CN102647846A - 上部电极和等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提高等离子体的均匀性。本发明提供一种平行平板型的等离子体处理装置用的上部电极(105)，包括：由电介质形成的基材(105a)；和导电体层(110)，在上述基材(105a)的表面中，至少在上述等离子体处理装置的下部电极(210)侧的表面的一部分上形成，上述导电体层(110)以上述下部电极(210)侧的表面的外侧比内侧密的方式具有疏密的图案。

Description

上部电极和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及平行平板型的等离子体处理装置用的上部电极和具备上述上部电极的等离子体处理装置。
背景技术
作为利用等离子体的作用在被处理体上实施蚀刻或成膜等微细加工的装置，平行平板型(电容耦合型)等离子体处理装置、感应耦合型等离子体处理装置、微波等离子体处理装置等被实用化。其中，在平行平板型的等离子体处理装置中，对相对设置的上部电极和下部电极的至少任一个施加高频电力，利用该电场能量激发气体生成等离子体，通过所生成的放电等离子体对被处理体进行微细加工。
伴随近年来更进一步微细化的要求，供给具有100MHz左右较高频率的电力从而生成高密度、低离子能量的等离子体变得必不可少。当供给供的电力的频率变高时，高频的电流由于表皮效应从端部侧朝向中心侧流过电极(上部或下部)的等离子体侧的表面。由此，电极中心侧的电场强度E变得比电极105端部侧的电场强度E高。因此，在电极中心侧生成等离子体所消耗的电场能量大于在电极端部侧生成等离子体所消耗的电场能量，与电极端部侧相比，在电极中心侧气体的电离或解离被促进。其结果，中心侧的等离子体的电子密度变得比端部侧的等离子体的电子密度高。由于在等离子体的电子密度高的电极中心侧中，等离子体的电阻率变低，因此即便是相对电极，因高频(电磁波)而产生的电流也集中于电极的中心侧，由此等离子体密度变得不均匀。
对此，为了提高等离子体密度的均匀性，提案有在电极的等离子体面的中心部分埋设陶瓷等电介质的方案(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-323456号公报
发明内容
然而，当在电极中埋设有陶瓷等电介质时，由于在工艺中重复进行加热和冷却，因此在两者的接合部分由于热膨胀差而被给予应力，因此具有电介质产生裂纹、腔室内被污染等问题。
为了进一步提高等离子体的均匀性，也提案有使埋设于电极的电介质形成为锥形形状的方案。在该情况下，电容成分在电介质端部中大于中心部，因此与埋设有平坦结构的电介质的情况相比，电场强度在电介质端部不会降低，能够获得更加均匀的电场强度。
然而，当电介质为锥形形状时，锥形部分的尺寸精度因机械加工上的精度的原因变差。其结果，在电介质的锥形部分因热膨胀差和接合界面的尺寸公差的偏差等而产生应力集中。由于该应力集中，更容易在电极产生裂纹且腔室内容易被污染。
鉴于上述问题，本发明的目的在于：提供能够提高等离子体均匀性的上部电极和等离子体处理装置。
为了解决上述课题，根据本发明的某一实施方式，提供一种平行平板型的等离子体处理装置用的上部电极，包括：由所期望的电介质形成的基材；和导电体层，在上述基材的表面中，至少在上述等离子体处理装置的下部电极侧的表面的一部分上形成，上述导电体层以上述下部电极侧的表面的外侧区域比内侧区域密的方式具有疏密的图案。
根据该结构，上部电极具有：由电介质形成的基材；和形成于该基材的下部电极侧的表面上的导电体层，导电体层以上述上部电极的外侧比内侧密的方式具有疏密的图案。由此，上部电极和在上部电极和等离子体之间生成的鞘层所形成的合成电容器，在上部电极的外侧中大于内侧。由此，能够获得与在上部电极中埋设有形成为锥形形状的电介质相同的效果，能够进一步提供等离子体的均匀性。
上述导电体层也可以具有以下任一种疏密的图案，即，从上述上部电极的外侧向内侧突出的梳齿状图案、从上述上部电极的外侧向内侧突出的新月状图案、从上述上部电极的外侧向内侧开口的图案。
上述导电体层的疏密的图案和该导电体层的边界，也可以位于比载置于上述下部电极的晶片的外端部更靠内侧。
上述导电体层也可以为接地电位。
上述导电体层也可以通过上述梳齿状的齿的根数、该齿的长度和该齿间的宽度的至少任一者来形成疏密的图案。
上述疏密的图案也可以由至少不同的三种长度的上述梳齿状的齿形成，从上述上部电极的中心至最长的梳齿的前端的距离是35～50mm，从上述上部电极的中心至中间长度的梳齿的前端的距离是60～90mm，从上述上部电极的中心至最短的梳齿的前端的距离是100～125mm。
上述基材也可以由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的任一种形成。
上述基材也还可以包括覆盖上述基材和上述导电体层的保护层。
多根气体导入管也可以贯穿上述上部电极的基材。
为了解决上述课题，根据本发明的另一个实施方式，提供一种等离子体处理装置，其为相对配置有上部电极和下部电极的平行平板型的等离子体处理装置，上述上部电极，包括：由所期望的电介质形成的基材；和导电体层，在上述基材的表面中，至少在上述等离子体处理装置的下部电极一侧的表面的一部分上形成，上述导电体层以上述下部电极侧的表面的外侧比内侧密的方式具有疏密的图案。
上述基材也可以由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的任一种形成。
如以上所说明的方式，根据本发明的上部电极和等离子体处理装置，能够提高等离子体的均匀性。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式涉及的等离子体蚀刻装置的纵截面图。
图2是用于说明流过电极的高频的图。
图3是表示在电极埋设有锥形形状的电介质时的电场强度的图。
图4是表示与在电极埋设有矩形形状的电介质的情况相同的电极的电场强度的图。
图5是表示在一个实施方式涉及的上部电极的导电体层形成有疏密图案时的电场强度的图。
图6是表示三种疏密图案的电场强度的图。
图7是在一个实施方式涉及的上部电极的导电体层上形成的各种疏密的图案。
图8是表示图7的各种疏密图案的电场强度的图。
图9是表示使疏密图案的梳齿的长度变化时的电场强度。
图10是表示疏密图案的梳齿的长度的图。
图11是表示使疏密图案的梳齿的形状变化时的电场强度。
图12是表示疏密图案的转变部的图。
图13是表示在一个实施方式涉及的上部电极的导电体层上形成有疏密的图案时的蚀刻速率的图。
图14是表示上下电极间的间隙和电场强度之间的关系的图。
图15是变形例涉及的各种疏密图案。
符号说明
10   等离子体蚀刻装置
100  处理容器
105  上部电极
105a 基材
110  导电体层
115  保护层
210  下部电极
E    电场强度
具体实施方式
以下，边参照附图，边对本发明各实施方式详细地进行说明。其中，在以下的说明和附图中，对于具有相同的结构和功能的结构要素附加相同的附图标记，省略重复说明。
(等离子体处理装置的整体结构)
首先，对具有本发明的一个实施方式涉及的上部电极的等离子体处理装置进行说明。
图1表示本实施方式涉及的等离子体蚀刻装置。等离子体蚀刻装置10是平行平板型的等离子体处理装置的一个例子，相对配置有上部电极和下部电极。
等离子体蚀刻装置10具有可减压的处理容器100。处理容器100由直径小的上部腔室100a和直径大的下部腔室100b形成。处理容器100例如由铝等金属形成并接地。
在处理容器100的内部相对配置有上部电极105和下部电极210，由此形成一对平行平板电极。晶片W被从闸阀V搬入处理容器100的内部并载置于下部电极210上。在处理容器100的内部，导入处理气体并通过高频电力的能量生成等离子体。利用该等离子体对下部电极210上的晶片W进行蚀刻处理。
上部电极105，具有：上部基材105a；和在上部基材105a的正上方与上部基材105a一起形成淋浴头的气体扩散部(导电体的底板)105b。气体被从供气源215供给，在被扩散部105b扩散后，经过与扩散部105b连通的多个气体通路，经由贯穿上部基材105a的多个气体导入管从多个气孔105c导入处理容器内。
下部电极210构成为，由铝等金属形成的基材210a隔着绝缘层210b被支撑台210c支撑，呈从处理容器100电浮动的状态。支撑台210c的下方部分被覆盖件216覆盖。在支撑台210c的下部外周设置有分隔板220，来控制气体的流动。
在下部电极210上设置有制冷剂室210a1，从制冷剂导入管210a2的入口侧导入的制冷剂在制冷剂室210a1循环，并从制冷剂导入管210a2的出口侧排出。由此，将下部电极210控制在所期望的温度。
在下部电极210的正上方的静电卡盘机构225中，在绝缘部件225a埋入有电极部(金属片部件)225b。电极部225b经由配线与直流电源235连接，通过对电极部225b施加从直流电源235输出的直流电压，由此晶片W被静电吸附于下部电极210。在静电卡盘机构225的外周设置有例如由硅形成的聚焦环230，以起到维持等离子体的均匀性的作用。
下部电极210经由匹配器245与高频电源250连接。高频电源250是用于生成等离子体的高频电源，输出例如100MHz的高频。供给到处理容器100内的气体被从高频电源250输出的高频的电场能量激发，生成放电型等离子体。通过生成的该等离子体对晶片W实施蚀刻处理。
此外，下部电极210经由匹配器260与高频电源265连接。高频电源265是偏压控制用的高频电源，输出例如3MHz或者13MHz等的高频。从高频电源265输出的高频作为偏压电压被施加于晶片W，用于向下部电极210引导离子。
在处理容器100的底面设置有排气口270，通过驱动与排气口270连接的排气装置275，对处理容器100的内部进行排气，将其保持为所期望的真空状态。
在上部腔室100a的周围配置有多极环形磁铁280a、280b。多极环形磁铁280a、280b配置为，多个各向异性扇形柱状磁铁安装于环状的磁性体外壳中，并且邻接的多个各向异性扇形柱状磁铁彼此的磁极的朝向为相互反向。由此，磁力线形成于邻接的扇形磁铁间，仅仅在上部电极105和下部电极210间的处理空间的周边部形成有磁场，起到将等离子体约束于处理空间中的作用。
接着，对由上部电极105和下部电极210形成的电场的强度分布进行说明。一般地，对平行平板电极施加的高频，在下部电极的下方从中央部向端部传播A波，在下部电极的上方的等离子体侧中，从端部向中央部传播B波。而且，在A波和B波重合的点生成驻波，因此形成特别是电极的中心部的电位(电场)较高的分布。因此，如图2(a)所示，当从直流电源250对下部电极210施加例如100HMz的高频电力时，由于表皮效应，高频的电流在下部电极210的下部表面从中央部前往端部传播，在下部电极210的上部表面从端部前往中央部传播。据此，下部电极210中心侧的电场强度变得比下部电极210端部侧的电场强度高，与端部侧相比，气体的电离或解离在下部电极210的中心侧被促进。其结果，下部电极210中心侧的等离子体的电子密度变得比端部侧的等离子体的电子密度高。由于在等离子体的电子密度高的下部电极210的中心侧中，等离子体的电阻率变低，因此即使在相对的上部电极105中，高频引起的电流也集中于上部电极105的中心侧，由此等离子体的不均匀进一步提高。其结果，如图2(b)所示，频率越高，晶片中心部的电场强度就越高于周边部。特别是，对于100MHz的高频电力而言，由于电场强度的不均匀较高，因此等离子体密度生成得更不均匀。
为了提高等离子体的均匀性，图3(a)表示本申请发明的基本的结构。对在电介质920a覆盖有导电体925的结构的电极(上部电极)920锥形形状的电介质920b形成的结构的情况进行说明。在该情况下，电极920以使电介质920a的中心部向上方凹陷，用导电体925覆盖电介质920a表面的方式形成，在构成电极920的基材920a的等离子体面的中心部分(凹部)装配埋设锥形形状的电介质920b，其两者之间用金属性粘合剂925进行粘合。然后，对该电极920的表面喷镀耐等离子体性高的氧化钇(Y2O3)等形成保护层930。图3(b)的曲线Ea′、Eb′、Ec′表示将厚度相同而锥度比ΦA/ΦB不同的电介质920b插入基材920a中时的距晶片中心的距离r(mm)的电场强度E(a.u.)。曲线Ea′、Eb′、Ec′的电介质920b的锥度比ΦA/ΦB是Ea′＜Eb′＜Ec′的关系。在此，锥形形状的电介质920b由氧化铝形成，下部电极被施加100MHz的等离子体激发用的高频电力。在该情况下，电容器成分在电介质920b的端部大于中心部，因此能够使阻抗在电介质920b的端部降低。其结果，可知：与埋设有圆筒状的电介质的情况相比，电场强度在电介质端部并不降低，能够获得更均匀的电场强度。
然而，接合基材与电介质的难度较高。例如在金属的基材和陶瓷的电介质的基于粘合剂的接合中，粘合剂露出到表面。当以不露出的方式使电介质进一步粘贴到表面时，由于线膨胀系数差而产生间隙。
此外，例如在电介质的基材和由金属覆膜覆盖的电介质的基于粘合剂的接合中，粘合剂露出到表面。在利用硬钎焊的接合中，由于硬钎材料收缩时的应力蓄积，具有破裂的问题。
对此，作为不进行电介质的接合就提高电场强度均匀性的方法的一个例子，对图4(a)所示的电极905进行说明。电极905具有以导电体覆盖由电介质构成的基材905a的外周部的结构。在该情况下，以导电体层910覆盖基材905a的外周部的表面，进而在其电体层910的表面喷镀耐等离子体性高的氧化钇(Y2O3)等形成保护层915。其中，基材905a的中心部不被导电体覆盖。即，导电体层910并不形成于基材905a等离子体面的内侧，而是圆环状地形成于等离子体面的外周侧。图4(b)的曲线Ea、Eb、Ec表示在大小和厚度相同的基材905a形成有不同内径的圆环状导电体层910时的电场强度。曲线Ea、Eb、Ec的内径是Ea＜Eb＜Ec的关系。即使在该情况下，基材也由氧化铝形成，下部电极也被施加100MHz的等离子体激发用的高频电力。
如图4(b)所示，与未设置导电体层的平坦的基材(FlatUEL)相比，电场强度在电极905的等离子体面内的中央被抑制，电极905等离子体面内的电场强度的均匀性得以提高。但是，在该电场强度分布中，在导电体层910存在的部分和不存在的部分的边界出现急剧的变化。因此，制作利用容易的表面处理(形成方法)，单单在导电体层910存在和不存在的部分的边界，使导电体层910仅仅形成为圆环状，对于电场强度的均匀性而言，不能获得与埋设图3的锥形形状的电介质相同的效果。
(电极结构)
于是，在本实施方式涉及的上部电极105中，以导电体层对电介质的上部基材105a的等离子体侧的表面的外周部进行覆膜，由此形成导电体层。除此之外，以朝向基材105的内侧的方式在导电体层的表面形成规定的图案。图5(a)是表示上部电极105的等离子体侧(下部电极侧)的表面的图，图5(b)是沿图5(a)的1-1的截面图。
参照图5(b)，上部基材105a的外周部的表面由导电体层110覆盖，进而对该上部基材105a的表面整体喷镀耐等离子体性高的氧化钇(Y2O3)等形成保护层115。这样，保护层115覆盖上部基材105a和导电体层110。
以下，将上部电极105的等离子体面分为外周部、内周部和两者之间的渐变部进行说明。导电体层110覆盖外周部整体。另一方面，导电体层110未形成于内周部(电极中心部)。
在本实施方式涉及的上部电极105的结构中，图5(a)所示的导电体层110的疏密的图案是从上部电极105的外侧向内侧突出的梳齿状的图案。具体而言，三种不同长度的线状的梳齿向内侧突出。在此，从外周部的内周面侧360°等间隔地向内侧放射状地设置有64根每根的宽度为1°的梳齿。三种梳齿的配置位置具有对称性，在此，按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。例如，在图5(a)中，在外周部的金属的密度为100％，在渐变部至最短梳齿的金属密度为80％，至中间长度的梳齿的金属密度为60％，至最长梳齿的金属密度为40％，在内周部的金属的密度为0％。这样，等离子体面侧的导电体层110以外侧比内侧密的方式形成有疏密的图案。
图5(c)表示当使用具有上述图案的导电体层110的上部电极105时的距晶片中心的距离r(mm)的电场强度E(a.u.)。即使在该情况下，基材也由氧化铝形成，下部电极也被施加100MHz的等离子体激发用的高频电力。据此，通过使长度不同的突起状导电体层110与上部电极105等离子体侧的中间部(渐变部)重叠，如图5(c)的曲线Ep1所示，与埋设有上述锥形形状的电介质的情况相同，能够使电场强度的分布平缓且均匀。本实施方式涉及的上部电极105的效果，即使与表示平坦的基材时的电场强度分布的曲线Er1相比也是显著的。由此，能够使晶片的蚀刻速率均匀。另外，在本实施方式涉及的上部电极105的制造中，不需要接合工序。由此，能够防止因热膨胀差和接合界面的尺寸公差偏差等产生应力集中而导致电极产生裂纹、腔室内被污染等问题。
如图5(b)所示，导电体层110也可以覆盖上部基材105a的侧面和上表面，但不限于此。例如，当导电体层110在上部基材105a表面中，至少上述等离子体处理装置的下部电极侧的表面的一部分上形成，通过与接地的处理容器100连接而成为接地电位时，也可以不覆盖上部基材105a的侧面和上表面。
(图案评价1)
接着，对导电体层110的图案评价进行说明。发明人关于导电体层110的梯度层形成的三种图案，对其电场强度分布进行了调查。图6表示其结果。
图6表示使用具有上述导电体层110的上部电极105时的距晶片中心的距离r(mm)的电场强度E(a.u.)。即使在该情况下，基材也由氧化铝形成，下部电极也被施加100MHz的等离子体激发用的高频电力。具体而言，三种图案都是三种不同长度的线状梳齿向内侧突出。三种梳齿的配置位置具有对称性。在此，按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。三角形的标记Ep1与图5(c)相同，表示64根每根的宽度为1°的梳齿时的电场强度分布。四边形的标记Ep2表示32根每根的宽度为2°的梳齿时的电场强度分布。×的标记Ep3表示16根每根的宽度为4°的梳齿时的电场强度分布。
此外，在图6中，作为比较例公开图5(c)所示的平坦的电极的电场强度Er1的分布和在图4(a)所示的对基材905a(例如实施喷射或表面处理)形成的电极的电场强度Er2的分布。据此，具有梳齿的图案的电极的电场强度Ep1、Ep2、Ep3的分布与平坦的电极的电场强度Er1相比，电场强度在电极中央降低，均匀性提高。此外，该电场强度Ep1、Ep2、Ep3的分布与对基材905a实施过表面处理的电极的电场强度Er2的分布相比，平缓且均匀性提高。进行，当对梳齿的图案的电场强度Ep1、Ep2、Ep3进行比较时，梳齿的根数按照Ep1、Ep2、Ep3的顺序减少，梳齿的根数变得越少，电场强度并未从外周前往内周单调地减小，而是呈W型分布的倾向变强，等离子体的均匀性变差。根据该结果，为了使等离子体在径方向上均匀，确保无偏差的良好的蚀刻速率，优选：导电体层110上形成的图案的各梳齿为2°以下，32根以上。
另外，四边形的标记Ep2和×的标记Ep3的曲线在周方向上具有图表所示那样的宽度的偏差。根据该结果，为了使等离子体在径方向上均匀，确保无偏差的良好的蚀刻速率，更加优选：导电体层110上形成的图案的各梳齿为1°以下，根数在64根以上。
(图案评价2)
接着，发明人关于导电体层110的其他三种图案，对其电场强度分布进行了调查。图7表示图案形状，图8表示其电场强度分布。
在图7(a)所示的导电体层110的疏密的图案中，从上部电极105的外侧向内侧突出的梳齿仅有长短的两种。在图7(a)中，八根长的梳齿和八根短的梳齿从外周侧的内周面侧360°等间隔地朝向内侧交替形成。
图7(b)和图7(c)所示的导电体层110的疏密的图案与图5(a)中所说明的图案相同，三种不同长度的线状梳齿朝向内侧突出。在此，64根梳齿从外周部的内周面侧360°等间隔地朝向内侧放射状地形成。三种梳齿的配置位置具有对称性，在此，按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。在图7(c)中最长的梳齿的长度比图7(b)中最长的梳齿的长度长这一点上，图7(b)和图7(c)所示的图案不同。
图8表示使用具有上述导电体层110的上部电极105时的距晶片中心的距离r(mm)的电场强度E(a.u.)。即使在该情况下，基材也由氧化铝形成，下部电极也被施加100MHz的等离子体激发用的高频电力。据此，梳齿的根数最少的图7(a)所示图案的电极的电场强度Ep4的分布稍微呈W型，等离子体的均匀性差。另一方面，由于梳齿的根数多的图7(b)和图7(c)所示图案的电极的电场强度Ep5、Ep6的分布是均匀的，因此与使用图7(a)所示图案的电极的情况相比，等离子体的均匀性变高。根据该结果，为了使等离子体均匀，确保无偏差的良好的蚀刻速率，导电体层110上形成的图案的各梳齿的根数需要多于16根。
(图案评价3)
接着，发明人在使导电体层110的疏密图案的梳齿的长度变化的情况下，对其电场强度分布的变化进行了调查。图9表示其结果。图9是表示设置64根图7(b)、图7(c)所示那样的三种不同长度的梳齿，在如图9所示使从上部电极105的中心至各梳齿的前端的距离GR1、GR2、GR3变化的情况下的电场强度E(a.u.)的变化的图表。
图9的曲线Ed1表示令图10所示的至最长的梳齿的前端的距离GR1为47.5mm、令至中间的长度的梳齿的前端的距离GR2为80mm、令至最短的梳齿的前端的距离GR3为105mm的情况下的电场强度分布。曲线Ed2表示令至最长的梳齿的前端的距离GR1为55mm、令至中间的长度的梳齿的前端的距离GR2为90mm、令至最短的梳齿的前端的距离GR3为105mm的情况下的电场强度分布。曲线Ed3表示令从上部电极105的中心至最长的梳齿的前端的距离GR1和至中间的长度的梳齿的前端的距离GR2均为100mm、令至最短的梳齿的前端的距离GR3为120mm的情况下、即令梳齿的长度为2种的情况下的电场强度分布。而且，在任一情况下，均令至上部电极105外周部的被导电体层110完全覆盖的区域为止的距离GR0为125mm。曲线FlatUEL(Flat状上部电极)是如图4(b)所示那样使用未设置导电体层的平坦的基材的情况下的电场强度分布。
如图9所示，可知：如果缩短从上部电极105的中心至各梳齿的前端的距离，换言之，如果使梳齿的长度变长，则使上述锥形的电介质920b的锥度比相对变大，使梳齿的长度变长时，能够获得与使锥度比相对变小时相同的效果。具体而言，可知：使梳齿的长度越长，则越使上部电极105的中心附近的电场强度降低，能够获得更均匀的电场强度。
(图案评价4)
接着，发明人在使导电体层110的疏密图案的梳齿的形状变化的情况下，对在晶片W形成氧化膜时的电场强度的变化进行了调查。图11表示其结果。此时的处理容器100内的条件为：压力20mTorr，处理气体C4F8/Ar/O2＝60/400/20sccm，等离子体生成用的高频电力为100MH/1000W，偏压控制用的高频电力为3MHz/5500W。
图11的四边形◇标记Ef1表示令至导电体层110的疏密的图案中的各梳齿的前端的距离GR1、GR2、GR3各自为40mm、75mm、100mm的情况下的电场强度分布。四边形□标记Ef2表示与Ef1同样地令GR1、GR2、GR3各自为40mm、75mm、100mm，但是在导电体层110的疏密的图案中形成有导电体层110的面积连续地变化的转变部的情况下的电场强度分布。
转变部，例如如图12所示，形成在导电体层110与该导电体层110的疏密的图案的边界，换言之，形成在电介质的上部基材105a与导电体层110的边界。该转变部以导电体层110从上部电极105的内侧朝向外侧连续变密的方式形成，例如如图12所示，在导电体层110的疏密的图案的最外部的区域X中，按照导电体层110的梳齿的宽度逐渐变宽的方式形成。此时，导电体层110的疏密的图案与导电体层110的边界，位于比载置于下部电极210的晶片W的外端部更靠内侧。也就是说，从上部电极105的中心至导电体层110的疏密的图案的外周端部的距离小于晶片W的半径。
如图11所示，仅梳齿的图案的电场强度Ef1的分布在晶片W的外周端部附近存在急剧的电场强度的峰。另一方面，具有转变部的电场强度Ef2的分布在晶片W的外周端部附近的电场强度下降，均匀性进一步提高。根据该结构，为了使电场强度分布均匀，确保无偏差的良好的蚀刻速率，优选在导电体层110与该导电体层110的疏密的图案的边界设置转变部。另外，优选：位于比转变部的外周端部与晶片W的外周端部更靠内侧。另外，本实施方式中的转变部在疏密的图案的边界形成为三角形形状，但是如果导电体层110的比率连续变化，则其形状能够任意设定，并不限于本实施方式。
(图案评价5)
接着，发明人对导电体层110的有无对蚀刻速率的影响进行了调查。蚀刻条件是：处理容器100内的条件为压力20mTorr，处理气体O2＝200sccm，用于生成等离子体的高频电力为100MH/1000W，对形成于晶片W上的抗蚀剂膜进行了蚀刻。图13表示其结果。
图13的四边形的标记FlatUEL表示使用未设置导电体层的上述平坦的基材的上部电极905时的蚀刻速率，三角形的标记Eg1表示使用具有转变部的上部电极105时的蚀刻速率。至具有转变部的导电体层110的疏密的图案中的各梳齿的前端的距离GR1、GR2、GR3各自为40mm、75mm、100mm，与图11的Ef2的情况同样地表示使转变部的外周端部位于晶片W的外周端部的内侧时的电场强度分布。
如图13所示，当未设置导电体层时(FlatUEL)，中心部的蚀刻速率比外周部的蚀刻速率高。另一方面，在设置有疏密图案的导电体层110的情况下，中心部的蚀刻速率与FlatUEL的情况相比下降，能够得到良好的均匀性。根据该结果可确认到：通过在上部电极105设置梳齿图案，关于蚀刻速率的分布，能够获得与埋入上述锥形的电介质时同样的效果。
对发明人而言，为了获得均匀的电场分布和蚀刻速率，至各梳齿的前端的距离优选为GR1为35～50mm，GR2为60～90mm，GR3为100～125mm，在设置转变部的情况下，优选令GR0为140～145mm，令区域X的长度为15～20mm。进一步，优选令转变部的导电体层110与上部基材105a的平均的比率为40％～60％。
(间隙产生的影响)
接着，发明人对图5(a)所示的图案，关于其电场强度分布的间隙产生的影响进行了调查。图5(a)所示的疏密的图案也是从外周部的内周面侧360°等间隔地朝向内侧放射状地设置有64根每根的宽度为1°的梳齿。
图14表示使用具有图5(a)所示的导电体层110的上部电极105时的距晶片中心的距离r(mm)的电场强度E(a.u.)。其中，图14所示的电场强度E/E0以晶片中心的值被标准化。此外，对于上部电极105和下部电极210的间隙，三角形的标记表示10(mm)，×的标记表示30(mm)，星形的标记表示50(mm)。
据此，当间隙为30(mm)和50(mm)时，在周方向上的偏差较小。与此相对，当间隙为10(mm)时，在周方向上具有如图表所示那样的宽度的偏差。这样，当间隙为10(mm)时，在周方向上的偏差变得显著。在通常的蚀刻处理装置中，由于间隙为20～50mm左右，因此证明：当是64根每根的宽度为1°的梳齿的图案时，能够充分获得等离子体的均匀性。此外，电极间的距离越短，越需要对电极进一步细分化。
(变形例)
图15表示导电体层110具有的图案的变形例。图15(a)表示从上部电极105的外侧向内侧新月状突出的图案。新月状的突出部分可以朝向相同方向，也可以朝向具有对称性的不同方向。在此，按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。由此，也能够以上部电极105的外侧比内侧密的方式形成导电体110的疏密图案。
图15(b)表示从上部电极105的外侧向内侧突出的类似梳齿状的图案。该图案具有对称性。此外，在该图案中，也按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。即使这样，也能够以上部电极105的外侧比内侧密的方式形成导电体层110的疏密图案。
图15(c)也是图15(b)的又一变形例。该图案也具有对称性。此外，在该图案中，也按照最长的梳齿、最短的梳齿、中间长度的梳齿、最短的梳齿、最长的梳齿的顺序配置。即使这样，也能够以上部电极105的外侧比内侧密的方式形成导电体层110的疏密图案。
图15(d)表示从上部电极105的外侧向内侧开口的图案。开口直径从上部电极105的外侧前往内侧变大。即使这样，也能够以上部电极105的外侧比内侧密的方式形成导电体层110的疏密的图案。此外，通过使导体不存在的开口的数量具有疏密，也能够形成导电体层110的疏密图案。
如以上说明的方式，根据本实施方式和其变形例，上部电极105具有：由电介质形成的基材105a；和导电体层110，形成于基材105a的下部电极210侧的表面上。在导电体层110以上部电极105的外侧比内侧密的方式形成有疏密的图案。因此，对于上部电极105与上部电极105和等离子体之间生成的鞘层形成的合成电容器而言，在上部电极105的外侧中比内侧大。由此，与在上部电极105埋设有形成为锥形形状的电介质的情况相同，能够进一步提高等离子体的均匀性。此外，与在上部电极105埋设有锥形形状的电介质的情况相比，能够高精度地控制电场(电位)的分布，能够形成均匀的等离子体。
以上，边参照附图边对本发明的适合的实施方式进行了说明，但本发明当然并不限于这些例子。若是本领域的技术人员，则应当理解，在专利申请的范围记载的范畴内，很容易能够想到各种变更例或修正例，它们当然也属于本发明的技术范围。
例如，导电体层110的图案并不限于上述例子，能够通过梳齿状的齿的根数、该齿的长度和该齿间的宽度中的至少任一者形成疏密的图案。
此外，上部电极的基材也可以由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的任一种形成。导电体层也可以是铝(Al)，也可以是钨(W)。
此外，导电体层和保护层都能通过喷镀形成来降低成本。例如，能够在对基材实施预定的掩膜后，通过喷镀100μm左右厚度的铝图案来形成导电体层。然而，导电体层和保护层并不限于此，也可以通过CVD或金属喷镀法(metalize)等形成。另外，用5mm左右厚的板材形成保护层，也能够起到相同的功能。
此外，对等离子体生成用的高频电源施加的高频电力，能够使用最优的设定，例如可以为在40MHz以上。
此外，被处理体也能够适用任意尺寸的硅晶片。

Claims (12)

1.一种平行平板型的等离子体处理装置用的上部电极，包括：
由电介质形成的基材；和
导电体层，在所述基材的表面中，至少在所述等离子体处理装置的下部电极侧的表面的一部分上形成，
所述导电体层以所述下部电极侧的表面的外侧区域比内侧区域密的方式具有疏密的图案。
2.如权利要求1所述的上部电极，其特征在于：
所述导电体层具有从所述上部电极的外侧向内侧突出的梳齿状的图案、从所述上部电极的外侧向内侧突出的新月状的图案、从所述上部电极的外侧向内侧开口的图案中的任一种的疏密的图案。
3.如权利要求1或2所述的上部电极，其特征在于：
所述导电体层的疏密的图案和该导电体层的边界，位于比载置于所述下部电极的晶片的外端部更靠内侧。
4.如权利要求3所述的上部电极，其特征在于：
所述导电体层，在所述导电体层和该导电体层的疏密的图案的边界从所述上部电极的内侧至外侧连续变密。
5.如权利要求1至4任一项所述的上部电极，其特征在于：
所述导电体层为接地电位。
6.如权利要求2所述的上部电极，其特征在于：
所述导电体层，通过所述梳齿状的齿的根数、所述齿的长度和所述齿间的宽度的至少任一者来形成疏密的图案。
7.如权利要求6所述的上部电极，其特征在于：
所述疏密的图案由至少不同的三种长度的所述梳齿状的齿形成，从所述上部电极的中心至最长的梳齿的前端的距离是35～50mm，从所述上部电极的中心至中间长度的梳齿的前端的距离是60～90mm，从所述上部电极的中心至最短的梳齿的前端的距离是100～125mm。
8.如权利要求1～7任一项所述的上部电极，其特征在于：
所述基材由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的任一种形成。
9.如权利要求1～8任一项所述的上部电极，其特征在于：
还包括覆盖所述基材和所述导电体层的保护层。
10.如权利要求1～9任一项所述的上部电极，其特征在于：
多根气体导入管贯穿所述上部电极的基材。
11.一种等离子体处理装置，其为相对配置有上部电极和下部电极的平行平板型的等离子体处理装置，其特征在于：
所述上部电极，包括：
由电介质形成的基材；和
导电体层，在所述基材的表面中，至少在所述等离子体处理装置的下部电极一侧的表面的一部分上形成，
所述导电体层具有以所述下部电极侧的表面的外侧比内侧密的方式具有疏密的图案。
12.如权利要求11所述的上部电极，其特征在于：
所述基材由氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的任一种形成。
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