要求上部电极34的阻抗分别为10Ω以上、5Ω以上。

此外，在上述的实施方式中，针对由电极板36和电极支撑体38构成的上部电极34的接地电容进行了说明。然而，也可以是在电极板36和电极支撑体38之间设置真空空间或电介质，只将电极板36作为上部电极34的结构，即只有电极板36形成浮起状态的结构。此外，还可以将与电极板36或电极支撑体38直流结合的别的导电性部件作为与电极板36和电极支撑体38一起构成上部电极34的部件。

在上述的实施方式中使用的高频只是一个例子，可以与工艺相对应，使用任意的频率。此外，装置内的各个部分的结构也可以有各种变形。上述实施方式为等离子体蚀刻装置和等离子体蚀刻方法相关的实施方式，本发明也适用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等的其他等离子体处理装置和处理方法。此外，本发明的被处理基板，并不限于半导体晶片，也可以是平面平板显示用的各种基板，光掩模、CD基板、印刷基板等。

Claims

1.一种等离子处理装置，包括：

能够真空排气的处理容器；

隔着绝缘物或空间以电浮起状态安装在所述处理容器内的第一电极；

在所述处理容器内与所述第一电极空开规定间隔平行配置的、与所述第一电极相对并支撑被处理基板的第二电极；

向所述第一电极、所述第二电极和所述处理容器的侧壁之间的处理空间供给期望的处理气体的处理气体供给部；和

为了在所述处理空间生成所述处理气体的等离子体，向所述第二电极施加第一高频的第一高频供电部，

设定所述第一电极和所述处理容器之间的静电电容，使得在所述处理空间生成的等离子体得到期望的等离子体密度分布特性。

2.如权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，包括用于使所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容可变的静电电容可变部。

3.如权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于：使所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容的值为5000pF以下而构成所述第一电极的周围。

4.如权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于：使所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容的值为2000pF以下而构成所述第一电极的周围。

5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：所述处理容器由导电体构成并接地。

6.如权利要求1～5中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：从所述第二电极看，所述第一电极的背面与所述处理容器之间设置有从所述处理空间独立的真空空间。

7.如权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于：具有覆盖所述真空空间的内壁的全部或一部分的第一绝缘体。

8.如权利要求1～7中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：使用第二绝缘体构成从所述第二电极看与所述第一电极的背面相对的所述处理容器的部位的全部或部分。

9.如权利要求1～8中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：所述第一电极是上部电极，所述第二电极是下部电极。

10.如权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述第一电极的上部或上方设置有导入来自所述处理气体供给部的所述处理气体的气体室，在所述第一电极上形成有多个气体喷出孔，用于从所述气体室向所述处理空间喷出所述处理气体。

11.如权利要求10所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述第一电极的外周面与所述处理容器的侧壁之间设置有环状的第三绝缘体。

12.如权利要求11所述的等离子处理装置，其特征在于：所述第三绝缘体以塞住所述第一电极的外周面与所述处理容器的侧壁之间的缝隙的方式设置。

13.如权利要求10所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述第一电极的外周面与所述处理容器的侧壁之间形成有空间。

14.如权利要求1～13中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：所述第一电极在半径方向上分为圆盘状的内侧电极和环状的外侧电极两部分。

15.如权利要求14所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述内侧电极与所述外侧电极之间插入有环状的第四绝缘体、或形成有空间。

16.如权利要求14或15所述的等离子处理装置，其特征在于：在所述外侧电极与所述处理容器的侧壁之间插入有环状的第五绝缘体、或形成有空间。

17.如权利要求14～16中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：所述外侧电极与所述处理容器之间的静电电容大于所述内侧电极与所述处理容器之间的静电电容。

18.如权利要求1～17中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：包括向所述第二电极施加频率低于所述第一高频的第二高频的第二高频供电部。

19.如权利要求1～18中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于：包括用于向所述第一电极施加期望的直流电压的直流电源。

20.一种等离子处理方法，在能够真空的处理容器内空出规定的间隔平行配置第一电极和第二电极，

与所述第一电极相对、利用第二电极支撑被处理基板，

对所述处理容器内进行真空排气，达到规定的压力，

将期望的处理气体供给至所述第一电极、所述第二电极和所述处理容器的侧壁之间的处理空间，

在所述第二电极上施加第一高频，在所述处理空间中生成所述处理气体的等离子体，

在所述等离子体下，对所述基板实施期望的等离子体处理，

其中，

设定所述第一电极和所述处理容器之间的静电电容，使得所述第一电极隔着绝缘体或空间，相对于所述处理容器电浮起，并使得在所述处理空间生成的等离子体得到期望的等离子体密度分布特性。

21.如权利要求20所述的等离子处理方法，其特征在于：所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容为可变。

22.如权利要求20或21所述的等离子处理方法，其特征在于：将所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容的值选定为2000pF以下。

23.如权利要求22所述的等离子处理装置，其特征在于：将所述第一电极与所述处理容器之间的静电电容的值选定为250pF以下。